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Optimierung frequenzvarianter Nullbeamformer für akustische Signale
mittels Statistik höherer Ordnung - Anwendungen im Kfz und in Büroräumen Dr.-Ing. Wolf Baumann Technische Universität Berlin Zusammenfassung der Dissertation In den letzten Jahren haben sich im Automobilbereich nicht nur elektronische Kommunikationssysteme sondern auch sprachgesteuerte Systeme immer mehr durchgesetzt. Dabei sind zunehmend mehrkanalige Lösungen auf der Basis von Mikrofonarrays ins Blickfeld gerückt, da sie die Möglichkeit einer räumlichen Differenzierung bieten. Aus Kostengründen sind diese Verfahren jedoch auf eine kleine Anzahl an Mikrofonen und einen geringen Rechenaufwand beschränkt. In diesem Kontext stellt das in der Arbeit entwickelte Verfahren des frequenzvarianten Nullbeamforming eine robuste Methode zur Unterdrückung gerichteter Störsignale dar, wie sie bei sprachgesteuerten Systemen zur Vermeidung von Fehlbedienungen benötigt wird. Damit kann sichergestellt werden, dass die Bedienung eines sprachgesteuerten Systems ausschließlich durch den Fahrer erfolgt, während z.B. das Sprachsignal des Beifahrers unterdrückt wird. Das zweikanalige Verfahren basiert auf einer Parallelschaltung zweier Nullbeamformer, die im Verbund optimiert werden. Der Grundgedanke ist dabei, dass die Einfallsrichtung des Beifahrersignals die Ausnullungsrichtung für das Fahrersignal sein muss und vice versa. In dieser Weise bedingen sich die zu optimierenden Richtungen beider Beamformer gegenseitig. Ein weiterer entscheidende Unterschied zu konventionellen Beamformern ist, dass die beiden Einfallsrichtungen nicht über alle Frequenzen als konstant angenommen werden. Dadurch wird eine realistische Anpassung des Modells an die tatsächlichen Gegebenheiten erreicht, und die durch die Raumakustik bedingten Phasenverzerrungen können ausgeglichen werden. Dieser neue Ansatz eröffnet nicht nur ein besseres Verständnis der Abhängigkeiten der Modellparameter von den akustischen Bedingungen sondern ermöglicht bei Standard-Beamformingverfahren außerdem einen verbesserten Entwurf im Hinblick auf die Nutzsignalverzerrung. Die frequenzabhängige Optimierung der beiden Blickrichtungen erfolgt bei dem in dieser Arbeit entwickelten Verfahren auf der Basis des Kriteriums der statistischen Unabhängigkeit (ICA - Independent Component Analysis). Die Richtungen werden dabei mit Hilfe von Statistik höherer Ordnung so bestimmt, dass die Ausgangssignale unabhängig voneinander sind. Damit ist gleichzeitig die Dämpfung bzw. Separation der einzelnen Signalkomponenten gewährleistet. Die wesentlichen Vorteile dieses Verfahrens sind der im Vergleich zu anderen ICA-Methoden geringere Rechenaufwand und die Unterscheidbarkeit der einzelnen Quellsignale sowie die im Vergleich zu adaptiven Beamformern geringe Nutzsignalverzerrung. Es ist somit gelungen, die Vorteile der beiden Methoden ICA und Beamforming in einem robusten Verfahren zu vereinen, das für den Einsatz in realzeitfähigen Systemen geeignet ist. < zurück |
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