Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/29985

Type: Dissertação
Title: Diffusion-based denoising of historical recordings
Other Titles: Remoção de ruído de gravações históricas usando modelos de difusão
Author(s)/Inventor(s): Miranda, Bernardo Vieira de
Advisor: Biscainho, Luiz Wagner Pereira
Abstract: Dentro do campo da restauração de áudio, a remoção de ruído de fundo em gravações históricas de música é um problema relevante, cujas soluções atuais envolvem métodos de processamento de sinais ou de aprendizado profundo supervisionado. Nesta dissertação, uma nova abordagem para a resolução desse problema é investigada adaptando a geração condicional de sinais de áudio com modelos de difusão para a remoção zero-shot de ruído de fundo em versões digitalizadas de gravações de piano solo clássico em discos de 78 RPM. Abordagens comuns de geração condicional com difusão para restauração de áudio precisam de um modelo determinístico do defeito a ser removido, algo que não é possível para as gravações em 78 RPM. Esse obstáculo é superado pelo método proposto neste trabalho com o uso de um conjunto de exemplos de ruído, que é usado ao longo do processo de geração condicional para simular degradações comuns em discos de 78 RPM. Apesar da aplicação em gravações de 78 RPM, o método é genérico, e potencialmente serviria para qualquer degradação aleatória aditiva. Uma avaliação cuidadosa é feita através de experimentos com gravações históricas reais e com exemplos construídos artificialmente. Os resultados mostram que a restauração através de geração condicional com modelos de difusão possui desempenho similar ao estado da arte utilizando aprendizado profundo supervisionado. Há, no entanto, uma troca: enquanto modelos usando aprendizado profundo supervisionado tendem a remover partes do sinal junto com o ruído, o método proposto costuma preservar a integridade do sinal ao custo da permanência de ruído residual.
Abstract: In the context of audio restoration, background noise removal in historical music recordings is a relevant topic for which the use of signal processing and traditional supervised deep learning methods has been previously studied. In this work, a generative approach for removing perceptually distributed noise is investigated by adapting diffusion conditional sampling for zero-shot background noise removal in digitized classical solo piano 78 RPM recordings. Existing diffusion conditional sampling methods used in audio restoration typically require a deterministic model of the degradation being removed, which would not be possible for background noise removal in 78 RPM recordings. The proposed method overcomes this by using a set of noise examples to simulate 78 RPM defects during conditional sampling, which also makes the method potentially generalizable to any random additive degradation. Experiments using both real historical recordings and artificially generated examples show that diffusion models have comparable restoration performance to state-of-theart supervised deep learning methods in most settings. However, there is a tradeoff: while supervised deep learning methods tend to remove all noise at the cost of cutting off high-frequency signal components, the proposed diffusion approach preserves signal integrity, but leaves some residual noise.
Keywords: Audio denoising
Audio restoration
Diffusion models
Deep learning
Remoção de ruído
Restauração de áudio
Modelos de difusão
Aprendizado profundo
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES::SISTEMAS DE TELECOMUNICACOES
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Jul-2024
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Citation: MIRANDA, Bernardo Vieira de. Diffusion-based denoising of historical recordings. 2024. 146 f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024.
Appears in Collections:Engenharia Elétrica

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