강인한 음성향상을 위한 Minimum Statistics와 Soft Decision의 확률적 결합의 새로운 잡음전력 추정기법

박윤식,장준혁,Park, Yun-Sik,Chang, Joon-Hyuk 한국음향학회 2007 韓國音響學會誌 Vol.26 No.4

본 논문에서는 비정상적인 잡음 환경에서 음성향상을 위한 새로운 잡음 추정 기법을 제시한다. 제안된 방법은 잡음 전력 추정을 위해 주파수 채널별 음성부재확률 (SAP, Speech Absence Probability)을 선택적 가중 파라미터로 적용하여 음성 구간에서는 기존의 Minimum Statistics (MS)에 의한 잡음전력 추정치에 비중을 두고 비음성 구간에서는 Soft Decision (SD)에 기반한 잡음전력 추정치를 선택하도록 기존의 알고리즘을 결합한다. 제안된 알고리즘의 성능은 다양한 잡음 환경에서 음성향상기법에 적용하여 주관적인 음질평가 결과에 의해 평가하여 기존의 MS 또는 SD에 기반한 방법보다 향상된 결과를 나타내었다. This paper presents a new approach to noise estimation to improve speech enhancement in non-stationary noisy environments. The proposed method combines the two separate noise power estimates provided by the minimum statistics (MS) for speech presence and soft decision (SD) for speech absence in accordance with SAP (Speech Absence Probability) on a separate frequency bin. The performance of the proposed algorithm is evaluated by the subjective test under various noise environments and yields better results compared with the conventional MS or SD-based schemes.

음향학적 반향 제거를 위한 Soft Decision 기반의 동시통화 검출

박윤식,장준혁,Park, Yun-Sik,Chang, Joon-Hyuk 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.3

본 논문에서는 음향학적 반향 제거(AES, acoustic echo suppression)를 위해 주파수영역에서 soft decision 기법에 근거한 새로운 동시통화 검출 (DTD, double-talk detection) 알고리즘을 제안한다. 제시된 방법은 효과적인 DTD를 위해 상관계수 (cross-correlation coefficient)에 기반하여 hard decision을 사용하는 기존의 알고리즘 대신 주파수 영역에서 입력 및 원단신호의 VAD (voice activity detection) 결과와 음성 통계모델에 기반한 soft decision 방법을 도입하여 전역 근단화자존 재확률 (GNSPP, global near-end speech presence probability)을 DTD에 적용한다. 제안된 알고리즘은 기존의 방법과 객관적인 실험을 통해 비교 평가한 결과 다양한 배경잡음 환경에서 우수한 성능을 보였다. In this paper, we propose a novel double-talk detection (DTD) technique based on soft decision in the frequency domain. In the proposed method, global near-end speech presence probability (GNSPP) considering the statistical model assumption and voice activity detection (VAD) decision of the near-end and far-end signal are applied to the DTD algorithm in the frequency domain instead of the traditional hard decision scheme using cross-correlation coefficients. The performance of the proposed algorithm is evaluated by the objective test under various environments, and yields better results compared with the conventional scheme.

결합된 음향학적 반향 및 배경 잡음 전력에 기반한 새로운 통합 제거 알고리즘

박윤식,장준혁,Park, Yun-Sik,Chang, Joon-Hyuk 한국음향학회 2010 韓國音響學會誌 Vol.29 No.6

본 논문에서는 주파수 영역에서 결합된 음향학적 반향 및 배경 잡음 전력에 기반한 효과적인 새로운 통합 제거 알고리즘을 제안한다. 제안된 방법에서는 반향 제거기와 배경잡음 제거기가 직렬로 연결되어 각각의 제거필터에 의해 처리되는 기존의 방법 대신에 원단 (far-end) 신호에 기반한 기중치 파라미터를 이용하여 반향 및 배경잡음 전력을 선별적으로 결합하고 결합된 신호를 하나에 제거 필터에 적용하여 두 신호를 모두 제거한다. 따라서 제안된 기법에서는 기존의 반향 및 잡음 제거기의 연결 순서에 의해 발생되는 단점을 보완하고 잔여반향신호를 효과적으로 제거할수 있도록 한다. 제안된 알고리즘은 기존의 방법과 객관적인 실험을 통해 비교 평가한 결과 다양한 테스트 환경에서 기존의 방법에 비해 전반적으로 우수한 성능을 보였다. In this paper, we propose an efficient integrated suppression algorithm based on combined power of acoustic echo and background noise. The proposed method combines the acoustic echo and noise power by the weighting parameter derived from the decision rule based on the estimated echo to noise power ratio. Therefore, in the proposed approach, the acoustic echo and noise signal are able to be reduced through only one suppression filter based on the estimated combined power. The proposed unified structure improves the problems of the residual echo and noise resulted from the conventional unified structure where the noise suppression (NS) operation is placed after the acoustic echo suppression (AES) algorithm or vice versa. The performance of the proposed algorithm is evaluated by the objective test under various environments and yields better results compared with the conventional scheme.

