Оцените бинарную систему классификации
[___] = detectionErrorTradeoff(___, задает дополнительные опции с помощью аргументов name-value. Например, можно выбрать результаты маркера и аппаратный ресурс для извлечения i-векторов.Name,Value)
detectionErrorTradeoff(___) без выходных аргументов строит равный коэффициент ошибок и ошибочный компромисс обнаружения.
Используйте Базу данных Отслеживания Тангажа из Технологического университета Граца (PTDB-TUG) [1]. Набор данных состоит из 20 английских носителей языка, читающих 2 342 фонетически богатых предложения из корпуса TIMIT. Загрузите и извлеките набор данных. В зависимости от вашей системы, загружая и извлекая набор данных может занять приблизительно 1,5 часа.
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 возразите что точки против набора данных. Набор данных был первоначально предназначен для использования в отслеживающем тангаж обучении и оценке и включает показания ларингографика и базовые решения тангажа. Используйте только исходные аудиозаписи.
ads = audioDatastore([fullfile(datasetFolder,"SPEECH DATA","FEMALE","MIC"),fullfile(datasetFolder,"SPEECH DATA","MALE","MIC")], ... 'IncludeSubfolders',true, ... 'FileExtensions','.wav');
Имена файлов содержат идентификаторы динамика. Декодируйте имена файлов, чтобы установить метки в audioDatastore объект.
ads.Labels = extractBetween(ads.Files,'mic_','_'); countEachLabel(ads)
ans=18×2 table
Label Count
_____ _____
F01 211
F02 213
F03 213
F04 213
F05 236
F06 213
F07 213
F08 210
F09 213
M01 211
M02 213
M03 213
M04 213
M05 235
M06 213
M07 213
⋮
Считайте звуковой файл из набора данных, слушайте его и постройте его.
[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 приема, один, чтобы оценить компромисс ошибки обнаружения, и один для тестирования. Набор обучающих данных содержит 16 динамиков. Прием, компромисс ошибки обнаружения и наборы тестов содержат другие 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);
Отобразите распределения метки audioDatastore объекты.
countEachLabel(adsTrain)
ans=14×2 table
Label Count
_____ _____
F02 213
F03 213
F04 213
F06 213
F07 213
F08 210
F09 213
M02 213
M03 213
M04 213
M06 213
M07 213
M08 213
M09 213
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 207
F05 232
M01 207
M05 231
Создайте систему i-вектора. По умолчанию система i-вектора принимает, что вход к системе является моно звуковыми сигналами.
speakerVerification = ivectorSystem('SampleRate',fs)speakerVerification =
ivectorSystem with properties:
InputType: 'audio'
SampleRate: 48000
DetectSpeech: 1
EnrolledLabels: [0×2 table]
Чтобы обучить экстрактор системы i-вектора, вызовите trainExtractor. Задайте количество компонентов универсальной фоновой модели (UBM) как 128 и количество итераций максимизации ожидания как 5. Задайте ранг общего пробела изменчивости (TVS) как 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.
Чтобы обучить классификатор системы i-вектора, используйте trainClassifier. Чтобы уменьшать размерность i-векторов, задайте количество собственных векторов в матрице проекции 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.
Смотреть параметры раньше ранее обучало систему i-вектора, использовало info.
info(speakerVerification)
i-vector system input Input feature vector length: 60 Input data type: double trainExtractor Train signals: 2979 UBMNumComponents: 128 UBMNumIterations: 5 TVSRank: 64 TVSNumIterations: 3 trainClassifier Train signals: 2979 Train labels: F02 (213), F03 (213) ... and 12 more NumEigenvectors: 16 PLDANumDimensions: 16 PLDANumIterations: 3
Разделите набор приема.
[adsEnrollPart1,adsEnrollPart2] = splitEachLabel(adsEnroll,1,2);
Чтобы зарегистрировать докладчиков в системе i-вектора, вызовите enroll.
enroll(speakerVerification,adsEnrollPart1,adsEnrollPart1.Labels)
Extracting i-vectors ...done. Enrolling i-vectors .......done. Enrollment complete.
Когда вы регистрируете докладчиков, EnrolledLabels только для чтения свойство обновляется с зарегистрированными метками и соответствующими i-векторами шаблона. Таблица также отслеживает количество сигналов, используемых, чтобы создать i-вектор шаблона. Обычно 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 приема и затем просмотрите зарегистрированную таблицу меток снова. Шаблоны i-вектора и количество отсчетов обновляются.
