Parametric Audio Coding

Codage audio perceptuel a bas d?ebit par D?ecomposition Modale Empirique (EMD) Kais KHALDI1,3, Abdel-Ouahab BOUDRAA2, Monia TURKI1, Thierry CHONAVEL3 1Unit?e Signaux et Syst emes, ENIT BP 37, Le Belved ere 1002 Tunis, Tunisie 2IRENav, Ecole Navale, ...

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La mise en service et l'arrêt de certains circuits audionumériques, tels que ceux intégrés dans les téléphones portables multimédia, entraîne la génération de bruits impulsionnels (« pop ») qui peuvent s'avérer gênants pour l'utilisateur, même à faible niveau. Ce travail est consacré à l'étude d'un indicateur objectif pour prédire l'audibilité de ce type de bruit en fonction de ses caractéristiques électriques et du casque d'écoute utilisé. Pour cela, un test psychoacoustique est réalisé sur un panel de 30 sujets, portant sur 10 signaux impulsionnels différents, diffusés aux sujets au moyen de 4 modèles de casque d'écoute. En appliquant une procédure adaptative du type « 1up -2 down », ce test a permis de déterminer le gain à appliquer pour que ces signaux soient justes audibles (probabilité de détection de 71%). Différents indicateurs objectifs (L A,eq,Tms,max , N 30ms , STL max , LTL max , LMIS, PEAQ) sont ensuite calculés à partir des signaux électriques et des fonctions de transfert électroacoustiques mesurées sur les casques d'écoute, pour déterminer celui qui est le mieux corrélé avec les résultats du test.

Nowadays, UAV (Unmanned Aerial Vehicle) are increasingly used in many situations. It can be used for hobby, package deliveries, aerial photography, film making or surveillance. Detection and localization of UAV is necessary for example in sensitive areas. A lot of methods exist in literature to do so. This study deals with a particular use of traditional Delay and Sum Beamforming (DSB) method. Previous studies have shown that the acoustic signature of some UAV has an harmonic structure and that it was thus interesting to filter the signal recorded by the sensors taking into account this structure. This filter enables to select the fundamental frequency and some harmonics and consequently increases the signal-to-noise ratio. The DSB algorithm is then computed on the filtered signal. This method shows good results but can be difficult to implement in real time. The aim of our study is to compare this method with an approach based on the representation of the signal in the time-frequency domain. The output time signal provided by DSB is indeed represented in the time-frequency plane using a short time Fourier transform. Then only desirable frequencies, for instance the fundamental and the first three harmonics, are selected. The next step consists in calculating the energy in a time interval for the corresponding frequency bins chosen. This method enables to avoid the filtering processing. It could be more efficient in terms of computational time and could be implemented in real time.

Nowadays, UAV (Unmanned Aerial Vehicle) are increasingly used in many situations. It can be used for hobby, package deliveries, aerial photography, film making or surveillance. Detection and localization of UAV is necessary for example in sensitive areas. A lot of methods exist in literature to do so. This study deals with a particular use of traditional Delay and Sum Beamforming (DSB) method. Previous studies have shown that the acoustic signature of some UAV has an harmonic structure and that it was thus interesting to filter the signal recorded by the sensors taking into account this structure. This filter enables to select the fundamental frequency and some harmonics and consequently increases the signal-to-noise ratio. The DSB algorithm is then computed on the filtered signal. This method shows good results but can be difficult to implement in real time. The aim of our study is to compare this method with an approach based on the representation of the signal in the time-frequency domain. The output time signal provided by DSB is indeed represented in the time-frequency plane using a short time Fourier transform. Then only desirable frequencies, for instance the fundamental and the first three harmonics, are selected. The next step consists in calculating the energy in a time interval for the corresponding frequency bins chosen. This method enables to avoid the filtering processing. It could be more efficient in terms of computational time and could be implemented in real time.

