Automatic Severity Classification of Dysarthric Speech based on Pronunciation Accuracy

학위논문 (석사) -- 서울대학교 대학원 : 인문대학 언어학과, 2021. 2. 정민화.Dysarthria is a motor speech disorder that occurs when muscles related to speech production are paralyzed or weakened. Dysarthria is diagnosed of its severity levels by trained speech therapists, who use perceptual evaluation on the purpose of providing appropriate treatments to each patient. While the professional diagnosis is important, perceptual evaluation not only takes a lot of time and effort but can also be biased and subjective. The automatic severity classification of dysarthric speech could compensate for these shortcomings and aid the therapists. Pronunciation accuracy, consisted of the percentage of correct phonemes and the degree of vowel distortion, is one of the most commonly used features in a clinical setting to classify the severity levels of dysarthria. However, few previous studies have considered pronunciation accuracy as a feature for automatic severity classification. In this paper, we propose pronunciation accuracy to be beneficial in automatically classifying the severity levels for dysarthric speech. Experiments were designed to confirm the usefulness of these features in contrast to the features used in previous studies: spectral features(MFCCs), voice quality features, and prosody features. Two feature selection methods-Recursive Feature Elimination(RFE) and Extra Trees Classifier(ETC) were used to determine the optimal feature set. Each optimal feature set was used as the input to two classifiers-Support Vector Machine(SVM) and Multiple Layer Perceptron(MLP). The classifiers were trained to determine the severity levels of each utterance into five categories - healthy, mild, mild-to-moderate, moderate-to-severe, severe. The performance of the classifier was evaluated using accuracy, precision, recall, and F1-score metrics. Results from the experiments before and after adding pronunciation accuracy features were compared. For the SVM classifier, the classification accuracy showed a relative increase of 15.83%, 25.42%, 23.39% before feature selection, after applying the RFE algorithm, and applying the ETC algorithm, respectively. For the MLP classifier, the relative increase accuracy of 28.97%, 21.19%, 22.95% were seen. ETC algorithm-SVM classifier experiment showed the best performance with 77.5% accuracy. The optimal feature set included % of voice breaks, speech duration, Percentage of Correct Consonants, Percentage of Correct Vowels, Percentage of Correct Phonemes, Vowel Space Area(VSA), Vowel Articulatory Index(VAI), Formant Centralized Ratio(FCR), and F2-ratio. Furthermore, the selected feature sets from each experiment were compared. When the pronunciation accuracy features were included, many voice quality features and prosody features that were selected in the baseline experiment were replaced by the pronunciation accuracy features. The contribution weight of the features from the optimal feature set showed that all pronunciation accuracy features have higher contribution weight compared to voice quality and prosody features. The results suggest two ways. First, the pronunciation accuracy features are helpful for the automatic severity classification of