I n te r n ati o n al   Jo u r n al   o El e c tr i c a l   an d   C o m p u te r   En gi n e e r i n g   (I JEC E )   V o l .   7 ,   N o .   1 F e b r ua r y   201 7 ,   pp .   2 38 ~ 2 43   IS S N :   2088 - 8708 D O I :   10. 1 1591 / i j e c e . v7 i 1 . pp238 - 24 3             238       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i ae s j o ur nal . c om / on l i n e / i nde x . php/ IJ E C E   Im p r o v e d   A l g o r i t h m   f o r   Pa t h o l o g i c a l   a n d   N o r m a l   V o i c e s   Id e n t i f i c a t i o n       Br ah i m   S ab i r 1 F at i m R o u d a 2 Y as s i n e   K h az r i 3 ,   B o u z e k r i   To u r i 4 M o h am e d   M o u s s e tad 5   1 , 3 , 5 P h y s i c s   D e pa r t m e n t ,   F a c ul t y   of   S c i e nc e   B e M S i k   C a s a bl a nc a ,   M o r o c c o   2 C he m s i t r y   D e pa r t m e n t ,   F a c ul t y   o f   S c i e nc e   B e n   M S i k   C a s a b l a nc a ,   M o r o c c o   4 L a n g ua g e   a nd   C o m m uni c a t i o D e p a r t m e n t ,   F a c ul t y   o f   S c i e nc e   B e M S i k   C a s a b l a nc a ,   M o r o c c o       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d   Ma r   4 ,   20 1 6   R e v i s e M a y   18 ,   20 1 6   A c c e pt e J un   4 ,   201 6       T he r e   a r e   a   l o t   o f   pa pe r s   o a ut o m a t i c   c l a s s i f i c a t i o be t w e e n o r m a l   a nd   pa t ho l o g i c a l   v o i c e s ,   bu t   t he y   ha v e   t h e   l a c i n   t h e   d e g r e e   o f   s e v e r i t y   e s t i m a t i o o f   t he   i de n t i f i e v o i c e   di s o r de r s .   B ui l d i ng   a   m o de l   o f   pa t ho l o g i c a l   a nd  no r m a l   v o i c e s   i de n t i f i c a t i o n,   t ha t   c a a l s o   e v a l ua t e   t he   de g r e e   o f   s e v e r i t y   o f   t he   i de n t i f i e v o i c e   di s o r d e r s   a m o ng   s t ude n t s .   I t he   p r e s e n t   w o r k,   w e   pr e s e n t   a a u t o m a t i c   c l a s s i f i e r   us i ng   a c o us t i c a l   m e a s u r e m e nt s   o r e g i s t e r e d   s us t a i ne d   v o w e l s   / a /   a nd   pa t t e r r e c o g ni t i o t o o l s   ba s e d   o ne u r a l   ne t w o r k s .   T he   t r a i n i ng   s e t   w a s   do ne   by   c l a s s i f y i ng   s t ude nt s   r e c o r de v o i c e s   ba s e o t hr e s ho l f r o m   t h e   l i t e r a t u r e .   W e   r e t r i e v e   t he   pi t c h,   j i t t e r ,   s h i m m e r   a nd   ha r m o ni c - to - no i s e   r a t i o   v a l ue s   o f   t he   s p e e c u t t e r a nc e   / a / ,   w hi c c o ns t i t u t e   t he   i n put   v e c t o r   o f   t he   ne u r a l   n e t w o r k .   T h e   d e g r e e   o f   s e v e r i t y   i s   e s t i m a t e t o   e v a l ua t e   ho w   t h e   pa r a m e t e r s   a r e   f a r   f r o m   t he   s t a nda r v a l u e s   b a s e o t he   pe r c e n t   o f   no r m a l   a nd  pa t ho l o g i c a l   v a l ue s .   I t hi s   w o r k ,   t h e   ba s e   da t a   us e f o r   t e s t i ng   t h e   p r o po s e a l g o r i t hm   o f   t he   ne u r a l   ne t w o r i s   f o r m e by   he a l t hy   a nd  pa t ho l o g i c a l   v o i c e s   f r om   G e r m a da t a b a s e   o f   vo i c e   di s o r de r s .   T h e   pe r f o r m a nc e   o f   t he   pr o po s e a l g o r i t hm   i s   e v a l ua t e i a   t e r m   o f   t he   a c c ur a c y   ( 97 . 9 % ) ,   s e ns i t i v i t y   ( 1. 6% ) ,   a nd  s p e c i f i c i t y   ( 95. 1 % ) .   T he   c l a s s i f i c a t i o r a t e   i s   90%   f o r   no r m a l   c l a s s   a nd  95 %   f o r   pa t ho l o g i c a l   c l a s s .   Ke y w or d:   C l a s s i f i c a t i o n   m e t h o ds   C o m m u n i c a t i o n   d i s o r de r s   N e ur a l   n e t w o r ks   V o i c e   d i s o r de r s   C opy r i gh t   ©   201 7   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e   A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   B r a h i m   S a b i r ,   D e pa rt e m e nt   o f     P h y s i c s ,   F a c ul t y   of   S c i e n c e   Be n   M ’S i k ,   Ca s a b l a n c a ,   M o r o c c o .   E m a i l :   s a b i r . b ra hi m @ h o t m a i l . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N   In   a c a de m i c   f i e l d,   a m o n o t h e r s ,   v o i c e   i s   c o n s i de r e t h e   m a i n   t o o l   of   h um a n   c o m m u n i c a t i o n ,   a n i t   ha s   b e e n   s h o w n   t o   c a r r y   m uc h   i n f o r m a t i o n   a b o ut   t h e   ge n e r a l   h e a l t h   a n w e l l - b e i n o f   a   s t ude n t T h us ,   v o i c e   di s o r de r s   c a us e   s i gni f i c a n t   c h a nge s   i n   s pe e c h   a n i m p a c t   p a rt i c ul a rl y   s t ude n t   a c a de m i c   r e s ul t s   a n hi s   o ve r a l l   a c t i v i t i e s .   