Multiclass audio segmentation based on recurrent neural networks for broadcast domain data

This paper presents a new approach based on recurrent neural networks (RNN) to the multiclass audio segmentation task whose goal is to classify an audio signal as speech, music, noise or a combination of these. The proposed system is based on the use of bidirectional long short-term Memory (BLSTM) networks to model temporal dependencies in the signal. The RNN is complemented by a resegmentation module, gaining long term stability by means of the tied state concept in hidden Markov models. We explore different neural architectures introducing temporal pooling layers to reduce the neural network output sampling rate. Our findings show that removing redundant temporal information is beneficial for the segmentation system showing a relative improvement close to 5%. Furthermore, this solution does not increase the number of parameters of the model and reduces the number of operations per second, allowing our system to achieve a real-time factor below 0.04 if running on CPU and below 0.03 if running on GPU. This new architecture combined with a data-agnostic data augmentation technique called mixup allows our system to achieve competitive results in both the Albayzín 2010 and 2012 evaluation datasets, presenting a relative improvement of 19.72% and 5.35% compared to the best results found in the literature for these databases

Data-Driven Audio Feature Space Clustering for Automatic Sound Recognition in Radio Broadcast News

This is an Open Access article published by World Scientific Publishing Company. It is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 (CC-BY) License. Further distribution of this work is permitted, provided the original work is properly cited. T. Theodorou, I. Mpoas, A. Lazaridis, N. Fakotakis, 'Data-Driven Audio Feature Space Clustering for Automatic Sound Recognition in Radio Broadcast News', International Journal on Artificial Intelligence Tools, Vol. 26 (2), April 2017, 1750005 (13 pages), DOI: 10.1142/S021821301750005. © The Author(s).In this paper we describe an automatic sound recognition scheme for radio broadcast news based on principal component clustering with respect to the discrimination ability of the principal components. Specifically, streams of broadcast news transmissions, labeled based on the audio event, are decomposed using a large set of audio descriptors and project into the principal component space. A data-driven algorithm clusters the relevance of the components. The component subspaces are used by sound type classifier. This methodology showed that the k-nearest neighbor and the artificial intelligent network provide good results. Also, this methodology showed that discarding unnecessary dimension works in favor on the outcome, as it hardly deteriorates the effectiveness of the algorithms.Peer reviewe

Advances in Binary and Multiclass Audio Segmentation with Deep Learning Techniques

