基于ARCNN-GAP网络的语音情感识别

语音情感识别是计算机理解人类情感最直接的方式,是实现人机交互智能化的重要渠道,但识别模型的性能需要进一步提升。为实现这一目标,提出一种基于循环卷积神经网络的语音情感识别模型ARCNN-GAP。其中,循环卷积层具有弹性路径,在确保网络深度的同时能保证优化时的梯度回传,提取更加有效的情感特征;全局平均池化运算可以在减少计算复杂度的同时降低过拟合风险;而注意力机制能够使模型更多关注情感相关特征。使用韵律特征和谱特征的融合特征在CASIA和EMO-DB数据库上进行研究,分别取得了83.29%和75.28%的识别率。实验结果表明：ARCNN-GAP具有更好的识别性能和泛化性。     

基于深度域适应CNN决策树的跨语料库情感识别

在跨语料库语音情感识别中,由于目标域和源域样本不匹配,导致情感识别性能很差。为了提高跨语料库语音情感识别性能,本文提出一种基于深度域适应和卷积神经网络（Convolutional neural network, CNN）决策树模型的跨语料库语音情感识别方法。首先构建基于联合约束深度域适应的局部特征迁移学习网络,通过最小化目标域和源域在特征空间和希尔伯特空间的联合差异,挖掘两个语料库之间的相关性,学习从目标域到源域的可迁移不变特征。然后,为了降低跨语料库背景下多种情感间的易混淆情感的分类误差,依据情感混淆度构建CNN决策树多级分类模型,对多种情感先粗分类再细分类。使用CASIA,EMO-DB和RAVDESS三个语料库进行验证。实验结果表明,本文的跨语料库语音情感识别方法比CNN基线方法平均识别率高19.32%~31.08%,系统性能得到很大提升。     

混合多尺度卷积结合双层LSTM语音情感识别

针对深度学习算法在语音情感特征提取方面的不足以及识别准确率不高的问题,本文通过提取语音数据中有效的情感特征,并将特征进行多尺度拼接融合,构造语音情感特征,提高深度学习模型对特征的表现能力。传统递归神经网络无法解决语音情感识别长时依赖问题,本文采用双层LSTM模型来改进语音情感识别效果,提出一种混合多尺度卷积与双层LSTM模型相结合的模型。实验结果表明,在中科院自动化所汉语情感数据库（CASIA）和德国柏林情感公开数据集（Emo-DB）下,本文所提语音情感识别模型相较于其他情感识别模型在准确率方面有较大提高。     

基于ASGRU-CNN时空双通道的语音情感识别

语音情感识别是实现人机交互的关键,如何提升语音情感识别的准确率以及更有效地提取具有情感代表性的特征是语音情感识别所面临的问题之一。针对以上问题,构建了一种包含空间特征提取模块和时序特征提取模块的双通道时空语音情感识别模型ASGRU-CNN。模型总体框架由两条并行分支组成：第一分支为空间特征提取模块,由三维卷积、二维卷积及池化操作共同构成级联结构;第二分支为时序特征提取模块,由切片循环神经网络内嵌门控循环单元及注意力机制构成。模型以韵律特征及谱特征的融合特征作为输入特征,经过双分支处理后,进入全连接层进行语音情感分类。在CASIA与EMO-DB数据库上进行相关实验,并通过数据扩充增加训练样本,与其它语音情感识别模型实验结果相比,所提出的模型具有较好的鲁棒性和泛化性。     

基于异构并行神经网络的语音情感识别

提取能表征语音情感的特征并构建具有较强鲁棒性和泛化性的声学模型是语音情感识别系统的核心。面向语音情感识别构建基于注意力机制的异构并行卷积神经网络模型AHPCL,采用长短时记忆网络提取语音情感的时间序列特征,使用卷积操作提取语音空间谱特征,通过将时间信息和空间信息相结合共同表征语音情感,提高预测结果的准确率。利用注意力机制,根据不同时间序列特征对语音情感的贡献程度分配权重,实现从大量特征信息中选择出更能表征语音情感的时间序列。在CASIA、EMODB、SAVEE等3个语音情感数据库上提取音高、过零率、梅尔频率倒谱系数等低级描述符特征,并计算这些低级描述符特征的高级统计函数共得到219维的特征作为输入进行实验验证。结果表明,AHPCL模型在3个语音情感数据库上分别取得了86.02%、84.03%、64.06%的未加权平均召回率,相比LeNet、DNN-ELM和TSFFCNN基线模型具有更强的鲁棒性和泛化性。     