dysarthria. While pronunciation accuracy features have been generally used by speech pathologists, few studies related to automatic severity classification have looked into their effect. This study proves that the pronunciation accuracy features are useful for automatic severity classification as for a clinical setting. Second, the pronunciation accuracy features play a more important role than voice quality features or prosody features. Features related to articulation are proven to have the highest correlation with the speech intelligibility score of dysarthric speech among several features related to speech production. This study indicates that this fact holds the same for automatic severity classification.마비말장애는 중추 신경계 및 자율 신경계의 손상으로 말소리 산출과 관련된 근육이 마비되거나 약해지면서 생기는 말운동장애이다. 언어재활사는 알맞은 중재방안을 모색하기 위해 마비말장애의 중증도를 판단한다. 그러나 일반적으로 장애 중증도 분류에 사용되는 청지각적 평가는 많은 시간과 노력이 소요될 뿐만 아니라 평가자 간 및 평가자 내 신뢰도를 확보하기 어렵다는 단점이 있다. 마비말장애 중증도 자동 분류 기술은 이러한 단점들을 보완하며 언어재활사의 업무를 보조할 수 있다. 분류에 소요되는 시간과 노력을 절약하고, 객관적이고 일관된 결과를 제공하기 때문이다. 선행연구에서는 마비말장애 중증도 자동 분류를 위한 다양한 특징 셋을 제안하였다. 음성의 전반적 특징을 반영하는 스펙트럼 특징만을 사용하거나, 음성적 특징을 세분화하여 음질 특징, 운율 특징 등으로 특징 셋을 구성하였다. 그러나 선행 연구의 특징 셋은 음소 단위의 특징인 발음 정확도 특징을 반영하고 있지 않다. 발음 정확도 특징은 언어치료 분야에서 마비말장애의 중증도를 구분할 때 가장 일반적으로 사용되는 반면, 장애 중증도 자동 분류 연구에서는 상대적으로 거의 사용되지 않았다. 본 논문은 발음 정확도 특징을 마비말장애 중증도 자동 분류에 사용하는 것을 제안한다. 발음 정확도 특징은 음소정확도 특징과 모음왜곡도 특징을 포함하는 개념으로 음소정확도 특징은 자음정확도, 모음정확도, 음소정확도(자음+모음), 모음왜곡도 특징은 모음사각도 면적, VAI, FCR, F2-Ratio로 구성된다. 본 논문에서는 발음 정확도 특징의 유용성을 확인하기 위해 앞서 언급한 스펙트럼 특징(MFCCs), 음질 특징, 운율 특징을 베이스라인 특징으로 사용하였다. 추출된 특징 셋은 Recursive Feature Elimination(RFE)과 Extra Trees Classifier(ETC) 두 개의 특징 선택 알고리즘을 통해 최적화되었다. 선택된 특징들은 SVM(Support Vector Machine)과 MLP(Multiple Layer Perceptron) 분류기의 입력값으로 사용되었고, 분류기는 각 음성의 장애 중증도(비장애/경도/경도-중등도/중등도-중도/중도)를 분류하도록 학습되었다. 분류기의 성능은 정확도, 정밀도, 재현율, F1-점수로 평가되었다. 발음 정확도 특징 추가 전후의 실험 결과를 살펴본 결과, 특징 선택 전, RFE 적용 후, ETC 적용 후 SVM의 분류 정확도 상대적 증가율은 각각 15.83%, 25.42%, 23.39%였고, MLP의 분류 정확도 상대적 증가율은 각각 28.97%, 21.19%, 22.95%로 나타났다. 최고의 성능을 보인 실험은 ETC 특징 선택 알고리즘-SVM 조합 실험으로, 77.5%의 분류 정확도를 보였다. 더 나아가, 각 실험에서 특징 선택 알고리즘이 선택한 특징과 특징 별 개별 기여도를 살펴보았다. 그 결과, 발음 정확도 특징을 추가했을 때 베이스라인에서 선택되었던 음질, 운율 특징 다수가 발음 정확도 특징에 의해 대체되었으며, 발음 정확도 특징은 음질, 운율 특징보다 더 높은 기여가중치를 가졌다. 실험 결과는 다음을 시사한다. 첫째, 발음 정확도 특징은 마비말장애 중증도 자동 분류에 도움이 된다. 발음 정확도 특징 추가 전후 분류 정확도를 비교했을 때, 발음 정확도 특징을 추가했을 때 더 높은 분류 정확도를 보였다. 발음 정확도 특징은 언어치료 분야에서 일반적으로 사용되어왔지만, 자동 분류 연구에서는 명시적으로 사용된 경우가 적다. 실험 결과는 발음 정확도 특징이 자동 분류에서도 사용되어야 함을 시사한다. 둘째, 발음 정확도 특징은 마비말장애 중증도 자동 분류에서 음질, 운율 특징보다 더 큰 영향력을 행사한다. 실험 별 선택된 특징을 살펴본 결과, 발음 정확도 특징이 음질, 운율 특징에 비해 대체되었다. 특징 별 개별 기여도를 살펴본 결과, 모든 발음 정확도 특징의 개별 기여도가 음질, 운율 특징의 개별 기여도가 높았다. 이는 발음 정확도 특징이 다른 특징보다 마비말장애 중증도와 높은 상관관계를 보인다는 선행연구와 일맥상통한 결과이다.1. 서론 ............................................................................................... 1 2. 관련 연구 ....................................................................................... 4 2.1 장애 중증도 분류 기준 .......................................................................... 4 2.1.1 말명료도 ........................................................................................ 4 2.1.2 자음정확도 ........................................................................................ 5 2.2 마비말장애 음성의 발음 정확도 특징 .............................................. 