[DSC 2016] 系列活動：李祈均 / 人類行為大數據分析
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人類本身具有透過觀察另一人的行為以做出高階層判斷，如情緒、個性、喜好、意圖…等訊息的高度整合能力。這種人類的主觀感知機制不僅發生在日常生活中，更早已廣泛在行為科學領域中被應用於專業主觀評量與行為分析。近年來，隨著工程訊號處理演算法的進步，學科領域界線的破除，加上大數據資料科學的發展，慢慢匯流出新興跨學科整合式「人類行為訊號處理」。本課程將以數個教育及醫療應用實例為主軸，貫穿並拆解「人類行為訊號處理」四大簡易步驟。
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- 1. 1 李祈均 (Jeremy) 國立清華大學電機工程學系 人類行為訊息與互動計算研究室 Behavioral Informatics and Interaction Computation Lab (BIIC) 人類行為大數據分析: 資料科學如何應用在教育及醫療領域 2017 January 15th
- 5. Naïve Bayes Algorithm Transfer learning Apriori Algorithm Gaussian distribute Random Forests Logistic Regression (Deep)Neural Networks Decision Trees Nearest Neighbour Support Vector Machine K Means Algorithm Linear Regression Active learning Domain adaptation Semi-supervised learningReinforcement learning unsupervised learningsupervised learning
- 7. 7
- 8. 8
- 9. 9 Emotion Health Care Education Voice Recognition Symptom diagnosis Behavior Activity Image Recogn Medical IBM Pathway Genomics Detection of Diabetic Retinopathy in Retinal Fundus Photographs customer behavior Medical Imaging Genomic Medicine 跨領域整合 – 與人相關
- 10. What do I do ? & What am I going to share ? 10
- 11. 11 人類行為訊號處理 Behavioral signal processing Professor Shrikanth Narayanan, USC
- 12. 12 Seek a window into human mind and traits… …through engineering approach S. Narayanan and P. G. Georgiou, “Behavioral signal processing: Deriving human behavioral informatics from speech and language," Proceedings of the IEEE, vol. 101, no. 5, pp. 1203–1233, 2013.
- 13. 13 Behavioral Signal Processing (BSP) Compute Human Behavior Traits and States for Domain Experts Decision Making • Help experts to do things they know in a more efficient manner at scale • Develop novel behavioral analytics framework for possible scientific discovery from qualitative to quantitative . . . through verbal and non-verbal behavioral cues . . .
- 15. 15 人類行為學的分析 . . .
- 17. 第一種： 17
- 20. 20 校長培訓：即席演講評分
- 21. 21 訊號： 外顯行為 系統 訊號： 主觀量測 行為認 知機制 內在 狀態 專家決策 內在 狀態 行為產 生機制 觀察 聲音表達 肢體動作 內容文字 資深 校長 培訓班演講量表 結業成績 分發
- 22. 22 第二種：
- 25. 25 前測 後測 內科急診檢傷
- 27. 27 第三種：
- 30. 30 自閉症觀察量表 Autism diagnosis observational schedule
- 32. 32 BSP的Role . . . 人高階認知能力: 專家決策 BSP Technology 高可信度 (reliability)、可複製性 (repeatable) 及可擴展性 (scalable)
- 33. QUANTITATIVE： QUANTITATIVE EVIDENCE DIRECTLY FROM MEASURABLE SIGNALS EFFICIENCY : HELP DO THINGS THAT EXPERTS KNOW TO DO WELL MORE EFFICIENTLY, CONSISTENTLY & AT SCALE SUPPLMENTARY: COMPLEMENT WITH GOLD STANDARD METHOD WHEN APPROPRIATE POSSIBILITY: TOOLS FOR NOVEL ACTIONABLE INSIGHT DISCOVERY 33 COMPUTING BEHAVIORAL TRAITS & STATES FOR DECISION MAKING & ACTION …aim..
- 34. 34 BSP的Enablers . . . (半邊的拼圖) Text Processing Voice Activity Detection Alignment Transcription Keyword Spotting Prosody Modeling Voice QualityDiarization Speaker Identification Dialog Act Tagging Face Detection Expression recognition Action recognition Language Understandin Affective Computing Speaker State and Trait Joint Speech Visual Processing Interaction Modeling Sentiment Analysis
- 35. 35 訊號處理、機器學習 Enabling Technologies 領域專家知識 Domain Experts Knowledge Low level descriptors Acoustic features Motion features Text features Image features Speech recognition Face recognition Action recognition Dialog act tagging Keyword spotting Text processing Sentiment Analysis Affect recognition Speaker states and traits Visual- speech processing Interaction modeling Subjective assessment Internal state & construct Neuro- developmen tal disorder Evidence- based observational coding Intervention efficacy Coder variability control Development of coding manual Self report measure validity Coding mechanism Social behavior Affective behavior Communica tive behavior Dyadic behavior 人類訊號處理
- 37. BSP INGREDIENTS 37 資料代表性 資料真實性、應用導向 充分預處理 誰說甚麼 (語音檢測器、人聲分群) 臉部、肢體偵測、追蹤 適切模型建立 符合資料特性、數量的演 算法應用 演算法包含: 特徵值計算 + 機器學習 多面向模型評估 多面向有意義的評估系統效度 慎選指標、應用導向 持續性跨領域合作 I. 收集 II. 預處理 III. 建模 IV. 評估
- 40. 40 Computational Methods that Model Human Behavior Signals • Manifested in Overt and Covert Cues • Processed and Used by Humans Explicitly or Implicitly • Facilitate Human Analysis and Decision Making Outcome of Behavioral Signal Processing • Behavioral Analytics QUANTIFYING HUMAN EXPRESSED BEHAVIOR AND HUMAN “FELT SENSE” DERIVING INTERPRETABLE BEHAVIOR ANALYTICS FROM DATA FOR ACTIONAL INSIGHTS
- 42. 42 親子天下(2013，3 月13 日)以「題型僵化？誰把老師考笨了？」 為標題，明白指出對於現行教師資格檢定命題方式的疑慮 天下雜誌(2013，5 月29 日)從「被標準答案綁架的老師」 來訴說檢定試題題型的僵化，已限制住原有欲評量師資 應具備的基本能力。
- 43. 為何需要做? 43
- 46. 46
- 47. 47 Can you tell the difference?
