ШУМООЧИСТКА РЕЧЕВЫХ СИГНАЛОВ – ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ

Г. Зубов, С. Коваль, М. Столбов

«Центр Речевых Технологий» Санкт-Петербург

Голос и речь являются основным средством коммуникации во всех сферах человеческой деятельности, а передаваемая с их помощью информация может иметь исключительную ценность в обеспечении безопасности, раскрытии и предотвращении преступлений.

Звуковой сигнал на фонограммах или в каналах передачи и записи звука отличается от  исходного. Это объясняется, во-первых, тем, что в прослушиваемом сигнале  в той или иной степени присутствуют шумы и искажения, оказывающие негативное влияние на качество и разборчивость речи, а  во-вторых, особенностями нашего слуха. В связи с этим достаточно часто возникает потребность в проведении специальной обработки, или шумоочистки, звукового сигнала.

Главной целью шумоочистки, применительно к задачам обеспечения безопасности, является доведение качества и разборчивости речевого сигнала до уровня, приемлемого для его последующего комфортного прослушивания и понимания, при сохранении идентификационно-значимых свойств и характеристик речи диктора, что позволило бы в предельно сжатые сроки установить смысловое или дословное содержание речевой информации, источник речевой информации и его индивидуальные характеристики, а также обстоятельства получения информации. 

Конечно, всегда есть соблазн найти простой способ решения задачи, минимизировать финансовые вложения и трудозатраты, и использовать, например, один из широко представленных на рынке звуковых редакторов (CoolEdit, WaveLab или Sound Forge), в каждом из которых предусмотрен некий «джентльменский» набор средств шумоочистки, не требующих тонкой настройки и высокой квалификации пользователя. Однако на практике эффективность этих инструментов оказывается явно недостаточной для обработки реальных, а не специально подобранных сигналов. Более того, даже такие «монстры», как Sonic Solutions или CEDAR, не могут обеспечить решение практических задач шумоочистки в  случае, когда полезный сигнал (речь) в значительной степени искажен и/или полностью замаскирован посторонней помехой, в роли которой может выступать в т.ч. и другая речь. Об оперативности получения результатов в этом случае также говорить не приходится.

Другими словами, для шумоочистки низкокачественных речевых сигналов в рамках  решения задач обеспечения безопасности требуются сугубо специализированные средства и методики обработки звуковых сигналов. 

Наиболее эффективные оригинальные технологии шумоочистки нашли свое воплощение в продуктах компании «Центр Речевых Технологий» (ЦРТ) - одного из признанных лидеров в разработке и производстве средств записи, анализа и обработки речевых сигналов (шумоочистка, распознавание речи, верификация дикторов). Программные и аппаратные средства шумоочистки ЦРТ характеризуются, прежде всего, способностью подавлять большинство реальных помех, компенсировать частотные и амплитудные искажения,  максимально сохраняя полезный речевой сигнал; автоматически настраиваться и от­слеживать характеристики речи и помехи. Разработки ЦРТ обеспечивают простоту и удобство работы пользователя (не в ущерб эффективности), возможность настройки на конкретные условия шумоподавления (канал, акустическая обстановка), учет «тонких» психоакустических свойств человеческого слуха при обнаружении и восприятии различных звуковых сигналов.

В представленной ниже таблице указаны основные аппаратные и программные средства шумоочистки, разработанные ЦРТ в течение последних 10 лет. Среди них есть как сравнительно простые в использовании автономные устройства, самонастраивающиеся на подавление определенной узкой группы помех, так и относительно дорогие профессиональные станции и целые программные комплексы шумоочистки, реализующие целый набор различных процедур обработки сигналов.

Таблица

Примечание: * - выпуск с 2002г;

 ** - в скобках перечислены варианты поставки.

Остановимся на наиболее совершенных средствах шумоочистки, представленных в 2000 и 2001 г.г. на  выставках «Технологии безопасности» (Москва), CeBIT (Ганновер), SpeechTek (Нью-Йорк).

Sound Cleaner v.4.х

программный комплекс шумоочистки звуковых (речевых) сигналов

Это уникальный программный продукт нового поколения средств шумоочистки и повышения качества звучания «живого» или записанного звукового сигнала.

В 2000 году программа официально зарегистрирована Российским агентством по патентам и товарным знакам.

Сегодня Sound Cleaner существует и как самостоятельный продукт в версиях Light, EQV, Pro, Expert, Premium, а также входит в состав аппаратно-программных комплексов STC ИКАР (ЦРТ, Россия) и CSL 4400 (Kay Elemetrics, США).

Назначение

Sound Cleaner предназначен для ввода в память ПК и шумоочистки звуковых сигналов, передаваемых по каналам связи или записанных в сложных акустических условиях.

Области применения

§         аудиореставрация низкокачественных фонограмм, записанных в сложных акустических  условиях (в т.ч. архивных);

§         улучшение качества сигнала в каналах связи;

§         текстовая расшифровка низкокачественных фонограмм речи.

Отличительные свойства 

Универсальность

·        Для пользователей любого уровня подготовки (автоматическая и ручная настройка)

·        Высокая эффективность в отношении абсолютного большинства встречающихся шумов и искажений звука: типовые шумы и искажения каналов связи и звукозаписи, шумы помещений и улицы, работающих механизмов, транспортных средств, бытовой техники, голосовой коктейль, медленная музыка, электромагнитные наводки систем питания, компьютерной и другой техники, эффект реверберации и «эха».

·        При двухканальном съеме информации существенно снижает влияние шумов любого типа.

Модульность

Программа представляет собой набор автономных модулей работы со звуком (всего 19), объединенных простой и компактной основной оболочкой:

§                    ввод звука со звуковой карты или из файла;

§                    сигнальный редактор;

§                    цифровой магнитофон с воспроизведением в «кольце»;

§                    цифровой осциллограф;

§                    воспроизведение (стерео, псевдостерео, поканальное);

§                    запись результатов обработки в файл;

§                    параметрический 8192-полосный эквалайзер со встроенным спектроанализатором, инверсным фильтром,  фильтром гармоник, средствами темброкоррекции и ограничения полосы пропускания;

§                    адаптивный фильтр широкополосного шума;

§      адаптивный инверсный фильтр;

§      адаптивный компенсатор помех;

§      модуль динамической обработки;

§      мю-преобразование;

§      фильтр импульсных помех;

§      коррекция скорости воспроизведения без изменения тона голоса;

§      адаптивный временной стереокомпенсатор помех;

§      адаптивный частотный стереофильтр (режимы компенсация  помех, удаление фоновых шумов, выделение полезного сигнала);

§      усилитель;

§      разветвитель;

§      текстовый редактор.

Каждый модуль имеет свою панель управления и обрабатывает звук по собственному алгоритму, после чего передает его на следующий модуль.  Общее количество одновременно используемых модулей ограничено только вычислительными возможностями ПК.

Структура программного комплекса позволяет легко наращивать количество используемых типов модулей, обеспечивая тем самым долгий жизненный цикл программы (за полтора года количество модулей удвоилось).

Работа пользователя  может осуществляться в рамках использования одной из тринадцати готовых схем шумоочистки, настроенных для обработки наиболее типичных зашумленных и искаженных сигналов. При этом каждая схема поддается корректировке. Можно создать с «нуля» собственную схему и сохранить её для повторного применения.