I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   3 6 ,   No .   3 ,  Dec em b er   20 24 ,   p p .   1 4 4 8 ~ 1 459   I SS N:  2 502 - 4 7 52 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijee cs .v 3 6 . i 3 . pp 1 4 4 8 - 1 4 5 9           1448     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ee cs . ia esco r e. co m   Deep - S FER:   d ee p  conv o lutiona l ne ura l net wo rk  and  MFCC  an  eff ec tive spee ch a nd f a ce  emo tion r ecog nition       Ra v i G um m ula ,  Vino t hk um a r  Arum ug a m,  Abila s ha   Ara ng a na t ha n   D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o mm u n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   D r .   M . G . R .   E d u c a t i o n a l   a n d   R e se a r c h   I n st i t u t e ,   C h e n n a i ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Mar   13 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Au g   22 ,  202 4   Acc ep ted   A ug   31 ,   2 0 2 4       Th e re   h a s  b e e n   a   lo t  o f  p r o g re ss   in   re c e n t  y e a rs  in   th e   field s   o f  e x p e rt   sy ste m s,  a rti ficia l  in telli g e n c e   ( AI)   a n d   h u m a n   m a c h in e   in terfa c e   (HMI ).   Th e   u se   o f   v o ice   c o m m a n d s  to   e n g a g e   wit h   m a c h in e ry   o r  in stru c t   it   to   d o   a   c e rtain   tas k   is  b e c o m in g   m o re   c o m m o n .   Nu m e ro u s  c o n su m e r  e lec tro n ics   h a v e   S IRI ,   Ale x a ,   C o rtan a ,   a n d   G o o g le   As sista n t  b u il t   in .   I n   t h e   field   o f  h u m a n - d e v ice   in tera c ti o n ,   e m o ti o n   re c o g n it i o n   fr o m   sp e e c h   is  a   c o m p lex   re se a rc h   su b jec t.   We  c a n ' t  im a g in e   m o d e rn   l ife  with o u t  m a c h in e s,  so   n a tu ra ll y   t h e re ' s  a   n e e d   to   c re a te  a   m o re   ro b u st   fra m e wo rk   f o r  h u m a n - m a c h in e   c o m m u n ica ti o n .   A  n u m b e r  o f   a c a d e m ics   a re   n o w  w o rk i n g   o n   sp e e c h   e m o ti o n   re c o g n it i o n   ( S E R)  in   a n   e ffo rt  t o   imp ro v e   th e   i n tera c ti o n   b e twe e n   h u m a n s  a n d   m a c h in e s.   We  a ime d   to   id e n ti fy   f o u r  fu n d a m e n tal   e m o ti o n s:   a n g ry ,   u n h a p p y ,   n e u tra l  a n d   j o y f u l   fro m   s p e e c h   i n   o u r   e x p e rime n t.   As   y o u   c a n   h e a r  b e l o w,  we   trai n e d   a n d   tes ted   o u r  m o d e l  u si n g   a u d io   d a ta  o f   b rief  M a n i p u ri   s p e e c h e s  tak e n   fro m   fil m s.  Th is  tas k   m a k e s  u se   o f   c o n v o lu ti o n a l  n e u ra l  n e two r k s  ( CNN s)  to   e x trac t  fu n c ti o n s  fr o m   sp e e c h   in   o rd e r  to   re c o g n ize   d iffere n t  m o o d s  u si n g   t h e   M e l - fre q u e n c y   c e p stra l   c o e fficie n t  (M F CC).   K ey w o r d s :   C o n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k   Facial  em o tio n   r ec o g n itio n   Facial  ex p r ess io n   r ec o g n itio n   I m ag e  r ec o g n itio n   MFC C   Sp ee ch   em o tio n   r ec o g n itio n   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   R av i G u m m u la   Dep ar tm e n t  o f   E lectr o n ics an d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r i n g   Dr .   M. G. R .   E d u ca tio n al  a n d   R esear ch   I n s titu te    C h en n ai,   I n d ia   E m ail:  r av i.g u m m u la@ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N     Han d   g estu r es,   f ac ial  f ea t u r es  an d   v o ca l  in f lectio n s   ar e   all  p o ten tial  in p u ts   a n d   em o tio n s   t h at  m ay   b e   au to m atica lly   d etec ted   v ia  th e  th r ee   s tep s   o f   f ea tu r e  ex t r a ctio n   an d   class if icatio n   [ 1 ] .   Desp ite  s ig n if ican t  ad v an ce m e n ts   s in ce   th e  d awn   o f   th e   m o u s e  a n d   k ey b o ar d ,   au to m ated   s p ee ch   r ec o g n itio n   an d   ac ce s s ib le  u s er   in ter f ac es  f o r   in d iv id u als  wit h   d is ab ilit ies,  s tate - of - th e - a r t  h u m an   u s er   in ter f ac es  o f ten   f ail  to   f u lly   le v er ag e   th ese  v ital  in ter ac tiv e   ca p ab i liti es,  r esu ltin g   in   less   th an   s atis f ac to r y   ex p er ien ce s .   M ac h in es  th at  c o u l d   in ter p r et  th ese  em o tio n al  c u es  m ay   tailo r   th eir   ass is tan ce   to   ea ch   in d iv i d u al' s   u n iq u e  tast es  an d   r eq u ir e m en ts .   Acc o r d in g   to   s tu d ies  in   p s y ch o lo g y ,   th er e  ar e  s ix   b asic  h u m an   em o tio n s :  h ap p in ess ,   s ad n ess ,   f ea r ,   wr ath ,   d is g u est ,   an d   s h o ck .   T h er e  ar e  ce r tain   em o tio n s   th at  ca n   o n ly   b e  ex p r ess ed   v ia  s p ec if ic  f ac ial  g estu r es  an d   v o ice  in to n atio n   [ 2 ] - [ 4 ] .   E m o tio n   in te r p r etatio n   is   a  p r o m is in g   n ew  f ield   th at  co u ld   p r o v id e   an s wer s   to   m a n y   m y s ter ies   [ 5 ] .    A   p e r s o n ' s   f a c i a l   e x p r es s i o n s   c o n v e y   b o t h   s p o k e n   a n d   n o n v e r b a l   m e s s a g es   a b o u t   t h e i r   e m o t i o n a l   s t a te   [ 6 ] ,  [ 7 ] .     I t  is   p o s s ib le  to   in ter p r et  em o tio n al  s tates  f r o m   a  v ar iety   o f   s o u r ce s ,   s u ch   as  v er b al,   tex tu al  an d   v is u al  cu es.     A  lo n g - s tan d i n g   talen t  h as  all o wed   u s   t o   co m p r e h en d   m an y   th in g s ,   i n clu d in g   p e o p le' s   m in d s :  th e  ca p ac ity   to   in ter p r et  th eir   f ee lin g s   v ia  th e ir   wo r d s   a n d   ex p r ess io n s .   