Используйте базу данных отслеживания тангажа из Технологического университета Граца (PTDB-TUG) [1]. Набор данных состоит из 20 носителей английского языка, читающих 2342 фонетически богатых предложения из корпуса TIMIT. Загрузите и извлеките набор данных. В зависимости от вашей системы, загрузка и извлечение набора данных может занять приблизительно 1,5 часов.

url = 'https://www2.spsc.tugraz.at/databases/PTDB-TUG/SPEECH_DATA_ZIPPED.zip';
downloadFolder = tempdir;
datasetFolder = fullfile(downloadFolder,'PTDB-TUG');

if ~exist(datasetFolder,'dir')
    disp('Downloading PTDB-TUG (3.9 G) ...')
    unzip(url,datasetFolder)
end

Создайте audioDatastore объект, который указывает на набор данных. Набор данных первоначально предназначался для использования в обучении и оценке отслеживания основного тона и включает показания ларингографика и решения о базовом тангаже. Используйте только оригинальные аудиозаписи.

ads = audioDatastore([fullfile(datasetFolder,"SPEECH DATA","FEMALE","MIC"),fullfile(datasetFolder,"SPEECH DATA","MALE","MIC")], ...
                     'IncludeSubfolders',true, ...
                     'FileExtensions','.wav');

Имена файлов содержат идентификаторы динамиков. Декодируйте имена файлов, чтобы задать метки в audioDatastore объект.

ads.Labels = extractBetween(ads.Files,'mic_','_');
countEachLabel(ads)

ans=20×2 table
    Label    Count
    _____    _____

     F01      236 
     F02      236 
     F03      236 
     F04      236 
     F05      236 
     F06      236 
     F07      236 
     F08      234 
     F09      236 
     F10      236 
     M01      236 
     M02      236 
     M03      236 
     M04      236 
     M05      236 
     M06      236 
      ⋮

Прочтите аудио файла из набора данных, прослушайте его и постройте график.

[audioIn,audioInfo] = read(ads);
fs = audioInfo.SampleRate;

t = (0:size(audioIn,1)-1)/fs;
sound(audioIn,fs)
plot(t,audioIn)
xlabel('Time (s)')
ylabel('Amplitude')
axis([0 t(end) -1 1])
title('Sample Utterance from Data Set')

Разделите audioDatastore объект в четыре: один для обучения, один для регистрации, один для оценки компромисса обнаружение-ошибка и один для проверки. В набор обучающих данных 16 динамиков. Регистрация, сравнение ошибок обнаружения и тестовые наборы содержат остальные четыре динамика.

speakersToTest = categorical(["M01","M05","F01","F05"]);

adsTrain = subset(ads,~ismember(ads.Labels,speakersToTest));

ads = subset(ads,ismember(ads.Labels,speakersToTest));
[adsEnroll,adsTest,adsDET] = splitEachLabel(ads,3,1);

Отображение распределений меток audioDatastore объекты.

countEachLabel(adsTrain)

ans=16×2 table
    Label    Count
    _____    _____

     F02      236 
     F03      236 
     F04      236 
     F06      236 
     F07      236 
     F08      234 
     F09      236 
     F10      236 
     M02      236 
     M03      236 
     M04      236 
     M06      236 
     M07      236 
     M08      236 
     M09      236 
     M10      236 

countEachLabel(adsEnroll)

ans=4×2 table
    Label    Count
    _____    _____

     F01       3  
     F05       3  
     M01       3  
     M05       3  

countEachLabel(adsTest)

ans=4×2 table
    Label    Count
    _____    _____

     F01       1  
     F05       1  
     M01       1  
     M05       1  

countEachLabel(adsDET)

ans=4×2 table
    Label    Count
    _____    _____

     F01      232 
     F05      232 
     M01      232 
     M05      232 

Создайте i-векторную систему. По умолчанию i-векторная система принимает, что вход в систему является моно-аудиосигналами.

speakerVerification = ivectorSystem('SampleRate',fs)

speakerVerification = 
  ivectorSystem with properties:

         InputType: 'audio'
        SampleRate: 48000
      DetectSpeech: 1
    EnrolledLabels: [0×2 table]

Чтобы обучить экстрактор i-векторной системы, вызовите trainExtractor. Задайте количество компонентов универсальной фоновой модели (UBM) как 128 и количество итераций максимизации ожиданий как 5. Задайте общее пространство переменностей (TVS) ранга равное 64, и количество итераций как 3.

trainExtractor(speakerVerification,adsTrain, ...
    'UBMNumComponents',128,'UBMNumIterations',5, ...
    'TVSRank',64,'TVSNumIterations',3)

Calculating standardization factors ....done.
Training universal background model ........done.
Training total variability space ...done.
i-vector extractor training complete.

