一种新的具有多个储备池的回声状态网

回声状态网是一种新型的递归神经网络,仅需要训练输出权值,克服了传统递归神经网络存在训练算法过于复杂、收敛速度慢、易于陷入局部最小等问题.为进一步提高回声状态网的建模能力,特别是面临实现多个正弦函数叠加(MSO)等任务时的逼近能力,提出了由泄露积分型神经元构建一种新型的多储备池回声状态网,称为多储备池泄露积分回声状态网(MLESN). MLESN是采用由顶向下和由底向上相结合的思路构建回声状态网.首先采用由顶向下的思路构建回声状态网,假设其储备池由P类相异泄露积分型神经元构成,每一类神经元的群体将构成一个子储备池.然后采用由底向上方式构建回声状态网,生成P个相异中心神经元,分别代表P个子储备池,每个子储备池的神经元状态要与其中心神经元状态相同或相近,P个中心神经元之间通过随机稀疏连接构成了一个新的虚拟子储备池.在储备池状态更新过程中,仍需保持各子储备池内部神经元之间的差异性小,不同子储备池神经元状态之间的差异性大的特点.最后,利用Matlab仿真软件进行实现,并与泄露积分型回声状态网(Leaky-ESN)预测性能进行比较.仿真结果表示,本文提出的方法具有更高的预测精度和预测误差波动性小等特点.     

基于子带ICA-R和收缩函数后处理的语音增强方法

针对噪声和混响情况下的语音增强问题,本文给出一种基于子带独立分量分析(ICA-R)算法和收缩函数后处理的语音增强方法.该方法将ICA-R和收缩函数算法相结合,在噪声和混响环境中通过对两路带噪语音信号进行增强处理,以实现增强目标语音信号的目的.首先对两路带噪语音信号进行子带分解;然后在子带内利用ICA-R算法从带噪语音信号中提取出子带目标信号,再经过综合滤波器形成全带目标信号;最后,将该信号经收缩函数后处理,得到增强后的目标语音信号.用实际录制的带噪语音信号对本文方法进行了测试,实验结果表明,该方法具有较强的噪声抑制能力,对语音信号造成的损伤较小.     

基于回声状态网络优化的宽间隔混沌跳频码预测

传统宽间隔混沌跳频码预测方法无反馈结构,记忆能力差;且训练过程烦琐,泛化性能差,对预测精度产生不好的影响。为此,提出一种新的基于回声状态网络优化的宽间隔混沌跳频码预测方法。设计回声状态网络,其由输入层、递归层以及输出层三个部分构成。在递归层内部各神经元间引入连接权值稀疏矩阵,使递归层内部存在动态记忆。回声状态网络储备池规模、储备池内部连接权谱半径、储备池稀疏度、储备池输入单元尺度对宽间隔混沌跳频码预测准确性产生不同的影响。通过和声搜索方法对四种储备池参数进行优化,实现回声状态网络的改进。确定优化回声状态网络输入输出数据,建立优化回声状态网络。确定储备池参数,通过训练数据激活储备池,计算回声状态网络输出连接权矩阵,对宽间隔混沌跳频码进行预测。实验结果表明,所提方法预测结果可靠,和其他方法相比有很高的预测精度。     

基于回声状态网络优化的宽间隔混沌跳频码预测研究

传统宽间隔混沌跳频码预测方法无反馈结构,记忆能力差;且训练过程烦琐,泛化性能差,对预测精度产生不好的影响。为此,提出一种新的基于回声状态网络优化的宽间隔混沌跳频码预测方法。设计回声状态网络,其由输入层、递归层以及输出层三个部分构成。在递归层内部各神经元间引入连接权值稀疏矩阵,使递归层内部存在动态记忆。回声状态网络储备池规模、储备池内部连接权谱半径、储备池稀疏度、储备池输入单元尺度对宽间隔混沌跳频码预测准确性产生不同的影响。通过和声搜索方法对四种储备池参数进行优化,实现回声状态网络的改进。确定优化回声状态网络输入输出数据,建立优化回声状态网络。确定储备池参数,通过训练数据激活储备池,计算回声状态网络输出连接权矩阵,对宽间隔混沌跳频码进行预测。实验结果表明,所提方法预测结果可靠,和其他方法相比有很高的预测精度。     

