In Car Audio

This chapter presents implementations of advanced in Car Audio Applications. The system is composed by three main different applications regarding the In Car listening and communication experience. Starting from a high level description of the algorithms, several implementations on different levels of hardware abstraction are presented, along with empirical results on both the design process undergone and the performance results achieved

강인한 음성인식을 위한 DNN 기반 음향 모델링

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 전기·컴퓨터공학부, 2019. 2. 김남수.본 논문에서는 강인한 음성인식을 위해서 DNN을 활용한 음향 모델링 기법들을 제안한다. 본 논문에서는 크게 세 가지의 DNN 기반 기법을 제안한다. 첫 번째는 DNN이 가지고 있는 잡음 환경에 대한 강인함을 보조 특징 벡터들을 통하여 최대로 활용하는 음향 모델링 기법이다. 이러한 기법을 통하여 DNN은 왜곡된 음성, 깨끗한 음성, 잡음 추정치, 그리고 음소 타겟과의 복잡한 관계를 보다 원활하게 학습하게 된다. 본 기법은 Aurora-5 DB 에서 기존의 보조 잡음 특징 벡터를 활용한 모델 적응 기법인 잡음 인지 학습 (noise-aware training, NAT) 기법을 크게 뛰어넘는 성능을 보였다. 두 번째는 DNN을 활용한 다 채널 특징 향상 기법이다. 기존의 다 채널 시나리오에서는 전통적인 신호 처리 기법인 빔포밍 기법을 통하여 향상된 단일 소스 음성 신호를 추출하고 그를 통하여 음성인식을 수행한다. 우리는 기존의 빔포밍 중에서 가장 기본적 기법 중 하나인 delay-and-sum (DS) 빔포밍 기법과 DNN을 결합한 다 채널 특징 향상 기법을 제안한다. 제안하는 DNN은 중간 단계 특징 벡터를 활용한 공동 학습 기법을 통하여 왜곡된 다 채널 입력 음성 신호들과 깨끗한 음성 신호와의 관계를 효과적으로 표현한다. 제안된 기법은 multichannel wall street journal audio visual (MC-WSJAV) corpus에서의 실험을 통하여, 기존의 다채널 향상 기법들보다 뛰어난 성능을 보임을 확인하였다. 마지막으로, 불확정성 인지 학습 (Uncertainty-aware training, UAT) 기법이다. 위에서 소개된 기법들을 포함하여 강인한 음성인식을 위한 기존의 DNN 기반 기법들은 각각의 네트워크의 타겟을 추정하는데 있어서 결정론적인 추정 방식을 사용한다. 이는 추정치의 불확정성 문제 혹은 신뢰도 문제를 야기한다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 제안하는 UAT 기법은 확률론적인 변화 추정을 학습하고 수행할 수 있는 뉴럴 네트워크 모델인 변화 오토인코더 (variational autoencoder, VAE) 모델을 사용한다. UAT는 왜곡된 음성 특징 벡터와 음소 타겟과의 관계를 매개하는 강인한 은닉 변수를 깨끗한 음성 특징 벡터 추정치의 분포 정보를 이용하여 모델링한다. UAT의 은닉 변수들은 딥 러닝 기반 음향 모델에 최적화된 uncertainty decoding (UD) 프레임워크로부터 유도된 최대 우도 기준에 따라서 학습된다. 제안된 기법은 Aurora-4 DB와 CHiME-4 DB에서 기존의 DNN 기반 기법들을 크게 뛰어넘는 성능을 보였다.In this thesis, we propose three acoustic modeling techniques for robust automatic speech recognition (ASR). Firstly, we propose a DNN-based acoustic modeling technique which makes the best use of the inherent noise-robustness of DNN is proposed. By applying this technique, the DNN can automatically learn the complicated relationship among the noisy, clean speech and noise estimate to phonetic target smoothly. The proposed method outperformed noise-aware training (NAT), i.e., the conventional auxiliary-feature-based model adaptation technique in Aurora-5 DB. The second method is multi-channel feature enhancement technique. In the general multi-channel speech recognition scenario, the enhanced single speech signal source is extracted from the multiple inputs using beamforming, i.e., the conventional signal-processing-based technique and the speech recognition process is performed by feeding that source into the acoustic model. We propose the multi-channel feature enhancement DNN algorithm by properly combining the delay-and-sum (DS) beamformer, which is one of the conventional beamforming techniques and DNN. Through the experiments using multichannel wall street journal audio visual (MC-WSJ-AV) corpus, it has been shown that the proposed method outperformed the conventional multi-channel feature enhancement techniques. Finally, uncertainty-aware training (UAT) technique is proposed. The most of the existing DNN-based techniques including the techniques introduced above, aim to optimize the point estimates of the targets (e.g., clean features, and acoustic model parameters). This tampers with the reliability of the estimates. In order to overcome this issue, UAT employs a modified structure of variational autoencoder (VAE), a neural network model which learns and performs stochastic variational inference (VIF). UAT models the robust latent variables which intervene the mapping between the noisy observed features and the phonetic target using the distributive information of the clean feature estimates. The proposed technique outperforms the conventional DNN-based techniques on Aurora-4 and CHiME-4 databases.Abstract i Contents iv List of Figures ix List of Tables xiii 1 Introduction 1 2 Background 9 2.1 Deep Neural Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2 Experimental Database . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.1 Aurora-4 DB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2.2 Aurora-5 DB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.3 MC-WSJ-AV DB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2.4 CHiME-4 DB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3 Two-stage Noise-aware Training for Environment-robust Speech Recognition 25 iii 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2 Noise-aware Training . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.3 Two-stage NAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.3.1 Lower DNN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.3.2 Upper DNN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.3.3 Joint Training . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.4 Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.4.1 GMM-HMM System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.4.2 Training and Structures of DNN-based Techniques . . . . . . 37 3.4.3 Performance Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 4 DNN-based Feature Enhancement for Robust Multichannel Speech Recognition 45 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 4.2 Observation Model in Multi-Channel Reverberant Noisy Environment 49 4.3 Proposed Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.3.1 Lower DNN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.3.2 Upper DNN and Joint Training . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.4 Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.4.1 Recognition System and Feature Extraction . . . . . . . . . . 56 4.4.2 Training and Structures of DNN-based Techniques . . . . . . 58 4.4.3 Dropout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4.4.4 Performance Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 iv 5 Uncertainty-aware Training for DNN-HMM System using Varia- tional Inference 67 5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.2 Uncertainty Decoding for Noise Robustness . . . . . . . . . . . . . . 72 5.3 Variational Autoencoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 5.4 VIF-based uncertainty-aware Training . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.4.1 Clean Uncertainty Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.4.2 Environment Uncertainty Network . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.4.3 Prediction Network and Joint Training . . . . . . . . . . . . . 95 5.5 Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.5.1 Experimental Setup: Feature Extraction and ASR System . . 96 5.5.2 Network Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 5.5.3 Eects of CUN on the Noise Robustness . . . . . . . . . . . . 104 5.5.4 Uncertainty Representation in Dierent SNR Condition . . . 105 5.5.5 Result of Speech Recognition . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 5.5.6 Result of Speech Recognition with LSTM-HMM . . . . . . . 114 5.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 6 Conclusions 127 Bibliography 131 요약 145Docto

