Recognition of practical speech emotion using improved shuffled frog leaping algorithm

Due to the drawbacks in Support Vector Machine（SVM）parameter optimization,an Improved Shuffled Frog Leaping Algorithm（Im-SFLA）was proposed,and the learning ability in practical speech emotion recognition was improved.Firstly,we introduced Simulated Annealing（SA）,Immune Vaccination（Iv）,Gaussian mutation and chaotic disturbance into the basic SFLA,which bManced the search efficiency and population diversity effectively.Secondly,Im-SFLA Was applied to the optimization of SVM parameters,and an Im-SFLA-SVM method Was proposed.Thirdly,the acoustic features of practical speech emotion,such aS ridgetiness,were analyzed.The pitch frequency,short-term energy,formant frequency and chaotic characteristics were analyzed corresponding to different emotion categories,and we constructed a 144-dimensional emotion feature vector for recognition and reduced to 4-dimension by adopting Linear Discriminant Analysis（LDA） Finally,the Im-SFLA-SVM method Was tested on the practical speech emotion database,and the recognition results were compared with Shuffled Frog Leaping Algorithm optimization-SVM（SFLA-SVM）method,Particle Swarm Optimization algorithm optimization-SVM（PSo-SVM） method,basic SVM,Gaussian Mixture Model（GMM）method and Back Propagation（BP）neural network method.The experimentM resuits showed that the average recognition rate of Im-SFLA-SVM method was 77.8%,which had improved 1.7%,2.7%,3.4%,4.7%and 7.8%respectively,compared with the other methods.The recognition of fidgetiness was significantly improve,thus verifying that Im-SFLA was an effective SVM parameter selection method,and the Im-SFLA-SVM method may significantly improve the practical speech emotion recognition.     

一种基于并行混沌和SFLA的风电电网无功优化模型设计

针对已有方法在解决电网无功优化时,由于系统的无功不足和电网电压的不稳定,容易过早收敛到局部最优解的缺点,设计了一种基于并行混沌和混合蛙跳算法 (Shuffle Frog Leaping Algorithm, SFLA)的电网无功优化模型。首先,建立了最小化有功网损、最大化静态电压稳定裕度和最大化无功补偿单位投资收益的多目标数学优化模型,然后,对经典的SFLA进行改进,通过引入精英协同进化机制和划分种群的方式实现并行寻优,从而增加个体的多样性和加快最优解的求取速度,在不同种群中设计不同的适应度函数和个体更新进化方法。为了使得算法的初始解分布更为均匀,引入用混沌机制来对种群进行初始化,最后,对基于并行混沌和SFLA的总体算法进行了设计和分析。在Matlab环境下进行实验,实验结果表明文中方法得到的优化结果具有电网有功损耗小、单位投资收益高和静态电压稳定裕度大的优点,具有较强的可行性和适应性。     

层叠式“产生/判别”混合模型的语音情感识别

提出了层叠式“产生/判别”混合模型的语音情感识别方法。首先,提取63维语句级特征,运用Fisher从中选择12个最佳的语句级特征,建立小波神经网络(WNN)的层叠式产生式模型进行语音情感识别;然后提取69维帧级特征,采用SFS选择出待使用的8维特征,将高斯混合模型(GMM)进行多维概率输出,建立层叠式“产生/判别”混合模型进行语音情感识别。实验结果显示:(1)层叠式“产生/判别”混合模型较单独WNN、GMM、HMM (隐马尔可夫模型)、SVM (支持向量机)的识别率要高;(2)层叠式“产生/判决式”混合模型识别率较基于WNN的层叠产生式模型高;(3) M=13,D维GMM-MAP/SVM (MAP,最大后验概率)串联融合模型为最优的层叠式“产生/判别”混合模型,能获得最高85.1%的识别率。      

基于改进混合蛙跳算法的认知无线电协作频谱感知

提出了一种改进的混合蛙跳算法（shuffled frog leaping algorithm,SFLA）,并提出了基于改进SFLA的认知无线电协作频谱感知方法,通过仿真对改进SFLA算法性能与传统SFLA算法性能进行了比较,并对本文提出的基于改进SFLA的协作感知方法与已有的基于修正偏差因子（modified deflection coefficient,MDC）的协作感知方法性能进行了比较.结果表明改进SFLA算法性能优于传统SFLA;基于改进SFLA的协作感知方法比MDC方法能获得更大的检测概率,验证 关键词： 认知无线电 频谱感知 混合蛙跳算法     

