Kalman filtresi ile ses sinyallerinin iyileştirilmesi

Ses sinyallerinin iyileştirilmesi ile, çeşitli algoritmalar kullanılarak gürültülü sinyallerin kalitesinin veya anlaşılabilirliğinin arttırılması amaçlanmaktadır. Ses iyileştirme yöntemleri hem zaman hem de frekans domeninde gerçekleştirilebilir. Frekans domeninde gerçekleştirilen ve pratikte uygulanabilirliği en fazla olan Spektral çıkarma yöntemi, etkili bir iyileştirme tekniği olmasına karşın, iyileştirdiği sinyalde meydana gelen müzikal gürültü oldukça büyük bir dezavantajdır.Ses iyileştirme için kullanılan bir başka yöntem ise Spektral Çıkarmanın filtre olarak uygulandığı Wiener filtresidir. Wiener filtresinin dezavantajı ise tüm frekanslarda, filtrenin sabit bir frekans cevabının olması ve temiz sinyal ile gürültünün spektral güç yoğunluklarının tahminini gerektirmesidir.Kalman filtresi ile ses iyileştirme, en etkili yöntemlerden biridir. Özellikle GPS ve Navigasyon uygulamalarında sunduğu üstün tahmin yeteneği, son yıllarda ses sinyallerinin işlenmesinde de kullanılmaya çalışılmıştır. Ancak Kalman filtresi ile ses sinyallerini iyileştirebilmek için, bir takım parametrelerin bilinmesi gerekmektedir. Temiz sinyale ait AR (Autoregressive) katsayıları ve gürültüye ait kovaryans matrisi, Kalman filtresinin başarısını çok büyük ölçüde etkileyen ve bilinmesi gereken parametrelerdir. Pratikte mevcut olan sadece gürültülü sinyal olduğu için bu parametrelerin tahmin edilmesi oldukça zordur ve hala bu konu üzerinde çalışmalar devam etmektedir.Bu çalışmada, Kalman filtresi için gerekli olan parametreler Spektral Çıkarma yöntemi ile iyileştirilmiş sinyal kullanılarak belirlenmiştir. Öncelikle Spektral Çıkarma, Wiener Filtresi ve Kalman filtresi ayrı ayrı incelenmiştir. Daha sonra, bir ses sinyaline ait AR katsayıları, hem en sık kullanılan yöntemlerden biri olan Doğrusal Öngörülü Kodlama (LPC) ile hem de Kalman filtresi ile hesaplanmıştır.Farklı tipteki gürültülerle bozulmuş sinyallere, yukarıda belirtilen her üç yöntem ve son olarak bu çalışmada önerilen Spektral Çıkarma ile birleştirilmiş Kalman Filtresi uygulanmıştır. Uygulama sonuçları, objektif bir ölçüm olan SNR değerleri baz alınarak karşılaştırılmıştır.Elde edilen sonuçlar; birleştirilmiş Kalman filtresinin Wiener filtresine ve Spektral Çıkarmaya oranla daha iyi bir SNR artışı sağladığını göstermiştir. Ayrıca birleştirilmiş Kalman filtresinin Spektral Çıkarmadan kaynaklanan müzikal gürültüyü bastırdığı da gözlemlenmiştir.