Для обучения классификатора i-векторной системы используйте trainClassifier. Чтобы уменьшить размерность i-векторов, задайте количество собственных векторов в проекционной матрице как 16. Задайте количество размерностей в модели вероятностного линейного дискриминантного анализа (PLDA) как 16, и количество итераций как 3.

trainClassifier(speakerVerification,adsTrain,adsTrain.Labels, ...
    'NumEigenvectors',16, ...
    'PLDANumDimensions',16,'PLDANumIterations',3)

Extracting i-vectors ...done.
Training projection matrix .....done.
Training PLDA model ......done.
i-vector classifier training complete.

Чтобы проверить параметры, используемые ранее для обучения i-векторной системы, используйте info.

info(speakerVerification)

i-vector system input
  Input feature vector length: 60
  Input data type: double

trainExtractor
  Train signals: 3774
  UBMNumComponents: 128
  UBMNumIterations: 5
  TVSRank: 64
  TVSNumIterations: 3

trainClassifier
  Train signals: 3774
  Train labels: F02 (236), F03 (236) ... and 14 more
  NumEigenvectors: 16
  PLDANumDimensions: 16
  PLDANumIterations: 3

Разделите набор регистрации.

[adsEnrollPart1,adsEnrollPart2] = splitEachLabel(adsEnroll,1,2);

Чтобы зарегистрировать динамики в i-векторной системе, вызовите enroll.

enroll(speakerVerification,adsEnrollPart1,adsEnrollPart1.Labels)

Extracting i-vectors ...done.
Enrolling i-vectors .......done.
Enrollment complete.

Когда вы регистрируете динамики, доступные только для чтения EnrolledLabels свойство обновляется с помощью зарегистрированных меток и соответствующих i-векторов шаблона. Таблица также отслеживает количество сигналов, используемых для создания шаблона i-вектора. Как правило, использование большего количества сигналов приводит к лучшему шаблону.

speakerVerification.EnrolledLabels

ans=4×2 table
              ivector       NumSamples
           _____________    __________

    F01    {16×1 double}        1     
    F05    {16×1 double}        1     
    M01    {16×1 double}        1     
    M05    {16×1 double}        1     

Зарегистрируйте вторую часть набора регистрации и снова просмотрите таблицу зарегистрированных меток. Обновляются шаблоны i-векторов и количество выборок.

enroll(speakerVerification,adsEnrollPart2,adsEnrollPart2.Labels)

Extracting i-vectors ...done.
Enrolling i-vectors .......done.
Enrollment complete.

speakerVerification.EnrolledLabels

ans=4×2 table
              ivector       NumSamples
           _____________    __________

    F01    {16×1 double}        3     
    F05    {16×1 double}        3     
    M01    {16×1 double}        3     
    M05    {16×1 double}        3     

Чтобы оценить систему i-векторов и определить порог решения для верификации динамика, вызовите detectionErrorTradeoff.

[results, eerThreshold] = detectionErrorTradeoff(speakerVerification,adsDET,adsDET.Labels);

Extracting i-vectors ...done.
Scoring i-vector pairs ...done.
Detection error tradeoff evaluation complete.

Первый выход из detectionErrorTradeoff - структура с двумя полями: CSS и PLDA. Каждое поле содержит таблицу. Каждая строка таблицы содержит возможный порог принятия решений для задач верификации диктора и соответствующую частоту ложных предупреждений (FAR) и частоту ложных отклонений (FRR). FAR и FRR определяются с помощью зарегистрированных меток динамика и входов в detectionErrorTradeoff функция.

