Die Preisverleihung fand im Forschungszentrum caesar in Bonn am 18. Januar 2012 statt. Im Rahmen dieser Veranstaltung wurde u.a. ein Best-Practice-Fall des IND gemeinsam mit der Fa. Ericsson zum Thema "Steganographie in digitalen Signal-Codierern" präsentiert.

Technische Details und Audiobeispiel

Vortragender:

Dipl.-Ing. Thomas Esch

Thema: 

"Model-Based Speech Enhancement Exploiting
Temporal and Spectral Dependencies "

Datum:

Mittwoch, 25. Januar 2012

Zeit:

11:15 Uhr

Ort:

Hörsaal 4G des IND

Das Mobiltelefon ist heutzutage aus dem alltäglichen Gebrauch der meisten Menschen nicht mehr wegzudenken. Während die Vision nach einer permanenten Erreichbarkeit und Konnektivität inzwischen fast weltweit realisiert worden ist, besteht weiterhin die Notwendigkeit, die Sprachqualität und Sprachverständlichkeit zu verbessern.

In dieser Arbeit wird ein neuartiges, modellbasiertes Sprachverbesserungssystem zur einkanaligen Störgeräuschreduktion vorgestellt. Im Gegensatz zu konventionellen Verfahren steht bei den entwickelten Algorithmen die Ausnutzung zeitlicher und spektraler Abhängigkeiten von Sprach- und Störsignalen explizit im Fokus. Die wesentlichen Fortschritte, die in dieser Arbeit erzielt wurden, lassen sich wie folgt zusammenfassen:

•    Modifiziertes Kalman-Filter im Frequenzbereich zur Berücksichtigung der zeitlichen Korrelation
•    Komplexwertige Prädiktion zur Schätzung der aktuellen DFT-Koeffizienten von Sprache und Störung
•    SNR-abhängige MMSE-Schätzregeln, welche an die gemessenen Statistiken des Eingangssignals angepasst sind
•    Techniken der künstlichen Bandbreitenerweiterung zur verbesserten Störreduktion unter Ausnutzung der spektralen Abhängigkeiten
•    Neuartige breitbandige Störgeräuschreduktion für sog. „HD-Tefefonie“
•    Wirksame Gegenmaßnahmen zur Reduzierung von sogenannten „Musical Tones“
•    Neue Lösung zur Unterdrückung zeitlich stark veränderlicher, periodischer Störungen.

Alle entwickelten Verfahren zur Sprachverbesserung wurden anhand von instrumentellen Messungen und subjektiven Höreindrücken ausgiebig bewertet und evaluiert. Im Vergleich zu konventionellen Verfahren erzielen die vorgestellten Algorithmen deutlich bessere Ergebnisse in Bezug auf Stördämpfung und Sprachverzerrungen. Das neue modellbasierte System ist nicht auf die Anwendung in Mobiltelefonen beschränkt. Es eignet sich auch für Freisprecheinrichtungen, Konferenzsysteme oder digitale Hörgeräte.

Alle Interessierten sind herzlich eingeladen, eine Anmeldung ist nicht erforderlich.

Das IND gratuliert dem Preisträger zur seiner Auszeichnung!

Vortragender:

Dipl.-Ing. Aulis Telle

Thema: 

"Sonotubometrie mit Methoden der digitalen Signalverarbeitung"

Datum:

Donnerstag, 15. Dezember 2011

Zeit:

16:00 Uhr

Ort:

Hörsaal 4G des IND

Die Eustachische Röhre, die auch Tube oder Ohrtrompete genannt wird, bildet eine Verbindung zwischen Mittelohr und Nasenrachen. Ihr wird in der Hals-Nasen-Ohren-Medizin eine überragende Bedeutung für den Verlauf und die Genese akuter und chronischer Mittelohrentzündungen zuge­schrieben. Eine Beurteilung der Tubenfunktion ist sowohl für die Diagnose von Erkrankungen im Bereich des Nasenrachens und des Ohres als auch für die Planung operativer Maßnahmen von besonderer klinischer Relevanz.