基于Beta混合模型的声学回声抑制

为解决全双工模式下声学回声抑制问题,采用Beta混合模型对两个互相关函数特征量建模.通过估计近端目标语音存在概率,控制双端讲话状态下回声抑制算法的房间冲激响应函数的更新.同时引入一种改进的软判决方法,将语音存在概率与增益函数结合,提高回声估计的准确性,抑制更多的残留回声.客观评价准则评估表明:采用基于Beta混合模型的双端讲话检测算法具有比较低的错误概率,且对房间冲激响应的变化具有较好的鲁棒性,在提高近端目标语音质量的同时达到了更好的回声抑制效果.     

低信噪比环境下的麦克风阵列语音识别算法研究

针对在低信噪比环境下语音增强对语音识别率的提升不明显的问题,提出一种用在识别系统前端的麦克风阵列增强算法。该阵列增强算法基于相干滤波和频率带宽波束形成后置改进维纳滤波器。首先将采集到的阵列信号,求相邻通道间的相关函数,利用阵元间信号的相关性进行初始噪声抑制,然后利用频域宽带最小方差无畸变响应(MVDR)通过对目标声源信息的获取,保留目标声源方向的信号并抑制其他方向的信号干扰,再通过改进的维纳滤波器去除噪声残留提升语音可懂度,最后用梅尔频率倒谱系数(MFCC)和隐马尔科夫模型(HMM)对增强后的语音信号做特征提取并识别。仿真过程模仿双耳采集数据,结果表明该语音增强方法在低信噪比环境下获得较好的增强效果,能有效的提高低信噪比环境下的语音识别率。     

一种典型的数字移动通信信道模型在语音编码中的应用

以Gilbert-Elliot数字信道模型(GE模型)作为数字移动通信信道模型,分析了该模型的突发误差(Burst Error)统计特性.用PCM及ADPCM编码方法,研究了在信道各种不同平均比特误差率p条件下的语音信号输出性能,以及使用不同交错(Intereaving)因子s条件下信道输出特性.同时还研究了产生统计独立误差的Bernoulli(BR模型)信道在上述语音编码条件下的输出特性.得出在较低信道平均比特误差率的条件下,两种信道模型有接近相同的输出信噪比。     

基于属性粒化聚类与回声状态网络的末制导雷达故障诊断

为了提高末制导雷达故障诊断的效率和精度,提出一种基于属性粒化聚类与回声状态网络(ESN)的故障诊断方法.定义一种基于属性值影响度的属性区分能力测量指标,并以此作为相似性度量依据,利用近邻传播(AP)聚类算法得到区分能力相当的若干属性粒,通过选取聚类中心属性来完成故障征兆属性的约简;在储备池构建中,采用Bienenstock-Cooper-Munro(BCM)规则进行连接权矩阵的预训练,在目标函数中添加L_(1/2)范数惩罚项,以提高ESN储备池对样本的动态适应性;同时,采用半阈值迭代法对模型进行求解,通过末制导雷达信号处理模块的故障诊断实例,验证了所提方法的有效性和优越性.结果表明:与BP神经网络和传统ESN模型相比,所提方法的稳定性及诊断准确率更高;将其与基于属性重要度和AP聚类的属性粒化约简算法相结合,能够进一步提高故障诊断的效率和精度,其仿真实验的训练时间仅为8.98s,诊断正确率可达95.2%.     

