스펙트럼 변이를 이용한 Soft Decision 기반의 음성향상 기법

최재훈(Jae-Hun Choi),장준혁(Joon-Hyuk Chang),김남수(Nam-Soo Kim) 大韓電子工學會 2010 電子工學會論文誌-SP (Signal processing) Vol.47 No.5

본 논문에서는 비정상적인 배경 잡음 환경에서 음성향상을 위한 신호의 스펙트럼 변이 (Spectral Deviation)을 적용한 Soft Decision 기반의 잡음전력 수정 기법을 제안한다. 기존의 Soft Decision 기반의 잡음전력 추정에 있어서 잡음신호의 정상성(Stationarity)을 가정한 스무딩 파라미터를 사용하여 잡음전력을 추정하고 갱신하였지만, 잡음신호의 주파수적인 특성이 상대적으로 빠르게 변하는 비정상적인 환경에서는 강인하지 못한 단점을 가지게 된다. 본 논문에서는 신호의 스펙트럼 변이를 추정하여 정상적인 잡음 환경과 비정상적인 잡음 환경에 따라 적응적으로 잡음전력을 추정하고 갱신하여 잡음신호에 의해 오염된 음성신호를 향상시킨다. 제안된 알고리즘은 다양한 배경 잡음 환경에서 객관적인 음질측정 방법인 ITU-T P.862 perceptual evaluation of speech quality (PESQ)에 의해서 평가되었으며, 기존의 Soft Decision 기반의 음성 향상 기법과 비교하여 보다 향상된 성능을 보여주었다 In this paper, we propose a new approach to noise estimation incorporating spectral deviation with soft decision scheme to enhance the intelligibility of the degraded speech signal in non-stationary noisy environments. Since the conventional noise estimation technique based on soft decision scheme estimates and updates the noise power spectrum using a fixed smoothing parameter which was assumed in stationary noisy environments, it is difficult to obtain the robust estimates of noise power spectrum in non-stationary noisy environments that spectral characteristics of noise signal such as restaurant constantly change. In this paper, once we first classify the stationary noise and non-stationary noise environments based on the analysis of spectral deviation of noise signal, we adaptively estimate and update the noise power spectrum according to the classified noise types. The performances of the proposed algorithm are evaluated by ITU-T P. 862 perceptual evaluation of speech quality (PESQ) under various ambient noise environments and show better performances compared with the conventional method.

행오버를 이용한 SOFT DECISION 음성향상기법

장준혁(Joon Hyuk Chang),김남수(Nam Soo Kim) 한국방송·미디어공학회 1999 한국방송미디어공학회 학술발표대회 논문집 Vol.1999 No.11

UMP 테스트에 근거한 새로운 통계적 음성검출기

장근원,장준혁,김동국,Jang, Keun-Won,Chang, Joon-Hyuk,Kim, Dong-Kook 한국음향학회 2007 韓國音響學會誌 Vol.26 No.1

음성검출기는 이동 통신이나 음성신호처리 등에 매우 중요한 기법으로 사용된다. 일반적인 음성검출방식은 통계적인 모델을 기반으로 하여 likelihood ratio test (LRT)를 하게 된다. 그리고 이 값을 임계값과 비교하여 음성인지 아닌지 판단하게 된다. 본 논문에서는 가우시안 (Gaussian) 분포를 기반으로 하고 uniformly most powerful (UMP) 테스트를 이용하여 새로운 음성검출기법을 제안한다. 새로운 음성검출기법의 결정규칙은 기존 LRT에 기반하여 UMP 테스트를 통해 식을 유도하였다. UMP 테스트를 이용하면, 입력음성에 대한 절대값의 확률 분포를 Rayleigh 분포 형태로 얻을 수 있으며, 이 분포에 따라 최종적으로 음성검출을 하게 된다. 이 새로운 방식의 음성검출기는 기존의 방식에서 필요한 a priori signal-to-noise ratio (SNR) 값을 구하지 않고도 음성 유무를 판단할 수 있다는 장점이 있다. 실제로 다양한 음성검출에 대한 성능 평가결과, 제안된 기법이 기존 방식에 비해 우수한 성능을 나타내었다. Voice activity detectors (VADs) are important in wireless communication and speech signal processing. In the conventional VAD methods. an expression for the likelihood ratio test (LRT) based on statistical models is derived. Then, speech or noise is decided by comparing the value of the expression with a threshold. We propose a new method with the modified decision rule based on the Gaussian distribution and the uniformly most power (UMP) test. This method requires the distribution of the absolute value of the incoming speech signal. Then we can obtain the final decision through the relation between the Rayleigh distributions. This VAD method can detect speech without a priori signal-to-noise ratio (SNR) which is required in the conventional VAD algorithms. Additionally, in the various VAD performance tests, the proposed VAD method is shown to be more effective than the traditional scheme.

