Auditory perception architecture with spiking neural network and implementation on FPGA

神经形态工程学 计算机科学 现场可编程门阵列 稳健性(进化) 噪音(视频) 语音识别 尖峰神经网络 人工智能 感知 人工神经网络 计算机硬件 生物化学 生物 基因 图像(数学) 神经科学 化学
作者
Bin Deng,Yanrong Fan,Jiang Wang,Shuangming Yang
出处
期刊:Neural Networks [Elsevier BV]
卷期号:165: 31-42
标识
DOI:10.1016/j.neunet.2023.05.026
摘要

Spike-based perception brings up a new research idea in the field of neuromorphic engineering. A high-performance biologically inspired flexible spiking neural network (SNN) architecture provides a novel method for the exploration of perception mechanisms and the development of neuromorphic computing systems . In this article, we present a biological-inspired spike-based SNN perception digital system that can realize robust perception. The system employs a fully paralleled pipeline scheme to improve the performance and accelerate the processing of feature extraction. An auditory perception system prototype is realized on ten Intel Cyclone field-programmable gate arrays, which can reach the maximum frequency of 107.28 MHz and the maximum throughput of 5364 Mbps. Our design also achieves the power of 5. 148 W/system and energy efficiency of 845.85 μJ. Our auditory perception implementation is also proved to have superior robustness compared with other SNN systems. We use TIMIT digit speech in noise in accuracy testing. Result shows that it achieves up to 85.75% speech recognition accuracy under obvious noise conditions (signal-to-noise ratio of 20 dB) and maintain small accuracy attenuation with the decline of the signal-to-noise ratio. The overall performance of our proposed system outperforms the state-of-the-art perception system on SNN.

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