Robust Multichannel Microphone Beamforming

In this thesis, a method for the design and implementation of a spatially robust multichannel microphone beamforming system is presented. A set of spatial correlation functions are derived for 2D and 3D far-field/near-field scenarios based on von Mises(-Fisher), Gaussian, and uniform source location distributions. These correlation functions are used to design spatially robust beamformers and blocking beamformers (nullformers) designed to enhance or suppress a known source, where the target source location is not perfectly known due to either an incorrect location estimate or movement of the target while the beamformers are active. The spatially robust beam/null-formers form signal and interferer plus noise references which can be further processed via a blind source separation algorithm to remove mutual components - removing the interference and sensor noise from the signal path and vice versa. The noise reduction performance of the combined beamforming and blind source separation system approaches that of a perfect information MVDR beamformer under reverberant conditions. It is demonstrated that the proposed algorithm can be implemented on low-power hardware with good performance on hardware similar to current mobile platforms using a four-element microphone array

A Study into Speech Enhancement Techniques in Adverse Environment

This dissertation developed speech enhancement techniques that improve the speech quality in applications such as mobile communications, teleconferencing and smart loudspeakers. For these applications it is necessary to suppress noise and reverberation. Thus the contribution in this dissertation is twofold: single channel speech enhancement system which exploits the temporal and spectral diversity of the received microphone signal for noise suppression and multi-channel speech enhancement method with the ability to employ spatial diversity to reduce reverberation

Audio source separation for music in low-latency and high-latency scenarios

Aquesta tesi proposa mètodes per tractar les limitacions de les tècniques existents de separació de fonts musicals en condicions de baixa i alta latència. En primer lloc, ens centrem en els mètodes amb un baix cost computacional i baixa latència. Proposem l'ús de la regularització de Tikhonov com a mètode de descomposició de l'espectre en el context de baixa latència. El comparem amb les tècniques existents en tasques d'estimació i seguiment dels tons, que són passos crucials en molts mètodes de separació. A continuació utilitzem i avaluem el mètode de descomposició de l'espectre en tasques de separació de veu cantada, baix i percussió. En segon lloc, proposem diversos mètodes d'alta latència que milloren la separació de la veu cantada, gràcies al modelatge de components específics, com la respiració i les consonants. Finalment, explorem l'ús de correlacions temporals i anotacions manuals per millorar la separació dels instruments de percussió i dels senyals musicals polifònics complexes.Esta tesis propone métodos para tratar las limitaciones de las técnicas existentes de separación de fuentes musicales en condiciones de baja y alta latencia. En primer lugar, nos centramos en los métodos con un bajo coste computacional y baja latencia. Proponemos el uso de la regularización de Tikhonov como método de descomposición del espectro en el contexto de baja latencia. Lo comparamos con las técnicas existentes en tareas de estimación y seguimiento de los tonos, que son pasos cruciales en muchos métodos de separación. A continuación utilizamos y evaluamos el método de descomposición del espectro en tareas de separación de voz cantada, bajo y percusión. En segundo lugar, proponemos varios métodos de alta latencia que mejoran la separación de la voz cantada, gracias al modelado de componentes que a menudo no se toman en cuenta, como la respiración y las consonantes. Finalmente, exploramos el uso de correlaciones temporales y anotaciones manuales para mejorar la separación de los instrumentos de percusión y señales musicales polifónicas complejas.This thesis proposes specific methods to address the limitations of current music source separation methods in low-latency and high-latency scenarios. First, we focus on methods with low computational cost and low latency. We propose the use of Tikhonov regularization as a method for spectrum decomposition in the low-latency context. We compare it to existing techniques in pitch estimation and tracking tasks, crucial steps in many separation methods. We then use the proposed spectrum decomposition method in low-latency separation tasks targeting singing voice, bass and drums. Second, we propose several high-latency methods that improve the separation of singing voice by modeling components that are often not accounted for, such as breathiness and consonants. Finally, we explore using temporal correlations and human annotations to enhance the separation of drums and complex polyphonic music signals

Digital Microphone Array - Design, Implementation and Speech Recognition Experiments

The instrumented meeting room of the future will help meetings to be more efficient and productive. One of the basic components of the instrumented meeting room is the speech recording device, in most cases a microphone array. The two basic requirements for this microphone array are portability and cost-efficiency, neither of which are provided by current commercially available arrays. This will change in the near future thanks to the availability of new digital MEMS microphones. This dissertation reports on the first successful implementation of a digital MEMS microphone array. This digital MEMS microphone array was designed, implemented, tested and evaluated and successfully compared with an existing analogue microphone array using a state-of-the-art ASR system and adaptation algorithms. The newly built digital MEMS microphone array compares well with the analogue microphone array on the basis of the word error rate achieved in an automated speech recognition system and is highly portable and economical

Towards a Common Software/Hardware Methodology for Future Advanced Driver Assistance Systems

The European research project DESERVE (DEvelopment platform for Safe and Efficient dRiVE, 2012-2015) had the aim of designing and developing a platform tool to cope with the continuously increasing complexity and the simultaneous need to reduce cost for future embedded Advanced Driver Assistance Systems (ADAS). For this purpose, the DESERVE platform profits from cross-domain software reuse, standardization of automotive software component interfaces, and easy but safety-compliant integration of heterogeneous modules. This enables the development of a new generation of ADAS applications, which challengingly combine different functions, sensors, actuators, hardware platforms, and Human Machine Interfaces (HMI). This book presents the different results of the DESERVE project concerning the ADAS development platform, test case functions, and validation and evaluation of different approaches. The reader is invited to substantiate the content of this book with the deliverables published during the DESERVE project. Technical topics discussed in this book include:Modern ADAS development platforms;Design space exploration;Driving modelling;Video-based and Radar-based ADAS functions;HMI for ADAS;Vehicle-hardware-in-the-loop validation system