R e ad in g   b etwe en   th e   lin es  o f   th ese  s en tim en ts   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52         Deep - S F E R :   d ee p   c o n vo l u tio n a l n eu r a l  n etw o r k  a n d   MFCC   a n   effec tive   …  ( R a vi  Gu mm u la )   1449   wo r d s   is   an   in cr ed ib ly   d if f icu lt  an d   tim e - co n s u m in g   en d ea v o u r .   A  n u m b er   o f   s cien tific   d is cip lin es  ar e  n o w  co llab o r atin g   o n   a   s o lu tio n   to   th is   p r o b lem :   an   im p r o v ed   m eth o d   o f   em o tio n   d etec tio n   f r o m   a   v a r iety   o f   s o u r ce s ,   in clu d in g   f ac ial  ex p r e s s io n s   an d   v o ice   [ 8 ] .    T h e  in tr o d u ctio n   o f   a r tific ial  in tellig en t  ( AI )   an d   n at u r al  lan g u ag e  m o d ellin g   s y s tem s   h a v e  im p r o v ed   th e  ac cu r ac y   o f   th is   r ea ctio n   t o   v a r io u s   v o ca l - b ased   tech n i q u es  an d   u tter an ce s   [ 9 ] .   W h en   i n   d o u b t,   it  c o u ld   b e  wis e  to   ex am in e  f ee lin g s .   On e  s u ch   is s u e  is   th e  u s e  o f   h u m an - co m p u ter   co o p er atio n .   C o m p u ter s   ca n   m a k e   b etter   d ec is io n s ,   h el p   co n s u m er s   id en tify   em o tio n s ,   an d   f ac ilit ate  th e  d e v elo p m e n t  o f   m o r e   r ea lis tic  in ter ac tio n s   b etwe en   h u m an s   an d   r o b o ts .   W e  wo u ld   ex a m in e  th e  c u r r en t   s tate  o f   e m o tio n   r ec o g n itio n   m eth o d s ,   em o tio n   m o d els   an d   em o tio n   d atab ases ,   g o in g   o v e r   th eir   p r o s   an d   c o n s   an d   wh at   th e  f u tu r e  h o ld s   in   ter m s   o f   th ese  ar ea s   [ 1 0 ] .   On e  o f   o u r   m ain   a r ea s   o f   r esear c h   is   em o tio n   ass ess m en t  v ia  th e  u s e  o f   v o ice  an d   f ac ial  r ec o g n itio n .   W e  ex am i n ed   th e  m an y   tech n ical  co m p o n en ts   th at  co m p r is e  co n tem p o r ar y   m eth o d s   an d   in s tr u m en ts .   T h e   f ield ' s   m o s t  s ig n if ican t  ac c o m p lis h m en ts   h av e   b ee n   c o m p leted   an d   p o ten tial  m eth o d s   f o r   im p r o v e d   o u tc o m es h av e  b ee n   h ig h lig h te d .   T h e  p u r p o s e  o f   u s in g   co n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k s   ( C NNs )   in   d ee p   lear n in g   [ 1 1 ]   is   to   c o n s tr u ct  a  tr u s two r th y   s y s tem   ca p ab le  o f   au to m atica lly   i d en tify in g   a n d   ca teg o r is in g   h u m an   e m o tio n s   in   v o ice  a n d   f ac ial  ex p r ess io n s   [ 1 2 ] .   T h is   in ter d i s cip lin ar y   ap p r o ac h   in co r p o r a tes  au d ito r y   an d   v is u al  cu es  to   p r o v i d e  a  m o r e   co m p lete  p ictu r e  o f   p eo p le' s   e m o tio n s .   C NNs   ar e  u s ed   b y   th e  m o d el  to   ef f ec tiv ely   e v alu at e  f ac ial  ex p r ess io n s   [ 1 3 ] .   C NNs  ar e  v er y   ef f ec tiv e   at  p r o ce s s in g   s p atial  d ata.   E m o tio n al  co m p o n e n ts   in   th e  a u d ito r y   d o m ai n   m ay   b e  ex tr ac ted   s im u ltan eo u s ly   u s in g   s p ee ch   d ata.   T h e  p r im ar y   g o als  ar e  to   m ak e  th e  m o d el  m o r e  g en er aliza b le   ac r o s s   d if f er e n t  d atasets   to   m ak e  em o tio n   id en tific atio n   m o r e   ac cu r ate   a n d   t o   la y   t h e  s tag e  f o r   f u t u r e   ad v an ce m e n ts   in   ar ea s   s u ch   as  s en tim en t  an aly s is ,   m en ta l  h ea lth   m o n ito r in g   an d   s m a r t  m ac h in e - h u m a n   in ter ac tio n s   [ 1 4 ] .   T h e  liter atu r e  s u r v ey   is   s h o wn   in   T ab le  1 .       T ab le  1 .   L iter atu r e  s u r v e y   Y e a r   A u t h o r   Ti t l e   M e t h o d   A b st r a c t   2 0 1 4   K u d i r i   e t   a l .   [ 1 5 ]   Emo t i o n   d e t e c t i o n   mac h i n e   l e a r n i n g   t e c h n i q u e .   H u ma n   c o m p u t e r   i n t e r a c t i o n ,   r e l a t i v e   b i n   f r e q u e n c y   c o e f f i c i e n t s ( R B F C ) ,   r e l a t i v e   su b - 1   i ma g e   f e a t u r e s (RSF ) ,   su p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e   ( S V M ) .   Est i m a t i o n   o f   h u ma n   e mo t i o n s  u si n g   EC G   i ma g e s  a n d   EEG   S i g n a l s.   I d e n t i f y i n g   t h e   p o s i t i v e   a n d   n e g a t i v e   e mo t i o n s.   2 0 1 7   R u i z   e t   a l .   [ 1 6 ]   H u ma n   e mo t i o n   d e t e c t i o n   t h r o u g h   f a c i a l   e x p r e ss i o n s .   S V M ,   R B F C .   F a c i a l   e x p r e ss i o n s   a r e   t w o   t y p e s   n a m e l y ,   D e l i b e r a t e   a n d   n o n - d e l i b e r a t e   f a c i a l   e x p r e ss i o n .   2 0 1 9   K h a l i l   e t   a l .   [ 1 7 ]   Emo t i o n   d e t e c t i o n   t h r o u g h   s p e e c h   a n d   f a c i a l   e x p r e ss i o n s .   S ER ,   d e e p   l e a r n i n g ,   d e e p   n e u r a l   n e t w o r k ,   d e e p   B o l t z ma n n   ma c h i n e ,   r e c u r r e n t   n e u r a l   n e t w o r k ,   C N N .   Th e   r e v i e w   c o v e r s  d a t a b a ses   u se d ,   e mo t i o n s e x t r a c t e d   a n d   c o n t r i b u t i o n s  mo d e .   2 0 2 0   B e g a j   e t   a l .   [ 1 8 ]   Emo t i o n   r e c o g n i t i o n   b a s e d   o n   f a c i a l   e x p r e ss i o n s  u si n g   C N N .   C N N ,   f a c i a l   e x p r e ss i o n   r e c o g n i t i o n ,   f a c i a l   e m o t i o n   r e c o g n i t i o n ,   i ma g e   r e c o g n i t i o n .   O v e r   t h e   l a st   f e w   y e a r s,  t h e r e   h a v e   b e e n   a n   i n c r e a si n g   n u m b e r   o f   s t u d i e s  i n   e mo t i o n   r e c o g n i t i o n   b e c a u s e   o f   t h e   i mp o r t a n c e   a n d   t h e   i m p a c t   t h a t   i t   h a s  i n   t h e   i n t e r a c t i o n   o f   h u m a n s wi t h   c o m p u t e r s .       