Spatio-Temporal Analysis of Spontaneous Speech with Microphone Arrays

Accurate detection, localization and tracking of multiple moving speakers permits a wide spectrum of applications. Techniques are required that are versatile, robust to environmental variations, and not constraining for non-technical end-users. Based on distant recording of spontaneous multiparty conversations, this thesis focuses on the use of microphone arrays to address the question Who spoke where and when?. The speed, the versatility and the robustness of the proposed techniques are tested on a variety of real indoor recordings, including multiple moving speakers as well as seated speakers in meetings. Optimized implementations are provided in most cases. We propose to discretize the physical space into a few sectors, and for each time frame, to determine which sectors contain active acoustic sources (Where? When?). A topological interpretation of beamforming is proposed, which permits both to evaluate the average acoustic energy in a sector for a negligible cost, and to locate precisely a speaker within an active sector. One additional contribution that goes beyond the eld of microphone arrays is a generic, automatic threshold selection method, which does not require any training data. On the speaker detection task, the new approach is dramatically superior to the more classical approach where a threshold is set on training data. We use the new approach into an integrated system for multispeaker detection-localization. Another generic contribution is a principled, threshold-free, framework for short-term clustering of multispeaker location estimates, which also permits to detect where and when multiple trajectories intersect. On multi-party meeting recordings, using distant microphones only, short-term clustering yields a speaker segmentation performance similar to that of close-talking microphones. The resulting short speech segments are then grouped into speaker clusters (Who?), through an extension of the Bayesian Information Criterion to merge multiple modalities. On meeting recordings, the speaker clustering performance is signicantly improved by merging the classical mel-cepstrum information with the short-term speaker location information. Finally, a close analysis of the speaker clustering results suggests that future research should investigate the effect of human acoustic radiation characteristics on the overall transmission channel, when a speaker is a few meters away from a microphone