- 48. 48 國教院校長培訓班：自動即席演講評量分數建構 1. Subjective evaluation 2. Time-consuming 3. Non-scalable 1. 肢體動作 2. 聲音語調 3. 文字 合作此計畫：大規模在別的甄試或培 訓計畫中
- 50. 50 0 2000000 4000000 6000000 8000000 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2010~2015 THE NUMBER OF EMERGENCY PATIENTS 7,200,000
- 51. 51 急診檢傷分級
- 52. 52 台灣急診檢傷與急迫度分級量表 (Taiwan Triage and Acuity Scale, TTAS) 呼吸窘迫 血行動力 意識程度 外傷 體溫 週邊或中樞 疼痛程度 自述量表 (NRS-11) 有些問題
- 53. 護士自己觀察後給分 The difficulty in implementation of NRS 53
- 56. 56 social-communicative neurodevelopmental disorder • Prevalence: 1 in 68 children (1 in 42 males) diagnosed [CDC2014] • ASD: “Spectrum” disorder due to the extreme heterogeneity • Intervention leads to improved outcomes BSP in Autism 中的角色? What is Autism?
- 57. 57 ROLE OF BSP? 自動的分析醫生小孩在ADOS診斷中互動中 social and interactive 行為 AIM? • Analysis at scale • Quantitative evidence from signals • New finding beyond current status-quo in psychiatry (?)
- 59. 59 Example: a snippet of an actual clinical ADOS diagnostic session
- 60. 60 Can we? Automatic measuring spontaneous social (verbal/nonverbal) behavior between clinician and child predicting the child rating of atypical amount of social reciprocal communication from qualitative to quantitative . . . through verbal and non-verbal behavioral cues . . . 從聲音影像，開發醫生小孩社交互動行為指標，用以分析預測 相互性社會溝通數量
- 61. 61
- 62. BSP INGREDIENTS 62 資料代表性 資料真實性、應用導向 充分預處理 誰說甚麼 (語音檢測器、人聲分群) 臉部、肢體偵測、追蹤 適切模型建立 符合資料特性、數量的演 算法應用 演算法包含: 特徵值計算 + 機器學習 多面向模型評估 多面向有意義的評估系統效度 慎選指標、應用導向 持續性跨領域合作 I. 收集 II. 預處理 III. 建模 IV. 評估
- 63. 63
- 64. 64 透過數位資料收集、整合跨領域人類科學知識、開發訊號處理、機器學習演 算法，對於人類行為進行觀察量化分析辨識，提供專家全新的決策工具 𝑩𝒆𝒉𝒂𝒗𝒊𝒐𝒓𝒂𝒍 𝑨𝒏𝒂𝒍𝒚𝒕𝒊𝒄𝒔 = 𝒇 𝑺𝑷/𝑴𝑳 + 𝑩𝒆𝒉𝒂𝒗𝒊𝒐𝒓 𝑺𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒆
- 66. BSP INGREDIENTS 66 資料代表性 資料真實性、應用導向 充分預處理 誰說甚麼 (語音檢測器、人聲分群) 臉部、肢體偵測、追蹤 適切模型建立 符合資料特性、數量的演 算法應用 演算法包含: 特徵值計算 + 機器學習 多面向模型評估 多面向有意義的評估系統效度 慎選指標、應用導向 持續性跨領域合作 I. 收集 II. 預處理 III. 建模 IV. 評估
- 67. 67 資料代表性 影音訊號資料取得 • 強建的多模態信號(聲音、影像)紀錄和處理 • 以生態有效的方式(ecologically-valid)紀錄 人類自然行為 • 對於ease-of-application, realism要求 辨識目標的評分 • 運用established instrument • Scientific-rigor • Ensure domain-applicable analytics 產出
- 69. 69 where when how BIIC：無聲隔離室 本來：無限制國家教育院的教室 只好：盡量不要發聲的教室 Ensure current system is not altered too much at the BEGINNING at-scale, ease-of-application is crucial 在ecological validity & quality control 之中有拿捏 BIIC：每個校長在培訓班中的考試 本來：無 只好：在人力可以範圍內全部錄 BIIC：耳麥、多軌錄音、臉部、肢體動作， Kinect、全部synchronized 本來：無器材、要可以用簡單人力做 只好：上半身錄影外接麥克風收音
- 70. 70 !! 其實合作多密切也會有關係啦 !! 人突然走過 下課鐘聲? @@ 發現後處理
- 73. 73 演說內容符合主旨 架構分明、井然有序 針對對像使用適當語詞 國家教育研究院：校長儲訓辦即席演講評分表 態度得體 發音標準 語調音量適切、語句流暢 時間控制得宜、結尾不匆促 辨識目標的評分 總分
- 75. 75 where when how BIIC：無聲隔離室 本來：無 只好：盡量要安靜的獨立診間 Ensure current system is not altered too much at the BEGINNING at-scale, ease-of-application is crucial 在ecological validity & quality control 之中有拿捏 BIIC：每個病人前測、後測、追蹤 本來：沒有影音 只好：在能力可以範圍內全部錄 BIIC：全正面錄影 本來：沒有影音 只好：單一相機近距離錄
- 76. 76 !! 因為是真實情境 !! 所以很多可能 一堆人 發現後處理
- 79. 79 Verbal Numerical Rating Scale (NRS) 11 級 self-report pain-level assessment (0 - 11) Considered as clinically-valid‘gold standard’for assessing pain 同步收集了心跳、血壓、疼痛部位、年齡、性別
- 81. 81 where when how BIIC：無聲隔離室 本來：相對安靜的診間 結果：安靜的獨立診間 Research Oriented: We have a little more flexibility in the room design!! 在ecological validity & quality control 之中有拿捏 BIIC：病人前來進行ADOS 本來：病人前來進行ADOS 結果：病人前來進行ADOS BIIC：全正面錄影 本來：單一相機 結果：多台相機近距離錄
- 82. 82 Two HD-cameras Two lapel microphones (synced through mixers) ~40 subjects
- 84. Autism Diagnostic Observation Schedule [Lord 2001] • Subject interacts with a psychologist for ~45 minutes • Current gold standard, research-level observational coding • Psychologists are trained using stringent training protocol • Semi-structured assessment in eliciting socio-communicative behavior of the ASD children for diagnostics • Multiple subparts events (14) on rating of a wide range number of socio-communicative behavior (28) 84
- 85. 85 專業醫師的判斷 – Internally 有quality control 廣泛的使用口語或非口語行為 以達到社會交流(看起來要有相 互性意圖、給意見、評論、或 是非口語行為 有些相互性社會溝通，但其頻 率或數量、或是出現該行為的 情境數目較少(不論其非社交性 談話) 大多數溝通以物品導向、或是 對問去回答、仿說、無特定執 迷、無社交性聊天 整份ADOS量表都同步收集
- 86. 86 資料代表性 影音訊號資料取得 辨識目標的評分 建議 1：討論、討論、討論 建議 2：收的過程影響後面預處理 建議 3：想像未來應用 建議 4: 領域專家意見太重要
- 88. 88 充分預處理 “看聽讀懂辨識”前的苦工 • Pre-processing • Data collection-dependent • Smart utilization of current progresses in audio-video processing 要被學的是什麼label? • Label consistency • Reliable labeling • Construct validity
- 91. • Speech signal per session • Energy every frame – frame = 25ms – standard deviation (normalize D.C. offset) • 閥值Threshold – speech percentage in the wav • Speech Segments – Energy > Threshold Energy Short-Time energy Formula: 𝑬 𝒏 = 𝒎=𝒏−𝑵+𝟏 𝒏 𝒙 𝟐 (𝒎) 簡單的聲音偵測器
- 92. Human V A D VAD Human 量化這些片段的 聲音 、 影像、文字 (Part 3)
- 95. 95 非監督式diarization Segmentation and Clustering (Diarization) 分割後整合 Speaker B Speaker A Where are speaker changes? Which segments are from the same speaker?