2.   L I T E R AT U RE   SU RVE Y   2 . 1 .     T he  2 0 1 4   e m o t io n det ec t io n t hro ug h sp ee ch  a nd   f a cia l e x press io ns   T h er e  h av e  b ee n   n u m er o u s   s tu d ies  d o n e  r eg a r d in g   p r ed ict in g   em o tio n s   th r o u g h   e m o tiv e  s p ee ch .   E m o tio n   d etec tio n   v ia  s p ee ch   is   g r o win g   in   p o p u lar ity   s in ce   s p ee ch - b ased   in p u t  s en s o r s   ar e  m u ch   ch ea p er   th an   o th er   tech n o lo g ies.  Sp e ec h   m ay   b e  r ec o g n ized   in   t h e  lo u d est  s itu atio n s   u s in g   th e  h u m an   au d ito r y   f r eq u e n cy   r a n g e  o f   2 0   Hz  to   2 0 , 0 0 0   Hz.   W h en   m an ag in g   with   em o tio n   in   n o is y   s itu atio n s   th r o u g h   s p ee c h ,   p itch   v ar iatio n s   a n d   tem p o   o f   s p ea k in g   i n   r eg a r d   t o   tim e  b ec o m e  s ig n if ican t.   Nev er th ele s s ,   th e  p itch   o f   th e   s p ee ch   s ig n al  ca n   s h if t  d u e  to   a  n u m b er   o f   en v ir o n m e n ts .   Ad d itio n ally ,   th e   in cr ea s in g   d im en s io n ality   o f   th e   v o ice  s ig n als in cr ea s es th e  tim e  co m p lex ity .     2 . 2 .     T he  2 0 1 7   s t a t e   o f   hu ma n e m o t io n r ec o g nitio n v ia   v e rba l a nd   f a cia l e x press io ns   I t  h as  p r o v en   d if f icu lt  to   u s e  co m p u ter s   to   esti m ate  h u m an   e m o tio n s   ev er   s in ce   p eo p le  b e g an   tak in g   p ar t  in   v er b al  s ec ess io n s .   Usi n g   a  p r o p o s ed   h y b r id   m eth o d   th at  in co r p o r ates  b o th   s p o k en   a n d   f ac ial  em o tio n s ,   th is   s tu d y   esti m ates  th e  ty p ic al  em o tio n al  s tates  o f   a  s u b je ct  d u r in g   a  c o n v e r s atio n al  s ep ar atio n ,   i n clu d in g   an g er ,   s ad n ess ,   s atis f ac tio n ,   b o r ed o m ,   d is g u s t ,   an d   asto n is h m en t.  Fo r   au d i o   an d   v id eo   d a ta  in   p ar ticu lar ,   we  u s e  r elativ e  b in   f r eq u en cy   c o ef f icien ts   an d   f am ily   m em b er   s u b - im ag e - b ased   f ea tu r es.   W h en   it  co m es  to   class if icatio n ,   SVM  with   r ad ial  b asis   b it  i s   th e  way   t o   g o .   Acc o r d in g   to   th is   s tu d y ' s   f in d in g s ,   th e  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 6 ,   No .   3 ,  Dec em b er   20 24 :   1 4 4 8 - 1 4 5 9   1450   r ec o m m en d ed   b len d   ap p r o ac h   an d   f ea tu r e  r em o v al  with   v o ice  an d   f ac e  ar e  two   o f   th e  m o s t  well - k n o wn   f ac to r s   im p ac tin g   th e  e m o tio n   d etec tio n   s y s tem .   T h er e   ar e  f ew  f ac to r s   th at  m ig h t  in f l u en ce   th e  em o tio n   d etec tin g   s y s tem ,   alth o u g h   th eir   im p ac t  is   m i n im al.   T h r o u g h   th e   u s e  o f   p u r p o s ef u l  f ac ial   ex p r ess io n s ,   it  was  s h o wn   th at  th e   b im o d al  em o tio n   d etec tio n   s y s tem   o u t p e r f o r m e d   th e  u n im o d al  m eth o d .   An   a p p r o p r iate  d atab ase  is   u s ed   to   ad d r ess   th e  p r o b lem .   T h e   r esu lts   in d icate d   th at  co m p a r ed   to   t h e  o th er   s y s tem s ,   th e  r ec o m m en d ed   em o tio n   r ec o g n itio n   m eth o d   p er f o r m ed   m u c h   b etter   wh en   it  ca m e  to   f u n d am en tal  em o tio n al   co u r s es.     2 . 3 .     E mo t io n r ec o g nitio n in sp ee ch  wit h t he  u s e  o f   deep  l ea rning   t ec hn iqu e s   in 2 0 1 9   A  v ital  y et  ch allen g in g   asp ec t  o f   h u m an - co m p u ter   in ter a ctio n   ( HC I )   is   th e  ab ilit y   to   p er ce iv e   r ec o g n itio n   f r o m   v o ice  s ig n als.  Sev er al  m eth o d s ,   in clu d in g   s ev er al  well - estab lis h ed   s p ee ch   ass ess m en t  an d   class if icatio n   alg o r ith m s ,   h av e  b ee n   u s ed   in   th e  s p ee c h   em o tio n   r ec o g n itio n   ( SER )   liter atu r e  to   d e - em o tio n alize   s ig n als.  A  n ew  alter n ativ e  to   tr ad itio n al  p r o c ed u r es  in   SER  b ased   o n   d ee p   lear n in g   tech n i q u es   h as  ju s t  b ee n   p r o p o s ed .   T h is   ar ticle  p r o v id es  an   o v e r v ie w  o f   d ee p   d is co v er in g   tech n iq u es  an d   d is cu s s es  r ec en t  r esear ch   th at  h as  u s ed   th ese  m eth o d s   to   r ec o g n ize   em o tio n s   in   s p o k en   lan g u a g e.   T h e  ass es s m en t   d elv es  in to   th e  d ata  s o u r ce s   u s ed ,   em o tio n s   elim in ated ,   f u n d s   allo ca ted   to   SER   a n d   an y   ass o ciate d   r estrictio n s .     2 . 4 .     I n 2 0 2 0   e m o t i o n r ec o g n it io n us ing   co nv o lutio na l neura l net wo rk s   Facial  em o tio n   r ec o g n itio n   h a s   b ee n   th e   s u b ject  o f   a n   in c r e asin g   s am p le  o f   s tu d ies  in   r ec en t  y ea r s   d u e  t o   its   s ig n if ican ce   an d   i n f lu en ce   o n   HC I .   T h e   u s e  o f   d e ep   lear n i n g   m eth o d s   is   b ec o m in g   ess en tial  d u e  to   th e  r is e  in   th e  n u m b er   o f   ch allen g in g   d atasets .   T h is   s tu d y   in v esti g ates  th e  ch allen g es  o f   em o tio n   ac k n o wled g m en t  d atasets   an d   ex p er im en ts   with   v ar io u s   cr iter ia  an d   d esig n s   o f   C NN s   to   id en tify   s ev en   h u m an   em o tio n s :  an g s t,  f ea r ,   co n tem p t,  m o ck er y ,   jo y ,   d e s p air ,   an d   s h o c k   in   f ac ial  ex p r ess io n s .   