6 2.3 마비말장애 음성 장애 중증도 자동 분류 .......................................... 7 3. 실험 방법론 .................................................................................. 11 3.1 실험 설계 ................................................................................................. 11 3.2 특징 정의 및 특징 추출 방법 ............................................................ 11 3.2.1 Mel Frequency Cepstral Coefficients (MFCCs) .............. 12 3.2.2 음질 특징 ..................................................................................... 14 3.2.3 운율 특징 ..................................................................................... 15 3.2.3.1 발화 속도 ............................................................................ 15 3.3.3.2 음높이 ................................................................................. 15 3.3.3.3 리듬 ..................................................................................... 16 3.2.4 발음 정확도 특징 ....................................................................... 17 3.4.1 음소정확도 ............................................................................ 17 3.4.2 모음왜곡도 ............................................................................ 18 3.3 특징 선택 알고리즘 ............................................................................... 19 3.2.3.1 Recursive Feature Elimination(RFE) ........................ 20 3.3.3.2 Extra Trees Classifier(ETC) ...................................... 20 3.4 머신러닝 분류기 ..................................................................................... 21 3.4.1 Support Vector Machine(SVM) ............................................ 21 4.3.2 Multiple Layer Perceptron(MLP) ......................................... 22 4. 데이터베이스 ................................................................................ 24 4.1 QoLT(Quality of Life Technology) 코퍼스 ................................... 24 4.2 자음정확도 평가 ..................................................................................... 24 4.3 말명료도 평가 ......................................................................................... 25 4.4 자음정확도 평가 결과와 말명료도 평가 결과 비교 ..................... 26 4.5 데이터베이스 통계 분석 ...................................................................... 27 4.5.1 음질 특징 ..................................................................................... 27 4.5.2 운율 특징 ..................................................................................... 28 4.5.2.1 발화 속도 ............................................................................ 28 4.5.2.2 음높이 .................................................................................. 29 4.5.2.3 리듬 ...................................................................................... 30 4.5.3 발음 정확도 특징 ..................................................................... 31 4.5.3.1 음소정확도 .......................................................................... 31 4.5.3.2 모음왜곡도 ........................................................................ 32 5. 실험 .............................................................................................. 34 5.1 실험 데이터 구성 ................................................................................... 34 5.2 분류기 성능 척도 ................................................................................... 