The straightforward method to manipulate compressed audio data consists on decoding, processing and re-encoding. This method generates great algorithmic delay and complexity. In order to reduce this drawback, processing in compressed domain was proposed. However this approach is not so easy to use, some problems appears depending on the considered processing and coder. In this thesis, we are interested by perceptual frequency coders like MPEG-1 and FTR&D TDAC and processing such as filtering and mixing. The main application example considered here is audio processing in multipoint teleconferencing context. The first problem examined in this thesis deals with filtering in subband-domain. A generic framework making possible the transposition of any temporal rational filter (FIR or IIR) to subbanddomain, for any critically sampled-perfect reconstruction filter bank, was developed. This method was applied to make sound spatialisation using HRTF filters in subband-domain. The second problem considered is the summation of encoded audio signals. Lot of constraints appears depending on the considered coder. The main problem for MPEG-1 Layer I-II consists on determining psychoacoustics parameters which are required to the bit allocation. To resolve this problem the proposed algorithm makes estimation of masking thresholds of individual signal and then combines them. A new method of bit rate reduction was also derived from this algorithm. Decreasing the complexity in the summation procedure for FTR&D TDAC coder is based on the masking phenomena between different signals and using its particular structure. It takes advantage of the embedded codebooks property used by the vector quantification in this case. Application of compressed domain processing is illustrated by the implementation in an audio bridge for multipoint teleconferencing. This audio bridge has the functionalities of mixing, recovering of erased frames due to packets loss phenomena on network with non-guaranteed QoS and also managing transmission discontinues.

• Recent advances in perceptual audio coding are strongly based on the concept of bandwidth extension. Most techniques implementing bandwidth extension require an analysis/synthesis filter bank in addition to that used by the associated perceptual audio coder, with a clear penalty in system complexity and coding delay. In this paper we present a Accurate Spectral Replacement (ASR) as one of a new class of bandwidth extension techniques applied directly to the high frequency representation of the signal. ASR is based on a suitable decomposition of the MDCT filter bank, and implements synthesis of sinusoidal components with an accuracy much higher than the natural frequency resolution of the MDCT. The ASR technique is described, its performance is assessed with both synthetic and natural audio signals, and its main areas of application are addressed. Audio demos are

The straightforward method to manipulate compressed audio data consists on decoding, processing and re-encoding. This method generates great algorithmic delay and complexity. In order to reduce this drawback, processing in compressed domain was proposed. However this approach is not so easy to use, some problems appears depending on the considered processing and coder. In this thesis, we are interested by perceptual frequency coders like MPEG-1 and FTR&D TDAC and processing such as filtering and mixing. The main application example considered here is audio processing in multipoint teleconferencing context. The first problem examined in this thesis deals with filtering in subband-domain. A generic framework making possible the transposition of any temporal rational filter (FIR or IIR) to subbanddomain, for any critically sampled-perfect reconstruction filter bank, was developed. This method was applied to make sound spatialisation using HRTF filters in subband-domain. The second problem considered is the summation of encoded audio signals. Lot of constraints appears depending on the considered coder. The main problem for MPEG-1 Layer I-II consists on determining psychoacoustics parameters which are required to the bit allocation. To resolve this problem the proposed algorithm makes estimation of masking thresholds of individual signal and then combines them. A new method of bit rate reduction was also derived from this algorithm. Decreasing the complexity in the summation procedure for FTR&D TDAC coder is based on the masking phenomena between different signals and using its particular structure. It takes advantage of the embedded codebooks property used by the vector quantification in this case. Application of compressed domain processing is illustrated by the implementation in an audio bridge for multipoint teleconferencing. This audio bridge has the functionalities of mixing, recovering of erased frames due to packets loss phenomena on network with non-guaranteed QoS and also managing transmission discontinues.

Les fonctions de transfert de tete (HRTFs : Head Related Transfer Functions) sont les attributs cles de la spatialisation binaurale sur casque audio. Ces filtres sont specifiques a chaque individu et requierent un protocole de mesure rigoureux et complexe en conditions anechoiques (signaux calibres, reperage spatial, nombre important de directions, etc.). L’acces a de telles mesures pour le grand public n’est par consequent pas envisageable, cependant l’utilisation de filtres non individuels peut provoquer des artefacts perceptifs. Differentes recherches ont ete consacrees a l’elaboration de methodes alternatives evitant le recours a des mesures en conditions anechoiques. Certaines sont basees sur la modelisation numerique, d’autres sur une adaptation parametrique ou sur la selection de HRTFs non-individuelles dans une base de donnees. L’approche proposee dans cette etude releve de cette derniere categorie en se basant sur un enregistrement binaural de l’auditeur effectue en environ...