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-вектора 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 от detectionErrorTradeoff структура с двумя полями: CSS и PLDA. Каждое поле содержит таблицу. Каждая строка таблицы содержит возможный порог решения для задач верификации динамика, и соответствующий ложный сигнальный уровень (FAR) и ложный уровень отклонения (FRR). FAR и FRR определяются с помощью зарегистрированных марок докладчика и ввода данных к detectionErrorTradeoff функция.
results
results = struct with fields:
PLDA: [1000×3 table]
CSS: [1000×3 table]
results.CSS
ans=1000×3 table
Threshold FAR FRR
_________ _______ ___
0.030207 1 0
0.031161 0.99962 0
0.032115 0.99962 0
0.033069 0.99962 0
0.034023 0.99962 0
0.034977 0.99962 0
0.035931 0.99962 0
0.036885 0.99962 0
0.037839 0.99962 0
0.038793 0.99962 0
0.039747 0.99962 0
0.040701 0.99962 0
0.041655 0.99962 0
0.042609 0.99962 0
0.043563 0.99962 0
0.044517 0.99962 0
⋮
results.PLDA
ans=1000×3 table
Threshold FAR FRR
_________ _______ ___
-217.63 1 0
-217.4 0.99962 0
-217.17 0.99962 0
-216.95 0.99962 0
-216.72 0.99962 0
-216.49 0.99962 0
-216.27 0.99962 0
-216.04 0.99962 0
-215.81 0.99962 0
-215.59 0.99962 0
-215.36 0.99962 0
-215.13 0.99962 0
-214.91 0.99962 0
-214.68 0.99962 0
-214.45 0.99962 0
-214.23 0.99962 0
⋮
Второй выход от detectionErrorTradeoff структура с двумя полями: CSS и PLDA. Соответствующее значение является порогом решения, который приводит к равному коэффициенту ошибок (когда FAR и FRR равны).
eerThreshold
eerThreshold = struct with fields:
PLDA: -34.3083
CSS: 0.7991
В первый раз вы вызываете detectionErrorTradeoff, необходимо обеспечить данные и соответствующие метки, чтобы оценить. Впоследствии, можно получить ту же информацию или различный анализ с помощью тех же базовых данных, путем вызова detectionErrorTradeoff без данных и меток.
Вызовите detectionErrorTradeoff во второй раз без аргументов данных или выходных аргументов, чтобы визуализировать компромисс ошибки обнаружения.
detectionErrorTradeoff(speakerVerification)
Вызовите detectionErrorTradeoff снова. На этот раз визуализируйте только компромисс ошибки обнаружения для маркера PLDA.
detectionErrorTradeoff(speakerVerification,'Scorer',"plda")
В зависимости от вашего приложения можно хотеть использовать порог, который взвешивает ошибочную стоимость ложного предупреждения выше или ниже, чем ошибочная стоимость ложного отклонения. Можно также использовать данные, которые не являются представительными для априорной вероятности динамика, присутствующего. Можно использовать minDCF параметр, чтобы задать пользовательские затраты и априорную вероятность. Вызовите detectionErrorTradeoff снова, на этот раз задайте стоимость ложного отклонения как 1, стоимость ложного принятия как 2, и априорная вероятность, что динамик присутствует как 0,1.
costFR = 1; costFA = 2; priorProb = 0.1; detectionErrorTradeoff(speakerVerification,'Scorer',"plda",'minDCF',[costFR,costFA,priorProb])
Вызовите detectionErrorTradeoff снова. На этот раз получите minDCF порог для маркера PLDA и параметров функции стоимости обнаружения.
[~,minDCFThreshold] = detectionErrorTradeoff(speakerVerification,'Scorer',"plda",'minDCF',[costFR,costFA,priorProb])
minDCFThreshold = -23.4316
Протестируйте систему верификации динамика
Считайте сигнал из набора тестов.
adsTest = shuffle(adsTest); [audioIn,audioInfo] = read(adsTest); knownSpeakerID = audioInfo.Label
knownSpeakerID = 1×1 cell array
{'F05'}
Чтобы выполнить верификацию динамика, вызовите verify со звуковым сигналом и задают ID динамика, маркер и порог для маркера. verify функция возвращает логическое значение, указывающее, принята ли идентичность динамика или отклонена, и счет, указывающий на подобие входного аудио и i-вектора шаблона, соответствующего зарегистрированной метке.
[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 = -4.19
Вызовите верификацию динамика снова. На этот раз задайте неправильный ID динамика.
possibleSpeakers = speakerVerification.EnrolledLabels.Properties.RowNames; imposterIdx = find(~ismember(possibleSpeakers,knownSpeakerID)); imposter = possibleSpeakers(imposterIdx(randperm(numel(imposterIdx),1)))
imposter = 1×1 cell array
{'F01'}
[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 = -63.44
Ссылки
[1] Обработка сигналов и Речевая Коммуникационная Лаборатория. https://www.spsc.tugraz.at/databases-and-tools/ptdb-tug-pitch-tracking-database-from-graz-university-of-technology.html. Полученный доступ 12 декабря 2019.
[1] Leeuwen, фургон Дэвида А. и Нико Брюммер. “Введение в Не зависящую от приложения Оценку Систем Распознавания Динамика”. В Классификации I Динамиков, отредактированной Кристианом Мюллером, 4343:330–53. Берлин, Гейдельберг: Спрингер Берлин Гейдельберг, 2007. https://doi.org/10.1007/978-3-540-74200-5_19.
trainExtractor | trainClassifier | unenroll | enroll | verify | identify | ivector | info | addInfoHeader | release | ivectorSystem | speakerRecognition