Момент четвертого порядка и его функциональные преобразования как меры степени клиппирования и качества звуковых сигналов

Автор(и)

  • Аркадий Николаевич Продеус Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Ukraine https://orcid.org/0000-0001-7640-0850
  • Марина Виталиевна Дидковская Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского", Ukraine https://orcid.org/0000-0003-0818-2008

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021050046

Ключові слова:

клиппирование, мера степени клиппирования, объективная мера, эксцесс, речевой сигнал, музыкальный сигнал

Анотація

Показано, что нормированный центральный момент четвертого порядка (эксцесс) и некоторые его функциональные преобразования (обратная величина и корень квадратный из обратной величины) могут служить объективными мерами степени клиппирования и качества речевых и музыкальных сигналов. Существенными достоинствами предложенных мер являются отсутствие необходимости в предварительном оценивании плотности вероятностей анализируемого сигнала, а также отсутствие необходимости в информации о неискаженных сигналах. Вычислены коэффициенты корреляции Пирсона и построены карты соответствия, представляющие собой зависимости между оценками предложенных мер и субъективными оценками качества клиппированных звуковых сигналов, что позволяет осуществить калибровку объективных мер. Показано, что карты соответствия величин, являющихся простыми функциональными преобразованиями эксцесса, могут быть аппроксимированы полиномами первого или второго порядка, тогда как для аппроксимации карт соответствия эксцесса необходимо использовать полиномы четвертого порядка. Данный факт, в сочетании с ограниченностью интервала возможных значений используемой меры, означает, что в инженерных приложениях использование функциональных преобразований эксцесса может оказаться предпочтительным. Произведено сопоставление предложенных мер с конкурентной мерой в виде коэффициента клиппирования. Показано, что коэффициент клиппирования менее эффективен, по сравнению с предложенными мерами, при высоких уровнях клиппирования речевых и музыкальных сигналов.

Біографія автора

Аркадий Николаевич Продеус, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

кафедра акустики та акустоелектроніки, професор

Посилання

T. Otani, M. Tanaka, Y. Ota, S. Ito, “Clipping detection device and method,” US Patent 8,392,199 B2, 2013.

Г. Р. Аванесян, “Метод и устройство для оценки и индикации искажений выходного сигнала усилителей звуковой частоты (индикация перегрузки),” Патент RU 2274868 C2, МПК G01R 23/20, G01R 19/165, 2006.

X. Liu, J. Jia, L. Cai, “SNR estimation for clipped audio based on amplitude distribution,” in 2013 Ninth International Conference on Natural Computation (ICNC), 2013, pp. 1434–1438, doi: https://doi.org/10.1109/ICNC.2013.6818205.

С. В. Алейник, Ю. Н. Матвеев, А. Н. Раев, “Метод оценки уровня клиппирования речевых сигналов,” Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, no. 3, pp. 79–83, 2012, uri: https://ntv.ifmo.ru/ru/article/776/metod_ocenki_urovnya_klippirovaniya_rechevogo_signala.htm.

С. В. Алейник, Ю. Н. Матвеев, А. В. Шолохов, “Определение клиппированных фрагментов в акустических сигналах,” Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, vol. 14, no. 4, pp. 286–292, 2014, uri: https://ntv.ifmo.ru/ru/article/10352/opredelenie_klippirovannyh_fragmentov_v_akusticheskih_signalah.htm.

F. Bie, D. Wang, J. Wang, T. F. Zheng, “Detection and reconstruction of clipped speech for speaker recognition,” Speech Commun., vol. 72, pp. 218–231, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.specom.2015.06.008.

C. Laguna, A. Lerch, “An efficient algorithm for clipping detection and declipping audio,” AES 141st Conv., 2016, uri: http://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=18486.

A. H. Poorjam, J. R. Jensen, M. A. Little, M. G. Christensen, “Dominant distortion classification for pre-processing of vowels in remote biomedical voice analysis,” in Interspeech 2017, 2017, pp. 289–293, doi: https://doi.org/10.21437/Interspeech.2017-378.

M. Kendall, A. Stuart, The Advanced Theory of Statistics: Distribution Theory. London: Wiley, 1977.

A. M. Prodeus, I. V. Kotvytskyi, A. A. Ditiashov, “Assessment of clipped speech quality,” Electron. Control Syst., vol. 4, no. 58, p. 0, 2018, doi: https://doi.org/10.18372/1990-5548.58.13504.

J. J. A. Moors, “The meaning of kurtosis: Darlington reexamined,” Am. Stat., vol. 40, no. 4, pp. 283–284, 1986, doi: https://doi.org/10.1080/00031305.1986.10475415.

V. Arora, R. Kumar, “Probability distribution estimation of music signals in time and frequency domains,” in 2014 19th International Conference on Digital Signal Processing, 2014, pp. 409–414, doi: https://doi.org/10.1109/ICDSP.2014.6900696.

G. Li, M. E. Lutman, S. Wang, S. Bleeck, “Relationship between speech recognition in noise and sparseness,” Int. J. Audiol., vol. 51, no. 2, pp. 75–82, 2012, doi: https://doi.org/10.3109/14992027.2011.625984.

N. Côté, Integral and Diagnostic Intrusive Prediction of Speech Quality. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2011, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-18463-5.

S. Naida, V. Didkovskyi, O. Pavlenko, N. Naida, “Spectral analysis of sounds by acoustic hearing analyzer,” in 2019 IEEE 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2019, pp. 421–424, doi: https://doi.org/10.1109/ELNANO.2019.8783915.

В. С. Дидковский, С. А. Найда, “Принципы построения слухового эхоскопа для диагностики среднего уха человека,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 59, no. 1, p. 46, 2016, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347016010039.

Зависимость beta_4 для речи

Опубліковано

2021-05-29 — Оновлено 2021-05-29

Як цитувати

Продеус, А. Н., & Дидковская, М. В. (2021). Момент четвертого порядка и его функциональные преобразования как меры степени клиппирования и качества звуковых сигналов. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(5), 295–307. https://doi.org/10.20535/S0021347021050046

Номер

Розділ

Статті