基于双通道卷积门控循环网络的语音情感识别

为了构建高效的语音情感识别模型,充分利用不同情感特征所包含的信息,将语谱图特征和LLDs特征相结合,构建了一种基于自注意力机制的双通道卷积门控循环网络模型。同时,为了解决交叉熵损失函数无法增大语音情感特征类内紧凑性和类间分离性的问题,结合一致性相关系数提出新的损失函数——一致性相关损失（CCC-Loss）。将语谱图和LLDs特征分别输入CGRU模型提取深层特征并引入自注意力机制为关键时刻赋予更高的权重;使用CCC-Loss与交叉熵损失共同训练模型,CCC-Loss将不同类情感样本的一致性相关系数之和与同类情感样本的一致性相关系数之和的比值作为损失项,改善了样本特征的类内类间相关性,提高了模型的特征判别能力;将两个网络的分类结果进行决策层融合。所提出的方法在EMODB、RAVDESS以及CASIA数据库上分别取得了92.90%、88.54%以及90.58%的识别结果,相比于ACRNN、DSCNN等基线模型识别效果更好。     

基于多任务学习的轻量级语音情感识别模型

现有的语音情感识别（SER）模型存在训练参数量大、模型泛化性能差、情感识别准确率低等问题,利用有限的语音情感数据建立一个轻量级的模型以提高识别效率和准确率尤为重要。提出一种轻量级端到端多任务学习的P-CNN+Gender深度模型,该模型由语音特征组合网络、负责情感特征和性别特征提取的主体卷积网络以及情感和性别分类器组成。以语音的梅尔频率倒谱系数（MFCC）特征作为输入,特征组合网络使用多个大小不同的卷积核从MFCC特征中平行提取特征再进行组合,供后续的主体卷积网络进行情感特征和性别特征的提取。考虑到情感表达和性别的相关性,将性别分类作为辅助任务融合到情感分类中以提高模型的情感分类性能。实验结果表明,该模型在IEMOCAP、Emo-DB和CASIA语音情感数据集上的类别分类准确率分别达到73.3%、96.4%和93.9%,较P-CNN模型分别提高3.0、5.8和6.5个百分点,与3D-ACRNN、CNNBiRNN等模型相比,其训练参数量仅为其他模型的1/10～1/2,且处理速度更快、准确率更高。     

基于残差网络改进的中文语音情感识别

为解决小样本中文语音情感识别准确度低的问题，提出一种基于残差网络改进的中文语音情感识别网络结构AResnet。使用时域增强和频域增强生成更复杂的模拟样本扩充语音情感数据，将注意力机制引入至残差网络(residual networks)中，关注谱图中情感特征分布，提升情感识别率。在CASIA中文语音数据集上训练、测试，其结果显示，对比DCNN+LSTM、Trumpt-6网络结构，识别率分别提升约14.9%、3%,验证了AResnet在中文语音情感识别中的有效性。该方法也在英语语音数据集eNTERFACE’05上进行实验，识别准确率为92%,验证了AResnet有较好的泛化能力。     