Ziel dieser Arbeit ist es, durch den Einsatz von bekannten und in Rahmen dieser Arbeit neu entwickelten Methoden der digitalen Signal­ver­arbeitung die Aussagekraft der Messergebnisse auch bei starken Stör­geräuschen zu er­höhen. Es wird ein virtuelles Tubenmodell vorgestellt, welches auf dem aus der Sprach­signalverarbeitung bekannten Röhrenmodell nach Kelly und Lochbaum basiert. Zur Ermittlung der Modell­parameter werden die Impulsantworten der Übertragungsstrecke herangezogen, die mit Hilfe neuartiger Methoden der Systemidentifikation bestimmt werden. Es werden die Grenzen dieses virtuellen Modells auf­gezeigt und Methoden zur Kom­pen­sation des Einflusses einer Band­pass­cha­rak­teristik des eingesetzten Mess­sys­tems vorgestellt.

Eine neue Sicht auf die Aktivität der dynamischen Übertragungsstrecke Nase–Ohr bietet die in die­ser Arbeit ein­ge­führte korrelationsbasierte Betrachtung der Systemänderung über der Zeit. Durch Aus­nutzung der Korrelations­eigenschaften des Restfehlersignals des zur Nachverfolgung der Systemimpulsantwort ein­ge­setzten NLMS-Algorithmus können System­änderungen weitgehend unabhängig von der vor­liegen­den Stö­rung analysiert werden.

Mit den in dieser Arbeit vorgestellten Erweiterungen kann die Aussagekraft sonotubometrischer Messun­gen im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik deutlich erhöht werden.

Alle Interessierten sind herzlich eingeladen, eine Anmeldung ist nicht erforderlich.

Vortragender:

Niklas Nawroth, Bachelorstudent

Thema: 

"Windgeräuschreduktion in Sprachsignalen mit Techniken der künstlichen Bandbreitenerweiterung"

Datum:

Montag, 05. Dezember 2011

Zeit:

14:00 Uhr

Ort:

Hörsaal 4G des IND

Konventionelle Algorithmen zur Störgeräuschreduktion können Windgeräusche nur sehr eingeschränkt unterdrücken. Dies liegt daran, dass zur Schätzung der spektralen Leistungsdichte der Störung das Störgeräusch für eine gewisse Zeitspanne stationär sein muss. Da sich Windgeräusche durch ein hohes Maß an Instationarität auszeichnen, müssen für diesen Fall spezielle Verfahren zur Störgeräuschreduktion angewandt werden.

In dieser Arbeit wird untersucht, inwieweit die durch Wind gestörten Signalanteile mit Hilfe von Techniken aus der künstlichen Bandbreitenerweiterung rekonstruiert werden können.  Diese wird normalerweise verwendet, um ein schmalbandiges Sprachsignal auf einen größeren Frequenzbereich zu erweitern. Der Ansatz der künstlichen Bandbreitenerweiterung  kann auf die Reduktion von Windgeräuschen übertragen werden, da Windgeräusche eine Störung ausschließlich bei tiefen Frequenzen verursachen und ein großer Frequenzbereich nicht gestört wird. Aus diesen ungestörten Signalanteilen kann der gestörte Frequenzbereich der Sprache rekonstruiert werden.

Da die Grundfrequenz  einer der entscheidenden Parameter zur Rekonstruktion des Sprachsignals ist, werden im ersten Teil der Arbeit unterschiedliche Pitchschätzverfahren auf ihre Robustheit  gegenüber Störungen durch Windgeräusche untersucht. Im zweiten Teil der Arbeit wird ein einkanaliger Algorithmus zur Windgeräuschreduktion entwickelt, der die gestörten Frequenzanteile des Sprachsignals mit Hilfe der geschätzten Pitchperiode rekonstruiert.

Alle Interessierten sind herzlich eingeladen, eine Anmeldung ist nicht erforderlich.

Herr Dipl.-Ing. Moritz Beermann erhielt den Preis für seine Diplomarbeit "Entwurf und Optimierung von LDPC- und Turbo-Codes für Hochgeschwindigkeits-Mobilfunknetze",  die von Dr.-Ing. Laurent Schmalen und Prof. Dr.-Ing. Peter Vary am IND betreut wurde.