M e d i c a l   m e t h o ds   t o   a s s e s s   t h e s e   v o i c e   di s o r de r s   a r e   e i t h e r   by   i n s pe c t i o o f   v oc a l   f o l ds   o r   by   a   ph y s i c i a n ’s   di r e c t   a ud i t i o n   [ 1],   w h i c i s   s ub j e c t i ve ,   b a s e o n   pe r c e pt u a l   a na l y s i s   a nd  b o t de pe n d   o ph y s i c i a n ’s   e xpe ri e n c e s .   A c o us t i c   a n a l y s i s   b a s e o n   i n s t r u m e n t a l   e v a l ua t i o n   w h i c c o m pr i s e s   a c o us t i c   a nd  a e r o d y n a m i c   m e a s u r e   o f   n o r m a l   a nd  pa t h o l o gi c a l   v o i c e s   h a v e   be c o m e   i n c r e a s i ngl y   i n t e r e s t i n g   t o   r e s e a r c h e r s   b e c a us e   of   i t s   n o n i nt r us i v e   n a t u r e   a n i t s   po t e n t i a l   p r o v i di ng  qua nt i t a t i v e   da t a   w i t h   r e a s o na b l e   a na l y s i s   t i m e .   S pe e c h   di s o r de r   a s s e s s m e n t   c a n   b e   m a de   by   a   c o m pa ra t i v e   a n a l y s i s   b e t w e e n   pa t h o l o gi c a l   a c o us t i c   pa t t e rn s   a n t h e   n o rm a l   a c o us t i c   p a t t e r n s   s a v e i n   a   da t a b a s e   [2] I v oi c e   pr o c e s s i n w e   di s t i ngui s h   t hr e e   p r i n c i pa l   a pp r o a c h e s :   a c o us t i c ,   p a ra m e t ri c   a nd  n o n pa ra m e t r i c   a pp r o a c a nd  s t a t i s t i c a l   m e t h o ds .     T h e   f i r s t   a pp r o a c h   c o n s i s t   t o   c o m pa r e   a c o us t i c s   pa r a m e t e r s   b e t w e e n   n o r m a l   a n d   a b n o r m a l   v o i c e s   s uc h   a s   f u n d a m e n t a l   f r e que n c y ,   j i t t e r,   s h i m m e r,   ha r m o n i c   t o   n o i s e   ra t i o ,   i nt e n s i t y   [3] .   T h e   s e c o n a pp r o a c h   i s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ E CE     IS S N :   2088 - 8708       Im pr ov e d   A l gor i t hm   f or   P at hol ogi c al   and   Nor m a l   V oi c e s   Id e nt i f i c at i on  ( B r ah i m   Sa bi r )   239   t h e   pa r a m e t r i c   a nd  n o n - p a r a m e t r i c   f o r   f e a t ur e s   s e l e c t i o n   [ 4 ],   [ 5] .   T h e   c l a s s i f i c a t i o n   o f   vo i c e   pa t h o l o g y   c a n   be   s e e n   a s   pa t t e rn   r e c o gn i t i o n   s o   s t a t i s t i c a l   m e t h o ds   a r e   a n   i m po rt a nt   a pp r o a c h .   T h i s   p a pe r   i s   o r g a n i z e a s   a   f o l l o w :   i n   s e c o n S e c t i o n   i s   de di c a t e t o   r e l e v a nt   a c o us t i c   pa r a m e t e r s   t h a t   di f f e r e n t i a t e   pa t h o l o gi c a l   f r o m   n o r m a l   v o i c e s ,   t h e   c l a s s i f i c a t i o n   m e t h o ds   a r e   p r e s e nt e i n   S e c t i o n   3 .   T h e   de gr e e   of   s e v e r i t y   i n   S e c t i o n   4,   S e c t i o n   de a l s   w i t h   t h e   de f i n e t hr e s h o l i n   l i t e ra t u r e   t o   di f fe r e n t i a t e   pa t h o l o gi c a l   a n n o r m a l   v o i c e s .   T h e   p r o po s e m e t h o i s   p r e s e n t e i n   S e c t i o n   5,   t h e   r e s ul t s   i n   S e c t i o n   6,   a n d   t h e   l a s t   S e c t i o n   i s   r e s e r v e f o r   t h e   c o n c l us i o n   a n d   f ut u r e   w o r k.     1. 1 .   R e l e v an a c o u s ti c   p ar am e te r s     A na l y s i s   of   vo i c e   s i gn a l   i s   pe r f o r m e by   t h e   e xt r a c t i o n   o a c o us t i c   pa r a m e t e r s   us i ng  di gi t a l   s i g n a l   pr o c e s s i n t e c hni que s   [ 6 ].   H ow e v e r   t h e   a m o unt   o f   t h e s e   p a r a m e t e r s   i s   huge   t o   be   a n a l y z e d,   w h i c h   l e a t o   de f i n e   t h e   r e l e v a n t   o n e s .   M a n y   pa pe r s   i de nt i fy   H N R   (ha rm o n i c - to - n o i s e   r a t i o ),   P i t c h ,   s hi m m e r   a s     r e l e v a nt   [ 7 ],   [ 8 ]   t o     i de n t i fy   pa t h o l o gi c a l   v o i c e s   a m o n g   n o rm a l   o n e s .   O t h e r   pa pe r s     [ 9 ],   [ 10 fo un t ha t     j i t t e r ,   n o rm a l i z e a ut o c orr e l a t i o n   o t h e   r e s i du a l   s i g na l   i n   p i t c l a g ,   s h i m m e a n d   n o i s e   m e a s u r e s   l i ke   H N R   (H a r m o ni c   t o   N o i s e   R a t i o ),   a r e   us e t o   i de n t i fy   pa t h o l o gi c a l   vo i c e s .   