JP6289400B2 - 周期定常背景雑音を受ける信号内にイベントを検出する方法およびシステム - Google Patents
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Description
サイクル長に対してロバストな時間周波数解析
図2に示すように、タイミング信号102を用いて、入力音響信号101に関する各サイクルにおける一組のウィンドウの配置が決定される。図2において、τはオフセットであり、aはオフセット比であり、bはシフト比であり、Nはサイクル当たりのウィンドウの数であり、Lはウィンドウ長であり、
フィルタリング技法を用いて、周期定常成分が信号から除去される。これを行うために、背景雑音が次のように計算される(305)。一般的なアイデアは、全てのサイクルにわたる或る平均値
特徴は、モデルパラメータを学習するために分類器に供給することができる。しかしながら、正確なラベルを入手することができない場合があるか、又は入手することができる場合にも、それは少数のサンプル用でしかない場合があることから、本発明者らの作業は複雑である。この問題を克服するために、複数のサンプルが対応するラベルを有する「バッグ」に組み合わされる機械学習からの複数インスタンスフレームワークを検討することができる。正のバッグは、1つ又は複数の正のインスタンスを有するバッグであり、負のバッグは、全てのインスタンスが負であるバッグである。
ロジスティック回帰(LR)モデル
トレーニングサンプルのセットを{(x1,y1),...,(xm,ym)}とする。ここで、xiは特徴ベクトルであり、yiは対応するラベルである。本発明者らの状況では、xiは、例えば、全てのフレーム
複数インスタンス学習フレームワークでは、ラベル情報は、各単一のインスタンス又はサンプルでなく、複数のインスタンスの「バッグ」のレベルにおいてのみ利用可能である。サンプルのバッグに負のラベルが与えられたとき、これは、そのバッグ内の全てのインスタンスが負であることを意味する。一方、バッグに正のラベルが与えられた場合、これは、そのバッグ内の少なくとも1つ(それよりも多い場合がある)のサンプルが正であることを意味する。
{(B1,y1),(B2,y2),...,(Bm,ym)}がバッグのセット及びそれらの対応するラベルを表すものとする。ここで、
次に、インスタンスレベル及びバッグレベルにおいて良好に動作するモデルを説明する。そのようなモデルは、バッグレベルラベルしか必要としない一方、それでも、インスタンスレベル分類を実行することができるので、実用上は最も有用である。
インスタンスレベルモデルは、バッグレベルモデルと組み合わせることができる。このアイデアは、バッグが多数の正のインスタンスを含むとき、そのバッグはバッグレベルの特徴によってより良好に集約される一方、インスタンスレベルの特徴は、正のインスタンスの数が少ないときに好ましいということである。2つの手法を組み合わせた重み付きモデルが学習され、重みパラメータは、そのデータセットに適応的に調節される。
ロジスティック回帰モデルと異なり、上記で説明したMILフレームワークは、非凸の定式化をもたらす。正のバッグの勾配は、以下の式として取得することができる。
Claims (19)
- 周期定常背景雑音を受ける信号内にイベントを検出する方法であって、前記信号は音響信号であり、該方法は、
前記信号をサイクルにセグメント化するステップと、
各サイクルで領域のシーケンスを決定するステップであって、前記シーケンスの領域の数は、前記サイクルにおいて固定された数であり、前記シーケンスの各領域の前記サイクル内の配置は、前記サイクルの長さの関数である、ステップと、
前記サイクルの各サイクルの領域の前記シーケンスの各領域から固定次元を有する領域特徴を取り出すステップと、
前記サイクルの領域の前記シーケンスの前記領域の前記領域特徴を集めることによって、各サイクルのサイクル特徴を取り出すステップと、
前記周期定常背景雑音の推定値を得るために、前記サイクルにわたって、前記サイクル特徴の平均値を計算するステップと、
前記周期定常背景雑音の前記推定値を用いて各サイクルで前記サイクル特徴を正規化するステップと、
前記正規化の後に、前記サイクル特徴に分類器を適用して、前記イベントを検出するステップと、
検出された前記イベントを用いて、機械の制御ユニットを調節するステップと、を含み、前記ステップは、プロセッサにおいて実行される、方法。 - 空気マイクロホンを用いて、動作しているエンジン又は機械から前記信号を取得すること、
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記セグメント化することは、タイミング信号に従っており、前記タイミング信号は、前記サイクルの開始時点及び終了時点を抽出するために用いられ、前記タイミング信号は、エンジンノックを検出するのをアシストする、請求項2に記載の方法。
- 前記タイミング信号はスパーク信号である、請求項3に記載の方法。
- 前記イベントはエンジンノックである、請求項2に記載の方法。
- モデルベースの周期定常雑音抑圧方法を用いて前記特徴を強調すること、
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記モデルベースの周期定常雑音抑圧方法は、非負値行列因子分解に基づいている、請求項6に記載の方法。
- 前記モデルベースの周期定常雑音抑圧方法は、人工ニューラルネットワークに基づいている、請求項6に記載の方法。
- 前記モデルベースの周期定常雑音抑圧方法は、ガウス混合モデルに基づいている、請求項6に記載の方法。
- 前記信号は、周期定常成分及びイベント成分の和としてモデル化される、請求項1に記載の方法。
- 前記セグメント化することは、
各サイクルの開始時点及び終了時点を推定すること、
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記領域は、ハンウィンドウの平方根を用いて解析される、請求項1に記載の方法。
- 前記特徴は、スペクトログラムから取り出される、請求項1に記載の方法。
- 前記分類器は、ロジスティック回帰を用いる、請求項1に記載の方法。
- 前記分類器は、複数インスタンスロジスティック回帰を用いる、請求項1に記載の方法。
- 前記正規化の後、前記特徴は、複数のサイクルについてプールされる、請求項1に記載の方法。
- 各サイクルの開始時点及び終了時点を推定すること、
を更に含み、前記推定することは、タイミング信号から取得される開始時点及び終了時点を前記サイクルの開始時点及び終了時点と同期させるオフセットを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記オフセットは、前記タイミング信号及び前記音響信号を取得するのに必要とされる時間差を考慮に入れたものである、請求項17に記載の方法。
- 周期定常背景雑音を受ける信号内にイベントを検出するシステムであって、前記信号は音響信号であり、該システムは、
データ記憶メモリユニットに接続されるプロセッサを備え、
前記プロセッサは、
前記信号をサイクルにセグメント化するステップと、
各サイクルで領域のシーケンスを決定するステップであって、前記シーケンスの領域の数は、前記サイクルにおいて固定された数であり、前記シーケンスの各領域の前記サイクル内の配置は、前記サイクルの長さの関数である、ステップと、
前記サイクルの各サイクルの領域の前記シーケンスの各領域から固定次元を有する領域特徴を取り出すステップと、
前記サイクルの領域の前記シーケンスの前記領域の前記領域特徴を集めることによって、各サイクルのサイクル特徴を取り出すステップと、
前記周期定常背景雑音の推定値を得るために、前記サイクルにわたって、前記サイクル特徴の平均値を計算するステップと、
前記周期定常背景雑音の前記推定値を用いて各サイクルで前記サイクル特徴を正規化するステップと、
前記正規化の後に、前記サイクル特徴に分類器を適用して、前記イベントを検出するステップと、
検出された前記イベントを用いて、機械の制御ユニットを調節するステップと、
を実行するように構成されている、システム。
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