- 96. 96 Segmentation and Clustering (Diarization) 分割後整合 計算個人聲音特徵 (梅爾倒頻係數) MFCC低階特徵計算 Low-level descriptors (part 3) 每個音框 (frame)
- 97. 97 Segmentation: speaker change detection 1. 先去無聲片段 (用機器學習學) 2. 每組frame跟中間量測他們一不一樣 常用：Bayesian Inference Criterion(BIC) 會變成：
- 98. 98 Clustering speaker change detection 1. Generate i-vector for each ‘segment’ 2. Compute pair-wise similarity each cluster 3. Merge closest clusters 4. Update distances of remaining clusters to new cluster 5. Iterate steps 2-4 until stopping criterion is met
- 100. 100 抓臉與68個facial landmark (openface toolkit) 影片變照片
- 101. 101 Face detection 68 facial landmark detection Pre-trained Constrained local neural field method
- 102. 102 真實社會沒這麼簡單 . . . 用數個規則後續自動修正 例如：太測臉 → 眼睛跟臉頰距離突然太近 其實也還滿多的問題我們一個ㄧ個修正 (learn the hard way!) 可以算 “臉部表情” 和 “聲音特徵”了
- 103. 103 以下可以算 “頭部動作” 和 “聲音特徵”了 自閉症類群觀察量表：計算量表中質性社交溝通敘述重複上述、當然資料收集過程有些不太一樣、 TAILORED SOLUTION 建議 1：資料收集過程重要、重要、重要 建議 2：熟悉資料是必要、必要、必要 建議 3：有些真的太錯、知道錯、不要用
- 104. 104 充分預處理 “看聽讀懂辨識”前的苦工 • Pre-processing • Data collection-dependent • Smart utilization of current progresses in audio-video processing 要被學的是什麼label? • Label consistency • Reliable labeling • Construct validity 預處理：不止訊號端
- 107. 4 dimensions: 95% variance • 演說內容符合主旨 ( 20% ) • 架構分明、井然有序 ( 20% ) • 針對對象使用適當語詞 ( 20% ) • 語調音量適切、語句流暢 ( 10% ) • 態度得體 ( 10% ) • 發音標準 ( 10% ) • 時間控制得宜 ( 10% ) – 總分 (100%) 107 反正label在手，順手分析一下 - 這是個重要前處理 PCA First principal axis weights
- 108. 記得要算inter-evaluator agreement level 越高階層concept的人越容易一至! 最後對rank-normalized總分進行辨識 Depends on the scenarios (sometimes reviewers too!) Cronbach’s alpha, Intra-class correlation, Fleiss Kappa, Cohan’s Kappa 演說內容符合主旨+架構分明、井然有序+針對對象使用適當語詞 語調音量適切、語句流暢 態度得體 發音標準 總分 0.55 0.39 0.43 0.58 0.63
- 110. 110 Self report 有甚麼好處理 病人: 高疼痛 病人: 中疼痛 開發驗證時 應該要最準的哪部分呢?
- 113. 113 問題是甚麼? Label 專家給 Social Reciprocity – 需要對話，ADOS非常完整 Description of pictureCreating a story Emotion Joint interactive play 針對要分析的label 慎選分析片段
- 114. 114 充分預處理 “看聽讀懂辨識”前的苦工 • Pre-processing • Data collection-dependent • Smart utilization of current progresses in audio-video processing 要被學的是什麼label? • Label consistency • Reliable labeling • Construct validity 建議 1：要被學的label需要被分析徹底 建議 2：domain experts 很厲害 建議 3：讀、讀、讀
- 115. 115 訊號處理、機器學習 Enabling Technologies 領域專家知識 Domain Experts Knowledge Low level descriptors Acoustic features Motion features Text features Image features Speech recognition Face recognition Action recognition Voice activity Diarization Text processing Sentiment Analysis Affect recognition Speaker states and traits Visual- speech processing Interaction modeling Subjective assessment Internal state & construct Neuro- developmen tal disorder Evidence- based observational coding Intervention efficacy Coder variability control Development of coding manual Self report measure validity Coding mechanism Social behavior Affective behavior Communica tive behavior Dyadic behavior 人類訊號處理 資料label怎麼收 Label預處理 訊號預處理
- 116. 116 國教院校長培訓班：自動即席演講評量分數建構 急診內科檢傷：觀察式痛覺指數開發 自閉症類群觀察量表：分析量表中社交溝通評分 1. 有data了 2. 有可用label/data了 3. 可以來開發behavior analytics了
- 118. BSP INGREDIENTS 118 資料代表性 資料真實性、應用導向 充分預處理 誰說甚麼 (語音檢測器、人聲分群) 臉部、肢體偵測、追蹤 適切模型建立 符合資料特性、數量的演 算法應用 演算法包含: 特徵值計算 + 機器學習 多面向模型評估 多面向有意義的評估系統效度 慎選指標、應用導向 持續性跨領域合作 I. 收集 II. 預處理 III. 建模 IV. 評估
- 119. 119 訊號處理、機器學習 Enabling Technologies 領域專家知識 Domain Experts Knowledge Low level descriptors Acoustic features Motion features Text features Image features Speech recognition Face recognition Action recognition Dialog act tagging Keyword spotting Text processing Sentiment Analysis Affect recognition Speaker states and traits Visual- speech processing Interaction modeling Subjective assessment Internal state & construct Neuro- developmen tal disorder Evidence- based observational coding Intervention efficacy Coder variability control Development of coding manual Self report measure validity Coding mechanism Social behavior Affective behavior Communica tive behavior Dyadic behavior 人類訊號處理
- 120. 120 在human computing (signal為主) research Data & algorithm go hand-in-hand 改變速度非常快 Algorithms
- 121. 121 聽、讀、看懂 – 基礎一點通?