T h e  k ey   d ataset  f o r   o u r   wo r k   is   m u lti - e m o tio n   f ac ial  e x p r ess io n   d atas et  ( iC V  ME FED)   wh ich   is   p r etty   n ew,   in tr ig u in g   an d   v er y   d if f icu lt.     2. 5 .     T he  2 0 1 4   e m o t io n det ec t io n t hro ug h sp ee ch  a nd   f a cia l e x press io ns   T h er e  h a v e  b ee n   n u m e r o u s   s tu d ies  d o n e   r eg a r d in g   p r e d ictin g   em o tio n s   t h r o u g h   em o tiv e   s p ee ch   [ 1 5 ] .   E m o tio n   d etec tio n   v ia  s p ee ch   is   g r o win g   in   p o p u lar ity   s in ce   s p ee ch - b ased   in p u t  s en s o r s   ar e  m u ch   ch ea p er   th an   o th er   tech n o lo g ies.  Sp e ec h   m ay   b e  r ec o g n ized   in   t h e  lo u d est  s itu atio n s   u s in g   th e  h u m an   au d ito r y   f r eq u e n cy   r a n g e  o f   2 0   Hz  to   2 0 , 0 0 0   Hz.   W h en   m an ag in g   with   em o tio n   in   n o is y   s itu atio n s   th r o u g h   s p ee c h ,   p itch   v ar iatio n s   a n d   tem p o   o f   s p ea k in g   i n   r eg a r d   t o   tim e  b ec o m e  s ig n if ican t.   Nev er th ele s s ,   th e  p itch   o f   th e   s p ee ch   s ig n al  ca n   s h if t  d u e  to   a  n u m b er   o f   en v ir o n m e n ts .   Ad d itio n ally ,   th e   in cr ea s in g   d im en s io n ality   o f   th e   v o ice  s ig n als in cr ea s es th e  tim e  co m p lex ity .     2. 6 .     T he  2 0 1 7   s t a t e   o f   hu ma n e m o t io n r ec o g nitio n v ia   v e rba l a nd   f a cia l e x press io ns   I t  h as  p r o v en   d if f icu lt  to   u s e  co m p u ter s   to   esti m ate  h u m an   e m o tio n s   ev er   s in ce   p eo p le  b e g an   tak in g   p ar t  in   v er b al  s ec ess io n s .   Usi n g   a  p r o p o s ed   h y b r id   m eth o d   th at  in co r p o r ates  b o th   s p o k en   a n d   f ac ial  em o tio n s ,   th is   s tu d y   esti m ates  th e  ty p ic al  em o tio n al  s tates  o f   a  s u b je ct  d u r in g   a  c o n v e r s atio n al  s ep ar atio n ,   i n clu d in g   an g er ,   s ad n ess ,   s atis f ac tio n ,   b o r ed o m ,   d is g u s t  an d   asto n is h m en t.  Fo r   au d i o   a n d   v id eo   d a ta  in   p a r ticu lar ,   w e   u s e  r elativ e  b in   f r eq u en cy   c o ef f icien ts   an d   f am ily   m em b er   s u b - im ag e - b ased   f ea tu r es.   W h en   it  co m es  to   class if icatio n ,   SVM  w ith   r ad ial  b asis   b it  i s   th e  way   to   g o .   Acc o r d in g   to   th is   s tu d y ' s   f in d in g s   [ 1 6 ] ,   th e   r ec o m m en d ed   b len d   ap p r o ac h   an d   f ea tu r e  r em o v al  with   v o ice  an d   f ac e  ar e  two   o f   th e  m o s t  well - k n o wn   f ac to r s   im p ac tin g   th e  e m o tio n   d etec tio n   s y s tem .   T h er e   ar e  f ew  f ac to r s   th at  m ig h t  in f l u en ce   th e  em o tio n   d etec tin g   s y s tem ,   alth o u g h   th eir   im p ac t  is   m i n im al.   T h r o u g h   th e   u s e  o f   p u r p o s ef u l  f ac ial   ex p r ess io n s ,   it  was  s h o wn   th at  th e   b im o d al  em o tio n   d etec tio n   s y s tem   o u t p e r f o r m e d   th e  u n im o d al  m eth o d .   An   a p p r o p r iate  d atab ase  is   u s ed   to   ad d r ess   th e  p r o b lem .   T h e   r esu lts   in d icate d   th at  co m p a r ed   to   t h e  o th er   s y s tem s ,   th e  r ec o m m en d ed   em o tio n   r ec o g n itio n   m eth o d   p er f o r m ed   m u c h   b etter   wh en   it  ca m e  to   f u n d am en tal  em o tio n al   co u r s es.     2. 7 .     E mo t io n r ec o g nitio n in sp ee ch  wit h t he  u s e  o f   deep  l ea rning   t ec hn iqu e s   in 2 0 1 9   A  v ital  y et  ch allen g in g   asp e ct  o f   HC I   is   th e  ab ilit y   to   p er ce iv e  r ec o g n itio n   f r o m   v o ice  s ig n als.  Sev er al  m eth o d s ,   in clu d in g   s ev er al  well - estab lis h ed   s p ee c h   ass ess m en t  an d   class if icatio n   alg o r ith m s ,   h av e   b ee n   u s ed   in   th e  SER liter atu r e  to   d e - em o tio n alize   s ig n als.  A  n ew  alter n ativ e  to   tr ad itio n a l p r o ce d u r es in   SER   b ased   o n   d ee p   lear n i n g   tech n iq u es  h as  ju s t  b ee n   p r o p o s ed .   T h is   ar ticle  p r o v id es  an   o v er v iew  o f   d ee p   d is co v er in g   tech n iq u es  an d   d i s cu s s es   r ec en t  r esear ch   th at  h as  u s ed   th ese  m eth o d s   to   r ec o g n is e  em o tio n s   in   s p o k en   lan g u ag e  [ 1 7 ] .   T h e  ass ess m en t d elv es in to   th e  d ata  s o u r ce s   u s ed ,   em o tio n s   elim in ated ,   f u n d s   allo ca ted   to   SER   an d   an y   ass o ciate d   r es tr ictio n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52         Deep - S F E R :   d ee p   c o n vo l u tio n a l n eu r a l  n etw o r k  a n d   MFCC   a n   effec tive   …  ( R a vi  Gu mm u la )   1451   2. 8 .     I n 2 0 2 0   e m o t i o n r ec o g n it io n us ing   co nv o lutio na l neura l net wo rk s   Facial  em o tio n   r ec o g n itio n   h a s   b ee n   th e   s u b ject  o f   a n   in c r e asin g   s am p le  o f   s tu d ies  in   r ec en t  y ea r s   d u e  to   its   s ig n if ican ce   an d   in f lu en ce   o n   HC I   [ 1 8 ] .   T h e   u s e  o f   d ee p   lear n in g   m eth o d s   is   b ec o m in g   ess en tial  d u e  to   th e   r is e  in   t h e  n u m b e r   o f   ch allen g in g   d atasets   [ 1 9 ] .   T h is   s tu d y   in v esti g ates  th e  ch allen g es  o f   em o tio n   ac k n o wled g m en t  d atasets   an d   ex p er im en ts   with   v ar io u s   cr iter ia  an d   d esig n s   o f   C NN s   to   id en tify   s ev en   h u m an   em o tio n s :  an g s t,  f ea r ,   co n tem p t,  m o ck er y ,   jo y ,   d esp air   an d   s h o ck   i n   f ac ial  e x p r es s io n s   [ 2 0 ] .   