This thesis is devoted to the modelling, the mathematical analysis and the numerical simulation of various complex flows in thin film situations. In fact, Newtonian models are not always sufficient to describe the physical flows in a realistic way. Many phenomena may be taken into account, such as: 1. the complexity of the fluids themselves, as for non Newtonian fluids; 2. the heterogeneity of the flow, for example in the case of mixtures. It is of importance to analyse how these models can be simplified in thin domains, and to study rigorously the approximate models. In the first part, we study non Newtonian viscoelastic flows represented by a behavior law of Oldroyd type coupled with the Navier-Stokes equations. We justify the validity of this approximation; the proof is based on elaborate estimates and regularity results. In the second part, we consider a piezoviscous model used in hydrodynamical lubrication. This model also involves the elastohydrodynamical deformation of the do...

Certaines études supportent l'hypothèse d'une relation entre les propriétés statistiques des modulations spectro-temporelles de la parole et les mécanismes d'analyse perceptive. Ces travaux ont des conséquences pour la modélisation des mécanismes perceptifs mis en place à travers des implants cochléaires et montrent que les gammes de fréquence dont les modulations d'amplitude sont corrélées semblent correspondre à des frontières spectrales qui pourraient être envisagées comme optimales sur le plan perceptif. L'objet du présent travail est de présenter une première comparaison entre les résultats récents sur la parole et l'analyse comparable d'une base de données d'enregistrements musicaux afin d'évaluer la généralisabilité de cette hypothèse concernant des types variés de signaux acoustiques de communication. Selon nos analyses réalisées sur une base de données d'enregistrements de musique d'ensemble, une partie des observations est comparable. Nous envisageons les implications et limites de cette comparaison concernant la perception sonore pour le langage et la musique.

Va r i a b i l i t é d e l 'a t t é n u a t io n d e s p r o t e c t e u r s a u d i t i f s m e s u r é e p a r l a MÉTHODE F lE L D-M IR E EN FONCTION DE LA DIRECTION DU SON INCIDENT ET DES BRUITS DU PORTEUR. M arc-A n d ré G a u d re a u ', F réd éric Laville1, Jérém ie V oix1 et H ugues Nélisse2 'École de technologie supérieure,

Dans cet article, nous proposons une nouvelle approche utilisant la transformation par arrondi (rounding transform : RT) pour la compression sans perte par décomposition en sousbandes. Dans ce but, nous définissons une extension de la RT, nommée ORT (overlapping RT). Celle-ci est définie dans le domaine de la transformée en Z, et est utilisée pour développer un système de codage en sous-bandes sans perte. L'idée principale de cette approche est de décomposer la matrice polyphase du banc de filtres d'analyse en plusieurs matrices de l'ORT. La méthode proposée est plus générale que les propositions antérieures car elle offre de multiples possibilités de mise en oeuvre. Cinq bancs de filtres sont considérés à titre d'exemples et leurs performances sont comparées en terme d'entropie totale dans la compression d' images variées.

Manuscrit reçu le 15 juin 2004 Résumé et mots clés La conception de critères objectifs d'évaluation de qualité visuelle des images est d'une grande utilité afin d'optimiser les performances des systèmes de traitement d'images pour le stockage et la transmission de l'information visuelle. Un critère objectif de qualité doit fournir des mesures de qualité en forte correspondance avec le jugement humain. Il est donc nécessaire d'intégrer des modèles des principales propriétés du système visuel humain dans la conception d'un tel critère. Ce papier présente un modèle très élaboré de perception des images couleur par le système visuel humain (SVH). Il prend en compte et modélise de façon cohérente les fonctions clé de la perception : espace de représentation visuelle des couleurs, fonctions de sensibilité aux contrastes des composantes achromatique et chromatiques, décomposition en canaux perceptifs, fonctions de masquage intra et inter composante. Tous ces modèles ont été déduits à partir de résultats de tests psychophysiques et de leur interprétation. L'application du modèle de perception à la conception d'un critère objectif de qualité d'images couleur avec image de référence est ensuite effectuée. Elle se base sur une analyse critique des différentes façons de construire une fonction de cumul des dégradations perçues : cumul inter-composante, cumul inter-canal, cumul spatial. L'ensemble du critère objectif de qualité a été testé sur une base d'images naturelles couleur ayant subies des dégradations de nature et de force différentes. Les performances en terme de corrélation avec le jugement humain moyen est supérieure à 0,94 et 97 % des images sont correctement évaluées au regard de la précision sur les notes subjectives données par l'humain. Évaluation de qualité, perception couleur humaine, effet de masquage, espace couleur psychovisuel.