A m pl i t ude   pe r t u r b a t i o n ,   v o i c e   b r e a a na l y s i s ,   s ub h a rm o n i c   a na l y s i s ,   a n n o i s e   r e l a t e a n a l y s i s   a r e   t h e   m o s t   r e l e v a n t   o n e s   i n   [ 9 ].   A n d   i n   [1 1 ] ,   pi t c h ,   j i t t e r ,   s h i m m e r ,   A m p l i t ude   P e rt u r b a t i o n   Q uo t i e nt   (A P Q ) ,   P i t c P e r t u r b a t i o n   Q uo t i e n t   (P P Q ),   H a rm o ni c s   t o   N o i s e   R a t i o   ( H N R ),   pi t c h   pe r t u r b a t i o n   quo t i e n t   (P P Q ),   N o rm a l i z e N o i s e   E n e rgy   (N N E ),   V o i c e   T ur b ul e n c e   In de (V T I) ,   S of t   P h o n a t i o n   I n de (S P I),   F r e que n c y   A m pl i t ude   T r e m o (F A T R ),   G l o t t a l   t o   N o i s e   E xc i t a t i o n   (G N E ),   ha v e   be e n   s e e n   a s   r e l e v a n t   o n e s .   T h e r e   a r e   a l s o   m a n y   w o r ks   t h a t   t e s t e t h e   c o m b i na t i o n   o f   m e n t i o n e f e a t u r e s   [1 2 ] .       1. 2 .   C l as s i fi c ati o n   m e th o d s   V a r i o us   pa t t e rn   c l a s s i f i c a t i o n   m e t h o ds   h a v e   b e e n   us e s uc a s   :   G a us s i a M i x t u r e   M o de l s (G M M a n a rt i f i c i a l   n e u ra l   n e t w o r k   (A N N )   [1 3 ],   [ 1 4 ] ,   B i di r e c t i o n a l   N e u r a l   N e t w o r (B N N [1 5 ],   m ul t i l a y e r   pe r c e pt r o n   (M L P w h i c h   a c h i e v e a   c l a s s i f i c a t i o n   r a t e   of   96 [1 6 ] ,   s up po r t   v e c t o r   m a c hi n e   (S V M [17 - 19 ],   G e n e t i c   A l go r i t h m   (G A )   [ 20 ],   [ 2 1 ],   m e t h o b a s e o n   hi dde n   m a r ko v   m o de l   [2 2 ] ,   [ 2 3 ] .   T h e   us e   o f   m o dul a t i o n   s pe c t r a ,   c l a s s i f i c a t i o n   b a s e o m u l t i l a y e r   n e t w o r [ 8 ].     T h e   c o r r e c t   c l a s s i f i c a t i o n   ra t e   o b t a i n e i n   p r e v i o us   r e s e a r c h e s   t o   di s t i n gu i s h   b e t w e e n   pa t h o l o gi c a l   a n h e a l t h y   vo i c e s   v a r i e s   s i g n i f i c a n t l y :   89. 1%  [2 4 ] ,   91 . 8%  [ 2 5 ],   99 . 44 [ 26 ] ,   90 . 1% ,   85 . 3%  a nd  88 . 2%  [ 2 7 ].   H ow e ve r ,   t h e   c o m pa ri s o n   a m o n g   t h e   r e s e a r c h e s   c a rr i e o ut   i s   v e r y   c o m pl e due   t o   t h e   w i de   r a nge   of  m e a s u r e s ,   da t a   s e t s   a n c l a s s i f i e r s   e m pl o y e d.   A ut h o r s   r e po rt e de t e c t i o n   a c c ur a c y   f r o m   80%  t o   99%.     T h e   r e s ul t s   de pe n o n   e f f i c i e n c y   of   m e t h o ds ,   c h o i c e   of   c l a s s i fi e r s   a n c h a ra c t e r i s t i c s   o f   da t a b a s e s .   T h e   b e s t   c l a s s i f i c a t i o w a s   o b t a i n e d   us i n g   ni n e   a c o us t i c   m e a s u r e s   a n d   a c h i e v i ng  a n   a c c ura c y   of   96. 5   %   [ 2 8 ].     1. 3 .   D e gr e e   o s e v e r i ty      A c t ua l l y ,   t h e   h a r d   pa rt   o f   pa t h o l o gi c a l   v o i c e   de t e c t i o i s   t o   di s c ri m i n a t e   l i g ht   o r   m o de ra t e   pa t h o l o gi c a l   v o i c e s   f r o m   n o r m a l   s ub j e c t s .   T h e   de gr e e   a c c or d i n t o   t h e   G   pa r a m e t e r   o f   t h e   G R B A S   s c a l e   pr o po s e by   [ 2 9 ].   O n   t hi s   G - b a s e s c a l e ,   a   n o r m a l   v o i c e   i s   r a t e a s   0 ,   a   s l i g h t   v o i c e   di s o r de r   a s   1 ,   a   m o de r a t e   vo i c e   di s o r de r   a s   2   a n d   f i na l l y ,   a   s e v e r e   v o i c e   di s o r de a s   3.       2.   TH R ES H O LD   I N   LI TER A TU R E   B a s e o n   t h e   l i t e ra t u r e ,   w e   h a v e   c o n s i de r e d :   pi t c h,   j i t t e r ,   s hi m m e a n d   h a rm o ni c - to - n o i s e   ra t i o   (H N R a s   r e l e v a n t   pa ra m e t e r s   t o   i de n t i f y   t h e   pa t h o l o gi c a l   vo i c e s .   In   o r de t o   c l a s s i fy   i ni t i a l l y   t h e   r e c o r de ut t e r a n c e s ,   w e   a r e   b a s e o t hr e s h o l de f i n e i n   t h e   l i t e r a t u r e   a s   l i s t e i T a b l e   a n d   T a b l e   2.       T a b l e   1 .   