Deep belief network based audio classification for construction sites monitoring

In this paper, we propose a Deep Belief Network (DBN) based approach for the classification of audio signals to improve work activity identification and remote surveillance of construction projects. The aim of the work is to obtain an accurate and flexible tool for consistently executing and managing the unmanned monitoring of construction sites by using distributed acoustic sensors. In this paper, ten classes of multiple construction equipment and tools, frequently and broadly used in construction sites, have been collected and examined to conduct and validate the proposed approach. The input provided to the DBN consists in the concatenation of several statistics evaluated by a set of spectral features, like MFCCs and mel-scaled spectrogram. The proposed architecture, along with the preprocessing and the feature extraction steps, has been described in details while the effectiveness of the proposed idea has been demonstrated by some numerical results, evaluated by using real-world recordings. The final overall accuracy on the test set is up to 98% and is a significantly improved performance compared to other state-of-the-are approaches. A practical and real-time application of the presented method has been also proposed in order to apply the classification scheme to sound data recorded in different environmental scenarios

Deep Learning for Distant Speech Recognition

Deep learning is an emerging technology that is considered one of the most promising directions for reaching higher levels of artificial intelligence. Among the other achievements, building computers that understand speech represents a crucial leap towards intelligent machines. Despite the great efforts of the past decades, however, a natural and robust human-machine speech interaction still appears to be out of reach, especially when users interact with a distant microphone in noisy and reverberant environments. The latter disturbances severely hamper the intelligibility of a speech signal, making Distant Speech Recognition (DSR) one of the major open challenges in the field. This thesis addresses the latter scenario and proposes some novel techniques, architectures, and algorithms to improve the robustness of distant-talking acoustic models. We first elaborate on methodologies for realistic data contamination, with a particular emphasis on DNN training with simulated data. We then investigate on approaches for better exploiting speech contexts, proposing some original methodologies for both feed-forward and recurrent neural networks. Lastly, inspired by the idea that cooperation across different DNNs could be the key for counteracting the harmful effects of noise and reverberation, we propose a novel deep learning paradigm called network of deep neural networks. The analysis of the original concepts were based on extensive experimental validations conducted on both real and simulated data, considering different corpora, microphone configurations, environments, noisy conditions, and ASR tasks.Comment: PhD Thesis Unitn, 201