- 124. 124 低階訊號描述值 編碼/Profile 語音特性 每個音框 (frame) Overlapping step 抓到各種變動 發聲系統 Source 聲帶 、Filter 聲道
- 125. 125 比較常用三種LLDs Pitch (source): 聲音的語調變化 Intensity (pressure): 聲音的強度變化 MFCC (filter): 梅爾頻率倒譜系數 每ㄧ短時音框的能量值 𝐸 𝑛 = 𝑚=𝑛−𝑁+1 𝑛 𝑥2 (𝑚) 每ㄧ短時音框的自相關函數 𝑅 𝑛 𝑘 = 𝑚=0 𝑁−1 𝑥 𝑛 + 𝑚 𝑥 𝑛 + 𝑚 + 𝑘 , 0 ≤ 𝑘 ≤ 𝐽 找 k 讓此函數有大的值去量化音高 概念上 概念上 將語音訊號轉換至梅爾刻度，在梅爾刻度上 提取對數能量並進行離散傅立葉反轉換，轉 換到倒頻譜域。MFCC就是這個倒頻譜圖的 幅度(13維度)。 概念上 會加上一階二階微分
- 126. 126 比較快可以上手算 Versatile and Fast Audio Feature Extractor Open-Source and Cross-platform Abundant speech-related features Signal energy Loudness、 Mel-spectra、MFCC、PLP- CC、Pitch Audio I/O Supported A lot I/O formats: WEKA HTK LibSVM 可直接視覺化 稍微容易一點 PraatOpensmile 其實還很多啦 . . .
- 127. 127 低階訊號描述值 編碼/Profile 影像特性 Histogram of oriented gradients (HoG) Scale-invariant feature transform (Sift) Local binary pattern (Lbp) 3D SIFT HOG3D texture、shape、keypoint、edge 比較常來形容影像(照片) frame Histogram of oriented gradients (HoG) Local binary pattern (Lbp)
- 128. 128 容易上手工具 • C++ : opencv • Python : cv2(Opencv), Scikit-image
- 129. 129 trajectory Per-frame 如果要算動作呢? Improved Dense Trajectory Optical flow 光流法 Trajectory + HOG + HOF + MBH
- 131. 131 先講聲音影像編碼(encoding/profile) 聲音10ms就會有一組向量 影像66ms 就會有一組向量 ‘Analysis unit’ 通常是一句話、一個session Label 打在哪(time granularity)就是你的analysis unit 在一個analysis unit下 產生一個向量的編碼 對這一序列的低階特徵 整體的描述 介紹兩個基本
- 133. 133 Functionals LLDs 最簡單就是算ㄧ些統計函數 - 描述feature在這段analysis unit裡面的樣貌 不要小看這種，常常很多speaker state, emotion recognition，這 樣的結果成為baseline後就非常難突破了!! #𝐿𝐿𝐷 ∗ #𝐹𝑈𝑁𝐶𝑇𝐼𝑂𝑁𝐴𝐿 = 維度
- 134. 134 k-means clustering Histograms Dictionary Bag-of-feature encoding LLDs 事先透過k- means clustering產生 這兩個滿常被用在audio, video features上 𝑘 = 維度 可被想像成描述組合
- 136. 136 低階訊號描述值 編碼/Profile 文字 字 直接用這個當單位去計算針對一個 文件的向量(文件:analysis unit向量) Distributed word representation 用向量表達一個詞在做編碼
- 137. 137 Term Weighting Method a simplifying representation by term count Term Frequency How important (or informative) a word in a document. Inverse Document Frequency How important (or informative) a word in the corpus. 𝑡𝑓𝑡,𝑑 = 𝑛 𝑡,𝑑 𝑘 𝑛 𝑘,𝑑 𝑖𝑑𝑓𝑡,𝐷 = log 𝑁 1 + 𝑑 ∈ 𝐷 ∶ 𝑡 ∈ 𝑑 X Term Frequency–Inverse Document Frequency (TF-IDF) 有時候就很有效了
- 138. 138 不一定依一個詞為單位 . . . N-gram Turn unigram term into bigram term on the word token step for instance, John also likes to watch football games [ 'John also' , 'also likes' , 'likes to' , 'to watch' , 'watch football' , 'football games' ] [ 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 ] 可以無限延伸這些東西 那也希望能夠透過這 樣子的一個方式來… 提升我們老師的教學 文 字
- 139. 139 Distributed word representation 用向量表達一個字(詞) CBOW predicting the word given its context Skip-gram predicting the context given a word distributed representation encoded in the hidden layer of the neural network as representations of words
- 144. 144 低階訊號描述值 編碼/Profile 語音特性 低階訊號描述值 編碼/Profile 影像特性 低階訊號描述值 編碼/Profile 文字 多 行 為 模 態 的 整 合 Behavioral Analytics Note* 學界潮流：往整合成不同的型態的(D/R)NN, (B)LSTM BSP 類Work 也可以, just be aware of f(# of data), and sometimes 解釋力
- 145. 145 以上 . . . 基礎概念的簡介 除了簡介 如果你手上有個適合的BSP題目，不知道該怎麼辦時。。。 先試試以上看看!!