T h e  k ey   d ataset  f o r   o u r   wo r k   is   m u lti - e m o tio n   f ac ial  e x p r ess io n   d atas et  ( iC V  ME FED)   wh ich   is   p r etty   n ew,   in tr ig u in g   an d   v er y   d if f icu lt.       3.   M E T H O D    3 . 1 .     P r o blem   s t a t e m ent     Giv en   th at  h u m an s   e n g ag e   i n   co n v er s atio n al  s ess io n s ,   it  h as  b ee n   d if f ic u lt  to   e v alu ate  h u m an   em o tio n s   u s in g   a  co m p u ter   [ 2 1 ] .   T h is   r esear ch   p r o ject  p r o p o s es  a  h y b r id   s y s tem   th at  u s es  h ar s h   f ac es  an d   v o ice  to   m im ic  th e  b asic  co n c ep ts   ( an g r y ,   s ad ,   j o y f u l,  b o r ed ,   d is g u s ted ,   an d   s h o c k ed )   o f   a n   ar s o n is t  d u r in g   a   co n v er s atio n al   s ec ess io n .   Fam ily   m em b e r   in   r elativ e  s u b - im ag e  an d   f r eq u e n cy   co ef f i cien ts   ty r es  th at  ar e   b ased   o n   s p ec ialis ed   m ater i als  ar e  u s ed   f o r   v is u al  an d   au d ito r y   d ata  [ 2 2 ] .   Su p p o r t  c lass if icatio n   is   ac co m p lis h ed   u s in g   v ec to r   eq u ip m en t  with   a  r ad ial  b asis   k er n el.   B ased   o n   th e  r esu lts   o f   th is   r esear ch ,   th e  r ec o m m en d ed   f u n ctio n   e x tr ac tio n   u s in g   v o ice   an d   f ac e   is   a   m ajo r   f ac to r   in f lu e n cin g   th e  em o tio n   d is co v er y   s y s tem ,   esp ec ially   wh en   co m b in ed   with   th e   p r o p o s ed   a p p r o ac h .   T h er e  ar e   a  f ew  f ac t o r s   th at  m ig h t  in f l u en ce   th e  em o tio n   d etec tin g   s y s tem ,   b u t  th ey   wo n ' t  h av e  m u c h   o f   an   ef f ec t.  C o m p ar e d   to   a  u n i m o d al  s y s tem   th at   u s es  in ten tio n al  f ac es  t o   d eter m in e  em o tio n s ,   th e   b im o d al   ap p r o ac h   is   less   ef f ec tiv e  [ 2 3 ] .   A   r elev an t   d ata   s o u r ce   is   u s ed   to   tack le  th e   p r o b lem .   Acc o r d i n g   to   t h e  r esu lts ,   th e  s u g g ested   em o tio n   d is co v er y   m eth o d   o u tp er f o r m ed   th e  co m p etitio n   wh en   it c am e  to   b asic p s y ch o l o g ical  ca teg o r ies.     3 . 2 .     P r o po s ed  s y s t em   T h e  im p o r ta n ce   an d   im p ac t  o f   f ac ial  em o tio n   r ec o g n itio n   i n   HC I   h as  led   to   an   u p s u r g e  i n   r esear ch   in to   th e  to p ic  in   r ec en t  y ea r s .   I t  is   n o w  n ec ess ar y   to   u s e  d ee p   lear n in g   al g o r ith m s   d u e   to   th e  in cr ea s in g   d iv er s ity   o f   d e m an d in g   d at asets   [ 2 4 ] .   I n   th is   p a p er ,   we  tak e  a   lo o k   at   th e  p r o b lem s   with   f ee lin g   ac k n o wled g m en t  d atasets   an d   tr y   v ar io u s   cr iter ia  an d   C NN  ar ch itectu r es  to   d etec t  s ev en   h u m an   e m o tio n s :   an g s t,  co n ce r n ,   co n tem p t,  jo y ,   s ad n ess ,   an d   s u r p r is e  in   f ac ial   ex p r ess io n s   [ 2 5 ] .   B ec au s e  it  is   n o v el,   in ter esti n g   an d   ch allen g in g ,   we  h av e  c h o s en   iC V  ME FED  as th e  p r im ar y   d ataset  f o r   o u r   r esear ch .     3 . 3 .     C o nv o lutio na l neura l net wo rk   T h e  C NN  is   co m m o n ly   u s ed   in   d ee p   lear n in g   f o r   im a g e  r e co g n itio n   an d   co m p u ter   v is io n   task s .   I t's   g r ea t a t c ap tu r i n g   s p atial  r elatio n s h ip s   in   d ata.   Fig u r e  1   e x p la in s   th e  C NN  p r o ce s s .           Fig u r e  1 .   C NN  p r o ce s s       3 . 3 . 1 .   H er e  a re   t he  k e y   a s pect s   o f   CNNs   C NNs  ar e  d esig n ed   with   a  n u m b er   o f   lay er s   s u ch   as  f u ll y   co n n ec te d ,   p o o lin g   an d   co n v o lu tio n al  o n es.  C o n v o lu tio n al   lay er s   ca p tu r e  f ea tu r e   h ier ar c h ies  b y   a p p ly in g   f ilter s   ( k er n els)  t o   in c o m in g   d ata.   C NNs  ar e  co m m o n ly   u s ed   f o r   im a g e  an d   v id e o   r ec o g n itio n ,   m ed ical  im ag e  an aly s is ,   o b j ec t  d etec tio n ,   f ac ial  r ec o g n itio n ,   an d   o th er   p u r p o s es.  T h ey   ar e  also   u s ed   in   n o n - v is u al  ac tiv ities   wh ich   in clu d es  n atu r al  lan g u a g e  p r o ce s s in g   an d   tim e - s er ies  an aly s is .   T h ese  attr ib u tes  co n tr i b u te  to   C NNs  ex ce p tio n al  f ea tu r e  ex tr ac tio n   a n d   r ep r esen tatio n   s k ills ,   m ak in g   th em   a  co r n er s to n e  o f   m o d er n   c o m p u ter   v is io n   a n d   r elate d   f ield s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 6 ,   No .   3 ,  Dec em b er   20 24 :   1 4 4 8 - 1 4 5 9   1452   B ac k p r o p ag atio n   is   a  m ec h an is m   f o r   u p d atin g   th e  weig h ts   in   a  n etwo r k   b ased   o n   an   er r o r .   I t  en tails   co m p u tin g   th e  g r ad ien t o f   th e  lo s s   f u n ctio n   in   r elatio n   to   ea c h   weig h t a n d   ch an g in g   t h e  weig h ts   ac co r d in g ly .   o p tim izatio n   alg o r ith m s :  s to ch asti c  g r ad ien t  d escen t  ( S GD) ,   Ad am ,   an d   R MSp r o p   ar e  th r ee   p o p u lar   o p tim izer s ,   ea ch   with   its   o wn   s tr ateg y   f o r   m o d if y in g   lear n in g   r ate  an d   o th er   p ar am eter s .     3 . 3 . 2 .   L a y er s   t ha t   us e  co nv o l utio n   I n   c o n v o l u tio n ,   f ea tu r es   ar e   ex tr ac ted   b y   s lid in g   a  f ilter   ac r o s s   th e   in p u t  d ata,   wh ile  s p atial  co r r elatio n s   ar e  p r eser v ed .   