1.基于深度网络迁移特征与增广自编码的城市噪声识别方法,其特征在于包括如下步骤:步骤1、对采集到的每一类城市噪声信号进行预处理,包括去噪、分帧和加窗,其中帧长为L,帧移为步骤2、将处理后的噪声信号转换成声谱图;
步骤3、使用多个预训练的深度卷积神经网络对步骤2得到的声谱图进行特征提取;假设使用M个深度卷积网络对声谱图进行特征提取,首先根据所采用的深度卷积网络对声谱图进行尺寸裁剪缩放,然后将调整后的声谱图输入深度卷积网络,提取出网络最后一个全连接层的输出作为该卷积网络提取的特征,针对M个深度卷积网络,分别得到D1,…,DM维的特征向量,将M种特征拼接,得到拼接后的特征向量x;
步骤4、利用增广自编码器对得到的特征向量x进行融合;
步骤5、在步骤4的融合特征的基础上,构建多层one‑class分类模型ML‑OCRLS;
步骤6、计算ML‑OCRLS的输出权重和决策阈值;
步骤7、对未知信号进行分类预测;
步骤2具体实现如下:
2‑1.对预处理后的声音信号数据进行快速傅里叶变换,以变换后的各个频段作为纵坐标,同时使用多帧信号作为横坐标,构造二维图像矩阵,其中每一个像素点为当前帧信号在对应的频段的能量;
2‑2.计算每一个像素点的频谱能量密度,用色调的浓淡表示能量密度的大小,得到三维图像即为声谱图;
步骤4所述的利用增广自编码器对得到的特征向量x进行融合,具体实现如下:
4‑1.设通过步骤3对数据进行处理,得到训练数据集X=[x1,…,xN],其中xn为第n张声谱图的M种特征拼接后的特征向量,n=1,…,N,N是样本数量;将数据集X中每一个样本,除第m类特征外的其余卷积特征置为0,其中m=1,…,M,共得到 个新的数据集Xm;然后保留数据集X中两类不同的卷积特征,其余特征置0,依次选择不同的两类特征组合,得到个新的数据集,以此类推得到总共 个新的数据集,合并得到Xx'作为增广自编码器的输入,而构造Xy作为增广自编码器的输出;
4‑2.随机初始化编码层的权重和偏置矩阵W01和b01,解码层的权重和偏置矩阵W02和b02;
AAE的隐含层输出为H=g(W01Xx'+b01),输出层输出为φ=σ(W02H+b02),构造如下的损失函数:其中λ为权重衰减参数,ρ为稀疏性参数,通常情况下ρ>0且接近于0, 代表自编码器第i个隐含层神经元的平均激活值,β为惩罚因子,为惩罚项;
4‑3.利用随机梯度下降法对增广自编码器进行训练,提取出训练后的编码层的权重W01和偏置b01;
4‑4.最后使用训练好的AAE对训练数据集X进行编码,编码输出为H0=g(W01X+b01),得到的H0即为融合特征;
步骤4‑1具体实现如下:
使用两个深度卷积网络对声谱图进行特征提取,第n个样本得到的特征向量分别为和 进行拼接得到特征向量 则训练数据集为(1) T (2) T (1)
分别构造X1=[X 0] ,X2=[0 X ] 和X12=[X X(2) T
]三个新的数据集,合并得到Xx'={X1,X2,X12}作为增广自编码器的输入,构造Xy作为增广自编码器的输出;
步骤5所述的在步骤4的融合特征的基础上,构建多层one‑class分类模型,具体实现如下:
5‑1.将提取出的AAE编码层的权重W01和偏置b01作为ML‑OCRLS的输入层和第一个隐含层间的参数;
5‑2.使用稀疏自编码器,以H0为输入和输出进行训练,使用稀疏自编码器增加对隐含层神经元激活的稀疏性约束,稀疏自编码器的损失函数如下所示:其中φ1是稀疏自编码器的实际输出;
5‑3.利用随机梯度下降法对自编码器进行训练,然后提取训练后的编码层的权重W11和偏置b11作为ML‑OCRLS的第一个隐含层和第二个隐含层间的参数,得到的隐含层输出H1=g(W11H0+b11)作为输入和输出训练下一个自编码器;
5‑4.依次训练多个自编码器,训练结束后得到ML‑OCRLS的参数W01,…,Wk1和b01,…,bk1,k是自编码器个数;计算出第k个自编码器的隐含层输出Hk=g(Wk1Hk‑1+bk1);
步骤6所述的计算ML‑OCRLS的输出权重和决策阈值,具体实现如下:T T
6‑1.设置训练样本的期望输出T=[t1,…,tN]=[1,…,1] ,求解最小化问题:其中,C是两项之间的权衡系数,β'是ML‑OCRLS的输出权重矩阵;求解上述问题:得到训练样本的真实输出O=Hkβ';
6‑2.计算出每一个样本和目标类的距离,公式如下:d(xi)=|oi‑ti|=|εi|
对其进行由大到小的排序,得d=[d1,…,dN];
设置分类决策阈值θ=dfloor(μ·N),其中μ是阈值参数;
步骤7所述的对未知信号进行分类预测,具体实现如下:对于未知声音信号z,将信号z预处理之后转换成声谱图,使用相同的深度卷积网络进行特征提取,得到M种特征拼接后输入ML‑OCRLS进行融合和分类,其输出为 然后计算出信号z与目标类的距离:根据决策函数判断出未知样本的类别,决策函数如下: