Шумодав идет по следу

В радиотехнике многие реальные шумовые процессы принято моделировать, пользуясь понятием "белый шум". Шум называется белым, если его спектр непрерывен, бесконечен и равномерен. Иными словами, в белом шуме на любой (сколь угодно малой или сколь угодно большой) частоте всегда найдется гармоническое колебание, причем амплитуды всех колебаний одинаковы. Белый шум - абстракция того же порядка, что и бесконечно короткий импульс или бесконечно протяженное колебание синусоидальной формы. Ничто из перечисленного в природе не существует. Реальный шум хоть и имеет широкий спектр, но, к счастью, он неравномерен. На каких-то частотах интенсивность шума выше, на каких-то - ниже. Как раз на учете этой неравномерности спектра реального шума и основан шумоподавитель, о котором идет речь. В нем воплощен так называемый согласованный фильтр. Такой фильтр должен в максимальной степени пропускать через себя энергию сигнала, с которым он согласован. Для этого амплитудно-частотная характеристика фильтра должна с точностью до постоянного коэффициента совпадать с амплитудным спектром сигнала, с которым фильтр согласован. В таком случае автоматически получится, что все прочие сигналы, поступающие на вход фильтра, он значительно ослабит. Т. е. будет обеспечено максимальное выделение одного сигнала на фоне других. Согласованный фильтр - это всегда наилучший фильтр для данного сигнала.

Многие реальные шумовые процессы обладают еще одним важным свойством - в пределах некоторого интервала времени их можно считать стационарными (в отличие от речевого или музыкального сигнала). Стационарность процесса означает, что его статистические, а значит и спектральные характеристики и параметры, не изменяются или изменяются незначительно. Например, если помещение, где производится запись, а также микрофон и входной усилитель "шумят", то спектр этого шума, измеренный сейчас, будет оставаться примерно тем же и через секунду, и через минуту. Наилучшим способ подавления стационарного широкополосного шума с неравномерным спектром реализовывал бы следующий алгоритм.

1. В сеансе записи с микрофона до начала исполнения музыки или вокала нужно записать "тишину", которая на самом деле и будет представлять собой реализацию шума (получить модель шума).
2. Провести спектральный анализ фрагмента шума, характерного для конкретных условий записи (получить спектральную функцию шума).
3. Синтезировать фильтр, АЧХ которого равна полученному спектру шума (фильтр, согласованный с моделью шума).
4. Подать сигнал, содержащий и полезную составляющую (музыку) и шум, на вход фильтра, согласованного с моделью шума (выделить шум из его смеси с сигналом).
5. Из полного сигнала вычесть шум, выделенный согласованным фильтром.

Теория сигналов подобный алгоритм относит к классу адаптивных алгоритмов распознавания с обучением по ограниченной выборке. В результате его работы шум окажется в максимальной степени подавлен, а полезный сигнал будет затронут минимально.