Avaliação da técnica de subtração espectral de potência na redução de ruído em sinais de voz: um estudo comparativo entre ruído aditivo branco e colorido

Authors

  • Leandro Aureliano da Silva Universidade de Uberaba - Uniube, Brasil
  • Eduardo Silva Vasconcelos Instituto Federal Goiano - IFG, Brasil
  • Cleiton Silvano Goulart Universidade de Uberaba - Uniube
  • William Gigo Universidade de Uberaba - Uniube, Brasil
  • Lúcio Rogério Júnior Universidade de Uberaba - Uniube, Brasil
  • José Ricardo Gonçalves Manzan Instituto Federal do Triângulo Mineiro - IFTM, Brasil
  • Rodrigo Pinto Lemos Universidade Federal de Goiás - UFG, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.31496/retii.v1i1.1710

Keywords:

Spectral Subtraction., Voice Enhancement., Noise Suppression.

Abstract

Power spectral subtraction is a widely recognized technique in signal processing, dedicated to reducing the unwanted presence of noise, which poses a crucial challenge in speech signal analysis. In this study, we investigate the application of this approach to voice signals affected by white and colored additive noise, emphasizing the fundamental importance of noise reduction to preserve the quality and accuracy of information transmitted by human voice. To assess its effectiveness, we employ metrics such as segmented signal-to-noise ratio and Itakura-Saito distance. The results reveal a significant improvement in signal quality after processing, thus underscoring the critical importance of noise reduction in the context of speech signal analysis and transmission.

Author Biographies

Leandro Aureliano da Silva, Universidade de Uberaba - Uniube, Brasil

Possui Doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Uberlândia - UFU no ano de 2018. Mestrado em Engenharia Elétrica pela Escola de Engenharia de São Carlos - USP em 2007. Especialização Profissional em Automação de Processos Industriais pela Universidade de Uberaba em 2007. Graduado em Engenharia Elétrica pela Universidade de Uberaba em 2001. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica com ênfase em Sistemas de Telecomunicações, Automação e Processamento Digital de sinais e Imagens. Foi Professor e coordenador dos cursos de Engenharia Ambiental, Elétrica, Mecânica e Sistemas de Informação na Faculdade de Talentos Humanos - FACTHUS (Ecossistema Brasília Educacional), tanto presencial, quanto a distância. Foi editor chefe do Jornal de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - JETMA. Foi Coordenador da Comissão Própria de Avaliação - CPA da FACTHUS e foi membro do NDE nacional do Ecossistema Brasília Educacional. Atualmente é Professor e Gestor de Curso na Universidade de Uberaba - UNIUBE. Revisor de artigos científicos. Compõe o Banco de Avaliadores do Sistema Nacional de Avaliação da Educação Superior (BASIS). 

Eduardo Silva Vasconcelos, Instituto Federal Goiano - IFG, Brasil

Doutor em "CIÊNCIAS" (2022) pela Faculdade de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Uberlândia (UFU). Mestre em "MATEMÁTICA" (2013), pela Universidade Federal de Goiás (UFG). Mestre em "EDUCAÇÃO SUPERIOR" (2008), pelo Centro Universitário do Triângulo (UNITRI). Pós-Graduação Lato Sensu em "INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL" pela Faculdade Iguaçu (2024). Pós-Graduação Lato Sensu em "MBA em Práticas de Gestão na Administração Pública" (2023) pela Faculdade Focus. Pós-Graduação Lato Sensu em "Metodologias Ativas e Tecnologias Educacionais" (2023) pela Faculdade Focus. Pós-Graduação Lato Sensu em "ADMINISTRAÇÃO PÚBLICA E GESTÃO ESTRATÉGICA" pela Faculdade Iguaçu (2023). Pós-Graduação Lato Sensu em "ECONOMIA NO SETOR PÚBLICO" pela Faculdade Iguaçu (2023). Especialização em "Matemática e Estatística" (2006) pela Universidade Federal de Lavras (UFLA). Especialização em Pós-Graduação Lato Sensu em "Educação Matemática" (2000), pela Faculdades Integradas de Patrocínio. Graduação em "Matemática" (1994) pela Universidade de Marília (UNIMAR). Graduação em "Administração" (2010) pela Universidade de Uberaba (UNIUBE). Graduação em Gestão do Agronegócio (2021) pela Universidade de Uberaba (UNIUBE). Curso em andamento em Engenharia Elétrica (UniBTA). Possui experiência na área de Matemática do ensino médio, desde 1993 e no ensino superior, desde 2003, com ênfase em Cálculo e Ensino de Matemática, atuando principalmente nos seguintes áreas: Educação Matemática, Cálculo, Tecnologias Aplicadas à Matemática. Atualmente atua como Diretor-Geral no Instituto Federal Goiano Campus Cristalina.

