name: Алгоритмы выделения речи целевого диктора с использованием планарных компактных микрофонных решеток
keyword_list: Сбор речевой информации, шум, компактные плпнарные микрофоны, выделение речи, диаграммы направленности, индекс направленности, направление лучом и нулем, оценка направления прихода речи
abstract: Сбор  речевой  информации  в нестационарных шумах является актуальным в решении многих практических задач  речевых  технологий.  Одной  из  важных  задач  является  выделение  речи целевого диктора в присутствии речи сторонних дикторов и шумов окружения. Задача  дистанционного  сбора  речевой  и  акустической  информации  от целевого источника в присутствии шумов является классической и имеет много практических  применений:  системы  человеко-машинного  диалога, протоколирование  речи  заседаний,  переговоров  и  совещаний,  дистанционный сбор  и  запись  речевой  информации,  дистанционное  распознавание  речи  и идентификация дикторов, выделение речи целевого диктора из смеси голосов, помощь слабослышащим, аудио- , видеомониторинг.
  	Актуальность  задачи  выделения  речи  целевого  диктора  связана, прежде  всего,  с  интенсивным  расширением  области  применения  речевых технологий (автоматическое распознавание речи, голосовая биометрия и др.) и потребностью в переходе к дистанционному приему речевой информации. 
  Обычно задача ставится, как задача выделения звука целевого источника с  заданного  направления.  Главными  проблемами  при  этом  является  помехи  и шумы.  «Шумом»  будем  называть  случайные  сигналы,  присутствующие  в сигналах  микрофонов  (например,  электрические  шумы,  шумы  окружающей среды  от  пространственно  распределенных  источников).  «Помехами»  будем называть когерентные сигналы на микрофонах, сформированные источниками звука,  которые  могут  быть  локализованы  в  пространстве  (например,  речь сторонних дикторов). Одним  из  направлений  в  решении  данной  задачи  является  применение компактные микрофонных решеток (КМР).
  	Диссертационная  работа  направлена  на  решение  практических  задач разработки  и  реализации  алгоритмов  выделения  речи  целевого  диктора  в 
  условиях шумов окружения и точечных источников помех для планарных КМР. В работе предлагаются: (1) алгоритм увеличения степени направленности КМР за  счет  формирования  ДН  с  характеристикой  дифференциальной  МР,  (2) алгоритмы  формирования  нулей  ДН  в  направлении  источников  когерентных помех  для  сценариев  известного  и  неизвестного  направления  источника помехи. 
  Основным  фактором,  определяющим  эффективность  систем  с  речевым интерфейсом, является отношение сигнала диктора к шуму фона (изотропному 
  или  когерентному).  Увеличение  отношения  сигнал/шум  (ОСШ)  микрофонной решетки  относительно  ОСШ  отдельного  микрофона  является  объективной характеристикой  эффективности  МР.  Увеличение  ОСШ  речевого  сигнала позволяет  улучшить  разборчивость,  обнаружение  и  распознавание  речи,  а также  распознавание  дикторов.  Исходя  из  этого,  в  качестве  основной  меры достижения  цели  работы  выбрана  степень  увеличения  ОСШ  и  ее  численные характеристики:  для  изотропного  шума  –  индекс  направленности  𝐷𝐼 (𝑓),  для когерентного шума – степень подавления шума (NR).
  	Целью  диссертации  является  разработка  алгоритмов  выделения  речи целевого  диктора  с  помощью  компактных  микрофонных  решеток, позволяющих увеличить ОСШ речевого сигнала на выходе КМР. Для  достижения  поставленной  цели  в  диссертации  сформулированы следующие задачи: (1) Обзор и анализ методов и алгоритмов выделения речевых сигналов с использованием микрофонных решеток. (2) Исследование  алгоритмов  формирования  луча  и  нуля  в двухэлементных МР. (3) Разработка  алгоритма выделения  речи  диктора  в  присутствии  речи сторонних дикторов с использованием совместного формирования луча и нуля диаграммы направленности КМР. (4) Разработка алгоритма выделения речи диктора в изотропном шуме, с использованием диаграммы направленности кардиоиды. (5) Разработка адаптивных алгоритмов выделения речи целевого диктора в условиях меняющейся акустической обстановки. (6) Разработка алгоритма оценки направления прихода речи дикторов. (7) Разработка программных средств выделения речи целевого диктора с помощью компактных микрофонных решеток. (8) Проведение  экспериментальных  исследований  разработанных алгоритмов выделения речи диктора в реальных условиях.
  	Научная новизна диссертации состоит в следующем: (1) Разработан  алгоритм  выделения  речи  диктора  в  присутствии когерентных шумов окружения и речи сторонних дикторов, отличающийся от известных алгоритмов тем, что обеспечивает независимое управление лучом и нулем  диаграммы  направленности  КМР  произвольной  геометрии,  что позволяет увеличить ОСШ целевого сигнала на 15-20 дБ. (2) Предложен  алгоритм  выделения  речи  диктора  в  изотропном  шуме, основанный на формировании луча и нуля диаграммы направленности КМР в противоположных  направлениях,  обеспечивающий  увеличение  достигаемого выигрыша  ОСШ  в  диапазоне  низких  частот  (НЧ)  на  2-5  дБ  по  сравнению  с известными алгоритмами для той же геометрии микрофонной решетки. (3) Предложен  алгоритм  статистически  устойчивой  оценки  направлений прихода  речи  дикторов  на  отдельных  кадрах  речи,  основанный  на сканировании пространства нулем диаграммы направленности КМР.
chairman_dissertation_council.name: Юрий
chairman_dissertation_council.surname: Матвеев
chairman_dissertation_council.patronymic: Николаевич
chairman_dissertation_council.position: профессор (квалификационная категория «профессор-эксперт»)
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: d-4188-2014
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 7006613471
chairman_dissertation_council.rinc_id: 379753
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Владимир
organization_supervisor.surname: Васильев
organization_supervisor.patronymic: Николаевич
organization_supervisor.position: ректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 20.23.25
rubrics.name: Информационные системы с базами знаний
rubrics.code: 20.23.15
rubrics.name: Информационно-поисковые языки
oecds.code: 01.02.ET
oecds.name: COMPUTER SCIENCE, INFORMATION SYSTEMS
speciality_codes.name: Теоретические основы информатики
speciality_codes.code: 05.13.17
supervisors.fio: Столбов Михаил Борисович
supervisors.scientific_degree: Кандидат технических наук
supervisors.speciality_code: Теоретические основы информатики
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Царёв Александр Павлович
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Теоретические основы информатики
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Джиган Виктор Иванович
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Теоретические основы информатики
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: УНИВЕРСИТЕТ ИТМО; НИУ ИТМО; ИТМО
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИТМО"
protection_organization.ogrn: 1027806868154
protection_organization.supervisor_name: ВЛАДИМИР
protection_organization.supervisor_surname: ВАСИЛЬЕВ
protection_organization.supervisor_patronymic: НИКОЛАЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения
author_organization.short_name: УНИВЕРСИТЕТ ИТМО; НИУ ИТМО; ИТМО
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИТМО"
author_organization.ogrn: 1027806868154
author_organization.supervisor_name: ВЛАДИМИР
author_organization.supervisor_surname: ВАСИЛЬЕВ
author_organization.supervisor_patronymic: НИКОЛАЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения