Meta-learning with Latent Space Clustering in Generative Adversarial Network for Speaker Diarization

The performance of most speaker diarization systems with x-vector embeddings is both vulnerable to noisy environments and lacks domain robustness. Earlier work on speaker diarization using generative adversarial network (GAN) with an encoder network (ClusterGAN) to project input x-vectors into a latent space has shown promising performance on meeting data. In this paper, we extend the ClusterGAN network to improve diarization robustness and enable rapid generalization across various challenging domains. To this end, we fetch the pre-trained encoder from the ClusterGAN and fine-tune it by using prototypical loss (meta-ClusterGAN or MCGAN) under the meta-learning paradigm. Experiments are conducted on CALLHOME telephonic conversations, AMI meeting data, DIHARD II (dev set) which includes challenging multi-domain corpus, and two child-clinician interaction corpora (ADOS, BOSCC) related to the autism spectrum disorder domain. Extensive analyses of the experimental data are done to investigate the effectiveness of the proposed ClusterGAN and MCGAN embeddings over x-vectors. The results show that the proposed embeddings with normalized maximum eigengap spectral clustering (NME-SC) back-end consistently outperform Kaldi state-of-the-art z-vector diarization system. Finally, we employ embedding fusion with x-vectors to provide further improvement in diarization performance. We achieve a relative diarization error rate (DER) improvement of 6.67% to 53.93% on the aforementioned datasets using the proposed fused embeddings over x-vectors. Besides, the MCGAN embeddings provide better performance in the number of speakers estimation and short speech segment diarization as compared to x-vectors and ClusterGAN in telephonic data.Comment: Submitted to IEEE/ACM TRANSACTIONS ON AUDIO SPEECH AND LANGUAGE PROCESSIN

A Review of Deep Learning Techniques for Speech Processing

The field of speech processing has undergone a transformative shift with the advent of deep learning. The use of multiple processing layers has enabled the creation of models capable of extracting intricate features from speech data. This development has paved the way for unparalleled advancements in speech recognition, text-to-speech synthesis, automatic speech recognition, and emotion recognition, propelling the performance of these tasks to unprecedented heights. The power of deep learning techniques has opened up new avenues for research and innovation in the field of speech processing, with far-reaching implications for a range of industries and applications. This review paper provides a comprehensive overview of the key deep learning models and their applications in speech-processing tasks. We begin by tracing the evolution of speech processing research, from early approaches, such as MFCC and HMM, to more recent advances in deep learning architectures, such as CNNs, RNNs, transformers, conformers, and diffusion models. We categorize the approaches and compare their strengths and weaknesses for solving speech-processing tasks. Furthermore, we extensively cover various speech-processing tasks, datasets, and benchmarks used in the literature and describe how different deep-learning networks have been utilized to tackle these tasks. Additionally, we discuss the challenges and future directions of deep learning in speech processing, including the need for more parameter-efficient, interpretable models and the potential of deep learning for multimodal speech processing. By examining the field's evolution, comparing and contrasting different approaches, and highlighting future directions and challenges, we hope to inspire further research in this exciting and rapidly advancing field

ECAPA-TDNN Embeddings for Speaker Diarization

Learning robust speaker embeddings is a crucial step in speaker diarization. Deep neural networks can accurately capture speaker discriminative characteristics and popular deep embeddings such as x-vectors are nowadays a fundamental component of modern diarization systems. Recently, some improvements over the standard TDNN architecture used for x-vectors have been proposed. The ECAPA-TDNN model, for instance, has shown impressive performance in the speaker verification domain, thanks to a carefully designed neural model. In this work, we extend, for the first time, the use of the ECAPA-TDNN model to speaker diarization. Moreover, we improved its robustness with a powerful augmentation scheme that concatenates several contaminated versions of the same signal within the same training batch. The ECAPA-TDNN model turned out to provide robust speaker embeddings under both close-talking and distant-talking conditions. Our results on the popular AMI meeting corpus show that our system significantly outperforms recently proposed approaches

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 /