Formation de voies exploitation de l’information spatiale des sources

Formation de voies exploitation de l’information spatiale des sources

Dans ce chapitre nous présentons une classe de méthodes de séparation de sources basée sur l’information spatiale des sources audio : la formation de voies (beamfor- ming ). Nous nous intéressons à ce type de méthodes de séparation géométrique de sources afin de l’exploiter dans nos algorithmes de séparation comme une étape de prétraitement avant l’étape de séparation basée sur l’information structurelle des sources.Le terme formation de voies a été dérivé du fait que les premiers filtres spatiaux ont été développés pour former des lobes permettant de recevoir un signal émis d’une certaine direction et atténuant les signaux émis des autres directions. Former des voies semble indiquer la radiation de l’énergie, cependant, la formation de voies est appliquée à la radiation ou à la réception de l’énergie. Dans nos travaux, nous considérons la formation de voies pour la réception. La formation de voies a été étudiée dans plusieurs domaines comme le radar, la sismologie et les communications. Elle peut être utilisée pour différentes applications telles que la détection de présence d’un signal, l’estimation des directions d’arrivée des sources, l’amélioration de la qualité d’un signal, l’estimation d’un signal venant d’une direction donnée en la présence de bruit et de signaux interférents… Ceci est possible en construisant le diagramme de directivité adéquat, celui qui donne la bonne répartition de l’énergie en réception en fonction de la fréquence et des angles d’arrivées éventuels de la source audio émettrice, et ceci par rapport à l’application souhaitée.

La formation de voies est formulée comme un filtre spatial qui opère sur les sorties d’un réseau de capteurs dans le but de former le diagramme de directivité désiré [87]. Typiquement, un filtre de formation de voies (beamformer ) combine linéairement les séries temporelles échantillonnées spatialement par le réseau de capteurs afin d’obtenir à la sortie des séries temporelles scalaires : c’est le filtrage spatio-temporel. Le filtre de formation de voies idéal doit avoir un diagramme de directivité égale à 1 pour la direction d’arrivée choisie et nul dans les autres directions. Dans la pratique, ce genre de filtre ne peut être estimé : le lobe principal est toujours de largeur non nulle et les lobes secondaires sont de hauteur non nulle.Dans le cadre de nos travaux, nous nous sommes intéressés à la formation de voies comme méthode de séparation de sources selon leurs directions d’arrivées (DOA : Directions of Arrival). La direction d’arrivée d’une source est l’angle que fait la perpendiculaire à son front d’onde avec le réseau de capteurs. Les méthodes de formation de voies peuvent être classées en deux catégories, selon leur dépendance aux données reçues :Dans la suite, nous présenterons dans un premier temps le principe de la forma- tion de voies. Nous nous intéresserons ensuite à la formation de voies adaptative et à la formation fixe en soulignant les avantages et les inconvénients de chacune de ces deux méthodes. Ensuite, nous introduirons notre méthode de formation de voies fixe avec les fonctions de transfert de tête (HRTF).

Formation de voies : principe

Supposons que l’on dispose d’un réseau de M capteurs de géométrie quelconque. Une onde plane s (t) issue d’une source audio située en champ lointain arrive sur le réseau de capteurs avec une direction d’arrivée . Les sorties du réseau de capteurs sont notées x (t) = [x1 (t) ; : : : ; xM (t)]comme la convolution de la source s(t) et les réponses impulsionnelles des différents chemins de propagation entre cette source et les capteurs. Ces réponses impulsion- nelles sont tronquées à la longueur L et s’écrivent en fonction de la direction d’arrivée de la source s(t) comme h (l); : : : ; hM (l;Nous voulons estimer un filtre de formation de voies qui nous permettra de rehausser le niveau de ce signal et de rejeter les signaux interférents arrivant de directions autre que . Ceci est possible en construisant un lobe qui vise la direction d’arrivée désirée es filtres spatiaux de formation de voies ont été développés pour les signauxà bande étroite qui peuvent être caractérisés par une fréquence unique. Pour les signaux large bande comme la parole, une transformation dans le domaine fréquentiel est nécessaire et les filtres de formation de voies à bande étroite sont développés pour Nous voulons que le diagramme de directivité, défini comme la magnitude au carré de la réponse directionnelle de cette formation de voies, pointe vers la direction d’arrivée .