Die Auszeichnung wurde am 25. November 2011 im Rahmen einer Feierstunde mit musikalischer Untermalung des Salonorchesters ACHSO! vom Rektor der RWTH Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ernst M. Schmachtenberg überreicht.

Das IND gratuliert dem Preisträger zur seiner Auszeichnung!

Vortragender:

Sharif Ismail, Bachelorstudent

Thema: 

"Sprachverbesserung mit störgeräuschadaptiver Analyse und Synthese"

Datum:

Montag, 24. Oktober 2011

Zeit:

16:00 Uhr

Ort:

Hörsaal 4G des IND

Die Wahl der Einzelfenstergröße eines Analyse-Synthese-Fenstersystems bietet die Möglichkeit die Frequenz- und Zeitauflösung der Diskreten Fourier-Transformation eines gestörten Sprachsignals an die Art der Störung anzupassen. In dieser Arbeit werden Störgeräuschsignale mit sich zeitlich schnell veränderlichen harmonischen Störungen betrachtet.

Es wird ein adaptives Fenstersystem vorgestellt, das aus einer Anreihung von konventionellen Fenstersystemen mit unterschiedlicher Fensterlänge und unterschiedlichem Fenstervorschub besteht. Die perfekte Rekonstruktion bleibt dabei in guter Näherung erhalten. Dies geschieht durch Skalierung der Synthesefenster in den Bereichen, in denen sich zwei Fenstersysteme überlappen.

Zur Berechnung der Fensterlänge und des Fenstervorschubs der einzelnen Fenstersysteme wird der Frequenzverlauf der Grundfrequenz der harmonischen Störung zunächst approximiert und in Bereiche mit linearem Frequenzanstieg unterteilt. Mit Hilfe eines Maßes für Frequenz- und Zeitauflösung und der Information über den Frequenzanstieg des approximierten Frequenzverlaufes, wird die Fensterlänge und der Fenstervorschub für die einzelnen aneinander-gereihten konventionellen Fenstersysteme errechnet.

Abschliessend wird das adaptive Fenstersystem mit einem konventionellen Fenstersystem bei der Anwendung einer Störgeräuschunterdrückung verglichen.

Alle Interessierten sind herzlich eingeladen, eine Anmeldung ist nicht erforderlich.

Vortragender:

Radu Lupoaie, Masterstudent

Thema: 

"Flexible Error Protection for Scalable Video Streams Using Digital Fountain Codes"

Datum:

Montag, 24. Oktober 2011

Zeit:

11:00 Uhr

Ort:

Hörsaal 4G des IND

The first part of this Master thesis is dedicated to presenting features of Scalable Video Coding (SVC) in order to explain the required types of error correction schemes. One of the main topics of this thesis is the definition and analysis of an application layer forward error correction (AL-FEC) scheme which applies better to the characteristics of an SVC bitstream.

In the subsequent part the first main topic of the thesis is presented. The general concepts behind digital fountain codes are first explained. Then, an extensive comparison is carried out between the performance of the codes when encoding and decoding are performed in the binary domain or over higher order Galois fields. Literature on this topic already exists, in which performance comparisons are presented. Nevertheless, new aspects are also taken into consideration, such as a fairer performance comparison in terms of erasure correction properties, an arithmetic complexity analysis regarding encoding and decoding and a required memory comparison.

In the third part the second main topic of the thesis is discussed, namely a new means of obtaining unequal error protection with digital fountain codes is presented and examined. These codes, called Generalised Digital Fountain Codes (GDFC), are defined and, in order to quantify their performance, theoretical upper and lower bounds on their erasure correction capabilities are derived. Using these bounds, different optimisations are conducted and the performance of the codes is analysed when different transmission requirements are considered.

Finally, three SVC transmission scenarios employing the GDFCs are examined in order to demonstrate the benefits of applying GDFCs over using digital fountain codes which offer equal error protection.

Alle Interessierten sind herzlich eingeladen, eine Anmeldung ist nicht erforderlich.