Cleiton Silvano Goulart, Universidade de Uberaba - Uniube

Mestre em física com habilitação em instrumentação científica pelo CBPF Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas. Possui graduação em Engenharia Mecânica com habilitação em controle e automação pela FACTHUS - Faculdade de Talentos Humanos e especialização em Engenharia de Segurança do Trabalho pela Faculdade Pitágoras. Atua profissionalmente docente universitário para cursos de engenharias e tecnologias na Universidade de Uberaba - UNIUBE. Nesta mesma instituição também coordena o programa de extensão universitária: Educação Digital e Comunidade, cujo foco central consiste em capacitar a comunidade em ferramentas digitais. Atua ainda como produtor de conteúdos, capítulos e de materiais didáticos sob demanda; e profissionalmente no campo de gestão de engenharia para segmento industrial. No campo profissional está a linha de frente no desenvolvimento de projetos inovadores no campo de sistemas de proteção contra quedas para trabalhos em altura. Possui interesse em sistemas robóticos, instrumentação científica, IoT - Internet das Coisas, Indústria 4.0 e eletrônica embarcada. Possui grande habilidade para programação de software para computadores e microcontroladores e eletrônica digital.Apaixonado pela docência no ensino superior.

William Gigo, Universidade de Uberaba - Uniube, Brasil

Possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Uberlândia (1993). O curso de mestrado em Química Orgânica foi interrompido em 2005 e está incompleto, faltando apenas a dissertação. Possui especialização nas Faculdades Integradas de Jacarépagua em Gestão Ambiental. Atualmente tem formação em Mestrado Profissional no Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) no Rio de Janeiro -RJ e licenciatura em Química pela Universidade de Uberaba - MG. Foi professor e coordenador do curso de Engenharia Elétrica na Faculdade de Talentos Humanos (FACTHUS) em Uberaba - MG. Foi professor no ensino médio em Uberaba -MG, nos colégios: Objetivo, Gabarito, Nossa Senhora das Dores, Marista Diocesano, Liceu Albert Einstein e Colégio Opção, Anglo em Ituverava - SP, Objetivo em Patos de Minas - MG, Colégio Rousseau em Sacramento -MG e Práxis em Uberlândia - MG. Atualmente é professor de química no curso preparatório para vestibular Biorossi em Uberaba - MG e Uberlândia - MG e no ensino médio no Colégio Viva em Igarapava - SP.

Lúcio Rogério Júnior, Universidade de Uberaba - Uniube, Brasil

Graduado em Engenharia Elétrica com ênfase em Automação Industrial (2008-2012) pela Universidade de Uberaba (UNIUBE) e especialização em Engenharia de Manutenção (2013-2015) pela Faculdade Pitágoras. É mestre em Inovação Tecnológica (2017-2019) pela Universidade Federal do Triangulo Mineiro (PMPIT / LFFPP / UFTM) e doutorando em Engenharia Elétrica (2022) na Universidade Federal de Uberlândia (PPGEELT / NUPEP / UFU). Atuou como professor no curso Técnico em Eletrônica (2013) no Colégio Uberaba e também como Engenheiro (2013-2017) em plantas industriais. Atualmente é professor na UNIUBE / Campus Aeroporto nos cursos de Engenharia. Possui experiência nas áreas de Instrumentação Eletrônica, Eletrônica de Potência, Sistemas embarcados (DSPs), Automação Industrial e Engenharia de manutenção. É filiado a SOBRAEP e membro do Núcleo de Pesquisas em Eletrônica de Potência (NUPEP / UFU). Possui interesse em pesquisas nas áreas de APFC, inversores VCM-VSI / CCM-VSI e aplicações de sistemas embarcados à inovação tecnológica.

José Ricardo Gonçalves Manzan, Instituto Federal do Triângulo Mineiro - IFTM, Brasil

Possui graduação em Licenciatura Plena em Matemática pela Universidade de Uberaba (2005), especialização em Matemática e Estatística pela Universidade Federal de Lavras(2007), Mestrado (2012) e Doutorado (2016) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Uberlândia. É professor do ensino básico, técnico e tecnológico do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Triângulo Mineiro desde 2009. Atualmente ministra disciplinas na área de Matemática e de Inteligência Computacional para o curso de Engenharia de Computação e disciplinas de Matemática para os cursos técnicos integrados ao Ensino Médio de Computação Gráfica, Eletrônica e de Manutenção e Suporte à Informática do IFTM Campus Uberaba Parque Tecnológico. Atua na área de inteligência computacional com os temas: Redes Neurais Artificiais e Algoritmos Genéticos.