조건 사후 최대 확률과 음성 스펙트럼 변이 조건을 이용한 통계적 모델 기반의 음성 검출기

김상균,장준혁,Kim, Sang-Kyun,Chang, Joon-Hyuk 한국음향학회 2011 한국음향학회지 Vol.30 No.6

In this paper, we propose a novel approach to improve the performance of a statistical model-based voice activity detection (VAD) which is based on the conditional maximum a posteriori (CMAP) with deviation. In our approach, the VAD decision rule is expressed as the geometric mean of likelihood ratios (LRs) based on adapted threshold according to the speech presence probability conditioned on both the speech activity decisions and spectral deviation in the pervious frame. Experimental results show that the proposed approach yields better results compared to the CMAP-based VAD using the LR test.

원단 잡음 환경에서 Soft Decision에 기반한 새로운 음성 강화 기법

최재훈,장준혁,Choi, Jae-Hun,Chang, Joon-Hyuk 한국음향학회 2008 韓國音響學會誌 Vol.27 No.7

본 논문에서는 근단 (Hear-End)및 원단 (Far-End) 잡음 환경에서 효과적인 음성 강화 기법을 제시한다. 일반적으로 배경 잡음이 존재하는 근단 환경에서 수신하는 원단 화자 음성의 명료도가 매우 감소하므로, 이를 극복하기 위한 원단 화자 음성 강화 기법이 필요하다. 구체적으로, 추정된 근단 화자의 배경 잡음 전력을 기반으로 원단 화자의 음성 전력을 강화시키는데, 특별히 근단 환경에서도 잡음이 존재하는 일반적인 경우를 고려하여, 잡음에 오염된 원단 음성 신호중 잡음을 제외한 실제 음성 신호만 강화하는 개선된 알고리즘을 제안한다 제안된 음성 강과 기법의 성능은 다양한 잡음 환경 하에서 ITU-T P.800의 주관적 음질 측정 방법인 CCR (Comparison Category Rating) 테스트에 의해 평가되었으며, 기존의 음성 강화기법과 비교해서 우수한 성능을 보여주었다. In this paper, we propose an effective speech reinforcement technique under the near-end and the far-end noise environments. In general, since the intelligibility of the far-end speech for the near-end listener is significantly reduced under near-end noise environments, we require a far-end speech reinforcement approach to avoid this phenomena. Specifically, based on the estimated background noise spectrum of the near-end, we reinforce the far-end speech spectrum by incorporating the more general cases under the near-end with background noise. Also, we propose the novel approach to reinforce the actual speech signal except for the noise signal in the far-end noisy speech signal. The performance of the proposed algorithm is evaluated by the CCR (Comparison Category Rating) test of the method for subjective determination of transmission quality in ITU-T P.800 under various noise environments and shows better performances compared with the conventional method.

CDMA이동통신환경에서의 음성인식을 위한 왜곡음성신호 거부방법

김남수,장준혁,Kim Nam Soo,Chang Joon-Hyuk 한국음향학회 2004 한국음향학회지 Vol.23 No.8

This paper introduces a pre-rejection technique for wireless channel distorted speech with application to automatic speech recognition (ASR) Based on analysis of distorted speech signals over a wireless communication channel. we propose a method to reject the channel distorted speech with a small computational load. From a number of simulation results. we can discover that tile pre-rejection algorithm enhances the robustness of speech recognition operation.