基于多操作网络的图式多域语音情感识别研究

多域语音情感识别研究在语料标注方法、录制场景以及交互方式等方面存在差异性，使得构建多域语音情感识别系统变得较为复杂。设计一种基于多操作网络的多域语音情感识别模型，通过组合CASIA、EMODB、SAVEE 3个单域数据库，构建Hybrid-CE、Hybrid-ES、Hybrid-CS、Hybrid-CES 4种多域语音情感数据库及层级多操作网络（HMN）。HMN网络由2个异构并行分支组成，左分支由2个同构并行的一维卷积层构成，卷积层的神经元数量均为128，右分支由并行的Bi-GRU层和Bi-LSTM层构成，GRU和LSTM的记忆单元数量均为64。将原始数据投影到不同的变换空间进行计算，从而更准确地表征语音的情感信息。通过分层的Concate、Add和Multiply多操作运算，将左右分支提取的不同特征进行多重融合。在此基础上，计算梅尔频率倒谱系数、色谱图、谱对比度等低级描述符特征的高级统计函数，得到219维特征作为模型HMN的输入。实验结果表明，该模型在4种多域数据库上的F1-score分别达到82.22%、65.02%、70.59%、73.47%，具有较好的鲁棒性和泛化性。     

基于DBM-LSTM的多特征语音情感识别

为增强不同情感特征的融合程度和语音情感识别模型的鲁棒性,提出一种神经网络结构DBM-LSTM用于语音情感识别。利用深度受限玻尔兹曼机的特征重构原理将不同的情感特征进行融合;利用长短时记忆单元对短时特征进行长时建模,增强语音情感识别模型的鲁棒性;在柏林情感语音数据库上进行分类实验。研究结果表明,与传统识别模型相比,DBM-LSTM网络结构更适用于多特征语音情感识别任务,最优识别结果提升11%。     

基于权值不确定性的玻尔兹曼机算法

受限制的玻尔兹曼机（RBM）是一种无向图模型.基于RBM的深度学习模型包括深度置信网（DBN）和深度玻尔兹曼机（DBM）等.在神经网络和RBM的训练过程中,过拟合问题是一个比较常见的问题.针对神经网络的训练,权值随机变量（weight random variables）、Dropout方法和早期停止方法已被用于缓解过拟合问题.首先,改变RBM模型中的训练参数,使用随机变量代替传统的实值变量,构建了基于随机权值的受限的波尔兹曼机（weight uncertainty RBM,简称WRBM）,接下来,在WRBM基础上构建了相应的深度模型：Weight uncertainty Deep Belief Network（WDBN）和Weight uncertainty Deep Boltzmann Machine（WDBM）,并且通过实验验证了WDBN和WDBM的有效性.最后,为了更好地建模输入图像,引入基于条件高斯分布的RBM模型,构建了基于spike-and-slab RBM（ssRBM）的深度模型,并通过实验验证了模型的有效性.     

基于深度强化学习DDPG算法的投资组合管理

将深度强化学习技术应用于投资组合管理，采用深度强化学习中的深度确定性策略梯度DDPG（Deep Deterministic Policy Gradient）算法，通过限制单只股票的投资权重，分散风险，并采用丢弃算法（Dropout），即在训练模型时随机丢弃节点，解决过拟合问题。以中国股市为例，选取16只中证100指数成分股作为风险资产进行实验。结果表明，本文基于深度强化学习方法构建的投资组合，在实验期间的价值增幅显著高于对照组（等权重组合），2年达到65%，约为对照组的2.5倍，表明了本文方法的有效性。而且通过进一步实验，表明了当用于训练的数据离测试数据时间越近，则本文构建的投资组合表现越好。     

A novel Bayesian deep learning methodology for enhanced foetal cardiac signal mining

Cardiac defects are amongst the most common birth defects. Cardiac diagnosis is indispensably imperative in the foetal stage as it might help provide an opportunity to plan and manage the baby during Antepartum and Intrapartum stages, when the baby is born. It is from the Antepartum stage where the foetal electrocardiogram (fECG) signal can actually be detected. At present, monitoring the foetus is completely focused on the heart rate. Currently fECG analysis is used in the clinical domain to analyse heart rate and the allied variations. Analysis using the morphology of the fECG is generally not undertaken for cardiac-anomaly populations. The ultimate reason for this scenario is due to unavailability in technology to yield trustworthy fECG measurements with desired quality required by Physicians. A novel hybrid methodology called BDL (Bayesian Deep Learning) methodology is proposed. The BDL includes a Bayesian filter and a deep learning (DL) Artificial Intelligent neural network for maternal electrocardiogram (mECG) elimination and non-linear artefacts removal to yield high quality non-invasive fECG signal. The outcomes of the research by the proposed BDL system proved valuable and provided high quality fECG signal for efficient foetal diagnosis.     

