While deep neural networks have facilitated significant advancements in the field of speech enhancement, most existing methods are developed following either empirical or relatively blind criteria, lacking adequate guidelines in pipeline design. Inspired by Taylor's theorem, we propose a general unfolding framework for both single- and multi-channel speech enhancement tasks. Concretely, we formulate the complex spectrum recovery into the spectral magnitude mapping in the neighborhood space of the noisy mixture, in which an unknown sparse term is introduced and applied for phase modification in advance. Based on that, the mapping function is decomposed into the superimposition of the 0th-order and high-order polynomials in Taylor's series, where the former coarsely removes the interference in the magnitude domain and the latter progressively complements the remaining spectral detail in the complex spectrum domain. In addition, we study the relation between adjacent order terms and reveal that each high-order term can be recursively estimated with its lower-order term, and each high-order term is then proposed to evaluate using a surrogate function with trainable weights so that the whole system can be trained in an end-to-end manner. Given that the proposed framework is devised based on Taylor's theorem, it possesses improved internal flexibility. Extensive experiments are conducted on WSJ0-SI84, DNS-Challenge, Voicebank+Demand, spatialized Librispeech, and L3DAS22 multi-channel speech enhancement challenge datasets. Quantitative results show that the proposed approach yields competitive performance over existing top-performing approaches in terms of multiple objective metrics.


翻译:尽管深度神经网络在语音增强领域中取得了显著进展,但大多数现有的方法都是根据经验或相对盲目的标准开发的,在流水线设计方面缺乏适当的指导。受泰勒定理启发,我们提出了一个通用展开框架,用于单通道和多通道语音增强任务。具体而言,我们将复杂的频谱恢复转化为噪声混合的邻域空间中的频谱幅度映射,其中引入未知的稀疏项并应用于相位修改。基于此,映射函数被分解为泰勒级数中0阶和高阶多项式的叠加,其中前者粗略地在幅度域中去除干扰,后者逐步补充复杂频谱域中的剩余谱细节。此外,我们研究了相邻阶数之间的关系,并揭示每个高阶项可以通过其低阶项进行递归估计,然后提出使用可训练权重的代理函数来评估每个高阶项,使整个系统可以以端到端的方式进行训练。鉴于所提出的框架是基于泰勒定理设计的,因此具有更好的内部灵活性。在WSJ0-SI84,DNS-Challenge,Voicebank+Demand, spatialized Librispeech和 L3DAS22多通道语音增强挑战数据集上进行了广泛的实验。定量结果表明,所提出的方法在多个客观指标上都表现出与现有最佳方法相当的性能。

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