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Thèse soutenue

Rehaussement de la parole pour les communications mains-libres. Réduction de bruit et annulation d'écho non linéaire

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Auteur / Autrice : Alexandre Guérin
Direction : Gérard Faucon
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Traitement du signal et télécommunications
Date : Soutenance en 2003
Etablissement(s) : Rennes 1

Résumé

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Dans le contexte des télécommunications cellulaires, les systèmes mains-libres connaissent un développement important qui s'explique par des impératifs de sécurité lors de son utilisation en véhicule, ou pour des raisons de convivialité pour le mains-libres intégré. S'ils constituent un confort certain pour son usager, ils sont à l'origine de bruit et d'écho perceptibles par le locuteur lointain, qui nuisent à la qualité de la communication et doivent être réduits. Dans ce mémoire, les deux contextes sont considérés : i) le véhicule pour lequel la réduction de bruit est indispensable, ii) le mains-libres intégré qui nécessite une suppression d'écho. Réduction de bruit bi-voies Les techniques mono-voie actuelles, généralement basées sur la stationnarité du bruit, ne donnent pas entière satisfaction en raison notamment d'une distorsion importante du signal utile. L'apport d'une seconde source d'information peut permettre d'améliorer les performances. Les études sur signaux réels montrent qu'en espaçant suffisamment les microphones, il est possible de séparer les signaux de parole et de bruit sur la base de la corrélation spatiale, ce qui permet de s'affranchir de l'hypothèse de stationnarité du bruit. L'algorithme développé utilise la fonction de cohérence adaptée à la suppression des bruits décorrélés ; la partie corrélée des bruits, due à leur caractère diffus, est éliminée par soustraction interspectrale. L'efficacité de cette approche repose d'une part sur l'estimation des spectres des observations en prenant en compte la faible stationnarité de la parole, et d'autre part sur celle de l'intercorrélation des bruits. Pour cette dernière, un estimateur, basé sur des critères énergétiques, permet de réactualiser le bruit pendant les phases de parole, garantissant un contrôle efficace du bruit musical. Les résultats montrent la supériorité de l'approche proposée dans le contexte véhicule par rapport aux approches classiques, tant en termes de réduction de bruit que de qualité du signal utile. Annulation d'écho non linéaire : Dans un système intégré, le haut-parleur, soumis à de forts niveaux, est à l'origine de non-linéarités qui dégradent les performances de l'annulation d'écho linéaire. Une première approche dite globale consiste à représenter l'ensemble du système par des filtres de Volterra en parallèle : cette structure conduit à des tailles importantes, et une convergence lente. L'algorithme non linéaire proposé effectue une modélisation série : le haut-parleur est modélisé par un filtre de Volterra d'ordre 3, le canal acoustique par un filtre linéaire. Cette structure par blocs, identique à celle du système mains-libres, résout le problème de vitesse de convergence. Cependant, l'adaptation conjointe des filtres en série pose le problème de convergence locale qui est explicité de manière théorique. On montre notamment que dans le cas de signaux colorés comme la parole, elle conduit de manière quasi-certaine à l'instabilité du système. Ce problème est résolu par le gel des coefficients des filtres non linéaires durant les phases de convergence du filtre linéaire, pour lesquelles un estimateur robuste est proposé. Une étape d'optimisation est nécessaire afin de respecter les contraintes temps-réel inhérentes au contexte industriel. Elle est basée d'une part sur la réduction du nombre de coefficients en éliminant la redondance, caractéristique des filtres de Volterra temporels, et d'autre part sur la réduction du nombre d'opérations par mise en évidence de structures pseudo-transversales. Les résultats sur signaux réels montrent une augmentation sensible des performances par rapport à l'annulation d'écho linéaire, pour un surcroît de complexité acceptable. On montre également que cette modélisation série présente des performances accrues en comparaison de celles de la modélisation globale, validant ainsi notre approche.