Development of a Robust Neural Network-Based VAD System under Low Signal-to-Noise Ratio Conditions

2025

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.48084/etasr.14960
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

This study investigates the problem of developing and evaluating robust Voice Activity Detection (VAD) systems under low Signal-to-Noise Ratio (SNR) conditions, which presents a significant challenge for modern telecommunications and voice interface systems, especially in noisy acoustic environments. This study is important due to the limited investigation of contemporary hybrid neural network architectures for VAD in low-resource languages such as Kazakh, particularly across a wide range of SNR levels, including extreme values below -10 dB. The central research question is which modern hybrid neural network architecture offers the best balance between accuracy and computational efficiency for speech detection in the Kazakh language under severe noise conditions. This study developed and tested five architectures, CNN+BiGRU, CNN+GRU, CNN+LSTM, CNN+BiLSTM, and CNN+TDNN, based on the KSC2 corpus, augmented with synthetic noise across an SNR range from -18 dB to +30 dB, with separate analyses at fixed levels of 10 dB and -10 dB. MFCC features were used as input, and training/testing was performed using noise samples from the ESC-50 dataset. Experimental results demonstrated that the CNN+BiGRU, CNN+GRU, and CNN+LSTM architectures achieved the highest F1-score (99.6%) and maintained robustness at SNR levels above -12 dB, whereas CNN+TDNN provided comparable quality with minimal computational complexity and the shortest training time (164 s). The analysis under fixed SNR levels revealed the limited generalization capabilities of the models when trained on a single noise level, highlighting the necessity of incorporating a wide SNR range in training. In conclusion, the hybrid architectures CNN+BiGRU and CNN+TDNN are recommended for deployment in VAD systems for the Kazakh language in highly noisy environments.