Малоразмерные спектральные признаки для машинного обучения в задачах анализа и классификации голосового сигнала

Abstract

Цели. Решается задача разработки метода вычисления малоразмерных спектральных признаков, повышающего эффективность существующих систем машинного обучения для анализа и классификации голосовых сигналов. Методы. Спектральные признаки извлекаются с помощью генеративного подхода, который предполагает вычисление дискретного спектра Фурье последовательности отчетов, сгенерированной с использованием авторегрессионной модели входного голосового сигнала. Сгенерированная последовательность, обрабатываемая дискретным преобразованием Фурье, учитывает периодичность преобразования, позволяя тем самым повысить точность спектральной оценки анализируемого сигнала. Результаты. Предложен и описан генеративный метод вычисления спектральных признаков, предназначенных для применения в системах машинного обучения при анализе и классификации голосовых сигналов. Проведен экспериментальный анализ точности и стабильности представления спектра тестового сигнала с известным спектральным составом с использованием огибающих. Огибающие вычислялись с помощью предложенного генеративного метода и дискретного преобразования Фурье с различными окнами анализа (прямоугольным окном и окном Ханна). Проведенный анализ показал, что генеративный метод получения спектральных огибающих позволил добиться более точного представления спектра тестового сигнала по критерию минимума квадратичной ошибки. Проведено сравнение эффективности классификации голосового сигнала при использовании предложенных признаков и признаков на основе мел-частотных кепстральных коэффициентов. В качестве базовой тестовой системы для оценки эффективности предлагаемого подхода на практике использовалась система диагностики бокового амиотрофического склероза по голосу. Заключение. Результаты экспериментов показали ощутимое повышение точности классификации при использовании предлагаемых признаков для вычисления признаков по сравнению с признаками на основе мел-частотных кепстральных коэффициентов