CLASSIFICAÇÃO DE CENAS ACÚSTICAS EM DISPOSITIVOS COM CONSTRANGIMENTOS COMPUTACIONAIS UTILIZANDO INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL

• Autor(a) principal: Anastácio, Ricardo Ribeiro
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.8/8299
• topic: Rede neuronal artificial; Classificação de cenas acústicas; Dispositivos de ponta; Rede neuronal convolucional; Pesquisa de hiperparâmetros; Redes neuronais conjuntas (ensemble); Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática

Ao longo desta dissertação é apresentada a pesquisa e desenvolvimento de um modelo neuronal de arquitetura Convolutional Neural Network (CNN) para classificar dez ambientes acústicos distintos, destinado a dispositivos baixa complexidade, i.e. limite 128K em número de parâmetros e máximo de 30 MMAC (milhões de Multiply- ACcumulate (MAC)) por inferência. É utilizada a pesquisa de hiperparâmetros (hypertuning), para conseguir retirar o máximo de informação pertinente dos recursos de áudio e também para otimizar a arquitetura do modelo. São utilizadas técnicas de aumento de dados, suavização de rótulos e paragem de treino antecipada para melhorar a generalização do modelo, melhorando a resposta na presença de novos dados não utilizados para treino. São propostas ainda três abordagens com o objetivo de aumentar o campo de aprendizagem e melhorar a diferenciação entre classes. Estas abordagens combinam métodos de otimização e aprendizagem, como agrupamento de modelos ensemble, separação de classes ou aprendizagem um contra todos (OvA). Foi ainda aplicada a técnica de destilação de conhecimento (KD), que permitiu reduzir a sua complexidade do modelo, esta técnica acabou por funcionar também como regularizador diminuindo o sobreajuste. As abordagens propostas foram validadas através da participação no desafio “Task 1, Low-Complexity Acoustic Scene Classification 2022” proposto pela comunidade internacional DCASE, conseguindo obter o 4.º lugar na classificação de equipas num universo de 19 equipas, e 11.º lugar perante 48 modelos em avaliação. O modelo submetido que obteve melhores resultados é designado AI4EDGE_4 é um ensemble de dez modelos OvA, utilizado como “professor” num processo de destilação de conhecimento num “aluno” de arquitetura TBM2. O modelo base fornecido em DCASE obteve uma exatidão de ACC=44.2% e uma perda de LOSS=1.532, o modelo AI4EDGE_4 obteve melhor desempenho i.e. uma exatidão de AC=51.6% e uma perda de LOSS=1.330.