Разработка алгоритма распознавания эмоций человека с использованием сверточной нейронной сети на основе аудиоданных

Цели. Приведено описание и рассмотрен опыт создания алгоритма распознавания эмоционального состояния субъекта.
Методы. Использованы методы обработки изображений.
Результаты. Предложенный алгоритм позволяет распознавать эмоциональные состояния субъекта на основании звукового набора данных. Благодаря проведенному исследованию удалось улучшить точность работы алгоритма путем изменения подаваемого на вход нейронной сети набора данных.
Описаны этапы обучения сверточной нейронной сети на заранее заготовленном наборе звуковых данных, а также структура алгоритма. Для валидации нейронной сети был отобран иной, не участвующий
в тренировке, набор аудиоданных. В результате проведения исследования построены графики, демонстрирующие точность работы предлагаемого метода.
После получения первоначальных данных сделан анализ возможностей улучшения алгоритма с точки зрения эргономики и точности его работы. Разработана стратегия, позволяющая добиться лучшего результата и получить более точный алгоритм. На основании заключений, изложенных в статье, приводится обоснование выбора представления набора данных и программного комплекса, необходимого для реализации программной части алгоритма.
Заключение. Предложенный алгоритм обладает высокой точностью и не требует больших вычислительных затрат.

1. Mesaros, A. Acoustic scene classification: Overviews of DCASE 2017 challenge entries / A. Mesaros, T. Heittola, T. Virtanen // 16th Intern. Workshop on Acoustic Signal Enhancement (IWAENC 2018), Tokyo, Japan, 17-20 Sept. 2018. - Tokyo, 2018. - Р. 411-415.

2. Haitsma, J. A highly robust audio fingerprinting system / J. Haitsma, T. Kalker // 3rd Intern. Conf. on Music Information Retrieval, Paris, France, 13-17 Oct. 2002. - Paris, 2002. - Р. 107-115.

3. Ильин, Е. П. Эмоции и чувства / Е. П. Ильин. - СПб. : Питер, 2001. - 752 с.

4. Изард, К. Э. Психология эмоций / К. Э. Изард. - СПб. : Питер, 2012. - 464 с.

5. Карелина, И. О. Развитие понимания эмоций в период дошкольного детства: психологический ракурс : монография / И. О. Карелина. - Прага : Vědecko vydavatelské centrum «Sociosféra-CZ», 2017. - 178 с.

6. Орехова, О. А. Цветовая диагностика эмоций. Типология развития : монография / О. А. Орехова. - СПб. : Речь; М. : Сфера, 2008. - 176 с.

7. Шаповал, Ж. Я. Распознавание эмоций человека по изображению как часть автоматизированного переводчика языка жестов / Ж. Я. Шаповал // Молодежный научно-технический вестник. - 2017. - № 7. - С. 55.

8. Голубинский, А. Н. Выявление эмоционального состояния человека по речевому сигналу на основе вейвлет-анализа / А. Н. Голубинский // Вестник Воронежского института МВД России. - 2011. - № 3. - С. 144-153.

9. Сидоров, К. И. Автоматическое распознавание эмоций человека на основе реконструкций аттракторов образцов речи / К. И. Сидоров, Н. Н. Филатова // Программные системы и вычислительные методы. - 2012. - № 1. - С. 67-79.

10. Галичий, Д. А. Распознавание эмоций человека при помощи современных методов глубокого обучения / Д. А. Галичий, Г. И. Афанасьев, Ю. Г. Нестеров // E-SCIO. - 2021. - Т. 5, № 56. - С. 316-329.

11. Бредихин, А. И. Применение вейвлетов в задаче распознавания эмоций человека по его речи / А. И. Бредихин // Сборник избранных статей научной сессии ТУСУР. - 2018. - № 1-3. - С. 115-119.

12. Рюмина, Е. В. Аналитический обзор методов распознавания эмоций по выражениям лица человека / Е. В. Рюмина, А. А. Карпов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2020. - Т. 20, № 2. - С. 163-176.

