Automatic Sign Language Recognition from Image Data

Tato práce se zabývá problematikou automatického rozpoznávání znakového jazyka z obrazových dat. Práce představuje pět hlavních přínosů v oblasti tvorby systému pro rozpoznávání, tvorby korpusů, extrakci příznaků z rukou a obličeje s využitím metod pro sledování pozice a pohybu rukou (tracking) a modelování znaků s využitím menších fonetických jednotek (sub-units). Metody využité v rozpoznávacím systému byly využity i k tvorbě vyhledávacího nástroje "search by example", který dokáže vyhledávat ve videozáznamech podle obrázku ruky. Navržený systém pro automatické rozpoznávání znakového jazyka je založen na statistickém přístupu s využitím skrytých Markovových modelů, obsahuje moduly pro analýzu video dat, modelování znaků a dekódování. Systém je schopen rozpoznávat jak izolované, tak spojité promluvy. Veškeré experimenty a vyhodnocení byly provedeny s vlastními korpusy UWB-06-SLR-A a UWB-07-SLR-P, první z nich obsahuje 25 znaků, druhý 378. Základní extrakce příznaků z video dat byla provedena na nízkoúrovňových popisech obrazu. Lepších výsledků bylo dosaženo s příznaky získaných z popisů vyšší úrovně porozumění obsahu v obraze, které využívají sledování pozice rukou a metodu pro segmentaci rukou v době překryvu s obličejem. Navíc, využitá metoda dokáže interpolovat obrazy s obličejem v době překryvu a umožňuje tak využít metody pro extrakci příznaků z obličeje, které by během překryvu nefungovaly, jako např. metoda active appearance models (AAM). Bylo porovnáno několik různých metod pro extrakci příznaků z rukou, jako např. local binary patterns (LBP), histogram of oriented gradients (HOG), vysokoúrovnové lingvistické příznaky a nové navržená metoda hand shape radial distance function (hRDF). Bylo také zkoumáno využití menších fonetických jednotek, než jsou celé znaky, tzv. sub-units. Pro první krok tvorby těchto jednotek byl navržen iterativní algoritmus, který tyto jednotky automaticky vytváří analýzou existujících dat. Bylo ukázáno, že tento koncept je vhodný pro modelování a rozpoznávání znaků. Kromě systému pro rozpoznávání je v práci navržen a představen systém "search by example", který funguje jako vyhledávací systém pro videa se záznamy znakového jazyka a může být využit například v online slovnících znakového jazyka, kde je v současné době složité či nemožné v takovýchto datech vyhledávat. Tento nástroj využívá metody, které byly použity v rozpoznávacím systému. Výstupem tohoto vyhledávacího nástroje je seřazený seznam videí, které obsahují stejný nebo podobný tvar ruky, které zadal uživatel, např. přes webkameru.Katedra kybernetikyObhájenoThis thesis addresses several issues of automatic sign language recognition, namely the creation of vision based sign language recognition framework, sign language corpora creation, feature extraction, making use of novel hand tracking with face occlusion handling, data-driven creation of sub-units and "search by example" tool for searching in sign language corpora using hand images as a search query. The proposed sign language recognition framework, based on statistical approach incorporating hidden Markov models (HMM), consists of video analysis, sign modeling and decoding modules. The framework is able to recognize both isolated signs and continuous utterances from video data. All experiments and evaluations were performed on two own corpora, UWB-06-SLR-A and UWB-07-SLR-P, the first containing 25 signs and second 378. As a baseline feature descriptors, low level image features are used. It is shown that better performance is gained by higher level features that employ hand tracking, which resolve occlusions of hands and face. As a side effect, the occlusion handling method interpolates face area in the frames during the occlusion and allows to use face feature descriptors that fail in such a case, for instance features extracted from active appearance models (AAM) tracker. Several state-of-the-art appearance-based feature descriptors were compared for tracked hands, such as local binary patterns (LBP), histogram of oriented gradients (HOG), high-level linguistic features or newly proposed hand shape radial distance function (denoted as hRDF) that enhances the feature description of hand-shape like concave regions. The concept of sub-units, that uses HMM models based on linguistic units smaller than whole sign and covers inner structures of the signs, was investigated in the proposed iterative method that is a first required step for data-driven construction of sub-units, and shows that such a concept is suitable for sign modeling and recognition tasks. Except of experiments in the sign language recognition, additional tool \textit{search by example} was created and evaluated. This tool is a search engine for sign language videos. Such a system can be incorporated into an online sign language dictionary where it is difficult to search in the sign language data. This proposed tool employs several methods which were examined in the sign language recognition task and allows to search in the video corpora based on an user-given query that consists of one or multiple images of hands. As a result, an ordered list of videos that contain the same or similar hand configurations is returned

