A hierarchical architecture with feature selection for audio segmentation in a broadcast news domain

This work presents a hierarchical HMM-based audio segmentation system with feature selection designed for the Albayzin 2010 Evaluations. We propose an architecture that combines the outputs of individual binary detectors which were trained with a specific class-dependent feature set adapted to the characteristics of each class. A fast one-pass-training wrapper-based technique was used to perform a feature selection and an improvement in average accuracy with respect to using the whole set of features is reported.Peer ReviewedPostprint (published version

Multi-modal Dense Video Captioning

Dense video captioning is a task of localizing interesting events from an untrimmed video and producing textual description (captions) for each localized event. Most of the previous works in dense video captioning are solely based on visual information and completely ignore the audio track. However, audio, and speech, in particular, are vital cues for a human observer in understanding an environment. In this paper, we present a new dense video captioning approach that is able to utilize any number of modalities for event description. Specifically, we show how audio and speech modalities may improve a dense video captioning model. We apply automatic speech recognition (ASR) system to obtain a temporally aligned textual description of the speech (similar to subtitles) and treat it as a separate input alongside video frames and the corresponding audio track. We formulate the captioning task as a machine translation problem and utilize recently proposed Transformer architecture to convert multi-modal input data into textual descriptions. We demonstrate the performance of our model on ActivityNet Captions dataset. The ablation studies indicate a considerable contribution from audio and speech components suggesting that these modalities contain substantial complementary information to video frames. Furthermore, we provide an in-depth analysis of the ActivityNet Caption results by leveraging the category tags obtained from original YouTube videos. Code is publicly available: github.com/v-iashin/MDVCComment: To appear in the proceedings of CVPR Workshops 2020; Code: https://github.com/v-iashin/MDVC Project Page: https://v-iashin.github.io/mdv

Revisiting LP-NUCA Energy Consumption: Cache Access Policies and Adaptive Block Dropping

Cache working-set adaptation is key as embedded systems move to multiprocessor and Simultaneous Multithreaded Architectures (SMT) because interthread pollution harms system performance and battery life. Light-Power NUCA (LP-NUCA) is a working-set adaptive cache that depends on temporal-locality to save energy. This work identifies the sources of energy waste in LP-NUCAs: parallel access to the tag and data arrays of the tiles and low locality phases with useless block migration. To counteract both issues, we prove that switching to serial access reduces energy without harming performance and propose a machine learning Adaptive Drop Rate (ADR) controller that minimizes the amount of replacement and migration when locality is low. This work demonstrates that these techniques efficiently adapt the cache drop and access policies to save energy. They reduce LP-NUCA consumption 22.7% for 1SMT. With interthread cache contention in 2SMT, the savings rise to 29%. Versus a conventional organization, energy--delay improves 20.8% and 25% for 1- and 2SMT benchmarks, and, in 65% of the 2SMT mixes, gains are larger than 20%

Detection and handling of overlapping speech for speaker diarization

This thesis concerns the detection of overlapping speech segments and its further application for the improvement of speaker diarization performance. We propose the use of three spatial cross-correlation-based parameters for overlap detection on distant microphone channel data. Spatial features from dierent microphone pairs are fused by means of principal component analysis or by an approach involving a multilayer perceptron. In addition, we investigate the possibility of employing long-term prosodic information. The most suitable subset of candidate prosodic features is determined by a two-step mRMR feature selection algorithm. For segments including detected overlapping speech the speaker diarization system picks a second speaker label, and such segments are also discarded from the model training. The proposed overlap labeling technique is integrated in the Viterbi-decoding part of the diarization algorithm.Peer ReviewedPostprint (published version

Detection and handling of overlapping speech for speaker diarization

For the last several years, speaker diarization has been attracting substantial research attention as one of the spoken language technologies applied for the improvement, or enrichment, of recording transcriptions. Recordings of meetings, compared to other domains, exhibit an increased complexity due to the spontaneity of speech, reverberation effects, and also due to the presence of overlapping speech. Overlapping speech refers to situations when two or more speakers are speaking simultaneously. In meeting data, a substantial portion of errors of the conventional speaker diarization systems can be ascribed to speaker overlaps, since usually only one speaker label is assigned per segment. Furthermore, simultaneous speech included in training data can eventually lead to corrupt single-speaker models and thus to a worse segmentation. This thesis concerns the detection of overlapping speech segments and its further application for the improvement of speaker diarization performance. We propose the use of three spatial cross-correlationbased parameters for overlap detection on distant microphone channel data. Spatial features from different microphone pairs are fused by means of principal component analysis, linear discriminant analysis, or by a multi-layer perceptron. In addition, we also investigate the possibility of employing longterm prosodic information. The most suitable subset from a set of candidate prosodic features is determined in two steps. Firstly, a ranking according to mRMR criterion is obtained, and then, a standard hill-climbing wrapper approach is applied in order to determine the optimal number of features. The novel spatial as well as prosodic parameters are used in combination with spectral-based features suggested previously in the literature. In experiments conducted on AMI meeting data, we show that the newly proposed features do contribute to the detection of overlapping speech, especially on data originating from a single recording site. In speaker diarization, for segments including detected speaker overlap, a second speaker label is picked, and such segments are also discarded from the model training. The proposed overlap labeling technique is integrated in Viterbi decoding, a part of the diarization algorithm. During the system development it was discovered that it is favorable to do an independent optimization of overlap exclusion and labeling with respect to the overlap detection system. We report improvements over the baseline diarization system on both single- and multi-site AMI data. Preliminary experiments with NIST RT data show DER improvement on the RT ¿09 meeting recordings as well. The addition of beamforming and TDOA feature stream into the baseline diarization system, which was aimed at improving the clustering process, results in a bit higher effectiveness of the overlap labeling algorithm. A more detailed analysis on the overlap exclusion behavior reveals big improvement contrasts between individual meeting recordings as well as between various settings of the overlap detection operation point. However, a high performance variability across different recordings is also typical of the baseline diarization system, without any overlap handling

