bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2021-19-6-14-22bsuir-3154Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSИсследование применимости ДПФ-модулированного банка фильтров в системах со значительным усилением спектральных составляющихResearch of application of DFT-modulated filter bank in systems with significant spectral component amplificationСанькоН. С.SankoN. S.

Санько Никита Сергеевич, ассистент кафедры электронных вычислительных средств Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

Sanko Nikita S., Assistant Lecturer at the Department of Computer Engineering of the Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics

220013, Minsk, P. Brovki str., 6

sanko@bsuir.byВашкевичМ. И.VashkevichM. I.

Кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры электронных вычислительных средств Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники

Минск

Vashkevich Maxim I., PhD, Associate Professor, Associate Professor at the Department of Computer Engineering of the Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics

Minsk

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиБеларусьBelarusian State University of Informatics and RadioelectronicsBelarus2021290920211961422Copyright © Санько Н.С., Вашкевич М.И., 20212021Санько Н.С., Вашкевич М.И.Sanko N.S., Vashkevich M.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3154

Целью работы является исследование применимости ДПФ-модулированного банка фильтров в системах, требующих значительного усиления спектральных составляющих, таких как слуховой аппарат. Приведено описание метода анализа / синтеза звукового сигнала на основе кратковременного преобразования Фурье (КВПФ), используемого в большинстве систем обработки речевой информации. Показано, что ДПФ-модулированный банк фильтров является обобщением метода обработки на основе КВПФ. В системе анализ / синтез на основе ДПФ-модулированного банка фильтров входной сигнал разделяется на субполосы, проходя через банк фильтров анализа, далее происходит усиление сигнала в каждой субполосе, конечным этапом является восстановление сигнала с помощью банка фильтров синтеза. Однако в цифровых системах со значительным усилением спектральных составляющих из-за разницы в коэффициентах усиления для каждой субполосы результирующий сигнал после восстановления имеет искажения. В работе приводятся выражения для функции искажений и функции спектрального наложения, позволяющие оценить величину искажений, возникающих в системе анализ / синтез ДПФ-модулированного банка фильтров. Также предложены эффективные алгоритмы расчета функции искажений и функции спектральных наложений. В дальнейшем планируется разработка процедуры оптимизации ДПФ-модулированного банка фильтров, основанной на предложенных эффективных алгоритмах расчета функций искажений и спектральных наложений банка фильтров.

The purpose of this article is to investigate the application of DFT-modulated filter bank in systems with significant spectral component amplification like hearing aid. There is a description of analysis / synthesis method based on short-time Fourier transform (STFT), which is used in most systems of speech information processing. It is shown that DFT-modulated filter bank is a generalization of STFT-method. In analysis / synthesis system based on DFT-modulated filter bank, the input signal is divided into subbands, passing through the analysis filter bank then each subband is amplified and the last step is to reconstruct the signal with synthesis filter bank. However, in digital systems with significant spectral component amplification, the resulting signal is distorted after reconstruction because of amplification factor difference in each subband. The article provides expressions for the distortion and the aliasing functions, allowing to estimate the distortion value, which appears in analysis / synthesis system of DFT-modulated filter bank. Efficient algorithms for calculating the distortion and the aliasing functions are also offered. In future it is planning to develop a procedure for optimizing the DFT-modulated filter bank based on the proposed efficient algorithms for calculating distortion and spectral aliasing in the filter bank.

ДПФ-модулированный банк фильтровусилениеКВПФслуховой аппаратDFT-modulated filter bankgainSTFThearing aidReferencesВашкевич М.И., Азаров И.С., Петровский А.А. Цифровые банки фильтров для современных задач обработки звуковых сигналов. Доклады БГУИР. 2019; 2:100-111.Vashkevich M.I., Azarov I.S., Petrovsky A.A. [Digital filter banks for modern audiosignal processing tasks]. Doklady BGUIR = Doklady BGUIR. 2019;(2):100-111. (In Russ)Schasse A., Gerkmann T., Martin R. Two-stage filter-bank system for improved single-channel noise reduction in hearing aids. IEEE/ACM Transactions on Audio, Speech, and Language Processing. 2014;23(2):383-393.Schasse A., Gerkmann T., Martin R. Two-stage filter-bank system for improved single-channel noise reduction in hearing aids. IEEE/ACM Transactions on Audio, Speech, and Language Processing. 2014;23(2):383-393.Kurbiel T., Göckler H. G., Alfsmann D. A Novel Approach to the Design of Oversampling Low-Delay Complex-Modulated Filter Bank Pairs. EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. 2009: 1-13. DOI: 10.1155/2009/692861.Kurbiel T., Göckler H. G., Alfsmann D. A Novel Approach to the Design of Oversampling Low-Delay Complex-Modulated Filter Bank Pairs. EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. 2009: 1-13. DOI: 10.1155/2009/692861.Клионский Д.М., Куприянов М.С., Орешко Н.И. Модели и алгоритмы обработки вибрационных сигналов и мониторинга широкого частотного диапазона. Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. 2016;5:25-41.Klionskiy D.M., Kupriyanov M.S., Oreshko N.I.. [Models and algorithms of vibrational signal processing and wideband monitoring]. Izvestiya SPbGE`TU LE`TI. 2016;5:25-41. (In Russ)Goodwin M.M. The STFT, Sinusoidal Models, and Speech Modification. Springer Handbook of Speech Processing. 2008;229-258. DOI: 10.1007/978-3-540-49127-9-12.Goodwin M.M. The STFT, Sinusoidal Models, and Speech Modification. Springer Handbook of Speech Processing; 2008;229-258. DOI: 10.1007/978-3-540-49127-9-12.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.