การลดสัญญาณรบกวนออกจากสัญญาณเสียงที่ผ่านการบีบอัดโดยตัวกรองคาลมาน

Abstract

ในงานวิทยานิพนธ์ทางด้านการบีบอัดสัญญาณเสียงมีวัตถุประสงค์คือ การทำให้สัญญาณเสียงมีขนาดเล็กลง แต่ยังคงรักษาคุณภาพของสัญญาณเสียงให้มีคุณภาพใกล้เคียงกับต้นฉบับให้มากที่สุดซึ่งในขั้นตอนการบีบอัดสัญญาณเสียงอาจจะเกิดสัญญาณรบกวนที่ไม่ต้องการขึ้นมาได้และเป็นผลทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนของสัญญาณเสียงที่ถูกบีบอัดจนนำไปสู่การทำให้คุณภาพสัญญาณเสียงลดลงได้วิทยานิพนธ์นี้นำเสนอการศึกษาการใช้ประโยชน์ตัวพารามิเตอร์ Q และ R ของตัวกรองคาลมานสำหรับลดสัญญาณรบกวนแบบไวท์เกาส์เซียนในการบีบอัดสัญญาณเสียงพูด สัญญาณเสียงพูดจะถูกส่งผ่านกระบวนการตัวกรองคาลมาน และจำลองสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นเป็นลักษณะสัญญาณไวท์เกาส์เซียน ด้วยความถี่ 10 เฮิร์ตซ์ 50 เฮิร์ตซ์ 100 เฮิร์ตซ์ 500 เฮิร์ตซ์ และ 1000 เฮิร์ตซ์ ตามลำดับ ในการทดลองจะทำการปรับแต่งตัวแปรคงที่ Q และ R ของคุณสมบัติของตัวกรองคาลมานซึ่งจะทำให้สัญญาณรบกวนเกิดการแปรปรวนเกิดขึ้นในแบบจำลองเพื่อหาการลดลงของสัญญาณรบกวน ในวิทยานิพนธ์นี้นำเสนอการนำไปประยุกต์ใช้ปรับปรุงคุณภาพสัญญาณเสียงที่ผ่านการบีบอัด โดนนำสัญญาณเสียงซึ่งใช้เทคนิคในการบีบอัดแบบ Code Excite Linear Prediction คือ สัญญาณเสียงพูดผู้ชาย 10 เสียง และสัญญาณเสียงพูดผู้หญิง 10 เสียง ปรับปรุงคุณภาษสัญญาณเสียงด้วยแบบจำลองตัวกรองคาลมาน ผลการทดลองพบว่าสัญญาณรบกวนแบบไวท์เกาส์เซียนจะลดลงเมื่อค่าคงที่ Q และ R ในแบบจำลองตัวกรองคาลมานมีค่าใกล้เคียงกัน หรือมีค่าเท่ากันซึ่งจากผลการทดลองได้ผลว่าค่าที่ Q และ R เท่ากับ 1 จะทำให้สัญญาณรบกวนแบบไวท์เกาส์เซียนลดลงมากที่สุด และเมื่อนำตัวกรองคาลมานไปประยุกต์ใช้สำหรับปรับปรุงคุณภาพสัญญาณเสียงที่ผ่านการบีบอัดโดยเทคนิค CELP นั้น จากการทดลองพบว่าแบบจำลองตัวกรองคาลมานสามารถปรับปรุงคุณภาพสัญญาณเสียงที่ถูกบีบอัดโดยเทคนิค CELP ซึ่งผลการทดลองได้ผลว่าสัญญาณความถี่ต่ำถูกกรองออกไปเป็นผลให้สัญญาณเสียงมีคุณภาพดีขึ้น

The speech compression research aims to compress the speech signal while maintains the quality of the speech signal to similar as the original signal. Speech compression process, a noise might occur and effects to the quality of speech signal which can reduce the quality of the speech signal. This thesis provides the studying and exploring of Q and R parameters of Kalman filter for reducing the white Gaussian noise in speech compression. Speech signal is passed through the Kalman filter and white Gaussian noise model at 10 Hz 50 Hz 100 Hz 500 Hz and 1000 Hz respectively. In the experiment, Q and R parameters of Kalman filter characteristics are adjusted, which effects to the unstable noise in the system, to reduce the noise. Moreover, it applied this technique to improve the quality of speech compression. The speech from Code Excite Linear Prediction speech compression, which constants of 10 male and 10 female speech signals, is tested with Kalman filter. The results show the white Gaussian noise can be decreased when the Q and R parameters of Kalman filter is similar or equal. In the experiment, when Q and R are equal to 1, it can provide the maximum efficiency of white Gaussian noise reduction. In the condition of applying Kalman filter for improving the speech quality of CELP speech compression, this can reduce the low frequency noise and provides the better quality.