Speech enhancement algorithms for audiological applications

Texto en inglés y resumen en inglés y españolPremio Extraordinario de Doctorado de la UAH en el año académico 2013-2014La mejora de la calidad de la voz es un problema que, aunque ha sido abordado durante muchos años, aún sigue abierto. El creciente auge de aplicaciones tales como los sistemas manos libres o de reconocimiento de voz automático y las cada vez mayores exigencias de las personas con pérdidas auditivas han dado un impulso definitivo a este área de investigación. Esta tesis doctoral se centra en la mejora de la calidad de la voz en aplicaciones audiológicas. La mayoría del trabajo de investigación desarrollado en esta tesis está dirigido a la mejora de la inteligibilidad de la voz en audífonos digitales, teniendo en cuenta las limitaciones de este tipo de dispositivos. La combinación de técnicas de separación de fuentes y filtrado espacial con técnicas de aprendizaje automático y computación evolutiva ha originado novedosos e interesantes algoritmos que son incluidos en esta tesis. La tesis esta dividida en dos grandes bloques. El primer bloque contiene un estudio preliminar del problema y una exhaustiva revisión del estudio del arte sobre algoritmos de mejora de la calidad de la voz, que sirve para definir los objetivos de esta tesis. El segundo bloque contiene la descripción del trabajo de investigación realizado para cumplir los objetivos de la tesis, así como los experimentos y resultados obtenidos. En primer lugar, el problema de mejora de la calidad de la voz es descrito formalmente en el dominio tiempo-frecuencia. Los principales requerimientos y restricciones de los audífonos digitales son definidas. Tras describir el problema, una amplia revisión del estudio del arte ha sido elaborada. La revisión incluye algoritmos de mejora de la calidad de la voz mono-canal y multi-canal, considerando técnicas de reducción de ruido y técnicas de separación de fuentes. Además, la aplicación de estos algoritmos en audífonos digitales es evaluada. El primer problema abordado en la tesis es la separación de fuentes sonoras en mezclas infra-determinadas en el dominio tiempo-frecuencia, sin considerar ningún tipo de restricción computacional. El rendimiento del famoso algoritmo DUET, que consigue separar fuentes de voz con solo dos mezclas, ha sido evaluado en diversos escenarios, incluyendo mezclas lineales y binaurales no reverberantes, mezclas reverberantes, y mezclas de voz con otro tipo de fuentes tales como ruido y música. El estudio revela la falta de robustez del algoritmo DUET, cuyo rendimiento se ve seriamente disminuido en mezclas reverberantes, mezclas binaurales, y mezclas de voz con música y ruido. Con el objetivo de mejorar el rendimiento en estos casos, se presenta un novedoso algoritmo de separación de fuentes que combina la técnica de clustering mean shift con la base del algoritmo DUET. La etapa de clustering del algoritmo DUET, que esta basada en un histograma ponderado, es reemplazada por una modificación del algoritmo mean shift, introduciendo el uso de un kernel Gaussiano ponderado. El análisis de los resultados obtenidos muestran una clara mejora obtenida por el algoritmo propuesto en relación con el algoritmo DUET original y una modificación que usa k-means. Además, el algoritmo propuesto ha sido extendido para usar un array de micrófonos de cualquier tamaño y geometría. A continuación se ha abordado el problema de la enumeración de fuentes de voz, que esta relacionado con el problema de separación de fuentes. Se ha propuesto un novedoso algoritmo basado en un criterio de teoría de la información y en la estimación de los retardos relativos causados por las fuentes entre un par de micrófonos. El algoritmo ha obtenido excelente resultados y muestra robustez en la enumeración de mezclas no reverberantes de hasta 5 fuentes de voz. Además se demuestra la potencia del algoritmo para la enumeración de fuentes en mezclas reverberantes. El resto de la tesis esta centrada en audífonos digitales. El primer problema tratado es el de la mejora de la inteligibilidad de la voz en audífonos monoaurales. En primer lugar, se realiza un estudio de los recursos computacionales disponibles en audífonos digitales de ultima generación. Los resultados de este estudio se han utilizado para limitar el coste computacional de los algoritmos de mejora de la calidad de la voz para audífonos propuestos en esta tesis. Para resolver este primer problema se propone un algoritmo mono-canal de mejora de la calidad de la voz de bajo coste computacional. El objetivo es la estimación de una mascara tiempo-frecuencia continua para obtener el mayor parámetro PESQ de salida. El algoritmo combina una versión generalizada del estimador de mínimos cuadrados con un algoritmo de selección de características a medida, utilizando un novedoso conjunto de características. El algoritmo ha obtenido resultados excelentes incluso con baja relación señal a ruido. El siguiente problema abordado es el diseño de algoritmos de mejora de la calidad de la voz para audífonos binaurales comunicados de forma inalámbrica. Estos sistemas tienen un problema adicional, y es que la conexión inalámbrica aumenta el consumo de potencia. El objetivo en esta tesis es diseñar algoritmos de mejora de la calidad de la voz de bajo coste computacional que incrementen la eficiencia energética en audífonos binaurales comunicados de forma inalámbrica. Se han propuesto dos soluciones. La primera es un algoritmo de extremado bajo coste computacional que maximiza el parámetro WDO y esta basado en la estimación de una mascara binaria mediante un discriminante cuadrático que utiliza los valores ILD e ITD de cada punto tiempo-frecuencia para clasificarlo entre voz o ruido. El segundo algoritmo propuesto, también de bajo coste, utiliza además la información de puntos tiempo-frecuencia vecinos para estimar la IBM mediante una versión generalizada del LS-LDA. Además, se propone utilizar un MSE ponderado para estimar la IBM y maximizar el parámetro WDO al mismo tiempo. En ambos algoritmos se propone un esquema de transmisión eficiente energéticamente, que se basa en cuantificar los valores de amplitud y fase de cada banda de frecuencia con un numero distinto de bits. La distribución de bits entre frecuencias se optimiza mediante técnicas de computación evolutivas. El ultimo trabajo incluido en esta tesis trata del diseño de filtros espaciales para audífonos personalizados a una persona determinada. Los coeficientes del filtro pueden adaptarse a una persona siempre que se conozca su HRTF. Desafortunadamente, esta información no esta disponible cuando un paciente visita el audiólogo, lo que causa perdidas de ganancia y distorsiones. Con este problema en mente, se han propuesto tres métodos para diseñar filtros espaciales que maximicen la ganancia y minimicen las distorsiones medias para un conjunto de HRTFs de diseño

