Kommunikationstechnik-Kolloquium Oktober 2019

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Kommunikationstechnisches Kolloquium am IKS

von Irina Ronkartz

Sehr geehrte Abonnenten des Kolloquium-Newsletters, gerne informieren wir Sie über den nächsten Termin unseres Kommunikationstechnischen Kolloquiums. *Donnerstag, 31. Oktober 2019* *Vortragender:* Henrik Jansen *Ort:* Hörsaal 4G IKS *Zeit:* 14:00 Uhr *Bachelor-Vortrag:* Optimierung und Vergleich von Verfahren zur Übersprechkompensation im Frequenzbereich Bei der Reproduktion von Binauralsignalen über zwei Lautsprecher muss das Prinzip der Übersprechkompensation angewendet werden, um das Binauralsignal gehörrichtig wiederzugeben. Das Prinzip beschreibt eine Vorfilterung des Binauralsignals, um den jeweiligen Kanal im Idealfall durch die Wiedergabe über den rechten bzw. linken Lautsprecher am rechten bzw. linken Ohr perfekt zu reproduzieren. Die Übersprechanteile vom linken bzw. rechten Lautsprecher zum rechten bzw. linken Ohr sollen dabei vollständig eliminiert werden. Traditionelle Verfahren zur Übersprechkompensation versuchen dies, unter zusätzlichen Randbedingungen, bestmöglich umzusetzen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, den traditionellen Ansatz unter Berücksichtigung der psychoakustischen Maskierung in Bezug auf die Übersprechanteile zu erweitern und den Einfluss dieser Erweiterung zu untersuchen. Die Idee ist, dass die Übersprechanteile durch die Filterung nicht mehr vollständig eliminiert, sondern nur noch unter die Simultanmaskierungsschwelle des am jeweiligen Ohr anliegenden Direktsignalanteils gebracht werden. Um dies zu realisieren, wird aufbauend auf einer mathematischen Modellierung des Übersprechkompensationssystems und einer Beschreibung der traditionellen Verfahren im Frequenzbereich, ein entsprechendes erweitertes Verfahren entwickelt. Den Kern dieses erweiterten Verfahrens bildet die Formulierung eines konvexen Optimierungsproblems zur Auslegung der Überspechkompensationsfilter unter der obigen Bedingung. Weiterhin wurde das erweiterte Verfahren in Bezug auf seine Parameter analysiert und mit den traditionellen Verfahren verglichen. Es wurde erkannt, dass die Berücksichtigung des Maskierungseffekts zur Verbesserung des Systems genutzt werden kann, diese Verbesserung jedoch nur für schlecht konditionierte Problemfälle oder eine hohe Begrenzung der Filterverstärkungen im Frequenzbereich signifikant ist. In Bezug auf die Echtzeitfähigkeit des erweiterten Verfahrens wurde festgestellt, dass dieses grundsätzlich für eine Echtzeitanwendung geeignet sein könnte, das traditionelle Invertierungsverfahren im Frequenzbereich in dieser Hinsicht jedoch immer noch das effektivste Verfahren darstellt. Alle Interessierten sind herzlich eingeladen, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Allgemeine Informationen zum Kolloquium, sowie eine aktuelle Liste der Termine des Kommunikationstechnischen Kolloquiums finden Sie unter http://www.iks.rwth-aachen.de/aktuelles/kolloquium/ -- Irina Ronkartz Institute of Communication Systems (IKS) RWTH Aachen University Muffeter Weg 3a, 52074 Aachen, Germany +49 241 80 26958 (phone) ronkartz(a)iks.rwth-aachen.de http://www.iks.rwth-aachen.de/

