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", Україна https://orcid.org/0000-0001-7640-0850
  • Марина Виталиевна Дидковская Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского", Україна 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

##submission.downloads##

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

Том 64 № 5 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.