Stress recognition from speech signal

Předložená disertační práce se zabývá vývojem algoritmů pro detekci stresu z řečového signálu. Inovativnost této práce se vyznačuje dvěma typy analýzy řečového signálu, a to za použití samohláskových polygonů a analýzy hlasivkových pulsů. Obě tyto základní analýzy mohou sloužit k detekci stresu v řečovém signálu, což bylo dokázáno sérií provedených experimentů. Nejlepších výsledků bylo dosaženo pomocí tzv. Closing-To-Opening phase ratio příznaku v Top-To-Bottom kritériu v kombinaci s vhodným klasifikátorem. Detekce stresu založená na této analýze může být definována jako jazykově i fonémově nezávislá, což bylo rovněž dokázáno získanými výsledky, které dosahují v některých případech až 95% úspěšnosti. Všechny experimenty byly provedeny na vytvořené české databázi obsahující reálný stres, a některé experimenty byly také provedeny pro anglickou stresovou databázi SUSAS.Presented doctoral thesis is focused on development of algorithms for psychological stress detection in speech signal. The novelty of this thesis aims on two different analysis of the speech signal- the analysis of vowel polygons and the analysis of glottal pulses. By performed experiments, the doctoral thesis uncovers the possible usage of both fundamental analyses for psychological stress detection in speech. The analysis of glottal pulses in amplitude domain according to Top-To-Bottom criterion seems to be as the most effective with the combination of properly chosen classifier, which can be defined as language and phoneme independent way to stress recognition. All experiments were performed on developed Czech real stress database and some observations were also made on English database SUSAS. The variety of possibly effective ways of stress recognition in speech leads to approach very high recognition accuracy of their combination, or of their possible usage for detection of other speaker’s state, which has to be further tested and verified by appropriate databases.

Fast Speech in Unit Selection Speech Synthesis

Moers-Prinz D. Fast Speech in Unit Selection Speech Synthesis. Bielefeld: Universität Bielefeld; 2020.Speech synthesis is part of the everyday life of many people with severe visual disabilities. For those who are reliant on assistive speech technology the possibility to choose a fast speaking rate is reported to be essential. But also expressive speech synthesis and other spoken language interfaces may require an integration of fast speech. Architectures like formant or diphone synthesis are able to produce synthetic speech at fast speech rates, but the generated speech does not sound very natural. Unit selection synthesis systems, however, are capable of delivering more natural output. Nevertheless, fast speech has not been adequately implemented into such systems to date. Thus, the goal of the work presented here was to determine an optimal strategy for modeling fast speech in unit selection speech synthesis to provide potential users with a more natural sounding alternative for fast speech output

Models and analysis of vocal emissions for biomedical applications

This book of Proceedings collects the papers presented at the 3rd International Workshop on Models and Analysis of Vocal Emissions for Biomedical Applications, MAVEBA 2003, held 10-12 December 2003, Firenze, Italy. The workshop is organised every two years, and aims to stimulate contacts between specialists active in research and industrial developments, in the area of voice analysis for biomedical applications. The scope of the Workshop includes all aspects of voice modelling and analysis, ranging from fundamental research to all kinds of biomedical applications and related established and advanced technologies

Voice Analysis for Stress Detection and Application in Virtual Reality to Improve Public Speaking in Real-time: A Review

Stress during public speaking is common and adversely affects performance and self-confidence. Extensive research has been carried out to develop various models to recognize emotional states. However, minimal research has been conducted to detect stress during public speaking in real time using voice analysis. In this context, the current review showed that the application of algorithms was not properly explored and helped identify the main obstacles in creating a suitable testing environment while accounting for current complexities and limitations. In this paper, we present our main idea and propose a stress detection computational algorithmic model that could be integrated into a Virtual Reality (VR) application to create an intelligent virtual audience for improving public speaking skills. The developed model, when integrated with VR, will be able to detect excessive stress in real time by analysing voice features correlated to physiological parameters indicative of stress and help users gradually control excessive stress and improve public speaking performanceComment: 41 pages, 7 figures, 4 table