Speech enhancement algorithms for audiological applications

Texto en inglés y resumen en inglés y españolPremio Extraordinario de Doctorado de la UAH en el año académico 2013-2014La mejora de la calidad de la voz es un problema que, aunque ha sido abordado durante muchos años, aún sigue abierto. El creciente auge de aplicaciones tales como los sistemas manos libres o de reconocimiento de voz automático y las cada vez mayores exigencias de las personas con pérdidas auditivas han dado un impulso definitivo a este área de investigación. Esta tesis doctoral se centra en la mejora de la calidad de la voz en aplicaciones audiológicas. La mayoría del trabajo de investigación desarrollado en esta tesis está dirigido a la mejora de la inteligibilidad de la voz en audífonos digitales, teniendo en cuenta las limitaciones de este tipo de dispositivos. La combinación de técnicas de separación de fuentes y filtrado espacial con técnicas de aprendizaje automático y computación evolutiva ha originado novedosos e interesantes algoritmos que son incluidos en esta tesis. La tesis esta dividida en dos grandes bloques. El primer bloque contiene un estudio preliminar del problema y una exhaustiva revisión del estudio del arte sobre algoritmos de mejora de la calidad de la voz, que sirve para definir los objetivos de esta tesis. El segundo bloque contiene la descripción del trabajo de investigación realizado para cumplir los objetivos de la tesis, así como los experimentos y resultados obtenidos. En primer lugar, el problema de mejora de la calidad de la voz es descrito formalmente en el dominio tiempo-frecuencia. Los principales requerimientos y restricciones de los audífonos digitales son definidas. Tras describir el problema, una amplia revisión del estudio del arte ha sido elaborada. La revisión incluye algoritmos de mejora de la calidad de la voz mono-canal y multi-canal, considerando técnicas de reducción de ruido y técnicas de separación de fuentes. Además, la aplicación de estos algoritmos en audífonos digitales es evaluada. El primer problema abordado en la tesis es la separación de fuentes sonoras en mezclas infra-determinadas en el dominio tiempo-frecuencia, sin considerar ningún tipo de restricción computacional. El rendimiento del famoso algoritmo DUET, que consigue separar fuentes de voz con solo dos mezclas, ha sido evaluado en diversos escenarios, incluyendo mezclas lineales y binaurales no reverberantes, mezclas reverberantes, y mezclas de voz con otro tipo de fuentes tales como ruido y música. El estudio revela la falta de robustez del algoritmo DUET, cuyo rendimiento se ve seriamente disminuido en mezclas reverberantes, mezclas binaurales, y mezclas de voz con música y ruido. Con el objetivo de mejorar el rendimiento en estos casos, se presenta un novedoso algoritmo de separación de fuentes que combina la técnica de clustering mean shift con la base del algoritmo DUET. La etapa de clustering del algoritmo DUET, que esta basada en un histograma ponderado, es reemplazada por una modificación del algoritmo mean shift, introduciendo el uso de un kernel Gaussiano ponderado. El análisis de los resultados obtenidos muestran una clara mejora obtenida por el algoritmo propuesto en relación con el algoritmo DUET original y una modificación que usa k-means. Además, el algoritmo propuesto ha sido extendido para usar un array de micrófonos de cualquier tamaño y geometría. A continuación se ha abordado el problema de la enumeración de fuentes de voz, que esta relacionado con el problema de separación de fuentes. Se ha propuesto un novedoso algoritmo basado en un criterio de teoría de la información y en la estimación de los retardos relativos causados por las fuentes entre un par de micrófonos. El algoritmo ha obtenido excelente resultados y muestra robustez en la enumeración de mezclas no reverberantes de hasta 5 fuentes de voz. Además se demuestra la potencia del algoritmo para la enumeración de fuentes en mezclas reverberantes. El resto de la tesis esta centrada en audífonos digitales. El primer problema tratado es el de la mejora de la inteligibilidad de la voz en audífonos monoaurales. En primer lugar, se realiza un estudio de los recursos computacionales disponibles en audífonos digitales de ultima generación. Los resultados de este estudio se han utilizado para limitar el coste computacional de los algoritmos de mejora de la calidad de la voz para audífonos propuestos en esta tesis. Para resolver este primer problema se propone un algoritmo mono-canal de mejora de la calidad de la voz de bajo coste computacional. El objetivo es la estimación de una mascara tiempo-frecuencia continua para obtener el mayor parámetro PESQ de salida. El algoritmo combina una versión generalizada del estimador de mínimos cuadrados con un algoritmo de selección de características a medida, utilizando un novedoso conjunto de características. El algoritmo ha obtenido resultados excelentes incluso con baja relación señal a ruido. El siguiente problema abordado es el diseño de algoritmos de mejora de la calidad de la voz para audífonos binaurales comunicados de forma inalámbrica. Estos sistemas tienen un problema adicional, y es que la conexión inalámbrica aumenta el consumo de potencia. El objetivo en esta tesis es diseñar algoritmos de mejora de la calidad de la voz de bajo coste computacional que incrementen la eficiencia energética en audífonos binaurales comunicados de forma inalámbrica. Se han propuesto dos soluciones. La primera es un algoritmo de extremado bajo coste computacional que maximiza el parámetro WDO y esta basado en la estimación de una mascara binaria mediante un discriminante cuadrático que utiliza los valores ILD e ITD de cada punto tiempo-frecuencia para clasificarlo entre voz o ruido. El segundo algoritmo propuesto, también de bajo coste, utiliza además la información de puntos tiempo-frecuencia vecinos para estimar la IBM mediante una versión generalizada del LS-LDA. Además, se propone utilizar un MSE ponderado para estimar la IBM y maximizar el parámetro WDO al mismo tiempo. En ambos algoritmos se propone un esquema de transmisión eficiente energéticamente, que se basa en cuantificar los valores de amplitud y fase de cada banda de frecuencia con un numero distinto de bits. La distribución de bits entre frecuencias se optimiza mediante técnicas de computación evolutivas. El ultimo trabajo incluido en esta tesis trata del diseño de filtros espaciales para audífonos personalizados a una persona determinada. Los coeficientes del filtro pueden adaptarse a una persona siempre que se conozca su HRTF. Desafortunadamente, esta información no esta disponible cuando un paciente visita el audiólogo, lo que causa perdidas de ganancia y distorsiones. Con este problema en mente, se han propuesto tres métodos para diseñar filtros espaciales que maximicen la ganancia y minimicen las distorsiones medias para un conjunto de HRTFs de diseño