4 Jahre, 5 Monate

Kommunikationstechnisches Kolloquium am IKS

von Irina Ronkartz

Sehr geehrte Abonnenten des Kolloquium-Newsletters, gerne informieren wir Sie über die nächsten Termine unseres Kommunikationstechnischen Kolloquiums. *Dienstag, 22. Oktober 2019** **Vortragender:* Maximilian Tillmann *Ort:* Hörsaal 4G IKS *Zeit:* 10:15 Uhr *Bachelor-Vortrag:* Sprachverbesserung durch robustes Beamforming auf Basis geschätzter Mikrofonpositionen Der Freisprechmodus ist bei der Sprachsteuerung oder bei der Sprachkommunikation ein häufiger Anwendungsfall. Bei einem großen Abstand des Sprechers zur Aufnahmeeinheit im Freisprechmodus ist das Signal-Rausch-Verhältnis am Mikrofon in der Regel klein. Daher werden für diese Anwendungen gewöhnlich mehrere Mikrofone als Beamformer betrieben, um das Sprachsignal des Sprechers zu verstärken. Ziel dieser Arbeit ist es, verschiedene Mikrofonarrays mit gestörten Mikrofonpositionen, also einer Abweichung der tatsächlichen Positionen und der dem Beamformer bekannten Positionen, als Beamformer zu betreiben und deren Robustheit bezüglich dieser Störungen zu untersuchen. Als allgemeines Bewertungskriterium dafür wird der Gewinn, also ein Maß für die Richtwirkung des Beamformers, berechnet. Es wird ein superdirektiver Beamformer (MVDR-Beamformer) betrachtet, bei dem der Entwurfsparameter /µ /ein zentraler Parameter ist. Hiermit kann ein Kompromiss zwischen dem maximal erreichbaren Gewinn und der Robustheit eingestellt werden. Es ist das Ziel, /µ /so auszuwählen, dass der mittlere Gewinn im Fall einer Störung maximiert wird. Es konnte gezeigt werden, dass es einen Unterschied macht, ob die Fehler, bei den Mikrofonplatzierungen oder bei den beamformer-bekannten Positionen auftreten. Störungen der beamformer-bekannten Positionen führen zu einer höheren Robustheit als Störungen in den Mikrofonplatzierungen. Weiterhin wurde die Robustheit bei Verwendung eines Geometrie-Schätzers untersucht. Zusätzlich wurde hier eine frequenzabhängige Optimierung von /µ /vorgenommen. Dabei zeigte sich jedoch, dass bei großen Störungen die Fehlerverteilung bei den Schätzfehlern des Geometrie-Schätzers von einer Normalverteilung stark abwich und dadurch das verwendete Optimierungsverfahren zur Wahl von /µ /nicht mehr sinnvoll eingesetzt werden konnte. Bei kleineren Schätzfehlern erwies sich das verwendete Verfahren zur Optimierung von /µ /jedoch als sinnvoll. *Dienstag, 22. Oktober 2019* *Vortragende:* Rebecca Pelke *Ort:* Hörsaal 4G IKS *Zeit: *11:15 Uhr *Bachelor-Vortrag*: Modellierung von Kleinstlautsprechern für die akustische Echokompensation in Mobiltelefonen Bei der Kommunikation im Freisprechmodus über mobile Geräte, wie beispielsweise Smartphones, werden akustische Echos als sehr störend empfunden. Die Aufgabe der Echokompensation ist es, die Übertragung zwischen Lautsprecher und Mikrofon herauszufiltern. Dies gelingt nur, wenn sowohl das Verhalten des Lautsprechers als auch das Verhalten der akustischen Umgebung ausreichend gut modelliert werden können. In der Praxis werden dafür häufig lineare Filter verwendet. Die in Smartphones verwendeten Kleinstlautsprecher zeigen jedoch ein ausgeprägtes nichtlineares Verhalten. Bei hohen Amplituden ist die Kompensation mit linearen Filtern nur sehr begrenzt möglich, da die nichtlinearen Verzerrungen des Kleinstlautsprechers in diesem Bereich einen großen Einfluss auf das ausgestrahlte Lautsprechersignal haben. Aus der Akustik ist bekannt, dass das physikalische Lautsprechermodell ein nichtlineares, rückgekoppeltes System ist. In dieser Arbeit wird das Verhalten eines Kleinstlautsprechers durch verschiedene Filter mit nichtlinearer, rückgekoppelter Filterstruktur modelliert. Für solche Filter gibt es in der Literatur nur wenige mathematische und systemtheoretische Beschreibungen, sodass zunächst Adaptionsalgorithmen hergeleitet werden müssen, um die Filterkoeffizienten an das Lautsprecherverhalten anzupassen. Es werden verschiedene Adaptionsalgorithmen vorgestellt, die zunächst auf simulierten Messdaten verifiziert und anschließend auf realen Messdaten angewendet werden. Alle Interessierten sind herzlich eingeladen, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Allgemeine Informationen zum Kolloquium, sowie eine aktuelle Liste der Termine des Kommunikationstechnischen Kolloquiums finden Sie unter http://www.iks.rwth-aachen.de/aktuelles/kolloquium/ // -- Irina Ronkartz Institute of Communication Systems (IKS) RWTH Aachen University Muffeter Weg 3a, 52074 Aachen, Germany +49 241 80 26958 (phone) ronkartz(a)iks.rwth-aachen.de http://www.iks.rwth-aachen.de/