13. Dvoinikova, A. Emotion recognition and sentiment analysis of extemporaneus speech transcriptions in Russian / A. Dvoinikova, O. Verkholyak, A. Karpov // Lectures notes in computer science. - 2020. - Vol. 12335. - P. 136-144. https://doi.org/10.1007/978-3-030-60276-5_14

14. Devi, J. S. Speaker emotion recognition based on speech feateres and classification techniques / J. S. Devi, S. Yarrammelle, S. P. Nandyala // Intern. J. of Image, Graphics, and Signal Processing. - 2014. - Vol. 6, no. 7. - P. 61-77. https://doi.org/10.5815/ijigsp.2014.07.08

15. Speech emotion recognition based on an improved brain emotion learning model / Z. I. Liu [et al.] // Neurocomputing. - 2018. - Vol. 309. - P. 145-156. https://doi.org/10.1016/j.neucom.2018.05.005

16. Shirami, A. Speech emotion recognition based on SVM as both features selector and classifier / A. Shirami, A. R. N. Nilchi // Intern. J. of Image, Graphics, and Signal Processing. - 2016. - Vol. 8, no. 4. - P. 39-45. https://doi.org/10.5815/ijigsp.2016.04.05

17. Assuncao, G. Intermediary fuzzyfication in speech emotion recognition / G. Assuncao, P. Menezes // IEEE Intern. Conf. on Fuzzy System, Glasgow, United Kingdom, 19-24 July 2020. - Glasgow, 2020. - P. 9177699. https://doi.org/10.1109/FUZZ48607.2020.9177699

18. Zisad, S. N. Speech emotion recognition in neurological disorders using convolutional neural network / S. N. Zisad, M. S. Hossain, K. Andersson // Lecture Notes in Computer Science. - 2020. - Vol. 12241. - P. 287-296. https://doi.org/10.1007/978-3-030-59277-6_26

19. Werner, S. Speech emotion recognition: hemans vs machines / S. Werner, G. K. Petrenko // Discourse. - 2019. - Vol. 5, no. 5. - P. 136-152. https://doi.org/10.32603/2412-8562-2019-5-5-136-152

20. Muppidi, A. Speech emotion recognition using quaternion convolutional neural networks / A. Muppidi, M. Radfar // IEEE Intern. Conf. of Acoustics, Speech and Signal Processing-Proceedings, Toronto, ON, Canada, 6-11 June 2021. - Toronto, 2021. - P. 6309-6313. https://doi.org/10.1109/ICASSP39728.2021.9414248

21. Zheng, W. Multi-scale discrepancy adversarial network for crosscorpus speech emotion recognition / W. Zheng, Y. Zong // Virtual Reality and Intelligent Hardware. - 2021. - Vol. 3, no. 1. - P. 65-75. https://doi.org/10.1016/j.vrih.2020.11.006

22. Hazjan, V. Context-independent multilingual emotion recognition from speech signals / V. Hazjan, Z. Kacic // Intern. J. of Speech Technology. - 2003. - Vol. 6, no. 3. - P. 311-320.

23. Zhang, C. Autoencoder with emotion embedding for speech emotion recognition / C. Zhang, L. Xue // IEEE Access. - 2021. - Vol. 9. - P. 51231-51241. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3069818

24. Kanwal, S. Speech emotion recognition using clustering based GA-optimized feature set / S. Kanwal, S. Asghar // IEEE Access. - 2021. - Vol. 9. - P. 125830-125842. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3111659

25. Byoung, C. K. A brief review of facial emotion recognition based on visual information / C. K. Byoung // Sensors. - 2018. - Vol. 18, iss. 2. - Р. 401. https://doi.org/10.3390/s18020401

26. Audio-visual emotion recognition using deep transfer learning and multiple temporal models / X. Ouyang [et al.] // ICMI '17 : Proc. of the 19th ACM Intern. Conf. on Multimodal Interaction, Glasgow, United Kingdom, 13-17 November 2017. - Glasgow, 2017. - P. 577-582. https://doi.org/10.1145/3136755.3143012

27. Hassani, B. Facial expression recognition using enhanced deep 3D convolutional neural networks / B. Hassani, M. H. Mahoor // 2017 IEEE Conf. on Computer Vision and Pattern Recognition Workshops (CVPRW), Honolulu, HI, USA, 21-26 July 2017. - Honolulu, 2017. - Р. 1955-1962. https://doi.org/10.1109/CVPRW.2017.282