results

results = struct with fields:
    PLDA: [1000×3 table]
     CSS: [1000×3 table]

results.CSS

ans=1000×3 table
    Threshold      FAR      FRR
    _________    _______    ___

     0.25324           1     0 
     0.25398     0.99964     0 
     0.25472     0.99964     0 
     0.25546     0.99928     0 
      0.2562     0.99928     0 
     0.25694     0.99928     0 
     0.25768     0.99928     0 
     0.25842     0.99928     0 
     0.25916     0.99928     0 
     0.25991     0.99928     0 
     0.26065     0.99928     0 
     0.26139     0.99928     0 
     0.26213     0.99928     0 
     0.26287     0.99928     0 
     0.26361     0.99928     0 
     0.26435     0.99928     0 
      ⋮

results.PLDA

ans=1000×3 table
    Threshold    FAR      FRR  
    _________    ___    _______

     -11.389      0     0.99892
     -11.124      0     0.99892
     -10.858      0     0.99892
     -10.593      0     0.99892
     -10.327      0     0.99892
     -10.061      0     0.99784
     -9.7958      0     0.99784
     -9.5303      0     0.99784
     -9.2647      0     0.99784
     -8.9991      0     0.99784
     -8.7335      0     0.99784
     -8.4679      0     0.99784
     -8.2023      0     0.99784
     -7.9367      0     0.99569
     -7.6712      0     0.99353
     -7.4056      0     0.99353
      ⋮

Второй выход от detectionErrorTradeoff - структура с двумя полями: CSS и PLDA. Соответствующее значение является порогом принятия решения, который приводит к равной вероятности ошибок (когда FAR и FRR равны).

eerThreshold

eerThreshold = struct with fields:
    PLDA: 30.3075
     CSS: 0.8682

Первый звонок detectionErrorTradeoffнеобходимо предоставить данные и соответствующие метки для оценки. Впоследствии можно получить ту же информацию или другой анализ с использованием тех же базовых данных, позвонив detectionErrorTradeoff без данных и меток.

Функции detectionErrorTradeoff второй раз без аргументов данных или выходных аргументов для визуализации компромисса обнаружение-ошибка.

detectionErrorTradeoff(speakerVerification)

Функции detectionErrorTradeoff снова. На этот раз визуализируйте только компромисс обнаружение-ошибка для оценщика PLDA.

detectionErrorTradeoff(speakerVerification,'Scorer',"plda")

В зависимости от вашего приложения, вы можете захотеть использовать порог, который взвешивает стоимость ошибки ложного предупреждения выше или ниже, чем стоимость ошибки ложного отклонения. Вы также можете использовать данные, которые не являются показательными для предыдущей вероятности присутствия оратора. Можно использовать minDCF параметр для определения пользовательских затрат и предшествующей вероятности. Функции detectionErrorTradeoff снова на этот раз укажите стоимость ложного отклонения как 1, стоимость ложного принятия как 2 и предшествующую вероятность того, что динамик присутствует как 0,1.

costFR = 1;
costFA = 2;
priorProb = 0.1;
detectionErrorTradeoff(speakerVerification,'Scorer',"plda",'minDCF',[costFR,costFA,priorProb])

Функции detectionErrorTradeoff снова. На этот раз получите minDCF порог для оценщика PLDA и параметры функции стоимости обнаружения.

[~,minDCFThreshold] = detectionErrorTradeoff(speakerVerification,'Scorer',"plda",'minDCF',[costFR,costFA,priorProb])

minDCFThreshold = 22.3400

adsTest = shuffle(adsTest);
[audioIn,audioInfo] = read(adsTest);
knownSpeakerID = audioInfo.Label

knownSpeakerID = 1×1 cell array
    {'F01'}

[tf,score] = verify(speakerVerification,audioIn,knownSpeakerID,"plda",eerThreshold.PLDA);
if tf
    fprintf('Success!\nSpeaker accepted.\nSimilarity score = %0.2f\n\n',score)
else
    fprinf('Failure!\nSpeaker rejected.\nSimilarity score = %0.2f\n\n',score)
end

Success!
Speaker accepted.
Similarity score = 0.97

possibleSpeakers = speakerVerification.EnrolledLabels.Properties.RowNames;
imposterIdx = find(~ismember(possibleSpeakers,knownSpeakerID));
imposter = possibleSpeakers(imposterIdx(randperm(numel(imposterIdx),1)))

imposter = 1×1 cell array
    {'M05'}

[tf,score] = verify(speakerVerification,audioIn,imposter,"plda",eerThreshold.PLDA);
if tf
    fprintf('Failure!\nSpeaker accepted.\nSimilarity score = %0.2f\n\n',score)
else
    fprintf('Success!\nSpeaker rejected.\nSimilarity score = %0.2f\n\n',score)
end

Success!
Speaker rejected.
Similarity score = 0.48