一种适用于双微阵列的语音增强算法研究

考虑到传统单通道语音增强算法对噪声抑制的局限性,本文采用由两个微型麦克风阵列组成的双微阵列,利用该阵列空间结构的时空域特性对含噪语音进行处理,提出了一种适用于双微阵列的语音增强算法。该增强算法是将各通道采集到的带噪语音信号先使用对数最小均方误差(Logarithmic Minimunm Mean Square Error,LogMMSE)提升其信噪比,然后利用频域宽带最小方差无畸变响应(MVDR)通过对目标声源信号的获取,保留目标声源方向的信号并抑制其他方向的信号干扰,最后通过一个改进可懂度结合改进最小控制递归平均(Improved Minimum Controlled Recursive Average Algorithm,IMCRA)噪声估计的维纳滤波器来去除噪声残留提升语音质量。仿真实验结果表明,相比传统的单通道语音增强算法,该算法具有良好的噪声抑制性能。     

一种适用于双微阵列的语音增强算法

考虑到传统单通道语音增强算法对噪声抑制的局限性,采用由两个微型麦克风阵列组成的双微阵列;利用该阵列空间结构的时空域特性对含噪语音进行处理,提出了一种适用于双微阵列的语音增强算法;该增强算法是将各通道采集到的带噪语音信号先使用对数最小均方误差(logarithmic minimum mean square error,Log MMSE)提升其信噪比;然后利用频域宽带最小方差无畸变响应(MVDR)通过对目标声源信号的获取,保留目标声源方向的信号并抑制其他方向的信号干扰;最后通过一个改进可懂度结合改进最小控制递归平均(improved minimum controlled recursive average algorithm,IMCRA)噪声估计的维纳滤波器来去除噪声残留提升语音质量。仿真实验结果表明,相比传统的单通道语音增强算法,该算法具有良好的噪声抑制性能。     

基于高维空间映射失配补偿方法的说话人确认

针对电话手机语音的文本无关说话人确认中,训练集语音和测试集语音来自不同信道所产生失配而导致系统性能下降的问题,采用一种基于高维空间映射的方法对系统进行补偿.在分析了已有的说话人确认系统的基础上,提出了一种基于特征参数映射支持向量机模型(PSVM)的说话人确认系统.首先用大量已知信道类型的语音训练出信道空间及映射矩阵,然后训练语音和测试语音都通过映射,消除因信道不同而导致的失配影响.在NIST数据库上的实验结果表明,这种方法弥补了训练语音和测试语音的失配,说话人确认系统的性能有了明显的提高.     

防止假冒者闯入说话人识别系统

如何防止假冒者闯入,是说话人识别研究中的重要课题之一.回放高保真录音和模仿目标说话人声音是假冒者闯入说话人识别系统的2种常见方式.该文针对用高保真录音来闯入系统进行了初步探索.高保真录音设备是一个模数转换系统,语音通过它会发生一些特性变化.通过检测语音中是否存在高保真录音设备的特性,可以检测假冒者是否在使用回放高保真录音来闯入系统.以Gauss混合模型和通用背景模型(Gaussian mixture model-universal background model,GMM-UBM)说话人识别系统为基础,用语音数据的静音段对信道进行建模,检测待识别语音与训练语音的信道是否相同,进而判断是否属于高保真录音闯入.实验表明,加入了基于静音段的信道检测后,说话人识别系统对含有假冒者闯入的测试数据的等错误率下降了40％左右.     

融合注意力机制的QRNN语音增强方法

为在保障网络训练速度的基础上进一步提高语音增强性能,提出一种融合注意力(Atten-tion)机制的准循环神经网络(QRNN)语音增强方法.通过QRNN序列信息并行计算的特性保证网络的训练速度,将Attention机制重新赋予权重的含噪语音序列作为QRNN层的输入,使网络更加关注目标语音序列信息,以提高语音增强模型的性...     

基于小世界无标度特征的回声状态小波网络

针对储备池的适应性问题,提出了一种复合回声状态网络模型(CESN).CESN依据增量生长准则构建小世界无标度进化状态储备池,解除了储备池谱半径的限制.同时,CESN将离散小波函数作为神经元的激活函数,用Symlets小波函数替代部分储备池神经元的S型函数,Symlets小波函数的伸缩和平移变换特征丰富了动态储备池的状态空间.将CESN应用于一些非线性时间序列逼近问题中,即NARMA系统、Henon映射和二氧化碳浓度预测.实验结果表明,在逼近高度复杂的非线性系统方面,CESN明显优于注入Symlets小波的经典回声状态网络(S-ESN)和具有高聚类系数的无标度回声状态网络(SHESN).      