Learning cognitive maps: Finding useful structure in an uncertain world

In this chapter we will describe the central mechanisms that influence how people learn about large-scale space. We will focus particularly on how these mechanisms enable people to effectively cope with both the uncertainty inherent in a constantly changing world and also with the high information content of natural environments. The major lessons are that humans get by with a less is more approach to building structure, and that they are able to quickly adapt to environmental changes thanks to a range of general purpose mechanisms. By looking at abstract principles, instead of concrete implementation details, it is shown that the study of human learning can provide valuable lessons for robotics. Finally, these issues are discussed in the context of an implementation on a mobile robot. © 2007 Springer-Verlag Berlin Heidelberg

Speech-to-speech translation to support medical interviews

Projeto de mestrado em Engenharia Informática, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013Este relatório apresenta a criação de um sistema de tradução fala-para-fala. O sistema consiste na captação de voz na forma de sinal áudio que de seguida é interpretado, traduzido e sintetizado para voz. Tendo como entrada um enunciado numa linguagem de origem e como saída um enunciado numa linguagem destino. O sistema implementado tem como âmbito do seu funcionamento o domínio médico, tendo em vista apoiar o diálogo entre médico e utente em linguagens diferentes durante consultas médicas. No caso do presente trabalho, foram escolhidos o português e inglês, sendo possível a tradução fala-para-fala nos dois sentidos. A escolha destas duas línguas resulta sobretudo da disponibilidade de recursos para o desenvolvimento do sistema. Ao longo dos anos tem existido um esforço de pesquisa e desenvolvimento em tecnologia que permite quebrar as barreiras do multilinguismo. Uma dessas tecnologias, com resultados de qualidade crescentemente aceitável, são os sistemas de tradução fala-para-fala. Em geral, estes sistemas são compostos por três componentes: reconhecimento de fala, tradução automática e sintetização de voz. Neste projecto foram implementadas as três componentes. No entanto, uma vez que face às tecnologias disponíveis, a componente de tradução tem um maior impacto no desempenho final do sistema, a esta foi conferida uma maior atenção. Embora nós, como humanos, compreendamos facilmente a linguagem falada, isto é algo extremamente difícil e complexo de um ponto de vista computacional. O objectivo do reconhecimento de fala é abordar esta tarefa computacionalmente através da construção de sistemas que mapeiam um sinal acústico para uma sequência de caracteres. Os modelos actuais para reconhecimento de fala fazem uso de modelos estatísticos. Nestes, a fala é reconhecida através do uso de modelos de linguagem que possibilitam a estimativa das probabilidades para as palavras, independentemente do sinal de entrada, e de um modelo acústico onde as propriedades acústicas da fala estão contempladas. Os modelos actuais de tradução automática, assim como os de reconhecimento de fala, são na sua larga maioria estatísticos. Actualmente os modelos de tradução baseados em unidades frásicas de input são os que obtém os resultados com melhor qualidade. Esta abordagem consiste na tradução de pequenos segmentos de palavras, onde existe uma tradução lexical e um modelo de alinhamento. Os modelos estatísticos fazem uso de textos de duas línguas alinhados, tendo como princípio o facto de que através da frequência de cada segmento de palavras, em relação à outra linguagem, seja obtida uma distribuição probabilística. Deste modo torna-se possível calcular qual a palavra ou conjunto de palavras mais prováveis de ocorrer como tradução para determinado texto que se pretenda traduzir. A sintetização de voz consiste na geração de fala na forma de onda acústica tendo como ponto de partida uma palavra ou uma sequência de palavras. Envolve o processamento de linguagens naturais e processamento de sinal. O primeiro converte o texto numa representação fonética e o último converte essa representação em sinal acústico. Neste documento é apresentado o estado da arte das três áreas envolvidas. São também apresentados os sistemas de tradução fala-para-fala, fazendo ou não uso do domínio médico, e também os processos existentes para a avaliação de cada uma das componentes. Tendo em vista a implementação de um sistema com as diversas componentes, foi necessário efectuar um levantamento da tecnologia existente. O levantamento teve por objectivo a implementação de duas soluções aplicacionais. Uma aplicação disponível pela internet como página web e outra através de uma aplicação móvel, ambas permitindo o reconhecimento de fala, tradução automática e sintetização de voz em ambas as linguagens e direcções. Dois sistemas de reconhecimento de fala foram escolhidos, o Microsoft Speech Platform para a aplicação móvel e o reconhecimento de fala disponível pelo Google nos browsers Google Chrome. O primeiro a ser usado na aplicação móvel e o segundo na aplicação web. O sistema de tradução automática escolhido foi o Moses. Sendo um sistema de tradução estatístico que permite a criação de modelos de tradução diversos, como os modelos baseados em frase e os modelos baseados em fatores. O sistema de sintetização