仿选择性注意机制的语音情感识别算法

有效特征的选取一直都是语音情感识别算法的关键。为此,针对语音情感特征选择与构建的问题,一种仿选择性注意机制的语音情感识别算法被提出。考虑到语音信号的时频特性,算法首先计算语音信号的语谱图;其次,模仿选择性注意机制,计算语谱图的颜色、方向和亮度特征图,归一化后形成特征矩阵;然后,将特征矩阵重排列并进行PCA降维,形成情感识别特征向量;最后,利用改进的支持向量机分类方法进行语音情感识别。对愤怒、恐惧、高兴、悲伤和惊奇5种情感的识别实验显示,基于选择性注意的方法能够获得较好的识别效果,平均识别率为85.44%。相比于韵律特征和音质特征,语音情感识别率至少提高10%;相比于其它语谱特征,识别率提高7%左右。      

基于SFLA优化BP神经网络的语音信号分类

BP神经网络是一种多层前馈网络,数据经过网络的输入层、隐含层逐层处理后,由输出层进行输出,通过和期望输出的对比进行反向传播,调整网络参数使输出不断逼近期望输出;在使用BP神经网络对语音特征信号进行分类的过程中,会出现BP神经网络易陷入局部最优解、学习收敛速度慢的问题;针对此问题提出一种基于SFLA优化BP神经网络权值和阀值的方法,引入SFLA算法优化网络权值和阀值,利用SFLA优化后的BP网络模型进行语音特征信号分类;仿真结果表明,经SFLA优化后的BP神经网络与未优化的神经网络相比,不仅训练速度快, 而且误差小,语音特征信号分类的正确率平均提高1.31%。     

结合数据场情感空间和混合蛙跳算法的连续语音情感变化趋势检测

针对现有的情感计算算法中存在着情感跟踪延迟的问题,且没有考虑到情感状态的连续性的情况,提出了一种结合数据场情感空间和混合蛙跳算法的连续语音情感变化趋势检测技术。首先构建数据场情感空间,利用情感特征量模拟数据场粒子,用势能函数描述粒子之间的相互作用。然后运用混合蛙跳算法技术,用青蛙个体来模拟情感状态变化过程中的情感特征量,得到情感变化的趋势。通过对变化趋势的分析,可以达到情感预测的目的。经实验证明,该算法性能比现有算法有较大改进。      

全局特征及弱尺度融合策略的小样本语音情感识别

语音是一种短时平稳时频信号,因此大多数的研究者都通过分帧来提取情感特征。然而,分帧后提取的特征为局部特征,无法准确反应情感语音动态特性,故单纯采用局部特征往往无法构建鲁棒的情感识别系统。针对这个问题,先在不分帧的语音信号里通过多尺度最优小波包分解提取语句级全局特征,分帧后再提取384维的语句级局部特征,并利用Fisher准则进行降维,最后提出一种弱尺度融合策略来将这两种语句级特征进行融合,再利用SVM进行情感分类。基于柏林情感库的实验结果表明本文方法较单纯使用语句级局部特征最后识别率提高了4.2%到13.8%,特别在小样本的情况下,语音情感识别率波动较小。      

一种机器人智能语音识别算法研究

针对智能机器人在非特定人语音识别中识别率偏低的问题,提出了一种双门限的端点检测算法,精确地检测出了语音端点,对分形维数和Mel频率倒谱系数(MFCC)进行结合,同时基于隐马尔可夫(HMM)模型,提出了智能机器人命令识别系统;在实验室环境下,利用Cool Edit软件录制了5男5女的语音,采样率为8 kHz,精度为16位,内容为5个命令词,每个词均被采集6次,将每人的前3次发音作为模板语音,后3次发音作为测试语音,实验结果表明,系统识别率可以达到85%以上,MFCC与分形维数混合的语音特征参数的算法提高了系统识别率,优化了系统性能;该方法用于非特定人语音智能识别是可行的、有效的。     