R e c o m m e nde V a l ue s   o f   P i t c h e s   f o r   M a l e   a nd  F e m a l e   S i g na l s   ([ 7 ])     M e a n   P i t c h   M i n i m u m   P i t c h   M a x i m u m   P i t c h   F e m a l e   s i g n a l   re c o m m e n d e d   v a l u e   2 2 5   H z   f o r   a d u l t   fe m a l e s ,   1 5 5   f o r   a d u l t   fe m a l e s ,   3 3 4 H z   fo a d u l t   ,   M a l e   s i g n a l   re c o m m e n d e d   v a l u e   a d u l t   m a l e s   1 2 8   H z   ,   a d u l t   m a l e s   8 5   H z   ,   a d u l t   m a l e s   1 9 6   H z ,             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   IJ E CE     V o l .   7 ,   N o .   1 F e b r ua r y   2017   :     2 38     243   240   T a b l e   2 .   R e c o m m e nde V a l ue s   t o   di f f e r e n t i a t e   Pa t h o l o gi c a l   a n N o r m a l   V o i c e s         P ra a t   [ 8 ]   T e i x e i ra   [ 8 ]   J i t t e d d p %   F e m a l e   s i g n a l   re c o m m e n d e d   v a l u e     < = 1 . 0 4 %   < = 0 . 6 6   M a l e   s i g n a l   r e c o m m e n d e d   v a l u e   < = 1 . 0 4 %   < = 0 . 4 4   S h i m m e r     d d a %   F e m a l e   s i g n a l   re c o m m e n d e d   v a l u e     < = 3 . 8 1 0 %   < = 2 . 4 3   M a l e   s i g n a l   r e c o m m e n d e d   v a l u e   < = 3 . 8 1 0 %   < = 2 . 0 1 %   H N (d B)   F e m a l e   s i g n a l   re c o m m e n d e d   v a l u e     < 2 0   d B   1 5 . 3 d B   M a l e   s i g n a l   r e c o m m e n d e d   v a l u e   < 2 0   d B   1 7 . 3   d B       3.   P R O P O S ED   M ETH O D   T h e   c o r pus   us e i n   t h i s   p a pe r   i s   c o m pos e of   50  v o i c e s   o m a l e   a n 50  v o i c e s   of   f e m a l e s   a ge 19  t 22  ( m e a n :   20 . 2) T h e   s pe e c h   m a t e ri a l   i s   ob t a i n e by   s us t a i n e vow e l   / a /   v a ri e s   f r o m   t o   s e c o n ds   (m e a n   3s ) .   A m o n t h e   50   v o i c e s ,   25  a r e   n o r m a l   a nd  25   a r e   p a t h o l o gi c a l   b a s e o i ni t i a l   c l a s s i f i c a t i o n .   T h e   s i g na l s   a r e   r e c o r de ke e pi n g   m i c   c m   a w a y   f r o m   t h e   m o ut h   us i n g   a   D i c t a p h o n e   (S o n y   ICD P X 240  4G B ).     T h e   r e c o r c o n s i s t e i n   a   3 - s e c o n ds   of  s us t a i n e s o un of   t h e   vow e l   / a /   fo r   e a c h   s t ude n t .   T h e   s a m pl i n f r e que n c y   u s e fo r   r e c o r di ng  t h e s e   s i gna l s   w a s   22 . 05  kH z ,   w i t h   16  b i t   r e s o l ut i o n   a n m o n o .   P ra a t   s of t w a r e   i s   us e t e xt r a c t   t h e   a c o us t i c   pa r a m e t e r s   a f t e r   t r a ns fe rr i n t h e   r e c o r de ut t e ra n c e   f r o m   D i c t a ph o n e   t o   a   pe r s o na l   c o m put e r   D e l l   (i nt e l   ®  c o r e     i CP U   M 640  @   2 . G hz   2 . G hz ,   G o   m e m o r y us i n a uda c i t y   s o f t w a r e .   Co nn e c t   t h e   h e a dp h o n e   j a c t o   t h e   l i n e   i n p ut   o f   t h e   P w i t h   a   3 . j a c c a b l e   m a l e   /   m a l e ,   t h e a c t i v a t e s   a ud i o   r e c o r di n w i t h   a udi o   p r o c e s s i n s o f t w a re   a uda c i t y .   A n   i ni t i a l   c l a s s i f i c a t i o n   b a s e o n   th r e s h o l f r o m   t h e   l i t e r a t u r e ,   i n   o r de r   t o   c l a s s i fy   t h e   r e c o r de ut t e ra n c e s   o n   h e a l t h y   a n pa t h o l o gi c a l .   T h e   t e c hn i c   us e t o   i de n t i fy   pa t h o l o gi c a l   v o i c e s   i s   A N N   (a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k):   c o e ff i c i e n t s   a r e   e xt ra c t e (pi t c h ,   H N R ,   j i t t e r   a n d   s h i m m e r f r o m   t h e   s i g na l ,   t h e s e   c o e ff i c i e n t s   a r e   t h e   v e c t o r   i n pu t   o f   t h e   n e t .   T h e   n e t   i s   f o r m e by   l a y e r s   a n d   t h e   us e a l go r i t h m   i s   b a c p r o pa ga t i o n   a l go ri t hm T h e   a c t i v a t i o n   f un c t i o i s   s i gm o i d.   T h e   p r o po s e a l go r i t hm   w a s   t e s t e by   G e r m a n   d a t a b a s e   ( T h e   s a m pl e   a r e   f r o m   1 t o   22   y e a r s   o l d)  ut t e ra n c e s   of   / a / .     T h e   de g r e e   o f   t h e   s e ve r i t y   i s   e va l u a t e by :   D e gr e e   of   S e ve r i t y   i % =   (M e a s u r e v a l ue   n o rm a l   v a l ue )/ (   n o r m a l   v a l ue ) F i gu r e   s h o w s   t h e   no r m a l   v a l ue   i s   r e l a t e t o   t h e   t hr e s h o l de f i n e i t h e   l i t e ra t u r e .   