图像分类的深度卷积神经网络模型综述

图像分类是计算机视觉中的一项重要任务,传统的图像分类方法具有一定的局限性。随着人工智能技术的发展,深度学习技术越来越成熟,利用深度卷积神经网络对图像进行分类成为研究热点,图像分类的深度卷积神经网络结构越来越多样,其性能远远好于传统的图像分类方法。本文立足于图像分类的深度卷积神经网络模型结构,根据模型发展和模型优化的历程,将深度卷积神经网络分为经典深度卷积神经网络模型、注意力机制深度卷积神经网络模型、轻量级深度卷积神经网络模型和神经网络架构搜索模型等4类,并对各类深度卷积神经网络模型结构的构造方法和特点进行了全面综述,对各类分类模型的性能进行了对比与分析。虽然深度卷积神经网络模型的结构设计越来越精妙,模型优化的方法越来越强大,图像分类准确率在不断刷新的同时,模型的参数量也在逐渐降低,训练和推理速度不断加快。然而深度卷积神经网络模型仍有一定的局限性,本文给出了存在的问题和未来可能的研究方向,即深度卷积神经网络模型主要以有监督学习方式进行图像分类,受到数据集质量和规模的限制,无监督式学习和半监督学习方式的深度卷积神经网络模型将是未来的重点研究方向之一;深度卷积神经网络模型的速度和资源消耗仍不尽人意,应用于移动式设备具有一定的挑战性;模型的优化方法以及衡量模型优劣的度量方法有待深入研究;人工设计深度卷积神经网络结构耗时耗力,神经架构搜索方法将是未来深度卷积神经网络模型设计的发展方向。     

Gabor特征与深度信念网络结合的人脸识别方法

提出了一种基于Gabor特征和深度信念网络(DBN)的人脸识别方法,通过提取Gabor人脸图像的不同尺度图进行卷积融合,将融合后的特征图作为DBN的输入数据,训练多层来获得更加抽象的特征表达,整个训练的过程中采用交差熵来微调DBN,模型的最顶层结合Softmax回归分类器对抽取后的特征进行分类.在AR人脸库测试的实验结果表明:将Gabor特征与DBN结合应用于人脸识别,其准确率可高达92.7％,与其他浅层学习模型相比,DBN学习了数据的高层特征的同时还降低了特征维数,提高了分类器的分类精度,最终有效改善了人脸识别率.     

Prediction Model for Coronavirus Pandemic Using Deep Learning

The recent global outbreak of COVID-19 damaged the world health systems, human health, economy, and daily life badly. None of the countries was ready to face this emerging health challenge. Health professionals were not able to predict its rise and next move, as well as the future curve and impact on lives in case of a similar pandemic situation happened. This created huge chaos globally, for longer and the world is still struggling to come up with any suitable solution. Here the better use of advanced technologies, such as artificial intelligence and deep learning, may aid healthcare practitioners in making reliable COVID-19 diagnoses. The proposed research would provide a prediction model that would use Artificial Intelligence and Deep Learning to improve the diagnostic process by reducing unreliable diagnostic interpretation of chest CT scans and allowing clinicians to accurately discriminate between patients who are sick with COVID-19 or pneumonia, and also empowering health professionals to distinguish chest CT scans of healthy people. The efforts done by the Saudi government for the management and control of COVID-19 are remarkable, however; there is a need to improve the diagnostics process for better perception. We used a data set from Saudi regions to build a prediction model that can help distinguish between COVID-19 cases and regular cases from CT scans. The proposed methodology was compared to current models and found to be more accurate (93 percent) than the existing methods.     

