The Audio Degradation Toolbox and its Application to Robustness Evaluation

We introduce the Audio Degradation Toolbox (ADT) for the controlled degradation of audio signals, and propose its usage as a means of evaluating and comparing the robustness of audio processing algorithms. Music recordings encountered in practical applications are subject to varied, sometimes unpredictable degradation. For example, audio is degraded by low-quality microphones, noisy recording environments, MP3 compression, dynamic compression in broadcasting or vinyl decay. In spite of this, no standard software for the degradation of audio exists, and music processing methods are usually evaluated against clean data. The ADT fills this gap by providing Matlab scripts that emulate a wide range of degradation types. We describe 14 degradation units, and how they can be chained to create more complex, `real-world' degradations. The ADT also provides functionality to adjust existing ground-truth, correcting for temporal distortions introduced by degradation. Using four different music informatics tasks, we show that performance strongly depends on the combination of method and degradation applied. We demonstrate that specific degradations can reduce or even reverse the performance difference between two competing methods. ADT source code, sounds, impulse responses and definitions are freely available for download

Nonlinear criteria and the influence of the average principal stress on rocks destruction

Purpose. Consider possible series methods of Mohr-Coulomb nonlinear criterion that takes into account stresses in the plane of fracture. Investigate the influence of the average principal stress on rocks destruction when cylinder modeling under axial and side load conditions. Determine the weakening effect on the internal friction angle in the rocks under study using the examples of sample testing simulation. Methods. To study the processes in rock samples, we used a finite-element method DESTROCK-FE for modeling the deformation of rocks decomposes. The parameters of the deformation and fracture model are determined by comparing the deformation curves obtained by the modeling and experimental approaches. Findings. Modeling of rocks deformation under various loading conditions with a nonlinear criterion of fracture variants, in which destructive stresses can grow limited or unlimited or even decrease with increasing pressure, is performed. The design charts of axial and side deformations of the samples with a good approximation coincide with the experimental ones. The model parameters, including those for triaxial load conditions, are determined with a mathematic method using simulation laboratory tests under axial compression. Modeling with an upgrade fracture criterion showed that the load-bearing strength of salt rock samples under side load is greater than with axial pressure. Internal friction angle reduction with loss of strength reaches 15%. Originality. The Mohr-Coulomb series criterion is proposed, which makes it possible to set the nonlinearity in accordance with experimental data. Mechanical model parameters of rocks can be determined according to the results of single sample testing using the finite-element method DESTROCK-FE of decomposed rocks. The simulation was performed taking into account microdeformation, the influence of which is described by equations for a nonlinear-elastic condition. Practical implications. Cylinder modeling showed that the load-bearing strength of samples under side load is 10% for sylvinite and 20% more for rock salt than at axial loading. The obtained results indicate the ability of the finite-element method DESTROCK-FE of rocks destruction modeling while geomechanics survey conducting. Using this method, based on single sample simulation results, tested at simple compression, the parameters of elasticity, plasticity, viscosity, crisping can be obtained, suitable for deformation and fracture processes studies under various loading conditions.Мета. Розглянути можливі варіанти модифікації нелінійного критерію Кулона-Мора, що враховує напруження в площині руйнування. Дослідити вплив середнього головного напруження на руйнування гірських порід при моделюванні циліндричного зразка в умовах осьового та бічного навантаження. Оцінити вплив ослаблення міцності в досліджуваних гірських породах по поверхнях на кут внутрішнього тертя на прикладах моделювання випробування зразків. Методика. Для дослідження процесів у зразках гірських порід використаний скінчено-елементний метод моделювання деформування гірських порід, що руйнуються, DESTROCK-FE. Параметри моделі деформування і руйнування визначаються при порівнянні кривих деформування, отриманих модельним та експериментальним шляхом. Результати. Виконано моделювання деформування зразків гірських порід у різних умовах навантаження з нелінійним варіантом критерію руйнування, в якому руйнуючі напруження можуть зростати обмежено або необмежено та навіть знижуватися з ростом тиску. Розрахункові графіки осьових і бічних деформацій зразків з достатньою достовірністю збігаються з експериментальними. Параметри моделі, в тому числі для умов об’ємного навантаження, визначаються чисельним методом за допомогою моделювання лабораторних випробувань при осьовому стисненні. Моделювання циліндричних зразків показало, що несуча здатність зразків в умовах бічного навантаження на 10% для сильвініту і на 20% для кам’яної солі більше, ніж при осьовому навантаженні. Зниження кута внутрішнього тертя при втраті міцності по площинах зсуву і відриву для розглянутих соляних порід сягає 15%. Наукова новизна. Запропоновано модифікований критерій Кулона-Мора з урахуванням впливу міцності проміжного головного напруження, що дозволяє задавати нелінійність відповідно до експериментальних даних. Параметри механічної моделі гірських порід можуть визначатися за результатами випробування одного зразка із застосуванням скінчено-елементної моделі гірських порід, що руйнуються, DESTROCK-FE. Моделювання виконано з урахуванням мікродефектів, вплив яких описується рівняннями для нелінійно-пружного середовища. Практична значимість. Отримані результати свідчать про здатність скінчено-елементного методу моделювання руйнування гірських порід DESTROCK-FE вирішувати геомеханічні завдання. За допомогою цього методу за результатами моделювання одного зразка, випробуваного при одноосьовому стисненні, можуть бути отримані параметри пружності, пластичності, в’язкості, крихкості, придатні для застосування у дослідженнях процесів деформування і руйнування в різних умовах навантаження.Цель. Рассмотреть возможные варианты модификации нелинейного критерия Кулона-Мора, учитывающего напряжения в плоскости разрушения. Исследовать влияние среднего главного напряжения на разрушение горных пород при моделировании цилиндрического образца в условиях осевого и бокового нагружения. Оценить влияние ослабления прочности в исследуемых горных породах по поверхностям на угол внутреннего трения на примерах моделирования испытания образцов. Методика. Для исследования процессов в образцах горных пород использован конечно-элементный метод моделирования деформирования разрушающихся горных пород DESTROCK-FE. Параметры модели деформирования и разрушения определяются при сравнении кривых деформирования, полученных модельным и экспериментальным путем. Результаты. Выполнено моделирование деформирования образцов горных пород в различных условиях нагружения с нелинейным вариантом критерия разрушения, в котором разрушающие напряжения могут расти ограниченно или неограниченно, или даже снижаться с ростом давления. Расчетные графики осевых и боковых деформаций образцов с достаточной достоверностью совпадают с экспериментальными. Параметры модели, в том числе для условий объемного нагружения, определяются численным методом с помощью моделирования лабораторных испытаний при осевом сжатии. Моделирование цилиндрических образцов показало, что несущая способность образцов в условиях бокового нагружения на 10% для сильвинита и на 20% для каменной соли больше, чем при осевом нагружении. Снижение угла внутреннего трения при потере прочности по площадкам сдвига и отрыва для рассмотренных соляных пород достигает 15%. Научная новизна. Предложен модифицированный критерий Кулона-Мора c учетом влияния прочности промежуточного главного напряжения, позволяющий задавать нелинейность в соответствии с экспериментальными данными. Параметры механической модели горных пород могут определяться по результатам испытания одного образца с применением конечно-элементной модели разрушающих горных пород DESTROCK-FE. Моделирование выполнено с учетом микродефектов, влияние которых описывается уравнениями для нелинейно-упругой среды. Практическая значимость. Полученные результаты свидетельствуют о способности конечно-элементного метода моделирования разрушения горных пород DESTROCK-FE решать геомеханические задачи. С помощью этого метода по результатам моделирования одного образца, испытанного при одноосном сжатии, могут быть получены параметры упругости, пластичности, вязкости, хрупкости, пригодные для применения в исследованиях процессов деформирования и разрушения в различных условиях нагружения.This study was supported by the Institute of Environmental Geoecology of the Russian Academy of Sciences. Materials with the laboratory rocks tests results were provided by the Research Laboratory of Physico-Mechanical Properties and Rocks Destruction at Saint Petersburg Mining University (Candidate of Technical Sciences M. Il’inov, Candidate of Technical Sciences V. Korshunov, Candidate of Technical Sciences D. Petrov). These studies were made possible by the help of Candidate of Physical and Mathematical Sciences V. Chantsev in the implementation of the author’s ideas in computer programs