M a c r o   s t e ps   o f   t h e   p r o po s e a l go ri t hm   a n F i gur e   s h o w s   t r a i n i ng  o f   A N N   w i t h   i n put   v e c t o r   ( a c o us t i c   p a r a m e t e r s ) .                                                 F i gu r e   1 .   M a c r o   S t e ps   o f   t h e   P r o po s e A l go r i t hm   In p u t   a u d i o   E x t ra c t   a c o u s t i c   p a ra m e t e r s :   P i t c h ,   J i t t e r,   S h i m m e a n d   H N R   - I n i t i a l   c l a s s i f i c a t i o n   b a s e d   o n   t h r e s h o l d   fro m   t h e   l i t e ra t u r e   o f   a c o u s t i c   p a ra m e t e r s   - E v a l u a t e   t h e   d e g r e e   o f   s e v e ri t y   - F e e d   t h e   n e u ra l   n e t w o rk   - T ra i n   t h e   n e u ra l   n e t w o rk   T e s t   t h e   n e u ra l   n e t w o rk   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ E CE     IS S N :   2088 - 8708       Im pr ov e d   A l gor i t hm   f or   P at hol ogi c al   and   Nor m a l   V oi c e s   Id e nt i f i c at i on  ( B r ah i m   Sa bi r )   241                                                     F i gu r e   2.   T r a i n i ng  o f   A N N   w i t I n p ut   V e c t o r   ( A c o us t i c   P a ra m e t e r s )       4.   R ES U LTS   D e s c r i pt i o n   o f   t h e   da t a s e t   a s   s h o w n   i T a b l e   3:       T a b l e   3 .   D e s c r i pt i o n   o f   t h e   D a t a s e t   P ro n o u n c e d   v o w e l   / a /   N o r m a l   p a t h o l o g i c a l   T ra i n i n g   n u m b e   50   50   T e s t   n u m b e   20   20   Co rr e c t   c l a s s i fi c a t i o n     18   19   Ra t e   o c l a s s i f i c a t i o n     90%   95%       In   t h i s   w o r k,   t h e   t e s t i n s e t   w e   h a v e   c h oo s e   a   G e r m a n   d a t a b a s e   fo r   vo i c e   di s o r de r   de v e l o pe b y   P ut z e r   i [ 30 w h i c h   c o n t a i h e a l t h y   a n p a t h o l o gi c a l   v o i c e ,   w h e r e   e a c h   o n e   p r o n o u n c e   vow e l s   [i ,   a ,   u]  / 1 - s   i n   w a v   fo r m a t   a t   di f f e r e n t   p i t c h   ( l o w ,   n o r m a l ,   hi g h ) T h e   r e s ul t s   o b t a i n e i n   t ha t   w o r i n di c a t e   a   pe r c e n t a ge   of   c o r r e c t   c l a s s i f i c a t i o o f   90%  f o r   n o rm a l   v o i c e s   a n d   95 f o r   p a t h o l o gi c a l   v o i c e s .   T h e s e   r e s ul t s   p r o v e   t h a t   t h e   pi t c h,   H N R ,   j i t t e r   a n d   s hi m m e c a n   b e   b e s t   i n p ut   pa ra m e t e r s   f o di s c r i m i na t i o a n d   i de n t i f i c a t i o o f   pa t h o l o gi c a l   v o i c e   us i ng  n e ura l   n e t w o r k.   A l s o   t h e   de gr e e   o f   s e ve r i t y   o t h e   i de nt i f i e pa t h o l o gy   w a s   e s t i m a t e i n   o r de r   t o   gi v e   t h e   c l i n i c i a n   c l e a r   i de a   o n   s e v e r i t y   of   t h e   c o m m uni c a t i o n   d i s o r de r .   I n   t h i s   p r o c e s s   t h e   a c c ura c y ,   s e ns i t i v i t y   a n d   s pe c i f i c i t y   fo r   e a c h   t hr e s h o l w e r e   ob s e r ve t o   ge t   t h e   t hr e s h o l w hi c h   a c hi e v e s   t h e   b e s t   a c c ur a c y ,   a n i n   t h e   s a m e   t i m e   p r e s e r v e s   a   h i g h   s e n s i t i v i t y   a n d   s pe c i f i c i t y .   T r ue   po s i t i v e   (T P ) :   r e f e r   t o   pa t h o l o gi c a l   v o i c e s   t h a t   w e r e   c l a s s i f i e a s   pa t h o l o gi c a l   b y   pr o po s e a l go r i t hm .     T r ue   n e ga t i v e   (T N ) :   r e f e r   t o   n o r m a l   v o i c e s   t h a t   w e r e   c l a s s i f i e a s   n o r m a l   by   pr o po s e a l go r i t hm .   F a l s e   po s i t i v e   (F P ):   r e f e r   t o   n o rm a l   v o i c e s   t h a t   w e r e   i n c o r r e c t l y   c l a s s i f i e a s   p a t h o l o gi c a l   b y   pr o po s e d   a l go ri t hm .   F a l s e   n e ga t i v e   (F N ):   r e f e r   t pa t h o l o gi c a l   v o i c e s   t h a t   w e r e   i n c o rr e c t l y   c l a s s i f i e a s   n o r m a l   by   pr o po s e d   a l go ri t hm .   1)  S pe c i f i c i t y   =   T N / ( T N   +   F P ) =   95 . 1 %   2)  S e n s i t i v i t y   =   T P / ( T P   +   F N ) = 1. 6%   3)  A c c ura c y   =   ( T N   +   T P )/ ( T N   +   F P   +   T P   + F N   )= 9 7. 9 %     In i t i a l i z a t i o n   o s y n a p t i c   w e i g h t s   t h r o u g h   e a c h   n e u ro n   i n   t h e   h i d d e n   l a y e r   In i t i a l i z i n g   s y n a p s e   w e i g h t   b i a s   o e a c h   n e u ra l   l a y e e x i t .         