4 Jahre, 6 Monate

Kommunikationstechnisches Kolloquium am IKS

von Irina Ronkartz

Sehr geehrte Abonnenten des Kolloquium-Newsletters, gerne informieren wir Sie über die nächsten Termine unseres Kommunikationstechnischen Kolloquiums. *Montag, 21. Oktober 2019** **Vortragender*: Till Hardenbicker *Ort*: Hörsaal 4G IKS *Zeit:* 11:00 Uhr *Master-Vortrag*: Source Localization Using Binaural and Monaural Cues Acoustic source localization exploiting binaural cues is used in applications such as binaural conferencing and heairng aids. Binaural cues are features that can easily be extracted from binaural signals but only provide an ambiguous location estimation, since they do not, for example, enable a front-back distinction. In the human auditory system, this distinction is made based on so-called monaural cues, which are signal features that arise from filtering effects of outer ear, head and torso. This thesis deals with the full-sphere localization of speech sources based on binaural and monaural cues contained in binaural signals. It is demonstrated that unlike binaural cues, monaural cues provide information about the elevation angle. Attention is particularly paid to the extraction of monaural cues. As the original source signal is not known, this extraction is not trivial. Several algorithms are proposed to estimate the source position by identifying Head-Related Transfer Functions without knowledge of the source signal. The approaches can be divided into least-square and codebook-based concepts and artificial neural network-based concepts. Binaural and monaural cues are combained such that the monaural estimators only resolve the ambiguities left by the binaural estimators. Different estimator topologies are individually optimized and then analyzed with regard to their performance and potential for standalone applications. The results indicate that all proposed estimators enable a front-back distinction. While one estimator performs best in exchange for a high computation time, two of them compromise well between computation time and localization accuracy. * **Montag, 21. Oktober 2019* *Vortragender:* Alexander Sobolew *Ort:* Hörsaal 4G IKS *Zeit:* 14:00 Uhr *Bachelor-Vortrag*: Untersuchung geeigneter Features zur Rekonstruktion verlorener Sprachsignalanteile In der Praxis sind Audio- sowie Sprachsignale häufig Störungen ausgesetzt. Dabei wird das Nutzsignal in frequenz- und zeit-begrenzten Anteilen verzerrt. Bereits existierende Ansätze aus der Störgeräuschreduktion oder der Echo-Kompensation gehen dieses Problem an. Jedoch entstehen dabei hörbare Artefakte. Um diese Artefakte zu vermeiden, soll das Nutzsignal mithilfe von Ansätzen aus dem Machine-Learning rekonstruiert werden. Dieser Vorgang wird /Speech Inpainting/ genannt. Ziel ist nun die Reduzierung der Komplexität des Trainings der Machine-Learning-Modelle mithilfe einer Dimensionsreduktion der verwendeten Signaldaten. Zunächst werden die Ergebnisse einer umfassenden Recherche bezüglich geeigneter Merkmalsgruppen