Rodrigo Pinto Lemos, Universidade Federal de Goiás - UFG, Brasil

Engenheiro Eletricista pela Universidade Federal de Goiás - UFG (1991), Mestre (1995) e Doutor (1997) em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP. Atuou como Engenheiro de Software na Zetax Tecnologia S.A., em Valinhos - SP. Foi Professor Titular na Pontifícia Universidade Católica de Goiás durante dez anos. Atualmente, Rodrigo é Professor Titular na Universidade Federal de Goiás, onde trabalha desde 1996, tendo sido vice-diretor por dois mandatos e diretor pró-tempore da Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação, coordenador do Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica e de Computação por três mandatos não consecutivos, coordenador de internacionalização, coordenador designado de convênios internacionais e coordenador principal/associado de dois projetos CAPES/BRAFITEC. Coordenou a frente de recuperação de ventiladores pulmonares da Secretaria de Estado da Saúde de Goiás, no âmbito do projeto PNEUMA, durante a pandemia de COVID-19. Como docente, teve a honra de ser paraninfo e homenageado por diversas turmas de formandos tanto na UFG quanto na PUC Goiás. Orienta estudantes de graduação e pós-graduação nos níveis de mestrado e doutorado, inclusive com trabalhos premiados, supervisiona estágios de pós-doutorado e é autor/co-autor de vários artigos publicados em periódicos e eventos nacionais e estrangeiros. É editor do International Journal on Alive Engineering Education, tendo organizado eventos de educação em engenharia. Atua como revisor para periódicos nacionais e estrangeiros, consultor de Fundações de Amparo à Pesquisa. Foi conselheiro fiscal e tesoureiro da Aliança Francesa de Goiânia. Em 2020, recebeu a Comenda Prof. Colemar Natal e Silva por relevantes serviços prestados à sociedade por meio da UFG. Suas áreas de interesse de pesquisa incluem educação em engenharia, modelagem estocástica do tráfego multimídia móvel, processamento estatístico de sinais, estimação DOA, beamforming, estimação e precodificação do canal de comunicações móveis, processamento de sinais biomédicos, interfaces em tecnologias assistivas, reconhecimento de padrões, inteligência artificial, neurociência computacional e processamento neuromórfico. É membro da Sociedade Brasileira de Telecomunicações (SBrT) e da Sociedade Brasileira de Engenharia Biomédica (SBEB).

References

ARAÚJO, Jacques Henrique Bessa. Atenuação de ruído em sinais de voz utilizando redes neurais profundas. 2020. Disponível em: https://repositorio.ufc.br/handle/riufc/52548. Acesso em: 6. abr. 2024.

BEROUTI, Michael; SCHWARTZ, Richard; MAKHOUL, John. Enhancement of speech corrupted by acoustic noise. In: ICASSP'79. IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing. IEEE, 1979. p. 208-211.

DELLER JR, John R.; PROAKIS, John G.; HANSEN, John H. Discrete time processing of speech signals. Prentice Hall PTR, 1993.

MA, Ning; BOUCHARD, Martin; GOUBRAN, Rafik A. Perceptual Kalman filtering for speech enhancement in colored noise. In: 2004 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing. IEEE, 2004. p. I717.

SILVA, Leandro Aureliano da et al. Aplicação da transformada Wavelet na Redução de Ruído em Sinais de Voz. In: XII Conferência de Estudos em Engenharia Elétrica CEEL, 2014. Disponível em:

https://peteletricaufu.com.br/static/ceel/doc/artigos/artigos2014/ceel2014_artigo 017_r01.pdf.

SILVA, Leandro Aureliano da et al. Comparative Study between the Discrete-

Frequency Kalman Filtering and the Discrete-Time Kalman Filtering with Application in Noise Reduction in Speech Signals. Journal of Electrical and Computer Engineering, v. 2018, 2018.

SILVA, Leandro Aureliano da. Filtros de Kalman no tempo e freqüência discretos combinados com subtração espectral. 2007. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica), Universidade de São Paulo, 2007.

Capa da Revista de Engenharia, Tecnologia da Informação e Inovação

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Published

2024-08-20

How to Cite

Silva, L. A. da ., Vasconcelos, E. S. ., Goulart, C. S. ., Gigo, W., Rogério Júnior, L., Manzan, J. R. G. ., & Lemos, R. P. (2024). Avaliação da técnica de subtração espectral de potência na redução de ruído em sinais de voz: um estudo comparativo entre ruído aditivo branco e colorido. Revista De Engeharia, TI E Inovação, 1(1), 1–8. https://doi.org/10.31496/retii.v1i1.1710

Issue

Vol. 1 No. 1 (2024): Publicação Contínua - ISSN: 2966-2508

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Artigos

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