음성 향상에서 강인한 새로운 선행 SNR 추정 기법에 관한 연구

박윤식,장준혁,Park, Yun-Sik,Chang, Joon-Hyuk 한국음향학회 2006 韓國音響學會誌 Vol.25 No.8

본 논문에서는 잡음 환경에서 단일 마이크로폰의 음성 향상에 대한 새로운 기법을 제시했다. 일반적으로 널리 알려진 스펙트럼 차감법에 근거한 음성 향상 기술은 신호 대 잡음비에 따른 스펙트럼 이득으로 표현된다. 대표적인 Ephraim과 Malah의 decision-directed (DD) 추정치는 잡음 구간에서 효율적으로 뮤지컬 잡음을 제거하지만 음성 구간에서는 이전 프레임의 음성 스펙트럼 성분에 더 큰 비중을 두기 때문에 a priori SNR의 프레임 지연이 발생한다. 따라서 DD에 의해 추정된 a priori SNR이 적용된 잡음 제거 이득은 현재 프레임보다 이전 프레임에 영향을 받으므로 음성 전이 구간에서 잡음 제거 성능을 저하시킨다. 본 논문은 DD의 가중치 파라미터에 Sigmoid Type의 함수를 적용하여 계산적으로는 간단하지만 효과적인 음성 향상 알고리즘을 제안한다. 제안된 접근 방식은 DD의 주요 파라미터인 a priori SNR 지연의 문제점을 해결하면서 뮤지컬 잡음 제거에 우수한 DD의 이점은 유지한다. 제안된 알고리즘의 성능은 다양한 잡음 환경에서 ITU-T P.862 Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQ) 와 Mean Opinion Score (MOS). 그리고 음성 스펙트로그램 (Spectrogram)에 의해 평가했고 기존의 DD의 고정된 가중치 파라미터를 사용했을 때 보다 향상된 결과를 나타내었다. This Paper presents a novel approach to single channel microphone speech enhancement in noisy environments. Widely used noise reduction techniques based on the spectral subtraction are generally expressed as a spectral gam depending on the signal-to-noise ratio (SNR). The well-known decision-directed(DD) estimator of Ephraim and Malah efficiently reduces musical noise under the background noise conditions, but generates the delay of the a prioiri SNR because the DD weights the speech spectrum component of the Previous frame in the speech signal. Therefore, the noise suppression gain which is affected by the delay of the a priori SNR, which is estimated by the DD matches the previous frame rather than the current one, so after noise suppression. this degrades the noise reduction performance during speech transient periods. We propose a computationally simple but effective speech enhancement technique based on the sigmoid type function for the weight Parameter of the DD. The proposed approach solves the delay problem about the main parameter, the a priori SNR of the DD while maintaining the benefits of the DD. Performances of the proposed enhancement algorithm are evaluated by ITU-T p.862 Perceptual Evaluation of Speech duality (PESQ). the Mean Opinion Score (MOS) and the speech spectrogram under various noise environments and yields better results compared with the fixed weight parameter of the DD.

잡음환경에서 Teager 에너지의 전력 스펙트럼 편차에 기반한 음성 검출 알고리즘

박윤식,안홍섭,이상민,Park, Yun-Sik,An, Hong-Sub,Lee, Sang-Min 한국음향학회 2011 韓國音響學會誌 Vol.30 No.7

본 논문에서는 잡음환경에서 효과적인 음성을 검출하기 위한 새로운 음성검출 (VAD, voice activity detection) 알고리즘을 제안한다. 제안된 방법은 개선된 음성/비음성 검출을 위해 기존의 파워 스펙트럼 편차를 적용하는 대신 Teager 에너지 기반의 파워 스펙트럼 편차 (power spectral deviation)를 이용한다. 또한 향상된 VAD 성능을 위하여 각각의 주파수 밴드에 대한 음성부재확률 (speech absence probability)을 제안된 파워 스펙트럼 편차를 도출하는데 스무딩 (smoothing) 파라미터로 적용한다. 제안된 알고리즘은 기존의 방법과 객관적인 실험을 통해 비교 평가한 결과 다양한 배경잡음 환경에서 향상된 성능을 보였다. In this paper, we propose a novel voice activity detection (VAD) algorithm to effectively distinguish speech from nonspeech in various noisy environments. The presented VAD utilizes the power spectral deviation (PSD) based on Teager energy (TE) instead of the conventional PSD scheme to improve the performance of decision for speech segments. In addition, the speech absence probability (SAP) is derived in each frequency subband to modify the PSD for further VAD. Performances of the proposed VAD algorithm are evaluated by objective test under various environments and better results compared with the conventional methods are obtained.

새로운 잡음전력 추정 기법을 적용한 음향학적 반향 및 배경잡음 제거 통합시스템

박윤식,장준혁,Park, Yun-Sik,Chang, Joon-Hyuk 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.7

본 논문에서는 주파수 영역에서 음향학적 반향 및 잡음 제거의 통합 시스템을 위한 효과적인 잡음전력 추정 기법을 제안한다. 제안된 방법은 잡음 제거 (NS, noise suppression)가 음향학적 반향 억제 (AES, acoustic echo suppression)의 후처리단으로 결합하여 사용되는 구조에서 발생하는 잡음전력 추정오차를 줄이기 위해 마이크로폰 입력신호의 음성부재확률 (SAP, speech absence probability)을 잡음전력 갱신을 위한 스무딩 (smoothing) 파라미터로 적용한다. 따라서 제안된 기법에서는 반향 억제 후 신호에서 잡음전력 갱신을 위한 SAP를 추출하는 대신 입력신호에 대한 SAP를 NS 알고리즘에 적용함으로서 잡음 제거기가 반향 억제 후 왜곡된 잡음 스펙트럼 구간에서는 잡음전력을 갱신하지 않도록 한다. 제안된 알고리즘은 기존의 방법과 객관적인 실험을 통해 비교 평가한 결과 다양한 배경잡음 환경에서 우수한 성능을 보였다. In this paper, we propose a efficient noise power estimation technique for an integrated acoustic echo and noise suppression system in a frequency domain. The proposed method uses speech absence probability (SAP) derived from the microphone input signal as the smoothing parameter updating noise power to reduce the noise power estimation error resulted from the distortions in the unified structure where the noise suppression (NS) operation is placed after the acoustic echo suppression (AES) algorithm. Therefore, in the proposed approach, the smoothing parameter based on SAP derived from the input signal instead of echo-suppressed signal should stop updating noise power estimates during the distorted noise spectrum periods. The performance of the proposed algorithm is evaluated by the objective test under various environments and yields better results compared with the conventional scheme.

소아기관지(小兒氣管支) 천식(喘息)에 관(關)한 동서의학적(東西醫學的)인 고찰(考察)

박윤식,정규만,Park Yun-Sik,Jeong Gyu-Man 대한한방소아과학회 1987 대한한방소아과학회지 Vol.2 No.1

Tracking Echo-Presence Uncertainty 기반의 잔여 반향 억제

박윤식(Yun-Sik Park),장준혁(Joon-Hyuk Chang) 한국통신학회 2009 韓國通信學會論文誌 Vol.34 No.10C

본 논문에서는 주파수영역에서 음향학적 반향 억제 (AES, acoustic echo suppression) 성능을 개선시키기 위해 tracking echo-presence uncertainty (TEPU) 기법에 근거한 새로운 잔여 반향 억제 (RES, residual echo suppression) 알고리즘을 제안한다. 제안된 방법은 RES를 위해 마이크로폰 입력신호 대 원단의 반향신호가 제거된 결과신호의 전력 비 (ratio)를 문턱 (threshold) 값에 의한 decision rule에 적용하여 추정된 echo-presence uncertainty를 RES 필터로 이용한다. 제안된 알고리즘은 각각의 주파수 채널에서 echo-presence uncertainty를 도출하여 용이하게 잔여 반향신호를 제거하는 장점을 가진다. 실제로 잔여 반향신호를 제거하기 위한 기존의 방법과 객관적인 실험을 통해 비교 평가한 결과 우수한 성능을 보였다. In this paper, we propose a novel approach to residual echo suppression (RES) algorithm based on tracking echo-presence uncertainty (TEPU) to improve the performance of acoustic echo suppression (AES) in the frequency domain. In the proposed method, the ratio of the microphone input and the echo-suppressed output signal power is employed as the threshold value for the decision rule to estimate the echo-presence uncertainty applied to the RES filter. The proposed RES scheme estimates the echo presence uncertainty in each frequency bin and effectively reduces residual echo signal in a simple fashion. The performance of the proposed algorithm is evaluated by the objective test and yields better results compared with the conventional schemes.

