Impulse Response Identification Applied to Estimation of Event-Related Potentials and Non-Intrusive Echo Path Analysis

Abstract

This thesis consists of five parts in which problems in two fields, medical and telecommunication, have been studied.



In the first part, a prediction algorithm, the Prony method, for estimation of frequencies and damping factors of sinusiods is developed for a coloured noise disturbance. The method is applied to estimating a single Event-Related Potential, sERP, and the estimation principle is evaluated on both simulated ERPs and measured data.



In part two, a new system for automatic tracking of the depth of anaesthesia is proposed. The amplitude and latency of the Nb-trough are used as tracking parameters. The system detects changes in the state of consciousness with a maximum delay of 52 s.



Part three presents algorithms in a system which performs in-service non-intrusive measurements of the telephone channel. The new principle used in this work is to divide the problem into delay estimation and echo path identification. A block-adaptive frequency-domain technique is used, leading to low computational complexity and high quality of transfer function estimate.



The double-talk detector (DTD) introduced in part three is thoroughly described and analysed in part four. An analysis of the detector is carried out where its approximative receiver operation characteristic is derived. The simulations show that the proposed DTD handles wider ranges of signal levels and hybrid attenuations than a standard detector.



Part five develops and analyses robust transfer function estimation based on the non-parametric spectrum estimation technique described in part three. The transfer function estimation algorithm is reformulated to be block recursive in data rather than expressed in spectral estimates. This development paves the way for the robust recursive algorithm where techninques from robust statistics theory are adapted to the complex parameter case.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

I den här avhandlingen studeras problem från två områden, medicin och kommunikation. Den medicinska delen behandlar skattning av Händelserelaterade signaler (Event-related Potentials, ERP). Dessa signal uppkomer i hjärnan då försökspersonen stimuleras via yttre påverkan, t.ex ljusblinkning, pipljud eller elektrisk stimulering av huden. De händelserelaterade signalerna kan utnyttjas för t.ex hörselkontroll, uppskattning av mental belastning, som hjälp till bedömnining av narkosdjup vid kirurgi. Problemet med ERP mätningar är att det är svårt att uskilja den riktiga vågformen pga av stora störningar som förekommer i den uppmätta signalen. Dessa störningar består t.ex av hjärnans bakgrundsaktivitet, muskelaktivitet och elektrisk utrustning i närhet till försökspersonen. Genom utnyttjande av signalbehandlingsmetoder kan dessa störningar reduceras och därmed blir den nyttiga vågformen tillgänglig. Principen för att uppnå detta bygger på att en matematisk modell av hjärnans svar anpassas till uppmätta hjärnsignaler med hjälp av optimeringsmetoder. Resultat som uppnåtts är att en god skattning av sena kortikala svar kan erhållas med en mätning i motsatts till traditionell teknik där ett hundratal mätningar måste göras för att uppnå samma kvalitet. Sena kortikala svar kan användas vid mätning av mental belastning. Vid narkosdjupsmätning har vi med hjälp av signalbehandlingsmetoder gjort det möjligt att följa dynamiskaförlopp då endast 50-55 sekunders mätdata används i motsatts till 2-4 minuter vid uttnyttjande av traditionell teknik.



I delen som behandlar kommunikation studeras problemet med eko som kan förekomma i t.ex internationella telefonförbindelser. Eko minskar användbarheten hos en teleförbindelse radikalt och är därför inte önskvärt. Bakgrunden till detta projekt är Telias önskan att automatisk kunna bevaka kvaliteten på sina teleförbindelser. Detta har under senare år blivit mer önskvärt i och med avregleringen av det tidigare telemonopolet. I och med att fler operatörer finns på marknaden så kan kunder byta om de anser att sin förnärvarande operatör inte sköter sig. Telia vill ha en utrustning som bevakar kvalitetsrelaterade storheter såsom ekodämpning, fördröjning, tal och brusnivåer. Ett system för detta har utvecklats vid vår avdelning och beräkningsmetoder som används beskrivs i denna avhandling. Ett speciellt problem vid uppskattning av ekovägar är att talarna avbryter varandra, s.k. dubbeltal uppkommer. Mätsignalerna blir då utsatta för kraftiga störningar vilket minskar kvaliteten hos den skattade ekovägen. En metod att unvika denna situation är att införa dubbeltalsdetektorer som avbryter mätningen då dubbeltal finns. En ny mer effektiv och flexibel princip för dubbeltalsdetektering finns därför beskriven. Som avslutning undersöks möjligheten att utnyttja robust statistik för att erhålla en signalbehandlingsmetod som i sig själv är okänslig för dubbeltalsstörningar.

• author: Gänsler, Tomas
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prof. Holte, Nils, Institutt for Teleteknikk, NTNU, 7034 TRONDHEIM, NORWAY
• publishing date: 1996
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
• keywords: Robust, Transfer function, Double-talk, Echo Path, Anaesthesia, Nb-trough, single ERP, Impulse response, Event-related potential, Echo Canceller, Signal processing, Signalbehandling
• pages: 216 pages
• defense location: E:1406, Lund Institute of Technology
• defense date: 1996-10-04 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUTEDX/TETT- -1015- -SE
• language: English
• LU publication?: no
• id: 80977d49-1e37-4bc6-9a78-5dfd16b3aed8 (old id 28683)
• date added to LUP: 2016-04-04 13:28:14
• date last changed: 2018-11-21 21:14:11