【论文笔记】基于多分类器和对抗语料判别器的多语料库语音情感识别_多分类的wa-程序员宅基地

技术标签: 机器学习  深度学习  论文笔记  语音识别  

Reconciliation of Multiple Corpora for Speech Emotion Recognition by Multiple Classifiers with an Adversarial Corpus Discriminator

INTERSPEECH 2020 - Fairy Devices, Japan

关键词: 语音情感、多任务学习、对抗学习、多语料库


摘要

概述: 利用多任务学习和对抗学习压缩语料库特有因素以更好利用语料库,本篇文章研究的是训练数据的生成问题,也是一个新的思路
情感计算中主要的问题就是语料库的评价指标不一致,之前大多数研究的做法都是抛弃或者合并一些情感,但是会造成数据损失,再者语料库本身的许多特质也造成不能充分利用整个语料库。本文提出一个共享情感编码器,多个分类器和对抗语料库判别器,采用多任务学习和对抗学习训练。


简介

  • SER中使用很多神经网络模型
  • 虽然标签一样,但是跨语料库的情感表达是不一样的,不同语料库之间的情感定义也是不同的,我们需要消除他们之间的差异而不受单个语料库自身因素(语言、录音环境等)的限制
  • 之前的相关研究有的丢弃非共同标签的数据,或者合并为公共标签;或者用对抗学习合并域,这些方法改变了情感表达的边界或者抛弃了一些类别,导致大量的信息损失;直接使用多分类器,每个分类器对应一个语料库,但是没有消除语料库本身因素的影响

方法

模型结构

模型结构
语料库之间共享一个编码器,输入的语音特征被映射到嵌入空间,无论数据来自哪个数据库。每个语料库都对应一个分类器,这是为了保证不丢弃或者合并语料库中的情绪。除此之外还有一个对语料库标签的判别器。
只用多分类器,就无法消除语料库自身因素的影响,不同语料库的数据在特征空间的距离较远;只用对抗学习,只有但分类器的话,分类结果只有积极和消极两个,情感的内部信息就会丢失,所以将两者进行结合。

对抗学习

总损失函数的定义:
L = L e m o + L c o r \mathcal{L}=\mathcal{L}_{emo}+\mathcal{L}_{cor} L=Lemo+Lcor
多任务学习损失函数:
L e m o = ∑ i = 1 N L e m o ( i ) \mathcal{L}_{emo}=\sum_{i=1}^{N}\mathcal{L}_{emo}^{(i)} Lemo=i=1NLemo(i)
对抗学习损失函数:
L a d v = − L c o r \mathcal{L}_{adv}=-\mathcal{L}_{cor} Ladv=Lcor
两个部分学习率不同,首先更新分类器和编码器使得多任务损失最小;然后更新对抗学习部分,这时编码器参数固定;最后固定对抗学习部分,通过对抗loss更新编码器使其减少语料库间的相关因素,也就是让模型分不清这些特征来自于哪个语料库。


实验

特征和模型细节

将所有语段分割为长3s,位移1s的片段,必要时用0填补,标签是该片段所在语段的标签。采用log梅尔声谱作为输入特征,并且采用-score归一化。
编码器采用的是ACRNN(Attention-Based Convelutional Reccurent Neural Network),因为在SER中其效果较佳。对抗网络部分和分类器均采用三层128cells的全连接,后接一个softmax层。ACRNN模型具体结构:
ACRNN

语料库

EmoDB和CREMA-D,EMO-DB为德语,包含535条语音,7类情感;CREMA-D有6类情感。

实验设置

我们有单语料库模型、多情感分类模型和带语料库判别器的多情感分类模型。单语料库模型只有一个情感分类器而且在一个语料库训练;多情感分类模型有两个分类器;最后一个模型加上了判别器。实验采用LOSO十折交叉验证,用WA和UA作为指标。这里交叉验证方法解释的很清楚。

结果

从UA和WA的结果可以看出,提出模型的效果优于其它两个模型;还可以看出,多分类器结果优于单分类器;数据少的EMO-DB提升比CREMA-D还大,说明多分类器在语料很少情况下也表现得很好。
在这里插入图片描述

通过绘制混淆图,我们把一个样本被分类为语料库的后验概率小于0.8称为语料库模糊样本,否则为语料库明晰样本。对EMODB来说,disgust是混淆的,容易被CREMA-D分类器分类为anger。相反,对CREMA-D来说最容易混淆,易被EMODB分类器分类为anger或者disgust。可能两个语料库的anger和disgust很相似,说明两语料库有重叠部分。
在这里插入图片描述
用UMAP可视化特征映射空间,说明对抗学习使得两个数据库在特征空间距离更近了。说明与特征相关的实验,采用这种可视化比较直观
在这里插入图片描述


问题

  1. 是否能用聚类?有没有类似的文章?
  2. 就用两个语料库是不是太少了?真正要实用是不是还需要更多语料库的支持?有考虑过算力的问题吗?
  3. 没有说怎么得到混淆图的
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