잡음환경에서 Teager Energy 기반의 전역 음성부재확률을 이용하는 음성검출

박윤식(Yun-Sik Park),이상민(Sangmin Lee) 대한전자공학회 2012 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.49 No.1

본 논문에서는 잡음환경에서 효과적인 음성을 검출하기 위한 새로운 음성 검출 (VAD, voice activity detection) 알고리즘을 제안한다. 통계적 모델에 기반의 Likelihood ratio (LR)를 통하여 도출되는 전역 음성부재확률 (GSAP, global speech absence probability)은 음성검출을 위한 피쳐 (feature) 파라미터로 널리 적용되고 있다. 하지만 신호 대 잡음 비 (SNR, signal-to-noise ratio)가 낮은 잡음환경에서는 정확한 GSAP 추정이 어려운 문제점을 가지고 있다. 따라서 제안된 방법에서는 잡음환경에서 강인한 VAD 알고리즘을 위하여 Teager energy (TE) 기반의 GSAP를 피쳐 파라미터로 적용한다. 제안된 알고리즘은 기존의 방법과 객관적인 실험을 통해 비교 평가한 결과 다양한 배경잡음 환경에서 향상된 성능을 보였다. In this paper, we propose a novel voice activity detection (VAD) algorithm to effectively distinguish speech from nonspeech in various noisy environments. Global speech absence probability (GSAP) derived from likelihood ratio (LR) based on the statistical model is widely used as the feature parameter for VAD. However, the feature parameter based on conventional GSAP is not sufficient to distinguish speech from noise at low SNRs (signal-to-noise ratios). The presented VAD algorithm utilizes GSAP based on Teager energy (TE) as the feature parameter to provide the improved performance of decision for speech segments in noisy environment. Performances of the proposed VAD algorithm are evaluated by objective test under various environments and better results compared with the conventional methods are obtained.

서브밴드 가중치를 적용한 스펙트럼 최소값 추적을 이용하는 수정된 IMCRA 기반의 음성 향상 기법

박윤식(Yun-Sik Park),박규석(Gyuseok Park),이상민(Sangmin Lee) 大韓電子工學會 2012 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.49 No.3

본 논문에서는 잡음환경에서 음성 향상 (speech enhancement)을 위한 새로운 잡음전력 추정 방법을 제안한다. 음성 향상 알고리즘에 널리 적용되고 있는 IMCRA (improved minima controlled recursive averaging) 기법은 오염된 음성신호로부터 추정된 최소 전력 스펙트럼에 기반하여 잡음전력을 추정하는 기존의 방법을 개선하기 위해 간단한 음성 검출 알고리즘을 이용하여 대략적으로 음성 성분이 제거된 전력 스펙트럼에서 최소값을 추정함으로써 음성구간에서 발생할 수 있는 음성왜곡 문제점을 개선하였다. 하지만 비정상 잡음이나 신호 대 잡음 비 (SNR signal-to-noise ratio)가 낮은 환경에서는 음성 검출 성능이 저하되어 음성구간에서 음성왜곡이 발생되는 기존의 문제점이 여전히 발생된다. 따라서 제안된 방법에서는 향상된 잡음전력 추정을 위하여 기존의 IMCRA에서 추정된 최소 전력 스펙트럼에 대하여 스펙트럼 최소값 추적 (SMT, spectral minima tracking) 기법을 적용하고 IMCRA에 의한 최소값과 SMT에 의해 추정된 최소값을 서브밴드 (subband)에 따라 가중치를 적용하여 결합한다. 제안된 알고리즘은 기존의 방법과 주관적 및 객관적 음질평가 테스트를 통해 비교 평가한 결과 다양한 배경잡음 환경에서 향상된 성능을 보였다. In this paper, we propose a novel approach to noise power estimation for speech enhancement in noisy environments. The method based on IMCRA (improved minima controlled recursive averaging) which is widely used in speech enhancement utilizes a rough VAD (voice activity detection) algorithm which excludes speech components during speech periods in order to improves the performance of the noise power estimation by reducing the speech distortion caused by the conventional algorithm based on the minimum power spectrum derived from the noisy speech. However, since the VAD algorithm is not sufficient to distinguish speech from noise at non-stationary noise and low SNRs (signal-to-noise ratios), the speech distortion resulted from the minimum tracking during speech periods still remained. In the proposed method, minimum power estimate obtained by IMCRA is modified by SMT (spectral minima tracking) to reduce the speech distortion derived from the bias of the estimated minimum power. In addition, in order to effectively estimate minimum power by considering the distribution characteristic of the speech and noise spectrum, the presented method combines the minimum estimates provided by IMCRA and SMT depending on the weighting factor based on the subband. Performance of the proposed algorithm is evaluated by subjective and objective quality tests under various environments and better results compared with the conventional method are obtained.