de voz escolhido foi o Microsoft Speech Platform. A aplicação móvel foi desenvolvida para a plataforma iOS da Apple tendo em vista o uso de um telemóvel iPhone. A integração dos componentes pelas diversas arquitecturas foi assegurada pela implementação de web services. O reconhecimento de fala na aplicação web foi desenvolvido recorrendo ao uso da W3C Speech Input API Specifications, onde a programação através de HTML permite a captação de áudio no Google Chrome. Para a implementação do sistema tradução fala-para-fala foi necessário a obtenção de corpora paralelos de forma a se poder treinar os modelos estatísticos, sendo este um dos factores cruciais para o bom desempenho dos componentes. Uma vez que o sistema tem como domínio de aplicação o diálogo médico, corpora neste domínio seria o mais vantajoso. No entanto, a inexistência de tais corpora para o par Inglês-Português levou à aquisição de corpora alternativos. Através de uma experiência exploratória foi abordado o tipo de implementação mais adequado da componente de reconhecimento de fala, tendo como foco o modelo de linguagem. Três experiências foram então conduzidas de forma a decidir entre a aplicação de um modelo de linguagem baseado em regras ou um modelo estatístico. Para implementar um modelo de linguagem baseado em regras foi necessário a criação de um corpus médico que reflectisse um diálogo entre médico e paciente. Para tal, com a ajuda de um médico, criei um diálogo de um caso hipotético de lesão num braço devido a um acidente de carro. Este diálogo teve como base para a sua estruturação a aplicação do processo de anamnesis. A anamnesis consiste numa metodologia médica que através de um conjunto de perguntas chave permite adquirir a informação necessária para a formulação de um diagnóstico médico e decisão sobre o tratamento necessário. O corpus médico foi também transformado num corpus de fala de forma a este ser avaliado ao longo das experiências. Numa primeira experiência foi criada uma gramática básica cuja implementação foi obtida recorrendo à Speech Recognition Grammar Specification de forma a ser usada como modelo de linguagem pela componente de reconhecimento de fala. A segunda experiência tinha como objectivo a criação de uma gramática mais complexa que a primeira. Para tal foi criada uma gramática livre de contexto. Após a criação da gramática livre de contexto esta foi convertida manualmente para uma gramática SRGS. Na terceira experiência foram criados dois modelo de linguagem estatísticos, o primeiro fazendo uso do mesmo corpus que o usado nas experiências anteriores e o segundo composto por 30.000 frases independentes. Obteve-se melhores resultados com o modelo de linguagem estatístico e este ficou como a escolha para a implementação do componente de reconhecimento de fala. No treino da componente de tradução automática foram usados dois modelos estatísticos, baseados em frases e em factores. Pretendeu-se comparar os resultados entre os dois modelos de forma a escolher o modelo mais vantajoso. Para fazer uso do modelo baseado em factores foi necessária a preparação de corpora. Com os corpora já adquiridos foi concretizada a sua anotação para ambas as linguagens. Recorrendo ao LX-Suite e ao CoreNLP, foram criados corpora anotados com lemmas e informação morfossintáctica, com a primeira ferramenta para o português e a última para o inglês. Uma vez que a componente de sintetização de voz permitia uma implementação célere, esta foi implementada recorrendo aos modelos já existentes para ambas as linguagens e disponibilizados pela ferramenta. Por fim, são apresentados os resultados obtidos e a sua avaliação. Tanto a avaliação do sistema de reconhecimento de fala como o de tradução automática demonstraram um desempenho muito competitivo, do nível do estado da arte. A componente de reconhecimento de fala, assim como a componente de tradução automática, obtiveram melhores resultados fazendo-se uso de modelos de linguagem estatístico.This report presents the development of a speech-to-speech translation system. The system consists in the capture of voice as an audio signal that is then interpreted, translated and synthesized to voice for a target language. The three main components of the system, speech recognition, machine translation and speech synthesis, make use of statistical models, such as hidden Markov models. Given the technology available, the machine translation component has a greater impact on the performance of the system, a greater attention has thus been given to it. The system assumes the support to medical interviews between doctor and patient in different languages as its applicational domain. Two application solutions were developed: an online service on a website and a mobile application. This report begins by presenting the general concepts of the relevant areas involved. It proceeds with an overview of the state of the art relating to each area as well as to the methods used for the evaluation of the different components. It provides also an overview of existing technology and the criteria for choosing the tools to be used in the development of the system. It explains the acquisition and creation of the corpora used, and the process of development and integration of the components: speech recognition, machine translation and text-to-speech. Finally, the evaluation results are presented, as well as the final conclusions