-L'objectif de cet article est de démontrer la faisabilité du codage de la parole à très bas débit (environ 400bits/s) par indexation d'unités de parole de taille variable, avec une bonne qualité de parole restituée. L'approche ALISP (Automatic Language Independent Speech Processing), telle qu'elle est décrite dans la thèse de Jan CERNOCKÝ, permet d'atteindre ces débits. Elle souffre toutefois d'un certain nombre de défauts qui limitent la qualité de la parole reproduite. Nous proposons quelques solutions alternatives, pour la segmentation du signal à coder, la recherche des unités de synthèse, et la concaténation de ces unités, pour améliorer cette qualité.

Beamforming using a circular array of hydrophones may be employed for the task of two-dimensional (2D) underwater sound-field visualisation. In this article, a parametric spatial post-filtering method is proposed, which is specifically intended for applications involving large circular arrays and aims to improve the spatial selectivity of traditional beamformers. In essence, the proposed method is a reformulation of the cross-pattern coherence (CroPaC) spatial post-filter, which involves calculating the normalised cross-spectral density between two signals originating from coincident beamformers. The resulting parameter may be used to sharpen another beamformer steered in the same look-direction, while attenuating ambient noise and interferers from other directions. However, while the original 2D version of the algorithm has been demonstrated to work well with second-order circular harmonic input, it becomes increasingly less suitable with increasing input order. Therefore, the proposed reformulation extends the applicability of CroPaC for much higher orders of circular harmonic input. The method is evaluated with simulated data of a 96-channel circular hydrophone array in three different passive sonar scenarios, where the proposed post-filter is shown to improve the spatial selectivity of both delay-and-sum and minimum-variance distortionless response beamformers. V

Une nouvelle méthode de codage des signaux audio génériques est présentée, à un débit de 64 kbit/s dans la bande de fréquence 20-15000 Hz, avec un faible délai. Cette méthode se base sur un codage en sous-bandes associé au LD-CELP ainsi qu'à des bancs de filtres cascadés. Des travaux initiaux [1] montrent que, lorsqu'un débit de 16 kbit/s est alloué à chaque sous-bande, la qualité audio n'est pas satisfaisante. Nous proposons un nouvel algorithme basé sur la quantification en réseau de points afin de pallier la complexité de la quantification vectorielle statistique. La souplesse du système permet d'effectuer une allocation binaire dynamique dans chaque sous-bande. Des résultats expérimentaux sont présentés et évaluent la validité de la méthode proposée.

On cherche à utiliser la variation de fréquence observée sur les raies LOFAR en acoustique passive comme on utilise la différence de fréquence observée en sonar actif. Dans ce cas, la fréquence reçue peut ëtre comparée à la fréquence émise, ce qui n'est pas le cas en sonar passif. C'est pourquoi, dans ce cas, on cherche à utiliser la dérivée temporelle de la fréquence qui, elle, ne nécessite pas d'information a priori. Son traitement permet une meilleure détection des raies instables en fréquence qui apparaissent souvent en analyse LOFAR. Associé à une normalisation de type TFAC, un tel traitement a été comparé au traitement LOFAR actuellement utilisé en acoustique sous-marine.

The task of predicting dialog acts (DA) based on conversational dialog is a key component in the development of conversational agents. Accurately predicting DAs requires a precise modeling of both the conversation and the global tag dependencies. We leverage seq2seq approaches widely adopted in Neural Machine Translation (NMT) to improve the modelling of tag sequentiality. Seq2seq models are known to learn complex global dependencies while currently proposed approaches using linear conditional random fields (CRF) only model local tag dependencies. In this work, we introduce a seq2seq model tailored for DA classification using: a hierarchical encoder, a novel guided attention mechanism and beam search applied to both training and inference. Compared to the state of the art our model does not require handcrafted features and is trained end-to-end. Furthermore, the proposed approach achieves an unmatched accuracy score of 85% on SwDA, and state-of-the-art accuracy score of 91.6% on MRDA.