aus der /Merkmalsextraktion/ präsentiert und die Beschaffenheit der Merkmalstypen näher erläutert. Als Qualitätsmaß der Merkmalsauswahl wird die Transinformation verwendet. Dazu wird ein geeigneter Schätzer vorgestellt und die Wahl des unbestimmten Parameters /k/ untersucht, der die Anzahl an Nachbarn im /k-Nearest-Neighbor-Algorithmus/ innerhalb des Schätzers angibt. Des Weiteren werden für die Auswahl der Merkmale nötigen, bereits existierenden Algorithmen implementiert und weitere Algorithmen entwickelt. Deren Ziel ist die Reduzierung der Laufzeit und der Komplexität. Es erfolgt eine abschließende Evaluation der Algorithmen. Unter Berücksichtigung dieser Evaluation werden die abschließenden Ergebnisse der /Merkmalsauswahl /diskutiert und bewertet. *Montag, 21. Oktober 2019* *Vortragender*: Alexej Sobolew *Ort*: Hörsaal 4G IKS *Zeit*: 14:45 Uhr *Bachelor-Vortrag*: Untersuchung der statistischen Abhängigkeiten aufeinanderfolgender Sprachsegmente In der Praxis sind Audio- und Sprachsignale Störungen ausgesetzt. Dadurch entstehen zeit- und frequenzbegrenzte Verzerrungen, die z. B. mithilfe der Störgeräuschreduktion oder der Echo-Kompensation abgeschwächt werden können. Bei diesen Vorgängen entstehen allerdings hörbare Artefakte. Die Linder dieser Artefakte kann durch die Rekonstruktion der geschädigten Stellen erfolgen. Dieser Rekonstruktionsprozess wird als Speech Inpainting bezeichnet. Zur Rekonstruktion existieren Ansätze mithilfe von Machine-Learning-Algorithmen. Dazu müssen die Eingangsdaten auf ihre Relevanz hin untersucht und die signifikanten Anteile extrahiert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die Daten zunächst auf die Eigenschaften der Normalverteilung untersucht. Als Qualitätsmaß für die statistischen Abhängigkeiten werden die Korrelation und die Transinformation gewählt. Die Normalverteilung erweist sich hierbei für die Untersuchung mithilfe der Korrelation als sinnvoll. Des Weiteren werden die zeitlichen Abhängigkeiten analysiert und die Daten auf ihre Frequenzabhängigkeit erforscht. Darauffolgend wird die Auswirkung der Zunahme zusätzlicher Elemente ermittelt. Hierbei muss zunächst auf die Vergleichbarkeit der Ergebnisse unterschiedlich-dimensionaler Eingangsdaten geachtet werden. Dazu kann eine passend gewählte Normierung verwendet werden. Im anschließenden Schritt werden die Daten in unterschiedliche Cluster aufgeteilt, um weitere Zusammenhänge zu erkennen. Alle Interessierten sind herzlich eingeladen, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Allgemeine Informationen zum Kolloquium sowie eine aktuelle Liste der Termine des Kommunikationstechnischen Kolloquiums finden Sie unter http://www.iks.rwth-aachen.de/aktuelles/kolloquium/ -- Irina Ronkartz Institute of Communication Systems (IKS) RWTH Aachen University Muffeter Weg 3a, 52074 Aachen, Germany +49 241 80 26958 (phone) ronkartz(a)iks.rwth-aachen.de http://www.iks.rwth-aachen.de/

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Kommunikationstechnisches Kolloquium am IKS

