FLAME: Frames and Linear Operators for Acoustical Modeling and Parameter Estimation.

START project of P. Balazs.

Diese Seite ist eine Projektbeschreibung und als solche in englischer Sprache verfasst.

This international, multi-disciplinary and team-oriented project will expand the group Mathematics and Acoustical Signal Processing at the Acoustic Research Institute in cooperation with NuHAG Vienna (Hans G. Feichtinger, M. Dörfler, K. Gröchenig), Institute of Telecommunication Vienna (Franz Hlawatsch), LATP Marseille (Bruno Torrésani) LMA (Richard Kronland-Martinet). CAHR (Torsten Dau, Peter Soendergaard), the FYMA Louvain-la-Neuve (Jean-Pierre Antoine), AG Numerics (Stephan Dahlke), School of Electrical Engineering and Computer Science (Damian Marelli) as well as the BKA Wiesbaden (Timo Becker).

Within the institute the groups Audiological Acoustics and Psychoacoutics, Computational Acoustics, Acoustic Phonetics and Software Development are involved in the project.

This project is funded by the FWF as a START price . It is planned to run from May 2012 to April 2018.

Workshops

General description

We live in the age of information where the analysis, classification, and transmission of information is f essential importance. Signal processing tools and algorithms form the backbone of important technologieslike MP3, digital television, mobile phones and wireless networking. Many signal processing algorithms have been adapted for applications in audio and acoustics, also taking into account theproperties of the human auditory system.

The mathematical concept of frames describes a theoretical background for signal processing. Frames are generalizations of orthonormal bases that give more freedom for the analysis and modificationof information - however, this concept is still not firmly rooted in applied research. The link between the mathematical frame theory, the signal processing algorithms, their implementations andfinally acoustical applications is a very promising, synergetic combination of research in different fields.

Therefore the main goal of this multidisciplinary project is to

-> Establish Frame Theory as Theoretical Backbone of Acoustical Modeling

in particular in psychoacoustics, phonetic and computational acoustics as well as audio engineering.

For this auspicious connection of disciplines, FLAME will produce substantial impact on both the theory and applied research.

The theory-based part of FLAME consists of the following topics:

  • T1 Frame Analysis and Reconstruction Beyond Classical Approaches
  • T2 Frame Multipliers, Extended
  • T3 Novel Frame Representation of Operators Motivated by Computational Acoustics

The application-oriented part of FLAME consists of:

  • A1 Advanced Frame Methods for Perceptual Sparsity in the Time-Frequency Plane
  • A2 Advanced Frame Methods for the Analysis and Classification of Speech
  • A3 Advanced Frame Methods for Signal Enhancement and System Estimation

Was sind Frames?

Was sind Frames?

Was sind Frames?

Aus der Schule kennen wir das Koordinatensystem, das (für die Ebene) aus zwei Achsen im rechten Winkel besteht. Damit ist jeder Punkt in der Ebene eindeutig durch seine Koordinaten (den Zahlen auf den Koordinatenachsen) bestimmt. In der höheren Mathematik führt dieser Ansatz zu sogenannten Orthonormalbasen.

Kann man das Koordinatensystem auch anders wählen? Ja, verändert man den Winkel zwischen den Achsen, sodass er nicht mehr 90° ist, erhält man sogenannte Riesz-Basen. Außerdem kann man mehr als die nötigen Achsen verwenden, um ein überbestimmtes ("redundantes") System zu erhalten, das wir als Rahmen (engl. Frames) bezeichnen.

Das führt dazu, das zwar weiterhin allen Koordinaten eindeutig ein Punkt zugeordnet wird, jedoch umgekehrt jeder Punkt durch viele unterschiedliche Koordinaten-Kombinationen beschrieben werden kann. Diese Redundanz hat einige Vorteile, wie zum Beispiel eine geringere Fehleranfälligkeit der Darstellung oder die größere Flexibilität, Achsen mit bestimmten Eigenschaften auswählen zu können. Das ist etwa für Zeit-Frequenz-Darstellung [1] wichtig, die, wie ein Notenblatt beschreiben, welche Frequenzen/Tonhöhen zu jedem Zeitpunkt im Signal/Musikstück gerade gespielt werden. Wir wissen, dass Redundanz eine Grundvoraussetzung für gute Zeit-Frequenz-Darstellungen ist.

Die Ausarbeitung der Rahmentheorie, sowie ihre Anwendung in Audio-Signalverarbeitung und Akustik sind ein Langzeitforschungsprojekt des Instituts für Schallforschung. Soeben ist ein wissenschaftlicher Artikel [2] erschienen, einer der wenigen deutschsprachigen in dem Rahmen diskutiert werden. Darin wird eine Rahmen-Methode vorgestellt, in der Filter auf der Zeit-Frequenz-Ebene definiert werden können. Auf diese Weise lassen sich kontrollierte Signale generieren, die dann zur Lärmbewertung von Kurvenquietschen (bei Zügen) eingesetzt werden können. Ein anderes Beispiel, bei dem Rahmen zum Einsatz kommen, ist die kabellose Übertragung von Signalen (Bluetooth, WLAN, etc.): Mittels Rahmen kann Ausfällen bei der Signalübertragung entgegengewirkt werden.

[1] https://youtu.be/TJB7RFc7BHU?t=1083
[2] https://link.springer.com/article/10.1007/s00502-021-00880-7

Press information

  • Wittgenstein und START-Preise 2011
  • Interviews auf Ö1
  • Zwei START-Preise für ÖAW-Forscher - Mathematiker Peter Balazs und Quantenphysiker Peter Rabl ausgezeichnet
  • FWF: Wittgenstein and START-Preis 2011
  • START-Preis 2011
  • Standard: Schall und Rauschen
  • Falter: Heureka

Finanzierung

FWF