Proceedings of the EAA Spatial Audio Signal Processing symposium: SASP 2019

International audienc

Robust speaker diarization for meetings

Aquesta tesi doctoral mostra la recerca feta en l'àrea de la diarització de locutor per a sales de reunions. En la present s'estudien els algorismes i la implementació d'un sistema en diferit de segmentació i aglomerat de locutor per a grabacions de reunions a on normalment es té accés a més d'un micròfon per al processat. El bloc més important de recerca s'ha fet durant una estada al International Computer Science Institute (ICSI, Berkeley, Caligornia) per un període de dos anys.La diarització de locutor s'ha estudiat força per al domini de grabacions de ràdio i televisió. La majoria dels sistemes proposats utilitzen algun tipus d'aglomerat jeràrquic de les dades en grups acústics a on de bon principi no se sap el número de locutors òptim ni tampoc la seva identitat. Un mètode molt comunment utilitzat s'anomena "bottom-up clustering" (aglomerat de baix-a-dalt), amb el qual inicialment es defineixen molts grups acústics de dades que es van ajuntant de manera iterativa fins a obtenir el nombre òptim de grups tot i acomplint un criteri de parada. Tots aquests sistemes es basen en l'anàlisi d'un canal d'entrada individual, el qual no permet la seva aplicació directa per a reunions. A més a més, molts d'aquests algorisms necessiten entrenar models o afinar els parameters del sistema usant dades externes, el qual dificulta l'aplicabilitat d'aquests sistemes per a dades diferents de les usades per a l'adaptació.La implementació proposada en aquesta tesi es dirigeix a solventar els problemes mencionats anteriorment. Aquesta pren com a punt de partida el sistema existent al ICSI de diarització de locutor basat en l'aglomerat de "baix-a-dalt". Primer es processen els canals de grabació disponibles per a obtindre un sol canal d'audio de qualitat major, a més dínformació sobre la posició dels locutors existents. Aleshores s'implementa un sistema de detecció de veu/silenci que no requereix de cap entrenament previ, i processa els segments de veu resultant amb una versió millorada del sistema mono-canal de diarització de locutor. Aquest sistema ha estat modificat per a l'ús de l'informació de posició dels locutors (quan es tingui) i s'han adaptat i creat nous algorismes per a que el sistema obtingui tanta informació com sigui possible directament del senyal acustic, fent-lo menys depenent de les dades de desenvolupament. El sistema resultant és flexible i es pot usar en qualsevol tipus de sala de reunions pel que fa al nombre de micròfons o la seva posició. El sistema, a més, no requereix en absolute dades d´entrenament, sent més senzill adaptar-lo a diferents tipus de dades o dominis d'aplicació. Finalment, fa un pas endavant en l'ús de parametres que siguin mes robusts als canvis en les dades acústiques. Dos versions del sistema es van presentar amb resultats excel.lents a les evaluacions de RT05s i RT06s del NIST en transcripció rica per a reunions, a on aquests es van avaluar amb dades de dos subdominis diferents (conferencies i reunions). A més a més, es fan experiments utilitzant totes les dades disponibles de les evaluacions RT per a demostrar la viabilitat dels algorisms proposats en aquesta tasca.This thesis shows research performed into the topic of speaker diarization for meeting rooms. It looks into the algorithms and the implementation of an offline speaker segmentation and clustering system for a meeting recording where usually more than one microphone is available. The main research and system implementation has been done while visiting the International Computes Science Institute (ICSI, Berkeley, California) for a period of two years. Speaker diarization is a well studied topic on the domain of broadcast news recordings. Most of the proposed systems involve some sort of hierarchical clustering of the data into clusters, where the optimum number of speakers of their identities are unknown a priory. A very commonly used method is called bottom-up clustering, where multiple initial clusters are iteratively merged until the optimum number of clusters is reached, according to some stopping criterion. Such systems are based on a single channel input, not allowing a direct application for the meetings domain. Although some efforts have been done to adapt such systems to multichannel data, at the start of this thesis no effective implementation had been proposed. Furthermore, many of these speaker diarization algorithms involve some sort of models training or parameter tuning using external data, which impedes its usability with data different from what they have been adapted to.The implementation proposed in this thesis works towards solving the aforementioned problems. Taking the existing hierarchical bottom-up mono-channel speaker diarization system from ICSI, it first uses a flexible acoustic beamforming to extract speaker location information and obtain a single enhanced signal from all available microphones. It then implements a train-free speech/non-speech detection on such signal and processes the resulting speech segments with an improved version of the mono-channel speaker diarization system. Such system has been modified to use speaker location information (then available) and several algorithms have been adapted or created new to adapt the system behavior to each particular recording by obtaining information directly from the acoustics, making it less dependent on the development data.The resulting system is flexible to any meetings room layout regarding the number of microphones and their placement. It is train-free making it easy to adapt to different sorts of data and domains of application. Finally, it takes a step forward into the use of parameters that are more robust to changes in the acoustic data. Two versions of the system were submitted with excellent results in RT05s and RT06s NIST Rich Transcription evaluations for meetings, where data from two different subdomains (lectures and conferences) was evaluated. Also, experiments using the RT datasets from all meetings evaluations were used to test the different proposed algorithms proving their suitability to the task.Postprint (published version