von Irina Ronkartz

Sehr geehrte Abonnenten des Kolloquium-Newsletters, gerne informieren wir Sie über den nächsten Termin unseres Kommunikationstechnischen Kolloquiums. *Dienstag, 15. Oktober 2019* *Vortragender*: Erik Fleischhauer *Ort*: Hörsaal 4G IKS *Zeit:* 10:00 Uhr *Bachelor-Vortrag:* Schätzung von selbstinduzierten Störungen bei adaptiven ANC-Systemen Kopfhörer mit aktiven Störgeräuschunterdrückungssystemen (engl. Active Noise Control, ANC) verzeichnen steigende Beliebtheit. Kommerzielle Kopfhörer verwenden dabei häufig ANC-Systeme mit festen Filtern. Eine Alternative dazu sind auf adaptiven Algorithmen beruhende ANC-Systeme. Diese sind in der Lage sich an verschiedene Benutzer und Störsignale anzupassen. Dies führt dazu, dass mit adaptiven Filtern zumeist, im Gegensatz zu auf festen Filtern beruhende ANC-Systemen, eine bessere Störgeräuschunterdrückung erreicht werden kann. Ein sehr performanter adaptiver Algorithmus ist das Kalman-Filter, dessen Verwendung für ANC-Systeme im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden soll. Die Konvergenz adaptiver Algorithmen ist stark anfällig gegenüber selbstinduzierten Störungen. Damit sich solche gemeint, welche vom Benutzer des Systems selbst erzeugt wurden; zum Beispiel Sprache oder Kabelrauschen. Ziel dieser Arbeit ist es, selbstinduzierte Störungen zu schätzen und Techniken vorzustellen, welche die Robustheit und Konvergenzgeschwindigkeit adaptiver ANC-Systeme verbessern. Alle Interessierten sind herzlich eingeladen, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Allgemeine Informationen zum Kolloquium, sowie eine aktuelle Liste der Termine des Kommunikationstechnischen Kolloquiums finden Sie unter: http://www.iks.rwth-aachen.de/aktuelles/kolloquium/ -- Irina Ronkartz Institute of Communication Systems (IKS) RWTH Aachen University Muffeter Weg 3a, 52074 Aachen, Germany +49 241 80 26958 (phone) ronkartz(a)iks.rwth-aachen.de http://www.iks.rwth-aachen.de/

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Kommunikationstechnisches Kolloquium am IKS

von Irina Ronkartz

Sehr geehrte Abonnenten des Kolloquium-Newsletters, gerne informieren wir Sie über den nächsten Termin unseres Kommunikationstechnischen Kolloquiums. *Montag, 14. Oktober 2019* *Vortragender*: Khashayar Abryoghani *Ort:* Hörsaal 4G IKS *Zeit*: 11:00 Uhr *Bachelor-Vortrag*: Numerische Analyse adaptiver Algorithmen basierend auf einem FPGA SoC. Die Notwendigkeit Störgeräusche zu beseitigen, hat seit den letzten Jahren ständig zugenommen. Der beispielsweise durch Autos, Baumaschinen oder Flugzeuge produzierte Lärm ist schädlich für die menschliche Gesundheit. Daher ist es von Interesse, durch Entwicklung von Lärmkompensationsgeräten Störgeräusche zu reduzieren. Aktive Störgeräuschunterdrückung (engl.: Active Noise Cancellation, ANC) ist die Technik, die entwickelt worden ist, um Störgeräusche abhängig von der Art und Frequenz abzuschwächen. Im Falle eines ANC Kopfhörers ist das Ziel, die Leistung des Signals direkt am Trommelfell des Hörers durch Erzeugen eines Kompensationssignals zu unterdrücken. Zum Erzeugen des Kompensationssignals können feste oder adaptive Filter eingesetzt werden. Das ANC-System besitzt hohe Echtzeitanforderungen, da sonst bei der Verarbeitung Latenz entstehen kann, die die Leistung des Systems stark beeinträchtigt. Eine Möglichkeit, die Filterung auf einer integrierten Schaltung in Echtzeit auszuführen, ist spezielle Hardware, die exakt für die Berechnungen des Filters optimiert ist. Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei adaptive Algorithmen für die Realisierung auf einem FPGA untersucht, nämlich der Normalized Least-Mean-Squares (NLMS) und der Recursive-Least-Squares (RLS) Algorithmus. Da die Rechenoperationen auf einem FPGA in Festkommadarstellung sind, wird sich die Arbeit zunächst mit numerischen Aspekten befassen. Dazu werden einige grundlegende Aspekte bezüglich der Zahlensysteme und Quantisierung vorgestellt. Danach wird auf verschiedene Möglichkeiten eingegangen, wie man ein FPGA für ein ANC System einsetzen kann. Diese Möglichkeiten werden auf ihre Vor- und Nachteile untersucht. Anschließend werden wichtige Herausforderungen hervorgehoben, in der Literatur bekannte Ansätze zur Beseitigung dieser Herausforderungen vorgestellt und experimentell überprüft. Alle Interessierten sind herzlich eingeladen, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Allgemeine Informationen zum Kolloquium, sowie eine aktuelle Liste der Termine des Kommunikationstechnischen Kolloquiums finden Sie unter: http://www.iks.rwth-aachen.de/aktuelles/kolloquium/ -- Irina Ronkartz Institute of Communication Systems (IKS) RWTH Aachen University Muffeter Weg 3a, 52074 Aachen, Germany +49 241 80 26958 (phone) ronkartz(a)iks.rwth-aachen.de http://www.iks.rwth-aachen.de/

