Bearing-only acoustic tracking of moving speakers for robot audition

This paper focuses on speaker tracking in robot audition for human-robot interaction. Using only acoustic signals, speaker tracking in enclosed spaces is subject to missing detections and spurious clutter measurements due to speech inactivity, reverberation and interference. Furthermore, many acoustic localization approaches estimate speaker direction, hence providing bearing-only measurements without range information. This paper presents a probability hypothesis density (PHD) tracker that augments the bearing-only speaker directions of arrival with a cloud of range hypotheses at speaker initiation and propagates the random variates through time. Furthermore, due to their formulation PHD filters explicitly model, and hence provide robustness against, clutter and missing detections. The approach is verified using experimental results

Suivi Multi-Locuteurs avec des Informations Audio-Visuelles pour la Perception des Robots

Robot perception plays a crucial role in human-robot interaction (HRI). Perception system provides the robot information of the surroundings and enables the robot to give feedbacks. In a conversational scenario, a group of people may chat in front of the robot and move freely. In such situations, robots are expected to understand where are the people, who are speaking, or what are they talking about. This thesis concentrates on answering the first two questions, namely speaker tracking and diarization. We use different modalities of the robot’s perception system to achieve the goal. Like seeing and hearing for a human-being, audio and visual information are the critical cues for a robot in a conversational scenario. The advancement of computer vision and audio processing of the last decade has revolutionized the robot perception abilities. In this thesis, we have the following contributions: we first develop a variational Bayesian framework for tracking multiple objects. The variational Bayesian framework gives closed-form tractable problem solutions, which makes the tracking process efficient. The framework is first applied to visual multiple-person tracking. Birth and death process are built jointly with the framework to deal with the varying number of the people in the scene. Furthermore, we exploit the complementarity of vision and robot motorinformation. On the one hand, the robot’s active motion can be integrated into the visual tracking system to stabilize the tracking. On the other hand, visual information can be used to perform motor servoing. Moreover, audio and visual information are then combined in the variational framework, to estimate the smooth trajectories of speaking people, and to infer the acoustic status of a person- speaking or silent. In addition, we employ the model to acoustic-only speaker localization and tracking. Online dereverberation techniques are first applied then followed by the tracking system. Finally, a variant of the acoustic speaker tracking model based on von-Mises distribution is proposed, which is specifically adapted to directional data. All the proposed methods are validated on datasets according to applications.La perception des robots joue un rôle crucial dans l’interaction homme-robot (HRI). Le système de perception fournit les informations au robot sur l’environnement, ce qui permet au robot de réagir en consequence. Dans un scénario de conversation, un groupe de personnes peut discuter devant le robot et se déplacer librement. Dans de telles situations, les robots sont censés comprendre où sont les gens, ceux qui parlent et de quoi ils parlent. Cette thèse se concentre sur les deux premières questions, à savoir le suivi et la diarisation des locuteurs. Nous utilisons différentes modalités du système de perception du robot pour remplir cet objectif. Comme pour l’humain, l’ouie et la vue sont essentielles pour un robot dans un scénario de conversation. Les progrès de la vision par ordinateur et du traitement audio de la dernière décennie ont révolutionné les capacités de perception des robots. Dans cette thèse, nous développons les contributions suivantes : nous développons d’abord un cadre variationnel bayésien pour suivre plusieurs objets. Le cadre bayésien variationnel fournit des solutions explicites, rendant le processus de suivi très efficace. Cette approche est d’abord appliqué au suivi visuel de plusieurs personnes. Les processus de créations et de destructions sont en adéquation avecle modèle probabiliste proposé pour traiter un nombre variable de personnes. De plus, nous exploitons la complémentarité de la vision et des informations du moteur du robot : d’une part, le mouvement actif du robot peut être intégré au système de suivi visuel pour le stabiliser ; d’autre part, les informations visuelles peuvent être utilisées pour effectuer l’asservissement du moteur. Par la suite, les informations audio et visuelles sont combinées dans le modèle variationnel, pour lisser les trajectoires et déduire le statut acoustique d’une personne : parlant ou silencieux. Pour experimenter un scenario où l’informationvisuelle est absente, nous essayons le modèle pour la localisation et le suivi des locuteurs basé sur l’information acoustique uniquement. Les techniques de déréverbération sont d’abord appliquées, dont le résultat est fourni au système de suivi. Enfin, une variante du modèle de suivi des locuteurs basée sur la distribution de von-Mises est proposée, celle-ci étant plus adaptée aux données directionnelles. Toutes les méthodes proposées sont validées sur des bases de données specifiques à chaque application

Fingerprinting Smart Devices Through Embedded Acoustic Components

The widespread use of smart devices gives rise to both security and privacy concerns. Fingerprinting smart devices can assist in authenticating physical devices, but it can also jeopardize privacy by allowing remote identification without user awareness. We propose a novel fingerprinting approach that uses the microphones and speakers of smart phones to uniquely identify an individual device. During fabrication, subtle imperfections arise in device microphones and speakers which induce anomalies in produced and received sounds. We exploit this observation to fingerprint smart devices through playback and recording of audio samples. We use audio-metric tools to analyze and explore different acoustic features and analyze their ability to successfully fingerprint smart devices. Our experiments show that it is even possible to fingerprint devices that have the same vendor and model; we were able to accurately distinguish over 93% of all recorded audio clips from 15 different units of the same model. Our study identifies the prominent acoustic features capable of fingerprinting devices with high success rate and examines the effect of background noise and other variables on fingerprinting accuracy