In i t i a l i z i n g   s y n a p s e   w e i g h t   o e a c h   n e u r o n   o t h e   o u t p u t   l a y e r:   A c t i v a t i o n   f u n c t i o n   F u n c t i o n   c a l c u l a t e s   t h e   o u t p u t   y s   F u n c t i o n   c a l c u l a t e s   t h e   e r ro r   b e t w e e n   t h e   o b s e r v e d   a n d   d e s i r e d   o u t p u t   F u n c t i o n   c a l c u l a t e s   t h e   l o c a l   o u t p u t   l a y e G ra d i e n t   F u n c t i o n   l e t s   y o u   c h o o s e   t h e   m a x i m u m   e rr o r   F u n c t i o n   t o   a d j u s t   t h e   w e i g h t s   o f   t h e   n e u ro n s   i n   t h e   o u t p u t   l a y e r   F u n c t i o n   c a l c u l a t e s   t h e   g ra d i e n t   e rr o i n   t h e   h i d d e n   l a y e r     F u n c t i o n   t o   a d j u s t   t h e   w e i g h t s   o f   t h e   h i d d e n   l a y e n e u ro n s   F u n c t i o n   c a l c u l a t e s   t h e   g l o b a l   e rr o r   Re c o rd   t h e   w e i g h t   i n   t h e   f i l e   " p o i d s . t x t " .   Re c o rd   t h e   w e i g h t   o t h e   h i d d e n   l a y e r   A d d   t h e   w e i g h t   o t h e   o u t p u t   l a y e r     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   IJ E CE     V o l .   7 ,   N o .   1 F e b r ua r y   2017   :     2 38     243   242   T a b l e   4   s h o w s   e v a l ua t i o o f   t h e   p r o po s e a l go r i t h m .       T a b l e   4 .   E v a l ua t i o n   o f   t h e   P r o po s e A l go r i t hm                 5.   C O N C LU S I O N     T h e   pu r po s e   of   t h i s   w o r i s   t o   c o n c e i v e   a   m o d e l   t o   a s s i s t   t he   c l i n i c i a n s   a n t h e   p r o fe s s o r s   t o   fo l l ow   t h e   e vo l ut i o n   o f   t h e   v o i c e   di s o r de r s   a m o n s t ude n t s ,   b a s e o n l y   o n   a c o u s t i c   pr o pe r t i e s   of  a   s t ude n t ’s   v o i c e .   T h e   r e s ul t s   us i n t h e   A N N   ( A rt i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k)  c l a s s i f i e r   gi v e s   90%fo r   n o rm a l   c l a s s   a n 9 5%  f o r   pa t h o l o gi c a l   c l a s s .   T h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   pr o po s e a l go r i t hm   i s   e v a l ua t e i n   a   t e rm   o t h e   a c c ur a c y   (97. 9%),   s e n s i t i v i t y (1. 6%),   a n   s pe c i f i c i t y (95. 1%).   T hi s   w o r c a n   b e   a ppl i e i n   t h e   f i e l o f   pr e v e n t i v e   m e di c i n e   i o r de t o   a c h i e v e   e a r l y   de t e c t i o n   o f   v o i c e   pa t h o l o gi e s .   I n   a ddi t i o n   t o   t h a t ,   a e s t i m a t i o o f   t h e   de g r e e   of  s e v e r i t y   w a s   pr o po s e d.   T h e   m a j o r   a dv a n t a ge   o f   t h i s   t y pe   of   a ut o m a t i c   i de n t i f i c a t i o t o o l   i s   a   de t e r m i n i s m   t ha t   i s   c u rr e nt l y   l a c ki n g   i t h e   s ub j e c t i v e   a na l y s i s .     A s   a   po s s i b l e   i m pr o v e m e n t ,   s y s t e m   pe r fo r m a n c e   c a n   be   i m p r o ve by   i n c r e a s i n t h e   c o r pus   L e a rn i ng.   A n a s   a   F u t u r e   w o r :   i de n t i f y   t h e   t y pe   of   pa t h o l o g y   fo r   e a c h   v o i c e   di s o r de r s t u t t e r i ng,   d y s ph o n i a …) ,     t h e   s t udy   of   t h e   c o n t i n uo us   s pe e c h   i s   a   s upe r i o r   o bj e c t i v e   a n a n   e v i de n t   n e xt   s t e a n   i m p l e m e nt   t h e   pr o po s e a l go r i t hm   o n   a   ha r dw a r e   r e a dy   t us e   d e v i c e   a s   a   D S P (D i gi t a l   s i g n a l   p r o c e s s i n g   bo a r d)   o F P G A   (F i e l d   P r o gra m m a b l e   G a t e   A rra y s   Bo a r d).       A C K N O WL ED G E M EN T     T h e   a u t h o r s   f ul l y   a c kn o w l e dg e t h e   s t ude n t s   A y o ub   R a t n a n e   a n A b de l l a h   E l ha o ui   f o r   t h e i v a l ua b l e   c o n t r i b ut i o n s .       R EF ER EN C ES   [ 1]   P .   H e n r i que z ,   e t   a l . ,   C ha r a c t e r i z a t i o o f   he a l t hy   a nd  pa t ho l o g i c a l   v o i c e   t hr o ug m e a s u r e s   ba s e o no nl i ne a r   dy na m i c s ,   I E E E   T r an s   on   A ud i o ,   Spe e c and   L angu age   P r oc e s s i n g ,   v o l / i s s ue :   17 ( 6 ) ,   2009 .   [ 2]   J .   C a m bu r n ,   e t   a l . ,   P a r k i n s o n ' s   di s e a s e :   S pe a ki ng   o ut ,   D e nv e r ,   C O ,   T he   N a t i o na l   P a r k i n s o F o unda t i o n ,   1 998 .   [ 3]   M .   