34 5.3 실험 결과 ............................................................................................... 35 5.3.1 특징 선택 적용 전 ....................................................................... 35 5.3.2 RFE 적용 후 ................................................................................ 35 5.3.3 ETC 적용 후 ............................................................................... 37 5.4 실험 결과 정리 ....................................................................................... 39 5.4.1 분류 정확도 비교 ............................................................................ 39 5.4.2 특징 선택 .......................................................................................... 41 5.5 토의............................................................................................................. 43 6. 결론 .............................................................................................. 45 참 고 문 헌 ....................................................................................... 47 Abstract ........................................................................................... 52Maste

Stock-based Managerial Compensation and Risk-taking in Bank

This study examines the compensation scheme for the executives and risk-taking behavior in the Korean banks. Theoretically, shareholders prefer risky asset choice to the optimal one due to the limited liability feature of reward, and stock-based executiveⅠ. 서 론 　Ⅱ. 보상체계와 위험추구에관한 이론적 검토 　Ⅲ. 실증분석 　Ⅳ. 결 론 　참 고 문 헌 　부

A study on the relations between the existing Performance Evaluation System and the new Teacher Evaluation System

본 연구의 목적은 현행 교사평가제라 할 수 있는 근무성적평정제도와 새로운 교사평가제(교육인적자원부가 2005년 11월에 발표한 학교교육력 제고 시범학교 운영계획에 포함된 교사평가제 시안을 의미함)의 관계 정립에 관한 교사들의 의견을 알아봄으로써 앞으로의 교사평가제에 관한 논의가 보다 건설적으로 전개되고 ‘새로운 교사평가제’가 학교 현장에 잘 정착될 수 있는 실천적 토대를 제공하는 것이다. 새로운 교사평가제의 평가 내용이나 방법 및 도입 여부에 대한 논의들은 활발히 이루어지고 있지만 현행 교사평가제인 근무성적평정제도와의 관계 설정 및 운영 방법에 대한 논의들은 매우 부족한 상황이다. 이런 논의들의 결여는 새로운 교사평가제도가 학교 현장에 정착되고 제도의 성공 가능성을 높인다는 측면에 있어서 걸림돌로 작용되리라고 본다. 즉, 현행 근무성적평정제도가 여러 가지 난맥상을 드러내고 있는 상황이고 교사평가의 기제로서 미흡하다는 데 교사들의 공감대가 형성되어 있음에도 불구하고 근무성적평정제도의 문제를 그대로 덮어두고 근무성적평정제도와 상호 중복적이고 모순적인 측면이 있는 새로운 교사평가제 도입을 거론하는 것은 문제가 있다는 판단이다. 따라서 현장의 교사들은 전문성 향상을 위한 새로운 교사평가제도와 인사결정과 승진에 반영할 현행 근무성적평정제도의 운영에 대해 어떤 생각을 가지고 있는 지 살펴볼 필요성이 있다. 본 연구에서는 서울, 인천, 경기 지역의 공립 중등교사 400명을 표본으로 선정하여 연구를 진행 하였고 자료의 분석을 위해 SPSS(Statistical Package for the Social Science) 12.0 program을 사용하였다. 연구문제를 검증하기 위해서는 빈도, 백분율, 평균과 표준편차를 산출하고 T-test(검증)와 One-way ANOVA(일원변량분석), χ²(Chi-square)를 실시하였다. 또한 집단 간 유의성을 알아보기 위해 ANOVA분석 후 Duncan 사후검증을 실시하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 현행 근무성적평정제도에 대한 개선 의견이 지배적인 상황임에도 불구하고 교사들이 근무성적평정제도에 대하여 알고 있는 수준은 그렇게 높지 않았다. 근무성적평정제도에 대한 인지 수준이 높지 않다는 것은 현행 근무성적평정제도에 대한 문제의식은 있지만 근무성적평정의 구체적 내용에 대한 관심은 부족하다는 것을 반증하는 것이라 할 수 있다. 둘째, 현행 근무성적평정제도의 문제점에 대한 인식은 상급자 위주의 평가가 가장 큰 문제점으로 나타났다. 이러한 인식은 평가자를 교장·교감에 한정함으로써 타당하고, 공정한 교사평가가 이루어지지 못하고 있다는 현실을 반영한 것이다. 새로운 교사평가제에 다면평가가 도입된 배경도 이런 이유에서 비롯된 것이다. 셋째, 현행 근무성적평정제도 개선방향에 대한 인식에서 ‘제도의 틀을 새롭게 바꾸어야 한다’가 가장 높은 응답을 보였는데 이와 같은 결과는 기존 제도의 개선 및 수정·보완 쪽에 많은 지지를 보였던 종래의 연구 결과와는 차이를 보인다. 넷째, 새로운 교사평가제 도입 목적에 대한 인식에서는 ‘공교육 부실의 책임을 교원에 전가’, ‘부적격 교사의 퇴출’ 등의 부정적 인식이 강한 것으로 나타났으며 소속 교직단체가 있는 교사들의 경우 평가목적에 대한 부정적 인식이 더욱 강한 것으로 나타났다. 