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三度立體聲定位之研究
(1997)
謝世福
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HSIEH SHIH-FU
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交通大學電信工程學系
以共極點模式作虛擬麥克風在主動噪音防治之研究
(2004)
謝世福
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HSIEH SHIH-FU
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交通大學電信工程系
本計畫針對主動噪音控制ANC (Active noise control) 的一些根本待解間題，提出一系列的研究方案。ANC (Active noise control)的主要概念是：假設空間中有一個噪音源我們引進「人為」的第二聲源對噪音源做破壞性的干涉，以達到降低噪音能量的目的。ANC 有體積小設計彈性佳等的好處，而最大的挑戰，是如何設計ANC 濾波器，產生第二聲源，以降低密閉空間中所有噪音的總能量。故 ANC 濾波器的設計是主動噪音控制成功與否的主要關鍵。在上一年度的計畫中，針對密閉管路，我們己發現，僅利用二個麥克風各置於管路的端點，即能良好估計管路中聲音的能量。接下來的第一年研究，我們嚐試找出濾波器與反射係數b 和噪音源位置p x 之間是否有封閉解關係。我們希望設計低複雜度濾波器，並進一步求得「降低的噪音能量」與反射係數b 之間的封閉解關係，最後探討「降低的噪音能量」與音源位置之間的關係。在第二年的研究，我們將討論：「虛擬麥克風」在噪音防治的應用。「麥克風」在主動式噪音防治的應用上，是極為重要的元件，它主要的用途是監測「噪音的能量」。由於麥克風的位置的選擇是很關鍵的，但這個限制因素，經常造成設計者的困擾。因此近年來有許多文獻討論虛擬麥克風的可能性。雖然目前確實有一些模擬的結果，證實虛擬麥克風可用在動態的噪音防治，但我們希望能在理論上，進一步探討虛擬麥克風在不同位置，不同反射係數及不同的頻率範圍時對ANC 的影響及適用性。在第三年的研究，我們將討論：利用房間「共極點」簡化濾波器設計。一般而言，房間中各別的脈衝響應，可利用ARMA 濾波器的模型來逼近。若 ARMA 模型中的AR 部分可以相同而共用，且誤差不致太大，稱為「共極點」 (Common pole)，所以估計「一組」脈衝響應，所需的係數和運算量，就可以大量降低。首先我們利用 Image method 模擬產生多組房間響應。其次我們分析現有的尋找共極點的方法，並分別求得它們的群體誤差。未來我們將利用前二年的部分成果，研究反射係數及空間位置對「共極點」性能的影響，並與傳統做法作比較。最後我們探討共極點在設計噪音控制和回音消除濾波器的適用性，以抑制雜音與回音。
以映像法作主動噪音消除之研究
(2003)
謝世福
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HSIEH SHIH-FU
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國立交通大學電信工程學系
以極大相似性對話偵測作回音消除之研究
(2002)
謝世福
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HSIEH SHIH-FU
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交通大學電信工程系
以極長相關法作音場回音消除之研究
(2000)
謝世福
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HSIEH SHIH-FU
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國立交通大學電信工程學系
利用共極點ARMA模式作3D音效之研究
(1999)
謝世福
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國立交通大學電信工程學系
利用虛擬麥克風的參數估計作為噪音防治之研究
(2005)
謝世福
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HSIEH SHIH-FU
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交通大學電信工程系
主動噪音控制的主要概念是：假設空間中有一個噪音源我們引進「人為」的第二聲源對噪音源做破壞性的干涉，以達到降低噪音能量的目的。」麥克風」在主動式噪音防治的應用上，是極為重要的元件，它主要的用途是監測「噪音的能量」。由於麥克風的位置的選擇是很關鍵的，例如我們希望降低在密閉空間中總體的噪音能量，則麥克風的位置最好置於牆角，以避免噪音感測不良。但如果我們只希望降低某區域的噪音能量，例如駕駛座，則因為噪音防治的靜音區一般只在麥克風附近的小區域內，故麥克風的位置最好置於駕駛者的兩耳旁。但這個限制因素，經常造成設計者的困擾。因此近年來有許多文獻討論虛擬麥克風的可能性。雖然目前確實有一些「經驗法則」的模擬結果，證實虛擬麥克風可用在動態的噪音防治，但我們希望能在理論上(而不是上述的Empirical 經驗法則)進一步探討虛擬麥克風在不同位置，不同反射係數及不同的頻率範圍時對ANC 的影響及適用性。首先，我們利用映像法模型(image method) 模擬密閉房間中的多個不同位置的「音源-麥克風」脈衝響應，利用這些響應，希望反推尋求(可以產生這些) 脈衝響應的參數(例如房間的尺寸、牆壁的反射係數，麥克風的位置等)。如果這些參數可以被準確估計，那麼音源-虛擬麥克風之間的脈衝響應即可產生獲得。我們預期用這個函數當作基礎，來討論虛擬麥克風在不同位置，不同反射係數及不同的頻率範圍時對ANC 的影響及適用性，應該較以往的經驗式, 更有所幫助。
房間共極點模式之研究與應用
(2001)
謝世福
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HSIEH SHIH-FU
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交通大學電信工程系
汽車電話回音消除之研究
(2000)
謝世福
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交通大學電信工程系
雙工擴音電話回音消除之研究
(1996)
謝世福
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HSIEH SHIH-FU
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國立交通大學電信工程學系
雙耳音訊處理
(1993)
謝世福
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HSIEH SHIH-FU
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交通大學電信工程學系
家庭視聽的高傳真是消費電子工業所夢寐想追求的,於是HDTV的興起料將造成此一民生工業革命性轉變.音訊處理,特別是強化空間感覺,是客廳劇院化的重要關鍵.良好的空間感再生,首先應由心理音響學上的雙耳聽覺著手,進而建築音響學,了解聲音在室內空間的傳播情形,而最後歸結於如何利用數位訊號處理,來達成改善聆賞環境,重新再生劇院會堂的目的.本計畫將以系統上訊號處理的角度,來對聲音由產生到人耳接收,加以模式化,其中將納入心理音響學上的研究結果和室內建築空間的特性,使模式更符合音訊處理的自然性及人性化.吾人將由簡而繁,從最簡單的單點音源,單對喇叭,單人雙耳接收,到多點音源,多對喇叭,多人雙耳聆聽等建立模式,尋求數學解法,電腦模擬,驗證模式與理論的適用性.