新生儿疼痛面部表情识别方法的研究

针对新生儿的疼痛与非疼痛面部表情识别,提出将Gabor变换和支持向量机(SVM)相结合的分类识别方法.对归一化后的大小为112 pixel×92 pixel的新生儿面部图像进行二维Gabor小波变换,提取出412160维Gabor特征;针对Gabor特征向量维数高、冗余大的特点,采用Adaboost算法作为特征选择工具,去除冗余的Gabor特征,从412160维特征中选取出900维Gabor特征;对选取出的Gabor特征用SVM进行疼痛表情的分类识别.该方法综合运用Gabor特征对于面部表情的良好表征能力、AdaBoost算法的特征选择能力以及SVM在处理少样本、高维数问题中的优势.对510幅新生儿的表情图像进行测试的结果表明,疼痛与非疼痛表情的分类识别率达到85.29%,疼痛与安静表情的分类识别率达到94.24%,疼痛与哭表情的分类识别率达到78.24%.     

基于变分模态分解的语音情感识别方法*

针对传统语音情感特征参数在进行情感分类时性能不佳的问题,该文提出了一种基于变分模态分解的语音情感识别方法。情感语音信号首先由变分模态分解提取固有模态函数,然后对所选主导固有模态函数进行重新聚合,再提取梅尔倒谱系数和各固有模态函数的希尔伯特边际谱。为了验证该文提出的特征性能,选用两种语音数据库(EMODB、RAVDESS)进行实验,按该文方法提取特征后使用极限学习机进行语音情感分类识别。实验结果表明:相比基于经验模态分解和集合经验模态分解的语音情感特征,该文提出的特征有更好的识别性能,验证了该方法的实用性。     

ISG-FHEV等效燃油消耗最小控制策略

针对室内复杂环境下火灾识别准确率会降低的问题,提出了一种改进的粒子群算法优化支持向量机参数进行火灾火焰识别的方法。首先在 颜色空间进行火焰图像分割,对获得的火焰图像进行预处理并提取相关特征量;其次采用PSO算法搜索SVM的最优核参数和惩罚因子,并在PSO算法中加入变异操作和非线性动态调整惯性权值的方法,加快了搜索SVM最优参数的精度和速度;然后将提取的火焰各个特征量作为训练样本输入SVM模型进行训练,并建立参数优化后的SVM分类器模型;最后将待测试样本输入SVM模型进行分类识别。算法的火灾识别准确率达到94.09%,分类效果明显优于其他分类算法。仿真结果表明,改进的PSO优化SVM算法提高了火焰识别的准确率和实时性,算法的自适应性更强,误判率更低。     

EEG-Based Emotion Recognition by Exploiting Fused Network Entropy Measures of Complex Networks across Subjects

It is well known that there may be significant individual differences in physiological signal patterns for emotional responses. Emotion recognition based on electroencephalogram (EEG) signals is still a challenging task in the context of developing an individual-independent recognition method. In our paper, from the perspective of spatial topology and temporal information of brain emotional patterns in an EEG, we exploit complex networks to characterize EEG signals to effectively extract EEG information for emotion recognition. First, we exploit visibility graphs to construct complex networks from EEG signals. Then, two kinds of network entropy measures (nodal degree entropy and clustering coefficient entropy) are calculated. By applying the AUC method, the effective features are input into the SVM classifier to perform emotion recognition across subjects. The experiment results showed that, for the EEG signals of 62 channels, the features of 18 channels selected by AUC were significant (p < 0.005). For the classification of positive and negative emotions, the average recognition rate was 87.26%; for the classification of positive, negative, and neutral emotions, the average recognition rate was 68.44%. Our method improves mean accuracy by an average of 2.28% compared with other existing methods. Our results fully demonstrate that a more accurate recognition of emotional EEG signals can be achieved relative to the available relevant studies, indicating that our method can provide more generalizability in practical use.     