다섯째, 새로운 교사평가제의 내용이 타당한가, 근무성적평정제도의 문제점을 잘 보완하고 있는가, 시안의 개선 필요성에 대해서 교사들은 부정적인 응답을 보였고 새로운 교사평가제의 전면 도입에 대해서는 반대 의견이 높은 것으로 나타났다. 여섯째, 새로운 교사평가제를 도입할 경우 예상되는 문제점을 조사한 결과, ‘평가 기준 미비로 인한 평가 결과의 신뢰성, 타당성, 공정성 시비’를 가장 우려하는 것으로 나타났다. 일곱째, 어떠한 형태로든 새로운 교사평가제를 도입할 경우 평가목적의 중점을 ‘교사의 전문성 향상’에 두어야 한다고 보고 있었다. 선행 연구에 비추어 본 교사평가의 목적에 대한 교사들의 견해는 대체로 일관된 경향을 보이고 있었다. 여덟째, 현행 근무성적평정제도와 새로운 교사평가제의 관계 설정에 대한 조사 결과는 ‘현행 근무성적평정제도를 수정·보완하여 운영하되, 새로운 교사평가제 철회’에 가장 높은 응답을 나타냈으며, ‘현행 근무성적평정제도와 새로운 교사평가제를 병행 운영한다’, ‘어떤 형태로든 교사평가제도 자체를 도입하지 않는다’, ‘현행 근무성적평정제도를 폐지하고, 새로운 교사평가제를 전면 도입한다’의 순으로 응답하였다. 즉, 제도의 전면적인 도입·시행보다는 현행 근무성적평정제도의 기본 골격을 수용하고 점진적 개선을 원하는 것으로 나타났다. 현행 근무성적평정제도와 새로운 교사평가제의 관계 설정에 있어서 현장의 교사들은 새로운 교사평가제의 도입보다는 기존의 근무성적평정제도를 수정·보완한 수준에서 교사평가제를 운영하는 것을 지지하는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 새로운 교사평가제 도입이 지나치게 경제논리나 정치적 논리에 입각하여 성급하게 추진되어 학교 현장에서 새로운 교사평가제 대한 건전한 논의보다는 새로운 제도에 대한 막연한 두려움과 불안감을 조장하여 과도한 거부 반응을 일으키게 하였다. 교사들 역시 현행 근무성적평정제도가 평가기제로서의 제 역할을 하지 못하고 있음을 알고 있고 개선 요구도 강력하다. 따라서 성급한 교사 평가 실시가 지양되고, 교사들의 공감을 이끌어내는 평가 저변 문화를 형성하려는 노력이 이루어지면 새로운 교사평가제에 대한 교사들의 인식에도 긍정적인 변화가 있을 것이다.;The purpose of the study was to examine teachers' understandings and opinions on the relations between the existing Performance Evaluation System and the new Teacher Evaluation System for and to provide with practical and meaningful background information about the better way to get to the successful settlement of the teacher evaluation system in the educational area of Korea. The research questions were posed as below: 1. What do teachers think about the existing 'Performance Evaluation System'? a. What do teachers think about the existing 'Performance Evaluation System'? Are there any meaningful differences in their thinking depending on their sex, career, position and the group they are with? b. What do they think about the problems of the existing 'Performance Evaluation System'? Are there any meaningful differences in their thinking depending on their sex, career, position and the group they are with? c. What do they think about the necessity to improve the existing 'Performance Evaluation System'? Are there any meaningful differences in their thinking depending on their sex, career, position and the group they are with? 2. What do teachers think about the new 'Teacher Evaluation System'? a. What do teachers think about the new 'Teacher Evaluation System'? Are there any meaningful differences in their thinking depending on their sex, career, position and the group they are with? b. What do they think about the problems of the new 'Teacher Evaluation System'? Are there any meaningful differences in their thinking depending on their sex, career, position and the group they are with? c. What do they think about the necessity to improve the new 'Teacher Evaluation System'? Are there any meaningful differences in their thinking depending on their sex, career, position and the group they are with? 3. What do teachers think about the relations between the existing 'Performance Evaluation System'and the new 'Teacher Evaluation System'? Are there any meaningful differences in their thinking depending on their sex, career, position and the group they are with? The subjects were 400 teachers at middle and high schools in Seoul, Incheon and