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噪音情境下生態(tài)環(huán)境聲音的分類

文檔作者：余清清，李應(yīng)，李勇文檔來(lái)源：福州大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2023年03月20日
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小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
Journal of Chinese Computer Systems
2011年8月第8期
VoL32 No．8 2011
噪音情境下生態(tài)環(huán)境聲音的分類
余清清，李應(yīng)，李勇
(福州大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，福州350108)
E-mail：yqing．．77@126．com
摘要：提出一種對(duì)含有噪音的生態(tài)環(huán)境聲音進(jìn)行分類的方法．首先，匹配追蹤(Matching Pursuit，簡(jiǎn)稱MP)算法可以提取有
效信號(hào)的時(shí)-頻特征，減弱噪音的干擾．支持向量機(jī)(supportVectorMachine，簡(jiǎn)稱SVM)分類器的魯棒性比較好，所以提出使用
SVM基于MP時(shí)一頻特征建立模型(簡(jiǎn)稱MP-SVM)對(duì)含有噪音的生態(tài)環(huán)境聲音進(jìn)行分類．實(shí)驗(yàn)得出MP-SVM可取得較好的分
類效果，證明了MP時(shí)-頻特征和SVM分類器具有較好的抗噪性．
關(guān)鍵詞：生態(tài)環(huán)境聲音；匹配追蹤；時(shí)-頻特征；Mel頻率倒譜系數(shù)；支持向量機(jī)
中圖分類號(hào)：11P391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000—1220(2011)08·1689-05
Eco．environmental Sounds Classificafion Under Noise ConditiOIlS
YU Qmg—qmg。LI Ying。LI Yong
(College ofMathematics and Computer Science。Fuzhou University。Fuzhou 350108．China)
Abstract：A classification approach for eco·environmental sounds under noise conditions is presented in this paper．Matching pursuit
(MP)algorithm is proposed tO extract lime-frequency features of effective signals，SO that it can reduce the interference of noise．In
addition，the classification model using support vector machine(SVM)is more robust-SO a classification model using MP-based leatures
and SVM(Ⅷ-S、，M)is proposed．Experimentally，m—SVM is able to achieve a higher accuracy rate for diseriminaling eco-environmental
sounds under noise conditions．r11le result shows that MP-based features and SVM classifier have better noise immunity．
Key words：ecO—env插onmental sounds；matching pursuit；time-frequency features；Mel—frequency eepstral coefficients；support vector
machine
1 引言
目前音頻分類和識(shí)別的研究大部分集中在語(yǔ)音識(shí)別和音
樂(lè)的分類上，對(duì)環(huán)境音頻的識(shí)別和分類的研究比較少，其中對(duì)
生態(tài)環(huán)境的音頻數(shù)據(jù)的分類和識(shí)別的研究仍是一個(gè)空白．但
是，研究生態(tài)環(huán)境音頻數(shù)據(jù)的分類技術(shù)，對(duì)于分析和研究生態(tài)
環(huán)境、預(yù)測(cè)生態(tài)環(huán)境的變化、了解各種生物生存及活動(dòng)規(guī)律都
具有重要的意義．
在實(shí)際的生態(tài)環(huán)境聲音分類中，會(huì)遇到各種各樣不可預(yù)
測(cè)的噪音，因此研究含有噪音的生態(tài)環(huán)境聲音的分類方法具
有更實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值．所以本文研究在有噪音的情境下對(duì)不
同地點(diǎn)、季節(jié)、時(shí)辰下的生態(tài)環(huán)境聲音(例如夏天中午的熱帶
雨林、夏天傍晚的沼澤地)的分類．這種生態(tài)環(huán)境聲音信號(hào)是
復(fù)雜的信號(hào)，由多種聲音和噪音組成，在對(duì)這些聲音進(jìn)行分類
時(shí)，如何降低噪音對(duì)分類的干擾是個(gè)難點(diǎn)．關(guān)鍵是如何提取具
有較好的抗噪能力的特征．頻域特征常用的是Mel頻率倒譜
系數(shù)(Mel·Frequency Cepstral Coefficients，簡(jiǎn)稱MFCCs)，而
時(shí)一頻域表示方法常用的是短時(shí)傅立葉變換和小波變換．MF—
CC對(duì)一些結(jié)構(gòu)化信號(hào)的分類顯示出很好的效果，但在分析
具有平譜(flat spectrum)的噪音時(shí)效果不好，當(dāng)噪音出現(xiàn)時(shí)，
MFCC的分類效果就明顯下降．所以，在有噪聲的情境下，分
類模型只使用頻域特征(例如MFCCs)可能無(wú)法進(jìn)行分類，但
是使用時(shí)領(lǐng)域特征可以分類．匹配追蹤(Matching Pursuit，簡(jiǎn)
稱MP)算法?正是提供了一種提取時(shí)-頻特征的方法．提取
時(shí)·頻特征時(shí)，將信號(hào)分解成一些波形，這些波形最佳匹配這
個(gè)信號(hào)，它們叫做時(shí)一頻原子．MP是在冗余的Gabor原子字典
上選擇最適合信號(hào)結(jié)構(gòu)的分解，得到一個(gè)靈活、直觀且有判斷
力的特征集．因此，我們提出使用MP算法來(lái)獲取有效的時(shí)-
頻特征．
選擇合適的分類器也是決定分類效果的關(guān)鍵．目前常用
的音頻分類算法有支持向量機(jī)(Support Vector Machine，簡(jiǎn)
稱SVM)[2J、K-Nearest Neighbor(簡(jiǎn)稱Ⅺ哪)13]、Ensemble of
Nested Dichotomies(簡(jiǎn)稱F心rD)”蘆1、高斯混合模型(Gaussian
Mixture Model，簡(jiǎn)稱GMM)扣’73等等．由于應(yīng)用SVM方法建
立的模型具有較好的推廣能力、較好的”魯棒”性．所以，我們
提出使用SVM基于MP時(shí)一頻特征建立模型對(duì)含有噪聲的生
態(tài)環(huán)境聲音進(jìn)行分類．我們對(duì)10類生態(tài)環(huán)境聲音進(jìn)行分類實(shí)
驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)表明，在有噪音的情境下，MP時(shí)-頻特征可取得較好
的效果，SVM分類器比其他的分類器抗噪性更好．
收稿日期：2010-05．10基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61075022)資助；福建省教育廳A類科技項(xiàng)目(JA09021)資助． 作者簡(jiǎn)介：余
清清．女，1986年生，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橐纛l數(shù)據(jù)檢索；李應(yīng)。男，1964年生，博士，副教授，主要研究方向?yàn)橐纛l數(shù)據(jù)檢索、信息安
全；李勇．男，1986年生，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橐纛l數(shù)據(jù)檢索．

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