基于深度强化学习的雷达智能抗干扰决策FPGA加速器设计

针对高动态环境下的雷达连续智能抗干扰决策和高实时性需求问题,本文构建了一种适用于雷达智能抗干扰决策的深度Q网络（Deep Q network,DQN）模型,并在此基础上提出了一种基于现场可编程门阵列（Field programmable gate array,FPGA）的硬件决策加速架构。在该架构中,本文设计了一种雷达智能决策环境交互片上访问方式,通过片上环境量化存储和状态迭代计算简化了DQN智能体连续决策时的迭代过程,在实现智能体深度神经网络的并行计算与流水控制加速的同时,进一步提升了决策实时性。仿真和实验结果表明,在保证决策正确率的前提下,所设计的智能抗干扰决策加速器相比已有的基于CPU平台的决策系统,在单次决策中实现了约46倍的速度提升,在连续决策中实现了约84倍的速度提升。     

通道注意力嵌入的Transformer图像超分辨率重构

目的 基于深度学习的图像超分辨率重构研究取得了重大进展，如何在更好提升重构性能的同时，有效降低重构模型的复杂度，以满足低成本及实时应用的需要，是该领域研究关注的重要问题。为此，提出了一种基于通道注意力（channel attention，CA）嵌入的Transformer图像超分辨率深度重构方法（image super-resolution with channelattention-embedded Transformer，CAET）。方法 提出将通道注意力自适应地嵌入Transformer变换特征及卷积运算特征，不仅可充分利用卷积运算与Transformer变换在图像特征提取的各自优势，而且将对应特征进行自适应增强与融合，有效改进网络的学习能力及超分辨率性能。结果 基于5个开源测试数据集，与6种代表性方法进行了实验比较，结果显示本文方法在不同放大倍数情形下均有最佳表现。具体在4倍放大因子时，比较先进的SwinIR （image restoration using swin Transformer）方法，峰值信噪比指标在Urban100数据集上得到了0.09 dB的提升，在Manga109数据集提升了0.30 dB，具有主观视觉质量的明显改善。结论 提出的通道注意力嵌入的Transformer图像超分辨率方法，通过融合卷积特征与Transformer特征，并自适应嵌入通道注意力特征增强，可以在较好地平衡网络模型轻量化同时，得到图像超分辨率性能的有效提升，在多个公共实验数据集的测试结果验证了本文方法的有效性。     

基于生成对抗网络的PPG-ECG信号转换方法

心电（Electrocardiogram, ECG）信号的长期检测与评估对心血管疾病的诊断和预防至关重要。心电信号的检测通常需要在患者身上安装电极,易使受试者产生不适感,适用范围有限。相对而言,使用光电容积描记法（Photoplethysmography, PPG）检测得到的脉搏波（Pulse wave）信号不仅包含丰富的心血管生理和病理信息,而且易于测量。考虑到PPG与ECG信号间存在固有的映射关系,本文基于生成对抗网络（Generative adversarial network, GAN）提出了一种将PPG转换为ECG信号的模型。该模型生成器由Unet模型组成,并且在特征图融合方面参考了Unet++的结构,而其判别器由卷积神经网络组成。在训练过程中,采用梯度惩罚方式增加了生成模型的稳定性。基于公用数据集进行了实验,通过对比53名受试者样本的处理结果,新模型所生成ECG信号的均方根误差（Root mean square error, RMSE）、Pearson相关系数（ρ）和Fréchet距离（Fréchet distance, FD）三个指标分别提升了3.4%、5.5%和0.4%,证明新模型具有更好的PPG-ECG转换效果。     

Deep Learning for EMG-based Human-Machine Interaction: A Review

Electromyography (EMG) has already been broadly used in human-machine interaction (HMI) applications. Determining how to decode the information inside EMG signals robustly and accurately is a key problem for which we urgently need a solution. Recently, many EMG pattern recognition tasks have been addressed using deep learning methods. In this paper, we analyze recent papers and present a literature review describing the role that deep learning plays in EMG-based HMI. An overview of typical network structures and processing schemes will be provided. Recent progress in typical tasks such as movement classification, joint angle prediction, and force/torque estimation will be introduced. New issues, including multimodal sensing, inter-subject/inter-session, and robustness toward disturbances will be discussed. We attempt to provide a comprehensive analysis of current research by discussing the advantages, challenges, and opportunities brought by deep learning. We hope that deep learning can aid in eliminating factors that hinder the development of EMG-based HMI systems. Furthermore, possible future directions will be presented to pave the way for future research.