Günlük hayatta cep telefonu haberleşmesinde karşılaşılan problemlerden birisi çevre gürültüleridir. Aktarılmak istenen sese arka planda eklenen gürültü aktarılmak istenen mesajın iletilmesini güçleştirmekte ve hatta imkansız hale getirebilmektedir. Gelişen teknoloji ile bu gürültüyü azaltma yolunda araştırma yapan akıllı Adsıztelefon üreticileri, bu gürültüleri en aza indirmek için cep telefonlarında çift mikrofonlu aktif gürültü filtreleme özelliği eklemişlerdir. Bu iki mikrofon aktarılmak istenen mesajı filtrelemek, sadeleştirmek veya netleştirmek için kullanılmaktadır. Telefon mimarisinde farklı bölgelerde bulunan bu mikrofonlardan biri çevre gürültüsünü örneklemek için kullanılırken, diğeri konuşma sesini örneklemek için kullanılmaktadır. Bu aşamada iki ses arasında kullanılan algoritma ile ses süzülecek, mesaja en yakın ses aktarılması amaçlanmıştır. Sinyal süzme; veri iletişimi, biyomedikal uygulamalar, askeri ve sivil elektroniksistemler, endüstriyel uygulamalar gibi içerisinde değişik sinyal işlemeyöntemlerinin bulunduğu sistemlerde yaygın bir biçimde kullanılır. Sinyal süzme; veri iletişimi, biyomedikal sistemler, askeri ve sivil elektronik sistemler, endüstriyel uygulamalar gibi içerisinde değişik sinyal işleme yöntemlerinin bulunduğu sistemlerde yaygın bir biçimde kullanılır. Genel anlamda,bir sinyalin seçilen süzgeç karakteristiğine göre istenen frekans bileşenlerineayrılması (gürültü gibi) ve sinyalin genel yapısının
(kazanç, genlik, faz ve grupgecikmesi vb.) geliştirilmesi olarak tanımlanır. Süzgeçler ilk olarak geniş anlamda 19. ve 20. yüzyıllarda, pasif elemanlar olan direnç, bobin ve kapasitörlerkullanılarak tasarlanmış ve o zamanki telefon ağlarında kullanılmışlardır. Dahasonra bipolar transistörler içeren ve aktif devre elemanı olan işlemsel yükselteçlergeliştirilmiştir. Böylelikle gerçeklenen aktarım işlevine kazanç elemanınıeklememize olanak tanınmıştır. 20. yüzyılın ikinci yarısında anahtarlı kapasitorsüzgeci olarak adlandırılan, içerisinde sadece kapasitör ve CMOS işlemselyükselteçler içeren süzgeçler
geliştirilmiştir. Bu süzgecin özelliği direnç ve bobiniçermemesi ve tüm devrenin VLSI teknolojisiyle üretilmesidir. Bu teknoloji ileanalog sinyallerden belirli zaman aralıklarında örnekler alınıp işlenebilir halegetirilebilmiştir. Böylelikle süzme ilk defa sayısal sinyal işleme ile birliktegündeme gelmiştir. Sayısal sinyal işlemde iki temel buluştan söz edilir. İlki, NyquistShannon’un örnekleme teoremi, diğeri Cooley-Tukey’in hızlı Fourier dönüşümüdür. Shannon Teoremi özet olarak, bant genişliği sınırlı olan sürekli sinyalin içerdiği enbüyük frekansın iki katında örneklenmesi koşulu ile sayısallaştırılmasından sonra, kayba uğramadan tekrar sürekli biçime dönüştürülebileceğini söyler. Hızlı Fourier dönüşümü ise, kesikli Fourier dönüşümünü bilgisayar ortamında hızlı hesaplanmasını sağlayan algoritma olarak tanımlanabilir. Fourier dönüşümünün gelişmiş bir çeşidi olarak kabul edebileceğimiz dalgacık dönüşümü ve istatistiksel veri analizi yöntemlerinin sayısal süzme işlemlerinde kullanılması, sayısal dünyadaki gelişmelerin belirgin örneklerindendir.Dalgacık dönüşümü Fourier dönüşümündeki zamanda yerellik sorununu çözerken, Wiener Süzgeç, istatistiksel veriler için gürültü giderme ve doğrusal tahminyapma gibi özellikleri bilime
kazandırmıştır. Sinyal işleme uygulamalarında genel olarak işlem görecek olan sinyal, önce analog alçak geçiren bir süzgeçten geçirilir. Böylece çıkışta bizim belirlediğimiz bant ile sınırlı bir analog sinyal elde ederiz. Örneklenen ve ADC’de sayısallaştırılan sinyal, öngörülen aktarım işlevi ile işlem gördükten sonra tekrar DAC ile analog hale getirilir. Son olarak DAC’deki örnekli sinyali yumuşatmak için son bir süzgeçten geçirilir. Böylelikle analog bir sinyal, sayısal bir sistemle işlenmiş olur. ses   Aktif Ses Filtreleme İnsan kulağı 20 Hz ile 20 kHz frekans bandını duymaktadır.Konuşma sesi 300 Hz ile 3400 Hz
arasında bulunmaktadır. Erkeklerin sesi bu bandın 300 Hz tarafınayakınken, bayanların sesi 3400 Hz tarafına yakındır.
Çevre gürültüleri ise 20 Hz ile 20 kHz bandınınherhangi bir bölgesinde bulunabilir. Dolayısıyla, basitçe 300 Hz ile 3400 Hz arasını filtreleyip gerikalanları bastırmak çevre gürültülerini (beyaz Gauss gürültüsü değil) yeterince bastırmamaktadır. Öncül ve referans mikrofonundan elde edilen sinyalin frekans cevapları tespit edilir. Frekans uzayına geçtikten sonra yapılması gereken işlem bant söndüren filtre tasarlamaktır. Buamaca yönelik çeşitli türlerden filtreler (ideal, FIR veya IIR) kullanılabilir. Tasarlanacak olan bu  filtrenin kesim frekansları 300 Hz ve 3400 Hz olmalıdır.Her iki mikrofondan alınan sinyallerin bantsöndüren filtreden geçirilmesinden sonra elde edilen sinyallerin frekans cevabından katsayısını elde ederiz.Bu katsayı hesaplandıktan sonra çevre gürültüsündenarındırılmış çıkış sinyali elde edilmiş olur. 2 Genellikle gürültü temizleme ve doğrusal tahmin gibi sayısal sinyal işlemeyöntemlerinde kullanılan optimal bir sayısal süzgeçtir. Amaç giriş sinyalindenistenen içeriği yine giriş sinyalinin şimdiki ve geçmiş istatistiksel verilerindenfaydalanarak çıkartmaktır. Bu yöntemde kullanılan istatistiksel ilişkiler aşağıdakişekilde özetlenebilir. Bu tanımların formülleri ve uygulamaları konu anlatımı içindeyer alacaktır. Wiener Süzgecin en önemli kullanım alanı gürültü yok etmektir. Buradaki amaç gürültülü bir ortamdan istenen temiz sinyali elde etmektir. Fakat süzmedeolduğu gibi gürültünün öz ilintisi verilmek yerine, bu bilgi sadece gürültüyükaydeden ikincil bir algılayıcı tarafından alınır. Fakat birincil ve ikincil algılayıcıdanalınan gürültüler çeşitli sebeplerden dolayı (algılayıcı karakteristiği, yayılma paterni gibi) aynı olmadıklarından sadece çıkarma işlemi ile sinyali temizlemek mümkün değildir. Bu yüzden Wiener süzgeç ikincil algılayıcı tarafından ölçülen gürültü ile birincil algılayıcıdan ölçülecek sinyali tahmin eder. Bu sistemin en çok kullanım alanı uçak-helikopter telsiz haberleşme sistemlerindedir. Pilotlar arası veya pilot kule arası haberleşme, pilot köşküiçindeki motor ve rüzgâr sesinden konuşmaların anlaşılması zordur. Bu zorluğugidermek için pilot köşküne yerleştirilen ikincil bir mikrofon ile konuşmalardakigürültü tahmin edilip, ses sinyali temizlenmeye çalışılır. Aynı zamanda telefonda aktarılacak sesi çevre gürültülerinden temizleyerek aktarmada kullanılmaktadır. Gürültü tahmini içinWiener-Hopf denklemleri aşağıdaki gibidir.