Self-localization in Ad Hoc Indoor Acoustic Networks

The increasing use of mobile technology in everyday life has aroused interest into developing new ways of utilizing the data collected by devices such as mobile phones and wearable devices. Acoustic sensors can be used to localize sound sources if the positions of spatially separate sensors are known or can be determined. However, the process of determining the 3D coordinates by manual measurements is tedious especially with increasing number of sensors. Therefore, the localization process has to be automated. Satellite based positioning is imprecise for many applications and requires line-of-sight to the sky. This thesis studies localization methods for wireless acoustic sensor networks and the process is called self-localization.This thesis focuses on self-localization from sound, and therefore the term acoustic is used. Furthermore, the development of the methods aims at utilizing ad hoc sensor networks, which means that the sensors are not necessarily installed in the premises like meeting rooms and other purpose-built spaces, which often have dedicated audio hardware for spatial audio applications. Instead of relying on such spaces and equipment, mobile devices are used, which are combined to form sensor networks.For instance, a few mobile phones laid on a table can be used to create a sensor network built for an event and it is inherently dismantled once the event is over, which explains the use of the term ad hoc. Once positions of the devices are estimated, the network can be used for spatial applications such as sound source localization and audio enhancement via spatial filtering. The main purpose of this thesis is to present the methods for self-localization of such an ad hoc acoustic sensor network. Using off-the-shelf ad hoc devices to establish sensor networks enables implementation of many spatial algorithms basically in any environment.Several acoustic self-localization methods have been introduced over the years. However, they often rely on specialized hardware and calibration signals. This thesis presents methods that are passive and utilize environmental sounds such as speech from which, by using time delay estimation, the spatial information of the sensor network can be determined. Many previous self-localization methods assume that audio captured by the sensors is synchronized. This assumption cannot be made in an ad hoc sensor network, since the different sensors are unaware of each other without specific signaling that is not available without special arrangement.The methods developed in this thesis are evaluated with simulations and real data recordings. Scenarios in which the targets of positioning are stationary and in motion are studied. The real world recordings are made in closed spaces such as meeting rooms. The targets are approximately 1 – 5 meters apart. The positioning accuracy is approximately five centimeters in a stationary scenario, and ten centimeters in a moving-target scenario on average. The most important result of this thesis is presenting the first self-localization method that uses environmental sounds and off-the-shelf unsynchronized devices, and allows the targets of self-localization to move