结合ICA预处理的麦克风阵列语音增强系统

在强背景噪声和强反射环境中,麦克风阵元接收的信号质量很差,从而影响麦克风阵列语音增强系统的性能．我们利用ICA对麦克风阵元接收信号进行分析,这种ICA预处理可以有效抑制背景噪声和回声,真实环境中的实验表明,ICA预处理能够显著改善麦克风阵列语音增强系统的性能．     

基于WGAN的语音增强算法研究

带噪语音可看成由独立的噪声信号和语音信号经某种方式混合而成,传统语音增强方法需要对噪声信号和干净语音信号的独立性和特征分布做出假设,不合理的假设会造成噪声残留、语音失真等问题,导致语音增强效果不佳。此外,噪声本身的随机性和突变性也会影响传统语音增强方法的鲁棒性。针对这些问题,使用生成对抗网络来对语音进行增强,给出一种基于Wasserstein 距离的生成对抗网络(Wasserstein generative adversarial nets, WGAN)的语音增强方法来加快训练速度和稳定训练过程。该方法无需人工提取声学特征,且使语音增强系统的泛化能力得以提升,在匹配噪声集和不匹配噪声集中都有良好的增强效果。实验结果表明,使用训练出的端对端语音增强模型后,语音信号的客观评价标准(perceptual evaluation of speech quality,PESQ)平均得到23.97%的提高。     

TSD信道中RCI检测器性能与宽容性

为提高混响限制下检测器的宽容性,采用理论分析和实验研究了一种基于随机时间扩展失真(TSD)对信道建模的方法.分析了基于该模型对信道建模来修正介质传播造成的影响,根据广义似然比检测(GLRT)准则推出的一种最优检测器——分段拷贝相关积分器(RCI).采用线性调频(LFM)发射信号通过仿真以及对实际数据的处理对分析结果进行了验证.研究结果表明:在混响限制条件下,采用TSD对信道建模,RCI检测器可以提高混响背景下主动声纳的检测性能.研究结论为水下失真信道中信号检测问题的解决提供一个有效途径.     

采用时间反转的调频水声语音通信方法

调频语音通信技术具有抗干扰性能好、易于实现的特点,但在水声信道多径条件下调频体制传输的水声语音质量受到严重影响.针对此问题在调频语音通信体制下引入时间反转处理,通过抑制多径效应聚焦能量提高信号信噪比,改善调频水声语音通信性能,并采用客观语音质量评估(perceptual evaluation of speech quality,PESQ)方法对调频水声语音通信质量进行评估.海洋试验证明,时间反转处理可有效提高调频水声语音通信系统性能.     

基于高斯模型和贝叶斯理论的单信道语音盲源分离

单信道盲源分离是盲信号分离的重要研究方向.针对单信道线性混合语音信号一次分离后不能完全消除干扰语音的问题,提出了基于子频率分量高斯混合模型与贝叶斯理论的多次盲源分离方法.首先,对源语音的子频率分量分别进行训练,建立高斯混合模型;然后,应用贝叶斯理论从混合语音中首次分离源语音,并针对一次分离后目标语音中仍混有干扰语音的问题采取多次分离的方法,实现尽可能的彻底分离.实验结果表明,这种方法取得了良好的分离效果.     

鲁棒语音识别技术综述

鲁棒语音识别是为了解决噪声环境所引起的语音识别系统识别和训练不匹配的情况.依据噪声对语音识别系统的影响,从信号空间、特征空间及模型空间3个层面上分别对语音增强技术、特征增强技术及语音模型补偿、增强技术进行了总结,并分析了不同方法的特点、实现及应用.