Vortragender:

Wilfried Winkelhüsener, Diplomstudent

Thema: 

"Digital Fountain Codes for Future Mobile Communication Systems"

Datum:

Montag, 24. Oktober 2011

Zeit:

11:30 Uhr

Ort:

Hörsaal 4G des IND

The usage of mobile communication systems has been going through a heavy change in the recent years. Mobile devices have made a transition from cellular phones to handheld devices that support a large variety of applications. The increasing computational power of mobile communication systems led to a fast rise of data traffic. Due to this tremendous expansion of data traffic, the limited amount of radio resources runs short so that a more and more efficient usage is inevitable. One possibility to increase the efficiency of data distribution is point-to-multipoint (PTM) distribution like broadcast or multicast. The increasing importance of distributing files via PTM transmission led to a definition of the Multimedia Broadcast/Multicast Service (MBMS) by the 3rd Generation Partnership Project (3GPP). MBMS consists of IP based multicast flows and generally reuses the existing signal processing and network infrastructure from UMTS. The reliable delivery of data requires a capable error correcting scheme at a layer above the physical layer (PHY). An appropriate and powerful solution for PTM transmissions is the usage of application layer forward error correction (AL-FEC) on basis of digital fountain (DF) codes that possess a high flexibility due to their rateless property and do not require feedback information.  Besides the necessity of AL-FEC in order to facilitate reliable data delivery a system can further profit from the usage of a capable AL-FEC code. The additional FEC on the application layer on top of the physical layer FEC (PHY-FEC) enables the operating on higher PHY loss rates from which the whole system can benefit in terms of energy and complexity savings.

This work deals with the usage of digital fountain codes as AL-FEC codes for the distribution of MBMS data in combination with PHY-FEC.  The focus is on the so-called Raptor 10 code which is currently the most popular raptor code and is considered in various broadcast/multicast standards.  After the analysis of Raptor 10 and its usage within MBMS, the combined AL- and PHY-FEC is analyzed with respect to saving transmission energy and PHY-FEC complexity. Furthermore, the combined AL- and PHY-FEC performance within a radio cell is determined for different modulation and coding schemes.

Alle Interessierten sind herzlich eingeladen, eine Anmeldung ist nicht erforderlich.

Vortragender:

Frank Martin Müller, Bachelorstudent

Thema: 

"Potentiale und Grenzen parametrischer Stereocodierung"

Datum:

Montag, 24. Oktober 2011

Zeit:

15:00 Uhr

Ort:

Hörsaal 4G des IND

Die parametrische Stereocodierung ist ein Audiocodierungsverfahren zur verlustbehafteten Audiodatenkompression von Stereo-Signalen.
Ein parametrischer Stereo-Encoder erstellt aus einem Stereo-Eingangssignal ein Monosignal und berechnet zusätzlich noch die wichtigsten Stereo-Parameter (z.B. Pegel- und Phasenunterschiede) der zwei Eingangskanäle. Diese parametrische Repräsentation der Stereoinformation kann sehr datenrateneffizient mit einer Bitrate von lediglich 2-3 kbit/s in den Datenstrom eingebettet werden. Mit Hilfe des Monosignals und der parametrischen Informationen rekonstruiert der Decoder das Stereo-Signal, wodurch die räumliche Information der Eingangssignale explizit erhalten bleibt.

Ziel dieser Bachelorarbeit war es, ein System zur parametrischen Stereocodierung zu implementieren und seine Potentiale und Grenzen durch umfangreiche Simulationen zu evaluieren. Dazu wird zunächst anhand von MATLAB-Simulationen gezeigt, dass die parametrische Stereocodierung zwar bei überschaubarem Rechenaufwand den benötigten Speicherplatz (bzw. die benötigte Datenrate) deutlich senkt, aber nicht für alle Einsatzgebiete geeignet ist. Die hierbei geltenden Einschränkungen werden anschließend detaillierter herausgearbeitet, woraus sich mögliche Empfehlungen für den Systementwurf ableiten.

Alle Interessierten sind herzlich eingeladen, eine Anmeldung ist nicht erforderlich.