Full Resolution Image Compression with Recurrent Neural Networks

This paper presents a set of full-resolution lossy image compression methods based on neural networks. Each of the architectures we describe can provide variable compression rates during deployment without requiring retraining of the network: each network need only be trained once. All of our architectures consist of a recurrent neural network (RNN)-based encoder and decoder, a binarizer, and a neural network for entropy coding. We compare RNN types (LSTM, associative LSTM) and introduce a new hybrid of GRU and ResNet. We also study "one-shot" versus additive reconstruction architectures and introduce a new scaled-additive framework. We compare to previous work, showing improvements of 4.3%-8.8% AUC (area under the rate-distortion curve), depending on the perceptual metric used. As far as we know, this is the first neural network architecture that is able to outperform JPEG at image compression across most bitrates on the rate-distortion curve on the Kodak dataset images, with and without the aid of entropy coding.Comment: Updated with content for CVPR and removed supplemental material to an external link for size limitation

Combinatorics on words in information security: Unavoidable regularities in the construction of multicollision attacks on iterated hash functions

Classically in combinatorics on words one studies unavoidable regularities that appear in sufficiently long strings of symbols over a fixed size alphabet. In this paper we take another viewpoint and focus on combinatorial properties of long words in which the number of occurrences of any symbol is restritced by a fixed constant. We then demonstrate the connection of these properties to constructing multicollision attacks on so called generalized iterated hash functions.Comment: In Proceedings WORDS 2011, arXiv:1108.341

Lossless and near-lossless source coding for multiple access networks

A multiple access source code (MASC) is a source code designed for the following network configuration: a pair of correlated information sequences {X-i}(i=1)(infinity), and {Y-i}(i=1)(infinity) is drawn independent and identically distributed (i.i.d.) according to joint probability mass function (p.m.f.) p(x, y); the encoder for each source operates without knowledge of the other source; the decoder jointly decodes the encoded bit streams from both sources. The work of Slepian and Wolf describes all rates achievable by MASCs of infinite coding dimension (n --> infinity) and asymptotically negligible error probabilities (P-e((n)) --> 0). In this paper, we consider the properties of optimal instantaneous MASCs with finite coding dimension (n 0) performance. The interest in near-lossless codes is inspired by the discontinuity in the limiting rate region at P-e((n)) = 0 and the resulting performance benefits achievable by using near-lossless MASCs as entropy codes within lossy MASCs. Our central results include generalizations of Huffman and arithmetic codes to the MASC framework for arbitrary p(x, y), n, and P-e((n)) and polynomial-time design algorithms that approximate these optimal solutions