적대적 공격에 대한 방어의 효율성 향상

김준(Joon Kim),윤태선(Taeseon Yoon),장준혁(Joon-Hyuk Chang) Korean Institute of Information Scientists and Eng 2024 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.2024 No.6

근단 배경 잡음 환경에서 G.729A 음성부호화기 파라미터에 기반한 새로운 음성 강화 기법

최재훈,장준혁,Choi, Jae-Hun,Chang, Joon-Hyuk 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.4

본 논문에서는 근단 (Near-End) 잡음 환경에서 ITU-T의 표준 음성부호화기인 G.729A CS-ACELP 기반의 효과적인 음성강화 기법을 제시한다. 일반적으로 다양한 배경 잡음이 존재하는 근단 환경에서 수신하는 원단 화자 음성의 명료도가 매우 감소하므로, 이를 극복하기 위한 원단 화자 음성 강화 기법이 필요하다. 기존의 음성강화 시스템과는 대조적으로, 다양한 배경 잡음이 존재하는 근단 환경에서 음성부호화기에 기반하여, 원단으로부터 수신된 비트스트림 파라미터 중 여기신호(excitation signal)를 강화하는 알고리즘을 제시한다. 구체적으로, 다양한 배경 잡음이 존재하는 근단 환경에서 G.729A CS-ACELP의 부호화기를 통해 배경 잡음의 여기신호를 추정하고, 추정된 배경 잡음의 여기신호를 기반으로 원단 화자로부터 전송된 음성 신호의 여기신호를 강화시키는데, 특별히 G.729A 복호화기내에서 원단의 음성 신호를 직접 강화하는 알고리즘을 제안한다. 제안된 음성 강화 기법의 성능은 다양한 잡음 환경 하에서 ITU-T P.800의 주관적 음질 측정 방법인 CCR (Comparison Category Rating) 테스트에 의해 평가되었으며, 기존의 SNR 복구 기법과 비교해서 우수한 성능을 보여주었다. In this paper, we propose an effective speech reinforcement technique base on ITU-T G.729A CS-ACELP codec under the near-end background noise environments. In general, since the intelligibility of the far-end speech for the near-end listener is significantly reduced under near-end noise environments, we require a far-end speech reinforcement approach to avoid this phenomena. In contrast to the conventional speech reinforcement algorithm, we reinforce the excitation signal of the codec's parameters received from the far-end speech signal based on the G.729A speech codec under various background noise environments. Specifically, we first estimate the excitation signal of ambient noise at the near-end through the encoder of the G.729A speech codec, reinforcing the excitation signal of the far-end speech transmitted from the far-end. we specially propose a novel approach to directly reinforce the excitation signal of far-end speech signal based on the decoder of the G.729A. The performance of the proposed algorithm is evaluated by the CCR (Comparison Category Rating) test of the method for subjective determination of transmission quality in ITU-T P.800 under various noise environments and shows better performances compared with conventional SNR Recovery methods.

SMV코덱의 음성/음악 분류 성능 향상을 위한 최적화된 가중치를 적용한 입력벡터 기반의 SVM 구현

김상균,장준혁,조기호,김남수,Kim, Sang-Kyun,Chang, Joon-Hyuk,Cho, Ki-Ho,Kim, Nam-Soo 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.5

본 논문에서는 변별적 가중치 학습 (discriminative weight training) 기반의 최적화된 가중치를 가지는 입력벡터를 구성하여 support vector machine (SVM)을 이용한 기존의 3GPP2 selectable mode vocoder (SMV)코덱의 음성/음악 분류 성능을 향상 시키는 방법을 제안한다. 구체적으로, 최소 분류 오차 minimum classification error (MCE) 방법을 도입하여, 최적화된 가중치를 각각의 특징벡터별로 부가한 SVM을 적용하여 기존의 가중치를 고려하지 않은 SVM 기반의 알고리즘과 비교하였으며, 우수한 음성/음악 분류 성능을 보였다. In this paper, we apply a discriminative weight training to a support vector machine (SVM) based speech/music classification for the selectable mode vocoder (SMV) of 3GPP2. In our approach, the speech/music decision rule is expressed as the SVM discriminant function by incorporating optimally weighted features of the SMV based on a minimum classification error (MCE) method which is different from the previous work in that different weights are assigned to each the feature of SMV. The performance of the proposed approach is evaluated under various conditions and yields better results compared with the conventional scheme in the SVM.

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.