非線性回音消除之研究
(2006)
謝世福
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HSIEH SHIH-FU
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交通大學電信工程系
行動電話或音訊會議的「免持聽筒」系統，通常會受到回音的干纋。為了解決這個問題，一般我們使用線性的適應性瀘波器，做回音消除AEC(Acoustic echo cancellation)。不過在實際的應用上，喇叭經常被過度驅動，造成輸出訊號的非線性失真(例如行動電話的喇叭很小，使用免持聽筒功能時，由於聲音要大，造成喇叭被過度驅動)，這會限制回音消除的效能。近年來，非線性和線性的串接式AEC 適應性瀘波器架構被提出來，在這個模型中，LMS 適應性法則被用來調整瀘波器的係數。但美中不足的是，適應性瀘波器的收歛性分析仍不清楚。目前在「非線性」和「線性」相互獨立的條件之下我們已推導出的瀘波器係數的收歛公式。但由於在實際的狀況中，係數調整不是相互獨立，而是共同調整(Joint adaptation)，這個結果會使得AEC 的效能大打折扣。在本計畫中我們將進一步分析共同調整收歛性的各種性質以改進AEC 的效能。我們將朝二個方向進行:首先，沿用共同NLMS 調整法則，嘗試找出更好的「線性和非線性」瀘波器係數的調整方法。我們目前也己有一些初步的結果，未來則需要進一步比較分析。其次，除了NLMS 調整法則外，我們改採MLC (maximum length correlation) 或IMLC (Iterative MLC) 方法。因為它們較能抵抗線性系統下的雙邊對話，我們將進一步研究，將它用在「線性和非線性」混合的系統。並與傳統的適應性法則做比較。
非線性回音消除的設計與分析
(2008)
謝世福
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HSIEH SHIH-FU
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國立交通大學電信工程學系(所)
回音消除(AEC)的應用上，喇叭經常被過度驅動，造成輸出訊號的非線性失真，而限制其效能。近年來，非線性和線性的串接式AEC 適應性濾波器架構被提出來，在這個架構中，LMS 適應性法則被用來調整濾波器的係數，但收歛性分析仍不清楚。我們在上一個年度「非線性回音消除之研究」中，假設「非線性」和「線性」相互獨立的條件之下我們已推導出濾波器係數的收歛公式。在未來第一年的「高階互相關法則(HOC)的非線性AEC收斂特性研究」中，我們嘗試將HOC用在「線性和非線性」濾波器係數的混合系統。目前我們初步發現，HOC法則在低的SNR條件之估計係數較為準確，我們的研究目標將在:以HOC的法則之下AEC性能的收斂性分析。在未來第二年「AEC濾波器之非線性與線性係數共同調整與補償方法研究」中，首先我們針對非線性AEC中，「非線性」和「線性」共同調整時，深入研究它們的收斂特性。其次，我們研究另一種「喇叭非線性失真補償等化器」的架構。這種等化器，稱為「事先等化器」。其目的是將喇叭非線性失真予以等化，等化之後的喇叭即視為線性。但這種非線性等化大多不存在，因此如何確保喇叭的輸出「不失真』便是一個主要的課題。在未來第三年「多聲道AEC研究與應用」中，由於聲道之間相互耦合的問題，而變得較為複雜。最近多聲道AEC的研究則著重在局部部份調整係數，來降低聲道的相關性，但並沒有詳細的收斂性分析，未來我們希望分析其收斂性。尤其在NLMS演算法中，缺點就是收斂速度慢，故我們將考慮一種最佳步伐演算法，每一個閥(tap)有自己的時變收斂步伐，利用房間的響應強度指數下降模型，預期有較快的收斂速度。另外我們可以將濾波器係數片段化，以降低運算複雜度。
非線性回音消除的設計與分析
(2007)
謝世福
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HSIEH SHIH-FU
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國立交通大學電信工程學系(所)