- 146. 146 終於讓我們回頭看這三個實例 . . . 架構在上面那個基礎
- 148. 148 建模: 聲音特徵計算 建模: 肢體動作特徵計算 𝑙-frame Dense Points Tracking TRAJ MBHxy Each 𝑉𝑚 = A Unit-level (66ms) 𝑞-length Derived Video features 肢體動作的描述: Dense Trajectory 高斯混和模型Fisher-編碼 𝑉1 𝑉𝑚 𝑉2 𝑉3 𝑉 𝑀 𝑆1 𝑆2 𝑆𝑁 Acoustic LLDs Each 𝐴 𝑆𝑋:𝑌 = A Unit-level (200ms) 𝑝-length Dense Acoustic Features Functionals 聲音片段切割 𝐴 𝑆1: {1, 𝐾1}𝑆1 𝐴 𝑆1:1 𝐴 𝑆2:1 𝐴 𝑆𝑘:1 𝐴 𝑆1:𝑘 聲音特性描述: Dense Unit Acoustic Features 𝐴 𝑆2: {1, 𝐾2} 𝐴 𝑆3: {1, 𝐾3} 𝐴 𝑆4: {1, 𝐾4} K-Means Bag-of-word編碼
- 150. 所以|c 教師|n 評鑑|v 它|r 不是|c 在|p 檢驗|vn 它|r 是|v 在|p 證明|n 那|r 也|d 希望|v 能夠|v 透過|v 這樣|r 子|ng 的|uj 一個|m 方式|n 來|zg 提升|v 我們|r 老師|n 的|uj 教學|n 來|zg 檢視|v 各位|r 老師|n 的|uj 教學|n 成果|n 是不是|l 對|p 我們|r 所有|b 的|uj 學生|n 有|v 實質,的|uj 一個|m 幫助|v 請對教師說明你對教師評鑑的看法 所以教師評鑑它不是在檢驗它是在證明 那也希望能夠透過這樣子的一個方式 來提升我們老師的教學 來檢視各位老師的教學成果是不是對我們 所有的學生有實質的一個幫助 中文需要先切詞，詞為單位 Jieba Built to be the best Python Chinese word segmentation module 中研院其實也有切詞系統
- 151. 151 Word2Vec – 背景資料庫、爬蟲 Yahoo news、蒙典、wiki、ptt
- 152. 152 文字稿特徵計算 好 齁 那 也 希 望 . . . N-gram K-means All Documents BOW per Document … … … … … … 文章向量 Word2vec N個前後文字 關係模型 新的： 結合functional, context, bow方式的編碼
- 154. 154 這個analytics準確率呢? 𝑺𝒑𝒆𝒂𝒓𝒎𝒂𝒏 𝒄𝒐𝒓𝒓𝒆𝒍𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏 = 𝟎. 𝟔𝟐𝟏 總分 Inter-evaluator agreement 0.63 驗證未完待續 . . . (part 4) 個別模態差不 多Spearman correlation 0.3 - 0.4
- 155. 155 急診內科檢傷：觀察式痛覺指數開發
- 156. Raw audio-video recording S1 S2 Sk ... MFCC Pitch Intensity 𝑍 𝑠1 : [1,𝑛1] 𝑍𝑆𝑐𝑜𝑟𝑒𝑠𝑘 𝑍 𝑠2 : [1, 𝑛2] 𝑍 𝑠𝑘 : [1,𝑛 𝑘] 156 建模: 聲音特性、臉部行為特徵計算 聲音、臉部表情 : 高維度特徵計算 S1 修正個體化差異
- 157. 157 Action-unit inspired facial ‘low-level descriptors’ computation Facial landmark Head pose estimation X Z Y 𝜃 Head orientation movement
- 159. 159 檢傷護士 家屬 病人 NRS-自述 : 高度疼痛 電腦辨識 : 高度疼痛
- 160. 檢傷護士 家屬 病人 160 NRS-自述 : 輕度疼痛 電腦辨識 : 輕度疼痛
- 161. 161 準確率呢? 跟self-report NRS111比較! 準確率 高低疼痛辨識 74% 高中低疼痛辨識 52% 驗證未完待續 . . . (part 4) audio video> 文獻多探討臉部
- 163. 163 從聲音影像，開發醫生小孩社交互動行為指標，用以分析預測 相互性社會溝通數量 計算兩人行為 對談中 兩人行為間的共 同性:互消息量 廣泛的使用口語或非口語行為 以達到社會交流(看起來要有相 互性意圖、給意見、評論、或 是非口語行為 Quantitatively, Automatically ADOS description
- 164. 164 ADOS Emotion Part Multimodal Turn-taking Behavior Coordination Time Series Automatic generating a time-series of multimodal behavior coordination measure across a session . . .
- 165. 165 Audio – Pitch – Intensity – MFCC – Delta 、 Delta-Delta Video – Head poses – Eye gaze – Delta 、 Delta-Delta
- 167. 167 ADOS Emotion Part Multimodal Turn-taking Behavior Coordination Time Series Automatic generating a time-series of multimodal behavior coordination measure across a session . . .