Cep telefonu haberleşmesinde sıkça karşılaşılan problemlerin başında gelen arka plan gürültüsünü filtreleyerek en aza indirme amacıyla bu projeye başlanılmıştır. Bilindiği üzere cep telefonu görüşmelerinde arka planda bulunan gürültü yüzünden karşı tarafa iletilmek istenen mesaj iletilememekte, sağlıklı bir konuşma sağlanamamaktadır. Bu problemi ortadan kaldırmak bu projenin temel amacıdır.

Cep telefonunda konuşurken arka plandaki gürültüleri filtreleyip saf bir mesaj göndermek üzere başlanılan ile belirli aşamalar kaydedilmiş ve amacımız doğrultusunda başarılı bir sonuca varılmıştır. Projede simülasyon olarak kullanılan Öncül ve Referans ses dosyaları işlenmiş, filtrelenmiş ve gürültüden arındırılmış saf mesaj işareti elde edilmiştir. Ses dosyalarında bir erkek ve kadının konuşması göz önüne alınarak, insan kulağının 20 Hz ile 20 kHz frekans bandını duyduğu bilinmektedir. Ancak bu frekans aralığında konuşma sesi 300 Hz ile 3400 Hz aralığındadır. Erkeklerin sesi bu bandın 300 Hz tarafınayakınken, bayanların sesi 3400 Hz tarafına yakındır. Tüm bu bilgiler ışığında projeye bakıldığında hazır ses dosyalarındaki gürültünün filtrelenmiş olduğu görülmektedir. Buna rağmen arkaplanda insan sesi dışında gerçekleşen, gürültü diye tabir ettiğimiz ses hâlâ vardır. Bu beklenen bir sonuçtur. Çünkü çevre gürültüleri 20 Hz ile 20 kHz bandınınherhangi bir bölgesinde bulunabilir. Dolayısıyla, basitçe 300 Hz ile 3400 Hz arasını filtreleyip gerikalanları bastırmak çevre gürültülerini (beyaz Gauss gürültüsü değil) yeterince bastırmamaktadır. Buna rağmen gürültülü ses dosyası filtrelenerek büyük ölçüde filtreleme sağlanmıştır. Aktif ses filtreleme hakkında hazırladığımız dökümanı indirmek için buraya tıklayınız.

Yazılıma dair video aşağıdadır.

İyi seyirler 🙂