Analyse de scène sonore multi-capteurs : un front-end temps-réel pour la manipulation de scène

Multi-sensor sound scene analysis : a real-time front-end for scene manipulation

• Auteur / Autrice : Mathieu Baque
• Direction : Manuel Melon, Alexandre Guérin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 09/06/2017
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans - Laboratoire d'acoustique de l'université du Mans / LAUM
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexandre Guérin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Manipulation

Son

Acoustique

Ondes sonores -- Diffusion

Mots clés libres

Acoustique

Audio 3D

Séparation de sources

Analyse de scène

Ambisonie

HOA

Analyse en composantes indépendantes

Déréverbération

Acoustics

Source separation

Scene analysis

Ambisonics

Independent component analysis

Dereverberation

Résumé

La thèse s’inscrit dans un contexte d’essor de l’audio spatialisé (5.1, Dolby Atmos...). Parmi les formats audio 3D existants, l’ambisonie permet une représentation spatiale homogène du champ sonore et se prête naturellement à des manipulations : rotations, distorsion du champ sonore. L’objectif de cette thèse est de fournir un outil d’analyse et de manipulation de contenus audio (essentiellement vocaux) au format ambisonique. Un fonctionnement temps-réel et en conditions acoustiques réelles sont les principales contraintes à respecter. L’algorithme mis au point est basé sur une analyse en composantes indépendantes (ACI) appliquée trame à trame qui permet de décomposer le champ acoustique en un ensemble de contributions, correspondant à des sources (champ direct) ou à de la réverbération. Une étape de classification bayésienne, appliquée aux composantes extraites, permet alors l’identification et le dénombrement des sources sonores contenues dans le mélange. Les sources identifiées sont localisées grâce à la matrice de mélange obtenue par ACI, pour fournir une cartographie de la scène sonore. Une étude exhaustive des performances est menée sur des contenus réels en fonction de plusieurs paramètres : nombre de sources, environnement acoustique, longueur des trames, ou ordre ambisonique utilisé. Des résultats fiables en terme de localisation et de comptage de sources ont été obtenus pour des trames de quelques centaines de ms. L’algorithme, exploité comme prétraitement dans un prototype d’assistant vocal domestique, permet d’améliorer significativement les performances de reconnaissance, notamment en prise de son lointaine et en présence de sources interférentes.

The context of this thesis is the development of spatialized audio (5.1 contents, Dolby Atmos...) and particularly of 3D audio. Among the existing 3D audio formats, Ambisonics and Higher Order Ambisonics (HOA) allow a homogeneous spatial representation of a sound field and allows basics manipulations, like rotations or distorsions. The aim of the thesis is to provides efficient tools for ambisonics and HOA sound scene analyse and manipulations. A real-time implementation and robustness to reverberation are the main constraints to deal with. The implemented algorithm is based on a frame-by-frame Independent Component Analysis (ICA), wich decomposes the sound field into a set of acoustic contributions. Then a bayesian classification step is applied to the extracted components to identify the real sources and the residual reverberation. Direction of arrival of the sources are extracted from the mixing matrix estimated by ICA, according to the ambisonic formalism, and a real-time cartography of the sound scene is obtained. Performances have been evaluated in different acoustic environnements to assess the influence of several parameters such as the ambisonic order, the frame length or the number of sources. Accurate results in terms of source localization and source counting have been obtained for frame lengths of a few hundred milliseconds. The algorithm is exploited as a pre-processing step for a speech recognition prototype and allows a significant increasing of the recognition results, in far field conditions and in the presence of noise and interferent sources.