- 169. 169 1.5s X: Y: ●●● 3 3 3 2 1 1 2 1 3 2 1 2 1 3 1 1 2 3 ●●● Shift Session-level descriptors Behavioral Analytics機器學習 n個 turn, n個值 Logistic regression 多模態醫生小孩行為依賴(dependency)
- 170. 170 Binary Classification between typical vs. atypical
- 171. OS: Social reciprocity score (B9) 辨識 專家診斷 正常 正常 多模態互動行為關係指數
- 172. ADOS: social reciprocity score (B9) 辨識 專家診斷 嚴重 嚴重 多模態互動行為關係指數
- 173. 173 國教院校長培訓班：自動即席演講評量分數建構 急診內科檢傷：觀察式痛覺指數開發 自閉症類群觀察量表：分析量表中社交溝通評分 𝑺𝒑𝒆𝒂𝒓𝒎𝒂𝒏 𝒄𝒐𝒓𝒓𝒆𝒍𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏 = 𝟎. 𝟔𝟐𝟏 𝑨𝒄𝒄𝒖𝒓𝒂𝒄𝒚 = 𝟎. 𝟕𝟒 𝑨𝒄𝒄𝒖𝒓𝒂𝒄𝒚 = 𝟎. 𝟖𝟏
- 174. 跟任何data science work一樣 準確率是一個面向 透過這個可優化analytics 接下來呢? (part 4) 174
- 176. 176 基本上concept不是太難 但我覺得其實滿難 General end-to-end system needs more R&D 目前很多做法： Context-dependent (what ever works) 當然有些good rule of thumb map到你要自動化的construct
- 178. BSP INGREDIENTS 178 資料代表性 資料真實性、應用導向 充分預處理 誰說甚麼 (語音檢測器、人聲分群) 臉部、肢體偵測、追蹤 適切模型建立 符合資料特性、數量的演 算法應用 演算法包含: 特徵值計算 + 機器學習 多面向模型評估 多面向有意義的評估系統效度 慎選指標、應用導向 持續性跨領域合作 I. 收集 II. 預處理 III. 建模 IV. 評估
- 180. BSP INGREDIENTS 180 資料代表性 資料真實性、應用導向 充分預處理 誰說甚麼 (語音檢測器、人聲分群) 臉部、肢體偵測、追蹤 適切模型建立 符合資料特性、數量的演 算法應用 演算法包含: 特徵值計算 + 機器學習 多面向模型評估 多面向有意義的評估系統效度 慎選指標、應用導向 持續性跨領域合作 I. 收集 II. 預處理 III. 建模 IV. 評估
- 181. 181 國教院校長培訓班：自動即席演講評量分數建構 急診內科檢傷：觀察式痛覺指數開發 自閉症類群觀察量表：分析量表中社交溝通評分 𝑺𝒑𝒆𝒂𝒓𝒎𝒂𝒏 𝒄𝒐𝒓𝒓𝒆𝒍𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏 = 𝟎. 𝟔𝟐𝟏 𝑨𝒄𝒄𝒖𝒓𝒂𝒄𝒚 = 𝟎. 𝟕𝟒 𝑨𝒄𝒄𝒖𝒓𝒂𝒄𝒚 = 𝟎. 𝟖𝟏
- 183. 183 國教院校長培訓班：自動即席演講評量分數建構 𝑺𝒑𝒆𝒂𝒓𝒎𝒂𝒏 𝒄𝒐𝒓𝒓𝒆𝒍𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏 = 𝟎. 𝟔𝟐𝟏 不錯吧? 不錯? 嗯?
- 184. 184 評估: 實驗 輔導校長 2 輔導校長 1 X個月後 輔導校長 2 輔導校長 1 一開始 聲音影像評分 10 筆相同演講影音資料 𝒓 = 𝟎. 𝟓𝟐𝟕 𝒓 = 𝟎. 𝟔𝟏𝟐 𝒓 = 𝟎. 𝟔𝟒𝟖
- 185. 185 國教院校長培訓班：自動即席演講評量分數建構 𝐒𝐩𝐞𝐚𝐫𝐦𝐚𝐧 𝐜𝐨𝐫𝐫𝐞𝐥𝐚𝐭𝐢𝐨𝐧 = 𝟎. 𝟔𝟐𝟏 Higher consistency 不錯吧? 不錯
- 186. Extension 186 Good collaborative vibe . . . 繼續!
- 188. 188 運用簡單 multi-task learning 方式 每種評分(培訓測驗)都 是一種task Task 1 - 有 用 feature Task 2 - 有 用 feature Task 8 - 有 用 feature . . . Kernel 融合 Multi-task learning 多模態行為融合
- 189. 189 準確率又有明顯提升 • 個案研究 • 學校校務發展計畫 • 教育參觀心得 • 生活札記 融入哪些測驗培訓評量對於建構演 講評分會有顯著效果 ? 沒有紙筆測驗 喔! An actionable insights that were not clear before Hence, project continue…
- 191. 191(低度: 0-3, 中度 : 4-6, 高度 : 7-10) 病人: 高疼痛 辨識: 低疼痛 病人: 低疼痛 辨識: 高疼痛 準確率 高低疼痛辨識 74%
- 193. 193 觀察式疼痛指標：小孩、acute pain、elderly 似乎會有效 跟self-report 有相當程度上會有差異 可否complement現在gold standard 有被打止痛 針(吃止痛) NRS-11 A-V + 心跳血壓FEATURE 43% 的痛有 下降 70% 的痛有 下降 Project continue…
- 194. 194 自閉症類群觀察量表：分析量表中社交溝通評分 𝑨𝒄𝒄𝒖𝒓𝒂𝒄𝒚 = 𝟎. 𝟖𝟏 這些高互消息低互消息社交行為有可能是甚麼呢?