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Kommunikationstechnisches Kolloquium am IKS

von Irina Ronkartz

Sehr geehrte Abonnenten des Kolloquium-Newsletters, gerne informieren wir Sie über die nächsten Termine unseres Kommunikationstechnischen Kolloquiums. *Donnerstag, 10. Oktober 2019* *Vortragender*: Tarek Yann El Moghazi *Ort*: Hörsaal 4G IKS *Zeit*: 11:15 Uhr *Bachelor-Vortrag*: Virtual Relocation of a Binaural Recording Device in a Teleconference Application Through binaural recording and playback techniques, intelligibility and realism can be achieved for a distant participant in a teleconference. For this, a recording device (e.g. an artificial head) is placed at the desired location in the room. When listening to the artificial head's recording, the distant participant experiences immersion and spaciousness as if he were present in the room and can naturally distinguish between speakers. Using the above approach for multiple distant participants is complex and costly, as each of the participants requires a unique recording device at a distinct location in the conference room. With the goal of reducing cost and effort, in this thesis an attempt to virtually shift the acoustic scene to different locations in the room using a singular artificial head's recorded signals, is presented. The relocation is implemented by a table. Its function is to translate the angles seen from the recording position into angles corresponding to the target location. Multiple algorithms for constructing the table are proposed and compared. Furthermore, the impact of distance perception is considered by modifying the output signal's primary-to-ambient ratio depending on the distance between source and recording device or participant. Results of a listening test verify the validity of the presented approach. With the aid of it the user experience in teleconferencing scenarios and beyond can be improved. und *Freitag, 11. Oktober 2019* *Vortragende*: Xiao Luo *Ort*: Hörsaal 4G IKS *Zeit*: 14:00 Uhr *Master-Vortrag:* Multichannel Acoustic Echo Compensation for Spatial Audio Communication Emerging devices supporting 3D audio recording and reproduction accelerate progress towards immersive telecommunications desired by teleconferencing and many other application scenarios. However, the massive number of microphones and loudspeakers required in such systems poses challenges for acoustic echo compensation. In this master thesis, it is verified that the classical acoustic echo compensation is hardly scalable to the massive multichannel systems, subject to the system complexity and the well-known non-uniqueness problem. Therefore, a new method of echo compensation is proposed in this work, attempting to apply spatial filtering on the 3D audio signal for source separation and generate the desired echo estimates with much fewer estimation channels. Typical techniques for source separation like beamforming and principal component analysis are investigated, showing high potential for satisfying the needs of massive multichannel echo compensation with largely reduced complexity. Alle Interessierten sind herzlich eingeladen, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Allgemeine Informationen zum Kolloquium, sowie eine aktuelle Liste der Termine des Kommunikationstechnischen Kolloquiums finden Sie unter: http://www.iks.rwth-aachen.de/aktuelles/kolloquium/ -- Irina Ronkartz Institute of Communication Systems (IKS) RWTH Aachen University Muffeter Weg 3a, 52074 Aachen, Germany +49 241 80 26958 (phone) ronkartz(a)iks.rwth-aachen.de http://www.iks.rwth-aachen.de/

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