EM Algorithms for Weighted-Data Clustering with Application to Audio-Visual Scene Analysis

Data clustering has received a lot of attention and numerous methods, algorithms and software packages are available. Among these techniques, parametric finite-mixture models play a central role due to their interesting mathematical properties and to the existence of maximum-likelihood estimators based on expectation-maximization (EM). In this paper we propose a new mixture model that associates a weight with each observed point. We introduce the weighted-data Gaussian mixture and we derive two EM algorithms. The first one considers a fixed weight for each observation. The second one treats each weight as a random variable following a gamma distribution. We propose a model selection method based on a minimum message length criterion, provide a weight initialization strategy, and validate the proposed algorithms by comparing them with several state of the art parametric and non-parametric clustering techniques. We also demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed clustering technique in the presence of heterogeneous data, namely audio-visual scene analysis.Comment: 14 pages, 4 figures, 4 table

Emotion Recognition from Acted and Spontaneous Speech

Dizertační práce se zabývá rozpoznáním emočního stavu mluvčích z řečového signálu. Práce je rozdělena do dvou hlavních častí, první část popisuju navržené metody pro rozpoznání emočního stavu z hraných databází. V rámci této části jsou představeny výsledky rozpoznání použitím dvou různých databází s různými jazyky. Hlavními přínosy této části je detailní analýza rozsáhlé škály různých příznaků získaných z řečového signálu, návrh nových klasifikačních architektur jako je například „emoční párování“ a návrh nové metody pro mapování diskrétních emočních stavů do dvou dimenzionálního prostoru. Druhá část se zabývá rozpoznáním emočních stavů z databáze spontánní řeči, která byla získána ze záznamů hovorů z reálných call center. Poznatky z analýzy a návrhu metod rozpoznání z hrané řeči byly využity pro návrh nového systému pro rozpoznání sedmi spontánních emočních stavů. Jádrem navrženého přístupu je komplexní klasifikační architektura založena na fúzi různých systémů. Práce se dále zabývá vlivem emočního stavu mluvčího na úspěšnosti rozpoznání pohlaví a návrhem systému pro automatickou detekci úspěšných hovorů v call centrech na základě analýzy parametrů dialogu mezi účastníky telefonních hovorů.Doctoral thesis deals with emotion recognition from speech signals. The thesis is divided into two main parts; the first part describes proposed approaches for emotion recognition using two different multilingual databases of acted emotional speech. The main contributions of this part are detailed analysis of a big set of acoustic features, new classification schemes for vocal emotion recognition such as “emotion coupling” and new method for mapping discrete emotions into two-dimensional space. The second part of this thesis is devoted to emotion recognition using multilingual databases of spontaneous emotional speech, which is based on telephone records obtained from real call centers. The knowledge gained from experiments with emotion recognition from acted speech was exploited to design a new approach for classifying seven emotional states. The core of the proposed approach is a complex classification architecture based on the fusion of different systems. The thesis also examines the influence of speaker’s emotional state on gender recognition performance and proposes system for automatic identification of successful phone calls in call center by means of dialogue features.

Maximum Likelihood Pitch Estimation Using Sinusoidal Modeling

The aim of the work presented in this thesis is to automatically extract the fundamental frequency of a periodic signal from noisy observations, a task commonly referred to as pitch estimation. An algorithm for optimal pitch estimation using a maximum likelihood formulation is presented. The speech waveform is modeled using sinusoidal basis functions that are harmonically tied together to explicitly capture the periodic structure of voiced speech. The problem of pitch estimation is casted as a model selection problem and the Akaike Information Criterion is used to estimate the pitch. The algorithm is compared with several existing pitch detection algorithms (PDAs) on a reference pitch database. The results indicate the superior performance of the algorithm in comparison with most of the PDAs. The application of parametric modeling in single channel speech segregation and the use of mel-frequency cepstral coefficients for sequential grouping are analyzed in the speech separation challenge database