半透射高光谱成像技术与支持向量机的马铃薯空心病无损检测研究

针对马铃薯空心病的难以检测问题,提出了一种基于半透射高光谱成像技术结合支持向量机(support vector machine,SVM)的马铃薯空心病无损检测方法。选取224个马铃薯样本(合格149个,空心75个)作为研究对象,搭建了马铃薯半透射高光谱图像采集系统,采集了马铃薯样本半透射高光谱图像(390~1 040 nm),对感兴趣区域内的光谱进行平均和光谱特征分析。采用变量标准化(normalize)对原始光谱进行光谱预处理,建立了全波段的SVM判别模型,模型对测试集样本的识别准确率仅为87.5%。为了提高模型性能,采用竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighed sampling algorithm, CARS)结合连续投影算法(successive projection algorithm, SPA)对光谱全波段520个变量进行变量选择,最终确定了8个光谱特征变量(454,601,639,664,748,827,874和936 nm),所选8个光谱变量建立的SVM模型对马铃薯测试集的识别率为94.64%。分别采用人工鱼群算法(artificial fish swarm algorithm,AFSA)、遗传算法(genetic algorithm,GA)和网格搜索法(grid search algorithm)对SVM模型的惩罚参数c和核参数g进行优化。经过建模比较分析,确定AFSA为最优优化算法,最优模型参数为c=10.659 1,g=0.349 7,确定AFSA-SVM模型为马铃薯空心病的最优识别模型,该模型总体识别率达到100%。试验结果表明：基于半透射高光谱成像技术结合CARS-SPA与AFSA-SVM方法能够对马铃薯空心病进行准确的检测,也为马铃薯空心病的快速无损检测提供技术支持。     

面向语音情感识别的改进可辨别完全局部二值模式

为了研究语音情感与语谱图特征间的关系,本文研究并提出一种面向语音情感识别的改进可辨别完全局部二值模式特征。首先,基于语谱图灰度图像,计算图像的完全局部二值符号模式(CLBP_S)、幅度模式(CLBP_M)的统计直方图。然后,将CLBP_S,CLBP_M统计直方图输入可区别特征学习模型中,训练得到全局显著性模式集合。最后,采用全局显著性模式集合对CLBP_S,CLBP_M直方图进行处理,将处理后的特征级联,得到面向语音情感识别的改进可辨别完全局部二值模式特征(IDisCLBP_SER)。基于柏林库、中文情感语音库的语音情感识别实验显示,IDisCLBP_SER特征召回率比纹理图像信息(TII)等特征提高了8%以上,比声学频谱特征平均提高了4%以上。而且,本文提出的特征可以和现有声学特征进行较好融合,融合后的特征召回率比现有声学特征召回率提高1%~4%。      

支持向量机复合核函数的高光谱显微成像木材树种分类

采用体视显微高光谱成像方法,构建木材树种分类识别模型。利用SOC710VP体视显微高光谱图像采集系统获取可见光/近红外（372.53～1 038.57 nm）波段内的木材高光谱图像。首先,采用ENVI软件提取木材样本感兴趣区域（ROI）的平均光谱,分别采用连续投影算法（SPA）和竞争性自适应重加权算法(CARS)对光谱数据进行降维。再利用支持向量机（SVM）分别建立木材样本采集波段和特征波长下的分类模型。然后,在空间维采用第一主成分图像,计算基于灰度共生矩阵（GLCM）的木材纹理特征。在0°,45°,90°和135°四个方向计算能量、熵、惯性矩、相关性等16个特征参数后输入SVM进行木材树种分类处理。最后,采用四个复合核函数SVM进行光谱维和空间维的特征融合及分类识别。20个树种的分类实验结果表明,CARS的特征波长选择效果和运行速度较好一些,采用普通SVM进行木材光谱维特征分类处理时,测试集分类准确率达到了92.166 7%。采用基于GLCM的木材空间维纹理特征时,采用普通SVM的测试集分类准确率是60.333 0%,具有较低的分类精度。在将光谱维和空间维纹理特征进行数据融合及分类处理时,采用复合核函数SVM分类具有更好的效果。采用第二个复合核函数的SVM分类精度最高,测试集分类正确率是94.166 7%,运行时间为0.254 7 s。另外,采用第一个和第三个复合核函数的SVM的测试集分类准确率分别是93.333 3%和92.610 0%,运行时间分别为0.180 0和0.260 2 s。可以看出,采用这3种复合核函数的SVM进行木材树种分类,分类精度都高于采用普通SVM的光谱维或者空间维的分类识别精度。因此,利用体视显微高光谱成像和复合核函数SVM可以提高木材树种分类精度,为木材树种快速分类提供了参考。