V a s i l a ki s   a nd   Y .   S t y l i a no u ,   V o i c e   P a t ho l o gy   D e t e c t i o B a s e de o S ho r t - T e r m   J i t t e r   E s t i m a t i o ns   i R unn i ng   S pe e c h ,”   F ol i a   P honi a t r   L o gop ,   v o l .   61 ,   pp .   153 170 2009 .   [ 4]   N .   S .   L e c ho n ,   e t   a l . ,   E f f e c t   o f   A udi o   C om pr e s s i o i A ut o m a t i c   D e t e c t i o o f   V o i c e   P a t ho l o g i e s ,   i I E E E   T r ans ac t i on  on   B i om e d i c a l   E ng i ne e r i ng v ol / i s s ue :   55 ( 12 ) ,   2008 .   [ 5]   N .   S .   L e c ho n ,   e t   a l M e t ho do l o g i c a l   i s s u e s   i t h e   de v e l o pm e nt   o f   a ut o m a t i c   s y s t e m s   f o r   vo i c e   pa t ho l o g y   de t e c t i o n ,   i n   B i om e d.   Si g na l   P r oc e s s i n C o nt r o l ,   v o l / i s s ue :   1 ( 2 ) ,   p p.   120 - 12 8,   20 06.   [ 6]   L .   S a l h i ,   e t   a l . ,   V o i c e   D i s o r de r s   I de nt i f i c a t i o U s i ng   M u l t i l a y e r   N e ur a l   N e t w o r k , ”  T he   I n t e r na t i o nal   A r ab  J ou r na l   of   I n f or m at i on   T e c hn ol o gy ,   v ol / i s s ue :   7 ( 2 ) ,   pp .   177 - 18 5 ,   2 010 .     [ 7]   T e i x e i r a   J P . e t   al . ,   V o c a l   A c o us t i c   A na l y s i s     J i t t e r ,   S hi m m e r   a nd  H N R   P a r a m e t e r s ,”   P r oc e di T e c hnol ogy ,   E l s e v i e r ,   v o l .   9 ,   pp.   1 112 - 112 2 20 13 .   [ 8]   P .   B o e r s m a   a nd   W e e n i nk    D . ,   P r a a t :   do i ng   ph o ne t i c s   by   c om put e r   ( V e r s i o 5. 1 . 17 ) ,”   2 009 .   [ C o m put e r   p r o g r a m ]   R e t r i e v e d   O c t o be r   5 ,   2009 ,   f r o m   ht t p: / / w w w . p r a a t . o r g / .   [ 9]   V .   P a r s a   a n D .   G   J a m i e s o n,   I de nt i f i c a t i o o f   pa t ho l o g i c a l   v o i c e s   u s i ng   g l o t t a l   no i s e   m e a s u r e s , ”  J our nal   o f   S pe e c h,   L a ngua ge   &   H e ar i ng   R e s e ar c h ,   v o l / i s s ue :   43 ( 2 ) pp .   469 4 85 20 00.   [ 10]   V .   S r i n i v a s a n e t   al . ,   C l a s s i f i c a t i o o f   N o r m a l   a nd  P a t ho l o g i c a l   V o i c e   us i ng   G A   a nd  S V M ,   I n t e r nat i on al   J our na l   of   C om pu t e r   A p pl i c a t i on s ,   v ol / i s s u e :   60 ( 3 ) ,   20 12.   [ 11]   J .   I .   G L l o r e n t e ,   e t   a l . ,   S uppo r t   v e c t o r   m a c hi ne s   a p pl i e t o   t h e   de t e c t i o o f   V o i c e   di s o r de r s , ”  N o nl i ne ar   A nal y s e s   and  A l g or i t hm s   f o r   S pe e c P r oc e s s i ng ,   pp  219 - 230 ,   200 5.   [ 12]   J .   D .   A L o nd o no ,   e t   al . ,   A ut o m a t i c   de t e c t i o o f   pa t ho l o g i c a l   v o i c e s   u s i ng   c o m pl e xi t y   m e a s ur e s ,   no i s e   p a r a m e t e r s ,   a nd  m e l - c e ps t r a l   c o e f f i c i e nt s , ”  I E E E   T r ans .   B i om e d.   E ng ,   v o l / i s s ue :   58 ( 2 ) ,   201 1.   [ 13]   B.   B oy a no v   a nd   S.   H a dj i t o do r o v ,   A c o us t i c   a na l y s i s   o f   pa t ho l o g i c a l   v o i c e s , ”  I E E E   E ngi ne e r i ng  i M e di c i ne   a nd   b i o l og y ,   pp .   74 - 82 ,   1997 .   [ 14]   J o hn  H .   a nd  L.   H a ns e n,   A   no l i ne a r   o pe r a t o r - ba s e s p e e c f e a t ur e   a na l y s i s   m e t ho w i t a pp l i c a t i o t o   vo c a l   f o l pa t ho l o gy   a s s e s s m e n t ,   I E E E   T r an s ac t i on  on   B i om e di c a l   E ng i ne e r i ng ,   v o l / i s s ue :   45 ( 3 ) ,   pp .   300 - 312 ,   199 8.     Cl a s s i fi c a t i o n   P a t h o l o g i c a l   N o r m a l   P a t h o l o g i c a l   T P : 5 8 . 3   F N : 0 . 8   N o r m a l   F P : 0 . 7   T N : 1 3 . 8   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ E CE     IS S N :   2088 - 8708       Im pr ov e d   A l gor i t hm   f or   P at hol ogi c al   and   Nor m a l   V oi c e s   Id e nt i f i c at i on  ( B r ah i m   Sa bi r )   243   [ 15]   I .   E s m a i l i ,   e t   a l . ,   T w o - s t a g e   f e a t ur e   c o m pe ns a t i o o f   c l e a a nd  t e l e pho ne   s pe e c s i g na l s   e m pl o y i n g   bi di r e c t i o na l   ne ur a l   n e t w o r k ,   10t I n t e r na t i ona l   C on f e r e nc e   on  I nf or m a t i on  Sc i e nc e ,   Si gna l   P r oc e s s i ng  and  t he i r   A p pl i c a t i on s M a l a y s i a ,   20 10.   [ 16]   N .   