Beamforming using a circular array of hydrophones may be employed for the task of two-dimensional (2D) underwater sound-field visualisation. In this article, a parametric spatial post-filtering method is proposed, which is specifically intended for applications involving large circular arrays and aims to improve the spatial selectivity of traditional beamformers. In essence, the proposed method is a reformulation of the cross-pattern coherence (CroPaC) spatial post-filter, which involves calculating the normalised cross-spectral density between two signals originating from coincident beamformers. The resulting parameter may be used to sharpen another beamformer steered in the same look-direction, while attenuating ambient noise and interferers from other directions. However, while the original 2D version of the algorithm has been demonstrated to work well with second-order circular harmonic input, it becomes increasingly less suitable with increasing input order. Therefore, the proposed reformulation extends the applicability of CroPaC for much higher orders of circular harmonic input. The method is evaluated with simulated data of a 96-channel circular hydrophone array in three different passive sonar scenarios, where the proposed post-filter is shown to improve the spatial selectivity of both delay-and-sum and minimum-variance distortionless response beamformers. V

Widely Linear Processing (WLP), proposed by Brown and Crane in 1969, has recently received a great deal of attention, in particular due to its potential of application in some important problems in array processing. The present work investigates the implementation of the linearly constrained minimum variance (LCMV) algorithm proposed by Frost in the context of widely and strictly linear processing. The results are compared with those obtained via MVDR widely and strictly linear processing.

La conjugaison de la prédistorsion et de la quantification d'un signal de parole peut conduire, après ré-équilibrage spectral du signal, à une dégradation du rapport signal à bruit en réception. Nous proposons donc, dans ce contexte, deux méthodes de reformage spectral du bruit de quantification visant à masquer celui-ci, l'une fondée sur la réinjection, à l'entrée du quantificateur, de l'erreur de quantification filtrée, l'autre consistant à rechercher la séquence quantifiée maximisant un critère probabiliste de masquage. Les résultats objectifs montrent une forte capacité de masquage, tandis que l'évaluation subjective témoigne de la gêne perceptive occasionnée par le bruit résiduel sporadiquement non masqué.

Cet article est une description d'une nouvelle technique d'analyse/synthèse qui profite de la modélisation sinusoïdale et du principe de recouvrement/addition (OLA). Elle permet un traitement adéquat aux caractéristiques intrinsèques du signal, à savoir la stationnarité et l'harmonicité. Cette méthode se base essentiellement sur l'estimation des paramètres principaux tels que l'amplitude, la fréquence et la phase. Pour ce faire, on est amené à l'étude de l'interpolation linéaire d'amplitude, ainsi que l'interpolation cubique de phase et la différentiation de fréquence. L'application de cette méthode aux phonèmes et mots arabes donne des résultats satisfaisants, au niveau de la conservation de la forme d'onde, du spectre et l'énergie du signal.

Toutd’abord,jeremerciemesdirecteursdethese,CatherineMarquis-FavreetNacerHam-zaoui,pourlaconfianceetlalibertequ’ilm’ontaccordesdanslarealisationdecestravaux,pourlesoutienqu’ilsm’onttemoignedanslesmomentsdifficilesetquim’aameneabonport.Jelesremerciepourtouslesprecieuxconseilsqu’ilsontpusmedonnerpourm’aiguillertoutaulongdecesinueuxparcours.Je remercie ensuite Gerard Guarracino et Marc Fontoynont, successivement directeursdu LAboratoire des Sciences de l’Habitat, et Jean-Louis Guyader, directeur du LaboratoireVibrationsAcoustique,pourm’avoiraccueilliauseindeleurslaboratoiresrespectifs.JesuistresreconnaissantaMessieursAntoineChaigneetReinhardWeberpouravoirac-ceptederelireetjugercestravaux.JeremercieegalementMonsieurEtienneParizet,MadameSabineMeunieretMadamePascaleNepled’avoiracceptedeparticiperaujuryd’evaluation.Ungrandmerciatouteslespersonnes,etudiantsdel’ENTPEetdel’INSA,membresduLASHetduLVA,etexterieurs,quiontpuprendreunpeudeleurtemps(voirebeaucouppourcertainsd’entreeux...)pourparticipera...