Los avances tecnológicos acaecidos en la última década han cambiado completamente la forma en la que la población interactúa con el contenido multimedia. Esto ha propiciado un aumento significativo tanto en la generación como el consumo de dicho contenido. El análisis y la anotación manual de toda esta información no son factibles dado el gran volumen actual, lo que releva la necesidad de herramientas automáticas que ayuden en la transición hacia flujos de trabajo asistidos o parcialmente automáticos. En los últimos años, la mayoría de estas herramientas están basadas en el uso de redes neuronales y deep learning. En este contexto, el trabajo que se describe en esta tesis se centra en el ámbito de la extracción de información a partir de señales de audio. Particularmente, se estudia la tarea de segmentación de audio, cuyo principal objetivo es obtener una secuencia de etiquetas que aíslen diferentes regiones en una señal de entrada de acuerdo con una serie de características descritas en un conjunto predefinido de clases, como por ejemplo voz, música o ruido.La primera parte de esta memoria esta centrada en la tarea de detección de actividad de voz. Recientemente, diferentes campañas de evaluación internacionales han propuesto esta tarea como uno de sus retos. Entre ellas se encuentra el reto Fearless steps, que trabaja con audios de las grabaciones de las misiones Apollo de la NASA. Para este reto, se propone una solución basada en aprendizaje supervisado usando una red convolucional recurrente como clasificador. La principal contribución es un método que combina información de filtros de 1D y 2D en la etapa convolucional para que sea procesada posteriormente por la etapa recurrente. Motivado por la introducción de los datos del reto Fearless steps, se plantea una evaluación de diferentes técnicas de adaptación de dominio, con el objetivo de comprobar las prestaciones de un sistema entrenado con datos de dominios habituales y evaluado en este nuevo dominio presentado en el reto. Los métodos descritos no requieren de etiquetas en el dominio objetivo, lo que facilita su uso en aplicaciones prácticas. En términos generales, se observa que los métodos que buscan minimizar el cambio en las distribuciones estadísticas entre los dominios fuente y objetivo obtienen los resultados mas prometedores. Los avances recientes en técnicas de representación obtenidas mediante aprendizaje auto-supervisado han demostrado grandes mejoras en prestaciones en varias tareas relacionadas con el procesado de voz. Siguiendo esta línea, se plantea la incorporación de dichas representaciones en la tarea de detección de actividad de voz. Las ediciones más recientes del reto Fearless steps modificaron su propósito, buscando ahora evaluar las capacidades de generalización de los sistemas. El objetivo entonces con las técnicas introducidas es poder beneficiarse de grandes cantidades de datos no etiquetados para mejorar la robustez del sistema. Los resultados experimentales sugieren que el aprendizaje auto-supervisado de representaciones permite obtener sistemas que son mucho menos sensibles al cambio de dominio.En la segunda parte de este documento se analiza una tarea de segmentación de audio más genérica que busca clasificar de manera simultanea una señal de audio como voz, música, ruido o una combinación de estas. En el contexto de los datos propuesto para el reto de segmentación de audio Albayzín 2010, se presenta un enfoque basado en el uso de redes neuronales recurrentes como clasificador principal, y un modelo de postprocesado integrado por modelos ocultos de Markov. Se introduce un nuevo bloque en la arquitectura neuronal con el objetivo de eliminar la información temporal redundante, mejorando las prestaciones y reduciendo el numero de operaciones por segundo al mismo tiempo. Esta propuesta obtuvo mejores prestaciones que soluciones presentadas anteriormenteen la literatura, y que aproximaciones similares basadas en redes neuronales profundas. Mientras que los resultados con aprendizaje auto-supervisado de representaciones eran prometedores en tareas de segmentación binaria, si se aplican en tareas de segmentación multiclase surgen una serie de cuestiones. Las técnicas habituales de aumento de datos que se aplican en el entrenamiento fuerzan al modelo a compensar el ruido de fondo o la música. En estas condiciones las características obtenidas podrían no representar de manera precisa aquellas clases generadas de manera similar a las versiones aumentadas vistas en el entrenamiento. Este hecho limita la mejora global de prestaciones observada al aplicar estas técnicas en tareas como la propuesta en la evaluación Albayzín 2010.La última parte de este trabajo ha investigado la aplicación de nuevas funciones de coste en la tarea de segmentación de audio, con el principal objetivo de mitigar los problemas que se derivan de utilizar un conjunto de datos de entrenamiento limitado. Se ha demostrado que nuevas técnicas de optimización basadas en las métricas AUC y AUC parcial pueden mejorar objetivos de entrenamiento tradicionales como la entropía cruzada en varias tareas de detección. Con esta idea en mente, en esta tesis se introducen dichas técnicas en la tarea de detección de música. Considerando que la cantidad de datos etiquetados para esta tarea es limitada comparado con otras tareas, las funciones de coste basadas en la métrica AUC se aplican con el objetivo de mejorar las prestaciones cuando el conjunto de datos de entrenamiento es relativamente pequeño. La mayoría de los sistemas que utilizan las técnicas de optimización basadas en métricas AUC se limitan a tareas binarias ya que ese el ámbito de aplicación habitual de la métrica AUC. Además, el etiquetado de audios con taxonomías más detalladas en las que hay múltiples opciones posibles es más complejo, por lo que la cantidad de audio etiquetada en algunas tareas de segmentación multiclase es limitada. Como una extensión natural, se propone una generalización de las técnicas de optimización basadas en la métrica AUC binaria, de tal manera que se puedan aplicar con un número arbitrario de clases. Dos funciones de coste distintas se introducen, usando como base para su formulación las variaciones multiclase de la métrica AUC propuestas en la literatura: una basada en un enfoque uno contra uno, y otra basada en un enfoque uno contra el resto.<br /

