综采工作面对讲系统非平稳噪声低功耗去噪方法
杨艺1
谭晓2
常亚军3
王科平2
刘斌斌3
王田4
1.河南理工大学电气工程与自动化学院,河南 焦作 454003;河南理工大学河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室,河南 焦作 454003;郑州煤矿机械集团股份有限公司,河南 郑州 4500002.河南理工大学电气工程与自动化学院,河南 焦作 454003;河南理工大学河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室,河南 焦作 4540033.郑州煤矿机械集团股份有限公司,河南 郑州 4500004.北京航空航天大学人工智能研究院,北京 100191
摘要：综采工作面语音对讲系统面临严重的非平稳噪声干扰.在功耗限制条件下,实现对讲系统的超低信噪比语音去噪,是确保工作面语音信息正确传输的核心技术之一.基于IMCRA算法,提出一种面向综采工作面语音特点的非平稳噪声去除方法MIMCRA.其中,针对先验信噪比估计延迟导致的非平稳噪声估计不准的问题,引入改进 2步噪声去除方法.即利用前一帧的先验信噪比和当前帧的纯净语音来滚动估计当前帧的先验信噪比和下一帧的纯净语音,实现了先验信噪比实时估计.针对固定平滑因子对含噪功率谱进行平滑处理容易引起噪声过估计,从而导致语音信息难以提取的问题,引入帧-频动态平滑因子调节机制.以平滑功率谱密度和噪声功率谱密度的最小均方差为依据,对含噪语音的功率谱实现动态平滑处理.针对信噪比过低,噪声去除不彻底的问题,提出一种面向弱语音分量保护的噪声存在概率检测机制.根据 2～4 kHz频率范围内,噪声与弱语音能量分布的统计特性差别,对去噪后的信号再进行噪声检测,并消除存在的残余噪声.对比试验结果表明:当输入语音信噪比为-5～10 dB时,MIMCRA算法与IMCRA算法相比,分段信噪比提高约 3 dB,分段误差降低约 0.3,对数谱距离降低约 0.2.特别当语音信噪比为-5 dB时,MIMCRA算法仍然能将分段信噪比提高到-2.799 5 dB,表明该算法对超低信噪比含噪语音有较强的去噪能力.MIMCRA算法在郑煤机最新研发的综采工作面对讲系统中实现了低功耗部署,芯片功耗为16.5～66.0 mW;处理32 ms帧长的语音帧耗时约16 ms,达到实时性要求.
关键词：单通道语音降噪非平稳噪声语音活动检测先验信噪比帧-频动态平滑因子
分类号：TD655(矿山电工)TB535(声学工程)TN912.3(通信)
资助基金：中国国家铁路集团有限公司资助项目(N2023X005)北京市科技新星计划资助项目(20220484106)北京市科技新星计划资助项目(20230484451)
论文发表日期：2025-07-31
在线出版日期：2025-08-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 3692-3706 )
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