улучшение речи слуховые аппараты импульсные сети FPGA
arXiv eess.AS

SpikeAid: потоковый слуховой аппарат на импульсной сети с совместным подавлением шума и компрессией

ArXiv:2610.24696

Подавитель шума может удалить тихую часть речи, которую следующая ступень слухового аппарата должна была усилить. SpikeAid обучает шумоподавление и компрессию динамического диапазона совместно, чтобы первая ступень учитывала конечную слуховую задачу. Импульсные нейроны с задержками и резонансом дают сети несколько временных масштабов без постоянно активных плотных вычислений.

Метод. NR-Net строит взаимодополняющие представления речи и шума, а WDRC-Net оценивает усиление соответствующих ветвей. Нейрон DRN объединяет причинные задержанные входы и резонансную динамику; итоговая сеть содержит 994 тысячи параметров. Обучение использует смеси LibriSpeech и шумов DNS, частоту 16 кГц и сегменты 3,072 с. Валидация и тест содержат по 120 смесей при -6, 0, 6 и 12 дБ. Для слуховых метрик моделируется плоская потеря слуха 40 дБ HL; выход не перенормируется после обработки.

Результаты. Совместное обучение даёт PESQ 2,214 и STOI 0,8412 против 2,040 и 0,8278 у поэтапно обученной той же архитектуры. HASPI растёт с 0,4185 до 0,4365. Однако HASQI 0,1812 чуть ниже 0,1819 у NR-Net с фиксированной компрессией: улучшение не одинаково по всем критериям. При замене нейронов в независимой архитектуре Spiking-FullSubNet показатель SI-SNR на N-DNS повышается с 15,20 до 15,73 дБ, PESQ с 3,03 до 3,07. Это отдельная задача шумоподавления, не показатели слухового аппарата из первой таблицы.

Ограничения. Нет испытания со слушателями с нарушением слуха и разнообразными индивидуальными аудиограммами. PESQ/STOI считаются относительно предписанного выхода шумоподавления и компрессии, а не произвольной сухой речи. Короткий искусственно смешанный тест не заменяет эксплуатацию в меняющемся акустическом окружении. Причинность сети также не означает, что изготовлен миниатюрный аппарат с подходящим питанием.

Фишка из статьи. В статье одновременно фигурируют микроджоули и ватты, но это разные уровни оценки. Их полезно развести до выводов об автономности устройства.

ВеличинаЗначениеЧто действительно проверяется
Оценка энергии по операциям0,88 мкДжРасчётный показатель, не расход готового аппарата
Мощность реализации FPGA2,81 ВтПлатформа AXU5EV, 250 МГц
Эффективность относительно CPU101,9 разаОднопоточная покадровая реализация
Эффективность относительно GPU865,6 разаСравнение с RTX 3090

Как это читать: специализированное вычисление значительно эффективнее серверного исполнения той же сети, но 2,81 Вт всё ещё не бюджет носимого слухового аппарата. Прокси энергии по операциям нельзя подставлять в расчёт времени работы батареи. Ценность результата в координации двух ступеней и возможности аппаратного ускорения, а не в доказанной готовности медицинского изделия.

Источник. Оригинальное название: SpikeAid: A Streaming Spiking Hearing Aid Framework for Joint Noise Reduction and Wide Dynamic Range Compression. arXiv:2610.24696; полный текст PDF.

Оригинальная статья на arXiv