- 195. 195 高互消息似乎 POINT TO HIGHER ATYPICALITY
- 197. 197 Psychologists unconsciously alter communicative social behavior strategy (cueing behavior?) as conditioned on ASD kids ability to carry out reciprocal communication during interaction
- 199. 199 主觀敘述→ 客觀、資料驅動的人類行為描述 提供全新客觀第三視角分析探討自閉症小孩社交行為 Insight beyond current capability, opportunity now emerges… We can now start imagining the application of this 洞見: (1) 更早期發現 (照護者行為模型?) (2) 醫師、諮商師訓練? More?
- 200. 200 Descriptor’s Included Child Prosody Psych Prosody Child and Psych Prosody Spearman’s ρ 0.64*** 0.79*** 0.67*** Psychologists acoustics at least as predictive of child ASD severity ratings 跟以前英文ADOS發現有類似! [1] Daniel Bone, Chi-Chun Lee, Matthew P. Black, Marian E. Williams, Pat Levitt, Sungbok Lee, and Shrikanth Narayanan, "The Psychologist as an Interlocutor in Autism Spectrum Disorder Assessment: Insights from a Study of Spontaneous Prosody", Journal of Speech, Language, and Hearing Research, 2014, 57(4), 1162-1177. Hard to obtained scientific insights without such behavioral analytics for domain experts NEED MORE VERIFICATION
- 202. Is it Technical? Example Pitfall 1 Controlling for Channel Factors • Interspeech 2013 Autism Challenge • Baseline Approach Black-box (works well) 2-class baseline: 92.8% UAR (chance is 50% UAR) • Hypothesis: Model captures channel, not diagnosis ASD/SLI from 2 clinics, TD from classrooms • Simple experiment showed channel differences Matched baseline • Conclusion: Remit (or note) noise sources in data collection. 202 Daniel Bone, Theodora Chaspari, Kartik Audkhasi, James Gibson, Andreas Tsiartas, Maarten Van Segbroeck, Ming Li, Sungbok Lee, and Shrikanth Narayanan, "Classifying Language-Related Developmental Disorders from Speech Cues: the Promise and the Potential Confounds", InterSpeech, 2013. 11/11/2014
- 203. 203 兩個小例子: 2. 正確cross validation 收集有多重要
- 204. Is it Technical: Example Pitfall 2 Behavior Analysis & Modeling: Cross-validation They do not perform speaker-separated cross-fold validation! • Can we detect United States Senators’ party affiliations from speech features (with black-box approach)? Performance increases as # samples/speaker increases Conclusion: Always perform speaker-separated cross-validation! 20411/11/2014
- 205. 205 結論
- 206. 206 情緒辨識 Affective Computing 社交行為訊號處理 Social Signal Processing 副語言資訊辨識 Paralinguistic Recognition 生心理病症辨識預測 Physiological/Pathological Disorder Recognition/Prediction 除了BSP, 其他領域
- 207. 207 In-car 駕駛人行為分析 生心理疾病的提前風險評估 疾病病程追蹤 In-home 行為追蹤 In-classroom 學習診斷 …on and on… 除了今天講的方向，其他題目
- 209. 209 Motivation Interview: Addiction Therapy
- 210. 210 By professor Shrikanth Narayanan System in clinical trial
- 212. 212 Behavioral Signal Processing (BSP) Compute Human Behavior Traits and States for Domain Experts Decision Making • Help experts to do things they know in a more efficient manner at scale • Develop novel behavioral analytics framework for possible scientific discovery from qualitative to quantitative . . . through verbal and non-verbal behavioral cues . . . Transformative effort . . .
- 213. 213 OF FOR BY COMPUTING HUMANS Human action and behavior data Meaningful analysis, timely decision making & intervention (action) Collaborative integration of human expertise with automated processing By professor Shrikanth Narayanan
- 214. 214 訊號處理、機器學習 Enabling Technologies 領域專家知識 Domain Experts Knowledge Low level descriptors Acoustic features Motion features Text features Image features Speech recognition Face recognition Action recognition Dialog act tagging Keyword spotting Text processing Sentiment Analysis Affect recognition Speaker states and traits Visual- speech processing Interaction modeling Subjective assessment Internal state & construct Neuro- developmen tal disorder Evidence- based observational coding Intervention efficacy Coder variability control Development of coding manual Self report measure validity Coding mechanism Social behavior Affective behavior Communica tive behavior Dyadic behavior 人類訊號處理 Relative New: RICH R&D OPPORTUNITIES (CHALLENGES)
- 216. 216 一路以來的心得
- 217. 217 人類行為非常複雜 數位資料收集 (非結構化) 行為訊號處理 (客觀) 機器學習(人工智慧): 找尋 Pattern (非線性的可預測性) Contextualize 在各種領域應用
- 218. 218 跨領域合作真的很令人興奮 I was challenged and inspired
- 219. 219
- 220. 220
- 221. 221 科技、資料、人類行為、人工智慧、跨領域合作 提供專家決策工具，全新各種的可能 顯微鏡: 不只是 “放大” 可以研究開發幫助社會有意義科技應用 Challenging the status quo/ Pushing scientific boundary Making a positive impact
- 222. 222 BiiC lab @ NTHU EE http://biic.ee.nthu.edu.tw THANK YOU . . . many COLLABORATORS + the entire BIIC lab