回音消除(AEC)的應用上，喇叭經常被過度驅動，造成輸出訊號的非線性失真，而限制其效能。近年來，非線性和線性的串接式AEC 適應性濾波器架構被提出來，在這個架構中，LMS 適應性法則被用來調整濾波器的係數，但收歛性分析仍不清楚。我們在上一個年度「非線性回音消除之研究」中，假設「非線性」和「線性」相互獨立的條件之下我們已推導出濾波器係數的收歛公式。在未來第一年的「高階互相關法則(HOC)的非線性AEC收斂特性研究」中，我們嘗試將HOC用在「線性和非線性」濾波器係數的混合系統。目前我們初步發現，HOC法則在低的SNR條件之估計係數較為準確，我們的研究目標將在:以HOC的法則之下AEC性能的收斂性分析。在未來第二年「AEC濾波器之非線性與線性係數共同調整與補償方法研究」中，首先我們針對非線性AEC中，「非線性」和「線性」共同調整時，深入研究它們的收斂特性。其次，我們研究另一種「喇叭非線性失真補償等化器」的架構。這種等化器，稱為「事先等化器」。其目的是將喇叭非線性失真予以等化，等化之後的喇叭即視為線性。但這種非線性等化大多不存在，因此如何確保喇叭的輸出「不失真』便是一個主要的課題。在未來第三年「多聲道AEC研究與應用」中，由於聲道之間相互耦合的問題，而變得較為複雜。最近多聲道AEC的研究則著重在局部部份調整係數，來降低聲道的相關性，但並沒有詳細的收斂性分析，未來我們希望分析其收斂性。尤其在NLMS演算法中，缺點就是收斂速度慢，故我們將考慮一種最佳步伐演算法，每一個閥(tap)有自己的時變收斂步伐，利用房間的響應強度指數下降模型，預期有較快的收斂速度。另外我們可以將濾波器係數片段化，以降低運算複雜度。
音響定位之研究
(2009)
謝世福
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HSIEH SHIH-FU
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國立交通大學電信工程學系(所)
一個定位系統是由多個固定端對於待測物的時間差與距離量距，來估測它的位置。主要應用包括機器人與UWB(Ultra-Wideband)無線感測網路。 [針對室內定位，我們希望利用聲音當作傳輸的信號。因為音響相對於射頻訊號，具有繞射，較低聲速與低硬體成本的優勢。定位之前的距離估測主要的困難包括。電腦的隨機延遲所造成的同步問題，因環境而異的聲速，因阻礙物造成的估計誤差，以及如何有效追蹤運動中的機器人等議題。首先我們提出了用參考麥克風來解決同步及聲速校準的問題，不同於傳統射頻信號同步(收發機成本高)，及飛行時間差(時間估測可靠度低) 的方法，本方法具有高準確及節省成本的好處，且由自製機器人實驗中，得到初步不錯的定位效果。其他議題包含喇叭與麥克風的替換，以及利用泰勒展開的最小方差法完成的多聲道定位。接著專注降低非直視線的誤差以及利用訊號能量來提升測距準確度的研究。最後作動態定位研究，利用過去估測的軌跡及速度，來修正時間記憶參數與泰勒展開參考值，以提升即時定位的準確度。
高畫質視訊及聲訊處理之研究---子計畫五：音場訊號處理
(1995)
謝世福
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HSIEH SHIH-FU
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國立交通大學電信工程學系
HDTV系統中除了高畫質外,高音質也是必須的 .在發射與接收之間,多聲道編碼及壓縮是一個重要議題,再者,就是如何做"音場處理",期使多聲道喇叭播放出來的聲音可以使電視機前的" 聽"眾得以配合畫面,獲得最大的音響感受.不同於傳統立體音響的音樂欣賞,在HDTV下的音場應該考慮到對白的清楚定位、環場音效處理及多喇叭間的串音等問題.根據心理音響學的研究, 吾人已經完成初步實驗,控制音像定位以及簡易環場處理模式.在聆聽測試中可以確認喇叭擺置及強度,延遲與濾波處理的參數選擇.在多喇叭間的串音上,上一年度的工作已經在建築音響學的基礎上完成模式分析,理論推導及電腦模擬.因為缺乏高精確的量測麥克風,無法測得房間脈衝響應.本年度擬持續此研究,除了將實際測量外,並將考慮聆聽環境的噪音問題(一般家庭客廳常有的問題),兼作主動式噪音控制. 綜言之,當多聲道解碼後面臨到播放空間的不良響應(等化處理),喇叭間的串音消平擾(串音消除),環境中揮之不去的噪音(主動式噪音控制 )時,利用適應性訊號處理可以諦造一個較完善的音場.這就是音場訊號處理的核心議題.
高畫質視訊及聲訊處理研究---子計畫五：HDTV互動式音訊系統之研究(V)
(1996)
謝世福
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HSIEH SHIH-FU
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國立交通大學電信工程學系