Speech Recognition

Chapters in the first part of the book cover all the essential speech processing techniques for building robust, automatic speech recognition systems: the representation for speech signals and the methods for speech-features extraction, acoustic and language modeling, efficient algorithms for searching the hypothesis space, and multimodal approaches to speech recognition. The last part of the book is devoted to other speech processing applications that can use the information from automatic speech recognition for speaker identification and tracking, for prosody modeling in emotion-detection systems and in other speech processing applications that are able to operate in real-world environments, like mobile communication services and smart homes

Improved kernel methods for classification

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

An Ordinal Approach to Affective Computing

Both depression prediction and emotion recognition systems are often based on ordinal ground truth due to subjectively annotated datasets. Yet, both have so far been posed as classification or regression problems. These naive approaches have fundamental issues because they are not focused on ordering, unlike ordinal regression, which is the most appropriate for truly ordinal ground truth. Ordinal regression to date offers comparatively fewer, more limited methods when compared with other branches in machine learning, and its usage has been limited to specific research domains. Accordingly, this thesis presents investigations into ordinal approaches for affective computing by describing a consistent framework to understand all ordinal system designs, proposing ordinal systems for large datasets, and introducing tools and principles to select suitable system designs and evaluation methods. First, three learning approaches are compared using the support vector framework to establish the empirical advantages of ordinal regression, which is lacking from the current literature. Results on depression and emotion corpora indicate that ordinal regression with proper tuning can improve existing depression and emotion systems. Ordinal logistic regression (OLR), which is an extension of logistic regression for ordinal scales, contributes to a number of model structures, from which the best structure must be chosen. Exploiting the newly proposed computationally efficient greedy algorithm for model structure selection (GREP), OLR outperformed or was comparable with state-of-the-art depression systems on two benchmark depression speech datasets. Deep learning has dominated many affective computing fields, and hence ordinal deep learning is an attractive prospect. However, it is under-studied even in the machine learning literature, which motivates an in-depth analysis of appropriate network architectures and loss functions. One of the significant outcomes of this analysis is the introduction of RankCNet, a novel ordinal network which utilises a surrogate loss function of rank correlation. Not only the modelling algorithm but the choice of evaluation measure depends on the nature of the ground truth. Rank correlation measures, which are sensitive to ordering, are more apt for ordinal problems than common classification or regression measures that ignore ordering information. Although rank-based evaluation for ordinal problems is not new, so far in affective computing, ordinality of the ground truth has been widely ignored during evaluation. Hence, a systematic analysis in the affective computing context is presented, to provide clarity and encourage careful choice of evaluation measures. Another contribution is a neural network framework with a novel multi-term loss function to assess the ordinality of ordinally-annotated datasets, which can guide the selection of suitable learning and evaluation methods. Experiments on multiple synthetic and affective speech datasets reveal that the proposed system can offer reliable and meaningful predictions about the ordinality of a given dataset. Overall, the novel contributions and findings presented in this thesis not only improve prediction accuracy but also encourage future research towards ordinal affective computing: a different paradigm, but often the most appropriate

Métodos discriminativos para la optimización de modelos en la Verificación del Hablante

La creciente necesidad de sistemas de autenticación seguros ha motivado el interés de algoritmos efectivos de Verificación de Hablante (VH). Dicha necesidad de algoritmos de alto rendimiento, capaces de obtener tasas de error bajas, ha abierto varias ramas de investigación. En este trabajo proponemos investigar, desde un punto de vista discriminativo, un conjunto de metodologías para mejorar el desempeño del estado del arte de los sistemas de VH. En un primer enfoque investigamos la optimización de los hiper-parámetros para explícitamente considerar el compromiso entre los errores de falsa aceptación y falso rechazo. El objetivo de la optimización se puede lograr maximizando el área bajo la curva conocida como ROC (Receiver Operating Characteristic) por sus siglas en inglés. Creemos que esta optimización de los parámetros no debe de estar limitada solo a un punto de operación y una estrategia más robusta es optimizar los parámetros para incrementar el área bajo la curva, AUC (Area Under the Curve por sus siglas en inglés) de modo que todos los puntos sean maximizados. Estudiaremos cómo optimizar los parámetros utilizando la representación matemática del área bajo la curva ROC basada en la estadística de Wilcoxon Mann Whitney (WMW) y el cálculo adecuado empleando el algoritmo de descendente probabilístico generalizado. Además, analizamos el efecto y mejoras en métricas como la curva detection error tradeoff (DET), el error conocido como Equal Error Rate (EER) y el valor mínimo de la función de detección de costo, minimum value of the detection cost function (minDCF) todos ellos por sue siglas en inglés. En un segundo enfoque, investigamos la señal de voz como una combinación de atributos que contienen información del hablante, del canal y el ruido. Los sistemas de verificación convencionales entrenan modelos únicos genéricos para todos los casos, y manejan las variaciones de estos atributos ya sea usando análisis de factores o no considerando esas variaciones de manera explícita. Proponemos una nueva metodología para particionar el espacio de los datos de acuerdo a estas carcterísticas y entrenar modelos por separado para cada partición. Las particiones se pueden obtener de acuerdo a cada atributo. En esta investigación mostraremos como entrenar efectivamente los modelos de manera discriminativa para maximizar la separación entre ellos. Además, el diseño de algoritimos robustos a las condiciones de ruido juegan un papel clave que permite a los sistemas de VH operar en condiciones reales. Proponemos extender nuestras metodologías para mitigar los efectos del ruido en esas condiciones. Para nuestro primer enfoque, en una situación donde el ruido se encuentre presente, el punto de operación puede no ser solo un punto, o puede existir un corrimiento de forma impredecible. Mostraremos como nuestra metodología de maximización del área bajo la curva ROC es más robusta que la usada por clasificadores convencionales incluso cuando el ruido no está explícitamente considerado. Además, podemos encontrar ruido a diferentes relación señal a ruido (SNR) que puede degradar el desempeño del sistema. Así, es factible considerar una descomposición eficiente de las señales de voz que tome en cuenta los diferentes atributos como son SNR, el ruido y el tipo de canal. Consideramos que en lugar de abordar el problema con un modelo unificado, una descomposición en particiones del espacio de características basado en atributos especiales puede proporcionar mejores resultados. Esos atributos pueden representar diferentes canales y condiciones de ruido. Hemos analizado el potencial de estas metodologías que permiten mejorar el desempeño del estado del arte de los sistemas reduciendo el error, y por otra parte controlar los puntos de operación y mitigar los efectos del ruido

Big Data Analytics and Information Science for Business and Biomedical Applications

The analysis of Big Data in biomedical as well as business and financial research has drawn much attention from researchers worldwide. This book provides a platform for the deep discussion of state-of-the-art statistical methods developed for the analysis of Big Data in these areas. Both applied and theoretical contributions are showcased