Gyeonggi Province (1 middle school and 9 high schools in Seoul, 1 middle school and 1high school in Incheon and 1 middle school and 2 high schools in Gyeonggi Province). The collected data were analyzed with SPSS Win 10.0 program. The study made use of frequency analysis, technical statistics, One-way ANOVA, χ²(Chi-square), logistic regression analysis and conducted Scheffe's multiple range test for post-hoc. The findings were as follows: First, Even though teachers think that the existing 'Performance Evaluation System' needs to be improved, they don't have enough understanding and knowledge about the details of this system. Second, teachers are especially unsatisfied with the evaluation method of the existing 'Performance Evaluation System'. And we can also find a meaningful difference in their thinking about the evaluation method depending on the group they are with. Teachers who are with "the Korean Federation of Teachers' Association" showed the highest satisfaction level of 2.91 points, teachers who are not in any group showed the middle satisfaction level of 2.51 points and teachers who are with "the Korean teachers & Education workers' union" showed the lowest satisfaction level of 2.20 points. Third, with regard to the ways of improving the existing 'Performance Evaluation System', most of teachers responded that its framework itself has to be totally changed. Fourth, most of teacherswell understand the fact that the main purpose of introducing the new 'Teacher Evaluation System' is the professional development of teachers, however they don't think that the new system will be so successful as expected. Fifth, with regard to the introduction of the new 'Teacher Evaluation System', teachers who are with any of group took more negative attitude toward it. Despite the continuous denial of the Ministry of Education, most of teachers think that the new system will be used for the restructuring of teachers in the future. Sixth, generally, teachers think that the new 'Teacher Evaluation System' needs to be improved quite a lot and they also have a negative attitude about the immediate and sweeping introduction of this new system. Seventh, with regard to teachers' understanding about relations between the existing 'Performance Evaluation System' and the new 'Teacher Evaluation System', 44.9% of teachers wanted improvement ofthe existing system in better ways and wanted withdrawal of the new system. 19.1% of teachers have the view that both systems needs to go side by side. 18.0% of teachers objected to either of them. And 16.5% of teachers wanted abolition of the existing system and wanted immediate enforcement of the new system. The above-mentioned findings suggest that most of teachers preferred the improvement of the existing system to the immediate introduction of the new system.I. 서론 1 A. 연구의 필요성 및 목적 1 B. 연구문제 3 C. 용어의 정의 4 D. 연구의 제한점 5 II. 이론적 배경 6 A. 교사평가의 개념 및 구성요소 6 B. 근무성적평정제도 21 C. 새로운 교사평가제 30 D. 근무성적평정제도와 새로운 교사평가제의 관계 43 III. 연구방법 54 A. 연구대상 54 B. 측정 도구 55 C. 자료의 처리 56 IV. 연구결과 57 A. 현행 근무성적평정제도에 대한 교사들의 인식 57 B. 새로운 교사평가제에 대한 인식 64 C. 근무성적평정제도와 새로운 교사평가제도와의 관계 설정에 대한 인식 75 V. 결론 82 A. 요약 및 결론 82 B. 논의 및 제언 86 참고문헌 91 부록 96 ABSTRACT 10

블로우 성형 공정에서 점탄성 효과의 수치 모사 연구

Thesis (master`s)--서울대학교 대학원 :화학공학과,1998.Maste