La problématique d’ajustement des efforts de calcul vibro-acoustique se pose lorsque que l’on souhaite mener à partir de simulations vibro-acoustiques une étude paramétrique sur un système physique qui prenne en compte les aspects qualitatifs des sons rayonnés ; il est nécessaire de définir les paramètres de simulation de telle manière à i) réduire ces efforts de calcul, et ii) répondre aux contraintes perceptives. Précédemment, nous avons abordé l’ajustement des efforts de calcul dans le cadre de l’évaluation des effets de la variation de paramètres structuraux d’un système plaque-cavité (absorption de la cavité, épaisseur et conditions de serrage de la plaque) sur la perception des sons rayonnés à l’intérieur de la cavité. Considérant des sons stationnaires, l’ajustement a porté sur un premier paramètre de calcul fréquentiel important, la fréquence maximale. Nous procédons maintenant à l’ajustement d’un second paramètre de calcul important, le pas fréquentiel, en travaillant à par...

Dans cet article, nous introduisons une méthode de reconstruction du signal d'entrée d'un banc de filtres suréchantillonnés (BFS) lorsque les sous bandes générées à sa sortie sont quantifiées et transmises sur un canal bruité. Nous exploitons la redondance introduite par le BFS et le caractère borné du bruit de quantification pour construire un estimateur cohérent corrigeant les erreurs de transmission. Pour cela, nous réalisons une estimation au sens du maximum de vraisemblance des indices de quantification transmis sur le canal, en nous restreignant aux indices correspondant à des signaux appartenant au sous-espace des signaux que le banc de filtres (BdF) peut générer et qui sont compatibles avec les erreurs de quantification. Aucun test d'hypothèse ou réglage de seuil de détection d'erreur n'est nécessaire, contrairement aux méthodes présentées dans [1, 2]. Le signal reconstruit à l'aide de la technique proposée est de bien meilleure qualité que le signal reconstruit à l'aide d'un estimateur classique. En considérant un facteur de suréchantillonage de 3/2, une modulation BPSK des indices binarisés et un canal à bruit blanc additif gaussien, un gain d'environ 8 dB en rapport signal-à-bruit (RSAB) sur le signal est obtenu pour un RSAB sur le canal de 7 dB.

Les précédentes études sur localisation sonore dans le bruit réalisées chez l'humain ont révélé d'importantes différences individuelles Du fait de son rôle de démasquage dans le bruit, le système olivocochléaire efférent médian, pourrait être à l'origine de cette variabilité inter individuelle, d'autant plus que son activité varie de manière importante d'un individu à l'autre. Nous nous proposons ici d'examiner l'hypothèse selon laquelle les différences inter-individuelles dans l'activité du système olivocochléaire efférent médian pourraient rendre compte des différences inter-individuelles dans la localisation sonore dans le bruit. Plus précisément, nous avons cherché à mettre en évidence une corrélation entre les performances de détection et de localisation de sources sonores dans le bruit (champ diffus) et l'activité du système olivocochléaire efférent médian, mesurée par la suppression controlatérale des otoémissions acoustiques provoquées. Nos résultats suggèrent un possible rôle du système olivocochléaire efférent médian dans l'origine de la variabilité inter-individuelle observée en localisation sonore dans le bruit.

Les précédentes études sur localisation sonore dans le bruit réalisées chez l'humain ont révélé d'importantes différences individuelles Du fait de son rôle de démasquage dans le bruit, le système olivocochléaire efférent médian, pourrait être à l'origine de cette variabilité inter individuelle, d'autant plus que son activité varie de manière importante d'un individu à l'autre. Nous nous proposons ici d'examiner l'hypothèse selon laquelle les différences inter-individuelles dans l'activité du système olivocochléaire efférent médian pourraient rendre compte des différences inter-individuelles dans la localisation sonore dans le bruit. Plus précisément, nous avons cherché à mettre en évidence une corrélation entre les performances de détection et de localisation de sources sonores dans le bruit (champ diffus) et l'activité du système olivocochléaire efférent médian, mesurée par la suppression controlatérale des otoémissions acoustiques provoquées. Nos résultats suggèrent un possible rôle du système olivocochléaire efférent médian dans l'origine de la variabilité inter-individuelle observée en localisation sonore dans le bruit.