ROBUST SPEAKER RECOGNITION BASED ON LATENT VARIABLE MODELS

Automatic speaker recognition in uncontrolled environments is a very challenging task due to channel distortions, additive noise and reverberation. To address these issues, this thesis studies probabilistic latent variable models of short-term spectral information that leverage large amounts of data to achieve robustness in challenging conditions. Current speaker recognition systems represent an entire speech utterance as a single point in a high-dimensional space. This representation is known as "supervector". This thesis starts by analyzing the properties of this representation. A novel visualization procedure of supervectors is presented by which qualitative insight about the information being captured is obtained. We then propose the use of an overcomplete dictionary to explicitly decompose a supervector into a speaker-specific component and an undesired variability component. An algorithm to learn the dictionary from a large collection of data is discussed and analyzed. A subset of the entries of the dictionary is learned to represent speaker-specific information and another subset to represent distortions. After encoding the supervector as a linear combination of the dictionary entries, the undesired variability is removed by discarding the contribution of the distortion components. This paradigm is closely related to the previously proposed paradigm of Joint Factor Analysis modeling of supervectors. We establish a connection between the two approaches and show how our proposed method provides improvements in terms of computation and recognition accuracy. An alternative way to handle undesired variability in supervector representations is to first project them into a lower dimensional space and then to model them in the reduced subspace. This low-dimensional projection is known as "i-vector". Unfortunately, i-vectors exhibit non-Gaussian behavior, and direct statistical modeling requires the use of heavy-tailed distributions for optimal performance. These approaches lack closed-form solutions, and therefore are hard to analyze. Moreover, they do not scale well to large datasets. Instead of directly modeling i-vectors, we propose to first apply a non-linear transformation and then use a linear-Gaussian model. We present two alternative transformations and show experimentally that the transformed i-vectors can be optimally modeled by a simple linear-Gaussian model (factor analysis). We evaluate our method on a benchmark dataset with a large amount of channel variability and show that the results compare favorably against the competitors. Also, our approach has closed-form solutions and scales gracefully to large datasets. Finally, a multi-classifier architecture trained on a multicondition fashion is proposed to address the problem of speaker recognition in the presence of additive noise. A large number of experiments are conducted to analyze the proposed architecture and to obtain guidelines for optimal performance in noisy environments. Overall, it is shown that multicondition training of multi-classifier architectures not only produces great robustness in the anticipated conditions, but also generalizes well to unseen conditions

Advances in Subspace-based Solutions for Diarization in the Broadcast Domain

La motivación de esta tesis es la necesidad de soluciones robustas al problema de diarización. Estas técnicas de diarización deben proporcionar valor añadido a la creciente cantidad disponible de datos multimedia mediante la precisa discriminación de los locutores presentes en la señal de audio. Desafortunadamente, hasta tiempos recientes este tipo de tecnologías solamente era viable en condiciones restringidas, quedando por tanto lejos de una solución general. Las razones detrás de las limitadas prestaciones de los sistemas de diarización son múltiples. La primera causa a tener en cuenta es la alta complejidad de la producción de la voz humana, en particular acerca de los procesos fisiológicos necesarios para incluir las características discriminativas de locutor en la señal de voz. Esta complejidad hace del proceso inverso, la estimación de dichas características a partir del audio, una tarea ineficiente por medio de las técnicas actuales del estado del arte. Consecuentemente, en su lugar deberán tenerse en cuenta aproximaciones. Los esfuerzos en la tarea de modelado han proporcionado modelos cada vez más elaborados, aunque no buscando la explicación última de naturaleza fisiológica de la señal de voz. En su lugar estos modelos aprenden relaciones entre la señales acústicas a partir de un gran conjunto de datos de entrenamiento. El desarrollo de modelos aproximados genera a su vez una segunda razón, la variabilidad de dominio. Debido al uso de relaciones aprendidas a partir de un conjunto de entrenamiento concreto, cualquier cambio de dominio que modifique las condiciones acústicas con respecto a los datos de entrenamiento condiciona las relaciones asumidas, pudiendo causar fallos consistentes en los sistemas.Nuestra contribución a las tecnologías de diarización se ha centrado en el entorno de radiodifusión. Este dominio es actualmente un entorno todavía complejo para los sistemas de diarización donde ninguna simplificación de la tarea puede ser tenida en cuenta. Por tanto, se deberá desarrollar un modelado eficiente del audio para extraer la información de locutor y como inferir el etiquetado correspondiente. Además, la presencia de múltiples condiciones acústicas debido a la existencia de diferentes programas y/o géneros en el domino requiere el desarrollo de técnicas capaces de adaptar el conocimiento adquirido en un determinado escenario donde la información está disponible a aquellos entornos donde dicha información es limitada o sencillamente no disponible.Para este propósito el trabajo desarrollado a lo largo de la tesis se ha centrado en tres subtareas: caracterización de locutor, agrupamiento y adaptación de modelos. La primera subtarea busca el modelado de un fragmento de audio para obtener representaciones precisas de los locutores involucrados, poniendo de manifiesto sus propiedades discriminativas. En este área se ha llevado a cabo un estudio acerca de las actuales estrategias de modelado, especialmente atendiendo a las limitaciones de las representaciones extraídas y poniendo de manifiesto el tipo de errores que pueden generar. Además, se han propuesto alternativas basadas en redes neuronales haciendo uso del conocimiento adquirido. La segunda tarea es el agrupamiento, encargado de desarrollar estrategias que busquen el etiquetado óptimo de los locutores. La investigación desarrollada durante esta tesis ha propuesto nuevas estrategias para estimar el mejor reparto de locutores basadas en técnicas de subespacios, especialmente PLDA. Finalmente, la tarea de adaptación de modelos busca transferir el conocimiento obtenido de un conjunto de entrenamiento a dominios alternativos donde no hay datos para extraerlo. Para este propósito los esfuerzos se han centrado en la extracción no supervisada de información de locutor del propio audio a diarizar, sinedo posteriormente usada en la adaptación de los modelos involucrados.<br /