De l'indexation d'évènements dans des films (application à la détection de violence)

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la détection de concepts sémantiques dans des films "Hollywoodiens" à l'aide de concepts audio et vidéos, dans le cadre applicatif de la détection de violence. Nos travaux se portent sur deux axes : la détection de concepts audio violents, tels que les coups de feu et les explosions, puis la détection de violence, dans un premier temps uniquement fondée sur l'audio, et dans un deuxième temps fondée sur l'audio et la vidéo. Dans le cadre de la détection de concepts audio, nous mettons tout d'abord un problème de généralisation en lumière, et nous montrons que ce problème est probablement dû à une divergence statistique entre les attributs audio extraits des films. Nous proposons pour résoudre ce problème d'utiliser le concept des mots audio, de façon à réduire cette variabilité en groupant les échantillons par similarité, associé à des réseaux Bayésiens contextuels. Les résultats obtenus sont très encourageants, et une comparaison avec un état de l'art obtenu sur les même données montre que les résultats sont équivalents. Le système obtenu peut être soit très robuste vis-à-vis du seuil appliqué en utilisant la fusion précoce des attributs, soit proposer une grande variété de points de fonctionnement. Nous proposons enfin une adaptation de l'analyse factorielle développée dans le cadre de la reconnaissance du locuteur, et montrons que son intégration dans notre système améliore les résultats obtenus. Dans le cadre de la détection de violence, nous présentons la campagne d'évaluation MediaEval Affect Task 2012, dont l'objectif est de regrouper les équipes travaillant sur le sujet de la détection de violence. Nous proposons ensuite trois systèmes pour détecter la violence, deux fondés uniquement sur l'audio, le premier utilisant une description TF-IDF, et le second étant une intégration du système de détection de concepts audio dans le cadre de la détection violence, et un système multimodal utilisant l'apprentissage de structures de graphe dans des réseaux bayésiens. Les performances obtenues dans le cadre des différents systèmes, et une comparaison avec les systèmes développés dans le cadre de MediaEval, montrent que nous sommes au niveau de l'état de l'art, et révèlent la complexité de tels systèmes.In this thesis, we focus on the detection of semantic concepts in "Hollywood" movies using audio and video concepts for the detection of violence. We present experiments in two main areas : the detection of violent audio concepts such as gunshots and explosions, and the detection of violence, initially based only on audio, then based on both audio and video. In the context of audio concepts detection, we first show a generalisation arising between movies. We show that this problem is probably due to a statistical divergence between the audio features extracted from the movies. In order to solve it, we propose to use the concept of audio words, so as to reduce the variability by grouping samples by similarity, combined with contextual Bayesian networks. The results are very encouraging, and a comparison with the state of the art obtained on the same data shows that the results we obtain are equivalent. The resulting system can be either robust against the threshold applied by using early fusion of features, or provides a wide variety of operating points. We finally propose an adaptation of the factor analysis scheme developed in the context of speaker recognition, and show that its integration into our system improves the results. In the context of the detection of violence, we present the Mediaeval Affect Task 2012 evaluation campaign, which aims at bringing together teams working on the topic of violence detection. We then propose three systems for detecting the violence. The first two are based only on audio, the first using a TF-IDF description, and the second being the integration of the previous system for the detection violence. The last system we present is a multimodal system based on Bayesian networks that allows us to explore structure learning algorithms for graphs. The performance obtained in the different systems, and a comparison to the systems developed within Mediaeval, show that we are comparable to the state of the art, and show the complexity of such systems.RENNES1-Bibl. électronique (352382106) / SudocSudocFranceF

Proceedings of the 19th Sound and Music Computing Conference

Proceedings of the 19th Sound and Music Computing Conference - June 5-12, 2022 - Saint-Étienne (France). https://smc22.grame.f