S L e c ho n,   e t   a l . ,   Me t ho do l o g i c a l   i s s ue s   i t he   d e v e l o pm e nt   o f   a u t o m a t i c   s y s t e m s   f o r   v o i c e   pa t ho l o gy   de t e c t i o n ,”   B i om e di c al   S i gn al   P r oc e s s i ng   an C ont r o l ,   v o l .   1 ,   pp .   1 20 12 8 20 06   [ 17]   M.   A r j m a n di   a n d   M.   P o oy a n,   “A o pt i m um   a l g o r i t hm   i p a t ho l o g i c a l   vo i c e   qua l i t y   a s s e s s m e nt   us i n g   w a v e l e t - pa c he t - ba s e f e a t ur e s ,   l i ne a r   di s c r i m i na n t   a na l y s i s   a nd   s up po r t   v e c t o r   m a c hi ne , ”  B i om e di c al   s i gna l   p r oc e s s i n and   c ont r o l ,   v o l .   7,   pp .   3 - 19,   2 012 .   [ 18]   T.   B o c kl e t ,   e t   a l . ,   E v a l ua t i o a nd   a s s e s s m e n t   o f   s pe e c i nt e l l i g i bi l i t y   o pa t ho l o g i c   v o i c e s   ba s e d   upo a c o us t i c   s pe a ke r   m o de l s ,   i pr o c e e di ng  o f   3r d   ad v anc e d   v o i c e   f unc t i on  as s e s s m e nt   ( A V F A 09)   i n t e r na t i ona l   w or k s hop ,   pp .   89 - 92,   20 09.   [ 19]   C.   M .   V i k r a m   a nd  K .   U m a r a ni ,   P a t ho l o g i c a l   V o i c e   A na l y s i s   T o   D e t e c t   N e u r o l o g i c a l   D i s o r de r s   U s i ng   M F C C   &   S V M , ”  I n t e r na t i o nal   J our nal   o f   A dv anc e E l e c t r i c a l   a nd   E l e c t r on i c s   E ng i ne e r i ng v ol / i s s ue :   2 ( 4 ) ,   20 13 .   [ 20]   D .   P r a v e n a ,   e t   a l . ,   P a t ho l o g i c a l   V o i c e   R e c o g ni t i o f o r   V o c a l   F o l D i s e a s e , ”  I n t e r nat i on al   J our nal   o f   C om p ut e r   A ppl i c a t i ons v ol / i s s ue :   47 ( 13 ) ,   20 12 .   [ 21]   R .   B e h r o o z m a nd   a nd   F .   A l m a s g a n j ,   O p t i m a l   s e l e c t i o o f   w a v e l e t - pa c ke t - ba s e f e a t u r e s   us i ng   g e ne t i c   a l g o r i t hm   i pa t ho l o g i c a l   a s s e s s m e nt   o f   pa t i e n t s '   s pe e c s i g na l   w i t h   un i l a t e r a l   v o c a l   f o l pa r a l y s i s ,   C om pu t .   B i ol .   M e d. ,   v o l .   37 pp.   47 4 48 5 20 07 .   [ 22]   V .   M a j i d ne z ha d   a nd   I .   K he i do r o v ,   A   H M M - B a s e d   M e t   ho f o r   V o c a l   F o l P a t ho l o gy   D i a g no s i s ,   I nt e r na t i ona l   J our nal   o f   C om pu t e r   S c i e nc e v ol / i s s u e :   9 ( 6 ) ,   201 2.   [ 23]   A A .   D i ba z a r ,   e t   al . ,   P a t ho l o g i c a l   V o i c e   A s s e s s m e n t ,   I E E E   E M B 20 06   N E W   Y O R K ,   2006 .   [ 24]   R .   B .   R .   R .   N .   W o r m a l d ,   e t   a l . P e r f o r m a nc e   o f   a a u t o m a t e d,   r e m o t e   s y s t e m   t o   de t e c t   v o c a l   f o l pa r a l y s i s ,   i n   A nn  O t o l   R hi n ol   L a r y n gol ,   v o l .   11 7,   pp .   834 838 20 08 .   [ 25]   M .   L i t t l e ,   e t   a l . ,   E x pl o i t i ng   no nl i ne a r   r e c ur r e nc e   a nd  f r a c t a l   s c a l i ng   pr o pe r t i e s   f o r   vo i c e   di s o r de r   d e t e c t i o n,   B i o M e di c al   E ng i ne e r i ng   O nL i ne ,   v o l / i s s ue :   6 ( 1 ) p p .   2 3,   20 07 .   [ 26]   A .   D i ba z a r ,   e t   a l . ,   F e a t u r e   a na l y s i s   f o r   a ut o m a t i c   de t e c t i o o f   pa t ho l o g i c a l   s p e e c h,   P r oc e e di ngs   of   t he   Se c ond   J oi n t   E M B S/ B M E C onf e r e nc e ,   v o l .   1 ,   pp .   182 183 ,   2002 .   [ 27]   E .   F o ns e c a   a nd  J .   P e r e i r a ,   N o r m a l   v e r s us   p a t ho l o g i c a l   v o i c e   s i g na l s ,   E ng i ne e r i ng  i M e di c i ne   and  B i o l ogy   M ag az i ne ,   I E E E ,   v o l / i s s ue :   28 ( 5 ) ,   pp .   4 4 48 ,   200 9.   [ 28]   V .   P a r s a   a nd   D .   G .   J a m i e s o n,   A c o us t i c   d i s c r i m i n a t i o o f   pa t ho l o g i c a l   v o i c e :   S us t a i ne v o w e l s   v e r s u s   c o nt i n uo us   s pe e c h ,   J ou r na l   of   S pe e c h,   L angu age ,   and   H e ar i ng  R e s e ar c h ,   v o l .   44,   pp .   327 339 200 1 .   [ 29]   M .   H i r a no ,   P s y c ho - a c o us t i c   e v a l u a t i o o f   vo i c e :   G R B A S   S c a l e   f o r   e v a l ua t i ng   t he   ho a r s e   v o i c e ,”   C l i ni c al   E x am i n at i on   o f   v o i c e ,   Sp r i n ge r   V e r l ag ,   1981 .     [ 30]   ht t p: / / s t i m m db . c o l i . u ni - s a a r l a nd . de /   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.