B y   lear n in g   h ier ar c h ical  r ep r esen tatio n s ,   m an y   f ilter s   ca n   id en tify   a  wid e  r an g e  o f   ch ar ac ter is tics .   B y   lo wer in g   th e  n u m b er   o f   s p atial  d im e n s io n s   an d   th e  c o m p u tatio n al  ef f o r t,  p o o lin g   lay e r s   lo wer   s am p le  f ea tu r e  m ap s .   Ma x   p o o lin g   ( c h o o s in g   th e  m ax im u m   v alu e )   an d   av er a g e  p o o lin g   ar e  two   co m m o n   way s   to   p o o l d ata.     3 . 3 . 3 .   L a y er s   t ha t   a re   f ull y   c o nn ec t ed   I n   o r d er   to   ag g r eg ate   lear n t   f ea tu r es  f o r   u s e   in   r eg r ess io n   o r   class if icatio n   task s ,   f u lly   co n n ec ted   lay er s   ar e  u s ed .   E ac h   n eu r o n   in   o n e  lay er   is   co n n ec ted   to   e v er y   n e u r o n   in   th e  lay e r   b elo w  an d   ab o v e  it  v ia   th ese  lay er s .   Fu lly   co n n ec ted   lay er s ,   also   k n o wn   as  d en s e   lay er s ,   p e r f o r m   a  s ig n if ica n t   f u n ctio n   in   n eu r al  n etwo r k s ,   in   p a r ticu lar   f o r   r e g r ess io n   an d   class if icatio n .   T h ese  lay er s   ar e  r ef er r e d   to   b e   "f u lly   co n n ec ted "   b e c a u s e   e a c h   n e u r o n   i n   o n e   l a y e r   c o m m u n i c a t e s   w it h   e v e r y   n e u r o n   i n   t h e   l a y e r s   e x cl u s i v el y   b e l o w   a n d   a b o v e   i t.   T h is   d esig n   en ab les  th e  n etwo r k   to   ca p tu r e  an d   ag g r eg ate  co m p licated   in ter ac tio n s   b etwe en   lear n ed   f ea tu r es.   T h ey   id en tify   p atter n s   o r   s eq u en ce s   in   th e  d ata,   s u ch   as  ed g es  in   an   im ag e  o r   tem p o r al  i n ter ac tio n s   in   tim e  s er ies.  Fo llo win g   th e  f ea tu r e  ex tr ac tio n   p r o ce d u r e,   f u lly   co n n ec ted   lay er s   ar e  u s ed   to   ag g r eg ate  all  o f   th e   k n o wled g e   g ai n ed   an d   g e n er at e  th e   f in al  f o r ec ast.   T h is   in f o r m atio n   a g g r eg atio n   m ak es  f u ll y   co n n ec ted   lay er s   n ec ess ar y   f o r   p r o g r am s   s u ch   as  r eg r ess io n   an d   class if icat io n .   I n   ea ch   f u lly   co n n ec ted   lay er ,   ea ch   n eu r o n   co m p u tes  a  weig h ted   s u m   o f   t h e  p r ev io u s   lay er ' s   o u tp u ts ,   ad d s   a  b ias  ter m ,   an d   s en d s   th e  r esu lt  em p lo y in g   a n   ac tiv atio n   f u n ctio n .   Fu lly   co n n ec ted   lay er s   ar e  ad d itio n al ly   h elp f u l  in   d im en s io n ality   r ed u ctio n .   As  d ata   p ass es th r o u g h   th ese  lay er s ,   th e  h ig h - d im e n s io n al  f ea tu r e  s p ac e  u s u ally   b ec o m es f latten ed ,   m ak in g   it e asier   to   id en tify   o r   d eter m in e   o u tco m es.  Fo r   class if icatio n   task s ,   th e   f in al   f u lly   co n n ec ted   lay er   is   f r eq u e n tly   co n s tr u cted   u p   o f   as  m a n y   n e u r o n s   as  class es,  with   a  s o f tm ax   ac tiv atio n   f u n ctio n   p r o d u ci n g   p r o b ab ilit ies  f o r   ea ch .     3 . 4 .     M el  f re qu ency   ce ps t ra l c o ef f icient   Mel - f r eq u e n cy   ce p s tr al  co ef f i cien t  ( MFC C )   i s   a  wid ely   u s e d   tech n iq u e  f o r   ex tr ac tin g   au d io   f ea tu r es   an d   th e  f l o w  ch ar t is sh o wn   in   th e  Fig u r e  2 .   T h e  p r im ar y   g o a ls   ar e:    −   E lim in ate  p itch   in f o r m atio n   w h ich   is   v o ca l f o ld   ex citatio n .   −   Sep ar ate  th e  r etr iev e d   ch ar ac t er is tics   f r o m   ea ch   o th e r .   −   Mo d if y   to   a cc o m m o d ate  th e  w ay   p eo p le  h ea r   d if f er e n t v o lu m es a n d   f r e q u en cies o f   s o u n d .   −   R ec o r d   h o w  co n tex t is ch an g in g .   Featu r e  is   th e  ac o u s tic  p r o p er ty   o f   th e   v o ice  s ig n al.   T h e  ac o u s tic  f ea tu r es  o f   t h e  s p ee ch   s ig n al  ar e  p r eser v ed   th r o u g h o u t a n aly s is   b y   ex tr ac t in g   ju s t a   lim ited   q u a n tity   o f   d ata  f r o m   th e   s ig n al  [ 2 6 ] .           Fig u r e  2 .   MFC C   f lo w  ch ar t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52         Deep - S F E R :   d ee p   c o n vo l u tio n a l n eu r a l  n etw o r k  a n d   MFCC   a n   effec tive   …  ( R a vi  Gu mm u la )   1453   3 . 5 .     F a ce   e m o t io n us ing   CNN   T h e  f ac e  em o tio n   u s in g   C NN  p r o ce s s   s tep s   ar e  ex p lain ed   i n   Fig u r e  3 .   ( a)   First  th in g   to   d o   ( Step   1 )   g ath er   in f o r m atio n :  o b tain   a  c o llectio n   o f   im ag es  o f   f ac es   lab elled   with   m atch in g   em o tio n s   ( s u ch   as h ap p in ess ,   s o r r o w   an d   an g e r ) .   Get  th e  im ag es r ea d y   f o r   p r o c ess in g   b y   d o in g   th in g s   lik e  r esizin g ,   n o r m alis in g   p ix el  v alu es a n d   a d d in g   m e tad ata  if   n ec ess ar y .   ( b )   Sty le  o f   th e  m o d el  ( Step   2 ) : CNN sty le  is   ex p lain ed   h er e.   -   L ay er   f o r   in p u t:   t ak es  p ictu r es  with   a   ce r tain   d im en s io n ality .   A  lay er   o f   co n v o l u tio n s :  d ea c tiv ate  th e   p ictu r e  f u n ctio n ality .   Af ter   e v er y   c o n v o lu tio n al   lay er ,   th e r e  s h o u l d   b e   ac tiv atio n   f u n ct io n s   ( lik e  r ec tifie d   lin ea r   u n it   ( R eL U ) ) .   L ay er   m er g i n g   ( e. g . ,   m ax   p o o lin g )   to   r e d u ce   s p atial  d im e n s io n s   an d   im p o r tan t le ad in g   f u n ctio n s .     -   Flatten in g   lay er :  b ef o r e  f ee d in g   th e  o u tp u t  o f   th e  c o n v o lu t io n al  lay er s   in to   f u lly   co n n ec ted   lay er s ,   f latten   th em .   -   I n ter co n n ec ted   lay e r s :  u s e  ch ar ac ter is tics   ex tr ac ted   b y   co n v o lu tio n al  lay e r s   to   d o   ca teg o r izatio n .   I n   th e  r esu lt lay er ,   th e r e  ar e  as m an y   n er v e  ce lls   as th er e  ar e  cla s s es ( e. g . ,   em o tio n al  s tates).     ( c)   Fo r war d   p r o p ag atio n   ( Step   3 ) :  a p p ly   th e  C NN's  p r ed ef in ed   lay er s   to   th e  in p u t  p ictu r es.  Dete r m in e  th e  n etwo r k ' s   o u tp u t b y   u s in g   th e   lear n ed   b iases   an d   weig h ts .     ( d )   Dete r m in e  l o s s   ( Step   4 ) :   t o   f in d   th e   d if f er en ce   b etwe en   th e   a ctu al  an d   p r o jecte d   lab els,  u s e   a  lo s s   f ea tu r e   th at  is   ex ce llen t  f o r   ca teg o r y   task s ,   s u ch   as  ca teg o r ical  cr o s s - en tr o p y .   Fifth ly ,   wh en   wo r k in g   with   f ac to r s   lik e  weig h ts   an d   p r e d is p o s itio n s ,   u s e  b ac k   p r o p a g at io n   to   d eter m in e  t h e  lo s s   f u n ctio n ' s   s lo p es.  R ev is e  th e  r eq u ir em en ts   with   t h e  h elp   o f   an   o p tim izatio n   p r o g r am m e  lik e  R MSp r o p ,   Ad am   o r   SGD.     ( e)   Data   t r ain in g   ( Step   5 ) :  p u t  t h e  C NN  th r o u g h   its   p ac es  with   th e   ca teg o r is ed   d ataset.   R e p ea t  iter ativ ely   ac r o s s   p ictu r e  b atch es,  d o in g   f o r war d   p r o p a g atio n ,   lo s s   co m p u tatio n   an d   b ac k   p r o p a g at io n .   C o n tin u e   u n til th e  m er g i n g   r e q u ir em e n t s   ar e  m et  o r   u n til a  s p ec if ied   n u m b er   o f   d ates h a v e  p ass ed .   (f)   E v alu atio n   ( Step   6 ) :  t r y   o u t  th e  s ea s o n ed   m o d el  o n   a  f r esh   b atch   o f   v alid atio n   d ata  to   s ee   h o w  well  it   p er f o r m s .   E v alu ate  p a r am eter s   lik e  F1 - s co r e,   r ec all,   ac c u r ac y   an d   p r ec is io n .     ( g )   Ver if y in g   ( Step   7 ) :   t ak e  a   lo o k   at  th e   ex p e r ien ce d   m o d el   o n   its   g en er alis atio n   e f f icien cy   o n   a  d if f er en t   test .   T o   v er if y   t h e  d esig n ' s   ef f icac y   o n   h id d e n   d ata,   c o m p u te  co m p ar ab le  e v alu atio n   m ea s u r es.    ( h )   Op tim izatio n   an d   f in e - tu n in g   ( Step   8 ) :  a d j u s t  d esig n   s ty le  a n d   h y p er   p ar am eter s   ( s u c h   as   lear n in g   r ate   an d   b atch   d im en s io n )   in   lig h t  o f   test   r esu lts .   T o   av o id   o v er f itti n g ,   u s e  ap p r o ac h es  s u ch   as  f ailu r e  o r   L 2   r eg u lar is atio n .     ( i)   E x ec u tio n   ( Step   9 ) :  u s e  f r esh   f ac e  im ag es  to   tr ain   t h e  s k illed   v er s io n   to   m ak e   in f er en ce s .   I n co r p o r ate  th e   m o d el  in t o   s y s tem s   o r   ap p s   f o r   p r ac tical  u s e,   s u c h   d is co v e r in g   em o tio n s   in   v id e o s   o r   u s in g   it  in   r ea l - tim e.           Fig u r e  3 .   Face   em o tio n   u s in g   C NN       3 . 6 .     S peec h  em o t io n  us ing   CNN  a nd   M F CC   All th e  s tag es o f   th is   p r o ce s s   ar e  ex p lain ed   in   Fig u r e   4 .   ( a)   Stag e  1   d ata  p r ep a r atio n :  N o r th   Am er ican   ac ce n t  p h r ases   m ay   b e   f o u n d   i n   th e  r y er s o n   au d io - v is u al   d atab ase  o f   em o tio n al  s p ee ch   an d   s o n g   ( R AVDE SS ) .   E x p r e s s io n s   o f   p leasu r e,   s ad n ess ,   a n g er ,   s u r p r is e  an d   d is g u s t  ar e  all  p ar t  o f   th e  lan g u ag e  we  u s e.   T h er e  ar e  two   tier s   o f   em o tio n al  in ten s it y   ( r eg u lar   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 6 ,   No .   3 ,  Dec em b er   20 24 :   1 4 4 8 - 1 4 5 9   1454   s o lid )   an d   a  th ir d ,   m o r e  s u b tle,   lev el  o f   em o tio n .   C o llect  a   c o llectio n   o f   au d i o   clip s   lab elle d   with   v a r io u s   em o tio n al  s tates.   -   Get  th e  au d i o   f iles   r ea d y :  t h e  au d io   f iles   m u s t  b e  p r ep ar ed   b ef o r e  an y th i n g   else.  A n   in d iv id u al' s   d is tin ct  ch ar ac ter   in   t h e  f ile' s   th ir d   d ig it,  w h ich   r e p r esen ts   th e  em o tio n   k ey ,   allo ws  th e  s o u n d   f r am ewo r k   to   r ec o g n is e  d if f er en t  em o tio n s .   Fiv e  d is tin ct  em o tio n s :  ca lm ,   an g r y ,   w o r r ied ,   d is g u s ted ,   an d   s u r p r is e  wh ich   ar e   p ar t  o f   th e  d ata  s et.   T r an s f o r m   th e  u n p r o ce s s ed   au d io   s am p les  in t o   a  s u itab le  f o r m at  s u ch   as  wav ef o r m   au d io   f ile  ( W AV)   f iles .     E d it  th e  au d io   s am p les  s u ch   th at  MFC C s   ar e  n o t   p r esen t.    ( b )   Stag e  2   cr ea tin g   th e  m o d el :  w h en   d ec id in g   o n   s p ee c h   tag s ,   class if icat io n   ac co r d in g   to   th e  n u m b e r   o f   class es  is   r eq u ir ed .   T h e  f o ll o win g   ca teg o r ies  ar e:   class if icatio n :  g o o d   an d   p o o r   ex ce llen t :  u n well,   co n ten t.  Po o r :  a n x iety ,   d ep r ess io n ,   an d   ir r itab ilit y .   An g e r ,   s ad n ess ,   co n ten tm e n t,  f ea r ,   an d   tr an q u illy   ar e   th e  class es.  E m o tio n al  s tate:  f u r y ,   d ep r ess io n ,   jo y ,   wo r r y ,   ir r itab ilit y ,   tem p er ,   an d   d r ea d .     -   Def in e  th e  C NN  a lg o r ith m   h e r e:  t h e  in p u t la y e r   is   ca p ab le  o f   r ec eiv in g   MFC C s .     -   L ay er s   o f   co n v o l u tio n :   u s e  o n e - d im e n s io n al  c o n v o lu tio n al  f ilter s   to   p ick   u p   o n   p atter n s   in   th e   s u r r o u n d in g   a r ea .     -   L ay er s   f o r   p o o lin g :   r ed u ce   s p atial  d im en s io n s   b y   d o wn   s a m p lin g   attr ib u te  m a p s .   Div id e  th e  in p u t  r esu lt  in to   co m p letely   co n n ec ted   lay er s   b y   f latten in g   th e  lay er .   E x ec u te  ca teg o r y   b ased   o n   d r awn   o u t   attr ib u tes:   f u lly   co n n ec ted   lay er s .   T h e  o u tp u t  lay er   co n s i s ts   o f   n er v e   ce lls   th at  ar e  ac tiv ated   b y   s o f tm ax   an d   co r r esp o n d   t o   d if f er en t e m o tio n   ty p es.    ( c)   Stag e  3   d ata  tr ain in g :  h e r e,   y o u ' ll  b u ild   th e  C NN  m o d el's  l ay er s ,   ch o o s e  th e  ac tiv atio n   f u n ctio n ,   m a k e   th e  ap p r o p r iate  d ec is io n   an d   t ell  So f tm ax   to   s p lit  th e  d is cu s s io n   in to   m an y   team s .   Ma k e   u s e  o f   tr ain in g   d ata  to   h o n e  th e   m o d el   an d   t h en   test   it  with   n ew  d ata.   E v alu ate  th e  esti m ated   co s t  in   r elatio n   to   th e   ac tu al  co s ts .   T h e  ac c u r ac y   o f   th e  s ettin g   is   s h o wn   b y   t h is   co m p a r is o n .   Div i d e  th e   d ata s et  in to   th r e e   p ar ts : tr ain in g ,   r ec o g n itio n   an d   test in g .     ( d )   Stag e  4   f ir s t,  we  n ee d   to   tr ai n   th e  C NN  m o d el:  p e r f o r m   iter atio n s   u s in g   s ets  o f   MFC C s .   I n itiate  b ac k   p r o p a g atio n ,   f o r war d   b r ee d in g   an d   lo s s   co m p u tatio n .   Use  an   o p tim is atio n   f o r m u la  ( s u c h   as  Ad am   o r   SGD)   to   u p d ate  th e  p ar am eter s .   Fo u r th   p iece   o f   ad v ice:  test   th e  v eter an   m o d el  o n   th e  v alid atio n   d ata  s et:  d eter m in e  m ea s u r es lik e  F1 - s c o r e,   r ec all,   ac c u r ac y   a n d   p r ec i s io n .     ( e)   Stag e  5   ass ess in g :  t ak e  a  lo o k   at  th e  test ed   m o d el  u s in g   th e  tr ain in g   s et:  f in d   an aly tical  m etr ics  to   s ee   h o w  well  g en er alis atio n   wo r k s .     (f)   Stag e  6   test in g :  m ak e  av ailab le  th e  tr ain ed   m o d el  f o r   u s e  in   in f er r in g   f r esh   au d io   s am p les   in   r ea l  tim e:  t ak e  au d io   s am p les  as  in p u t.  Get  MF C C s   o u t  o f   th e  d ata.   I n p u t  th e  MFC C s   in to   th e  ex p er t  d esig n   to   f o r etell  th e  em o tio n .           Fig u r e  4 .   Sp ee c h   em o tio n   u s in g   C NN       4.   RE SU L T S   I n   o r d er   to   ac c o m p lis h   th is   task ,   we  h av e  t r ain ed   a  C NN  alg o r ith m   u s in g   th e  R AVDE SS   S o u n d   Data s et  to   id en tify   em o tio n s   i n   s p o k en   lan g u a g e  an d   we  h av e  u tili ze d   th e  em o tio n   f ac ial  e x p r ess io n   p ictu r es  d ataset  to   id en tify   f ac ial  e x p r e s s io n s .   Usi n g   th e  s am e  alg o r ith m ,   we  h av e  tr ain ed   b o th   t h e  s p ee ch   d ataset  an d   th e  f ac e  p h o to   d ataset  u s in g   C NN   v er s io n s .   Yo u   ca n   f in d   t h e   f ac e  d ataset  wh ich   co n tain s   th e  p h o to g r ap h s   o f   em o tio n   f ac es sh o wn   in   Fig u r e  5   in   th e  ' Data s et '   f o ld er .   W e  ar e   s h o win g   d ataset  o f   au d i o   f iles   in   Fig u r e  6   an d   th is   d ataset  s av ed   in s id e  s p ee ch   em o tio n   d ataset  f o ld er .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52         Deep - S F E R :   d ee p   c o n vo l u tio n a l n eu r a l  n etw o r k  a n d   MFCC   a n   effec tive   …  ( R a vi  Gu mm u la )   1455       Fig u r e  5 .   E m o tio n   f aces           Fig u r e  6 .   E m o tio n   a u d io   d atasets       Ob s er v ed   h er e  ar e  2 4   s ep ar ate   s tar   r ec o r d in g s   o f   h u m an   s p ee ch ,   s p an n in g   8   d is tin ct  em o tio n al  s tates :   n eu tr al,   tr an q u il,  d elig h ted ,   d ep r ess in g ,   u p s et,   af r ai d ,   d is g u s ted ,   an d   asto n is h ed .   T o   s ee   au d io   in f o r m atio n ,   ju s t  g o   to   an y   f o ld er   in   th e  ab o v e  d is p lay .   E v er y   wav e  f ile  is   as s o ciate d   with   a  n u m b er   th at  is   s p lit  b y   th e  ' - '  s y m b o l;  th r ee   d ig its   r ep r esen t  th e  id ,   o n e  r ep r esen ts   th e  g en d er ,   an d   th e  th ir d   p lace s   a  v alu e  b etwe en   o n e  an d   eig h t th at  r ep r esen ts   th e  em o ti o n .   T h e   d ata  s et  lo ad ig   a n d   p r e - p r o ce esin g   d ata  s h o wn   i n   Fig u r e s   7   an d   8 .           Fig u r e   7 .   Data   s et  lo ad in g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 6 ,   No .   3 ,  Dec em b er   20 24 :   1 4 4 8 - 1 4 5 9   1456       Fig u r e  8 .   Pre - p r o ce s s in g   d ata       Fig u r e  9   ex p lain s   ab o u t  th e   alg o r ith m   r esu lts   o f   C NN  p r o ce s s .   T h e  g r ap h   s h o wn   in   Fig u r e  1 0   ex p lain s   th at  b o th   alg o r ith m s   s h o wn   in   Fig u r e  9   ac h iev ed   a  p r ec is io n   o f   1   an d   b o th   f o r m u lae  ac h iev ed   a  lo s s   v alu e  o f   0 ,   with   th e  x - ax is   r ep r esen tin g   e p o c h   an d   th e   y - ax is   r ep r esen tin g   p r ec is io n   an d   lo s s   v alu es   r esp ec tiv ely .   T h e  ac cu r ac y   o f   f ac ial  ex p r ess io n s   ( g r ee n   lin e)   an d   v o ca lizatio n s   ( b lu e  lin e)   ar e  s h o wn   in   t h e  g r ap h   ab o v e.   T o   p o s t  a  f ac e  p h o to g r ap h   an d   s ee   th e  r esu lts   s h o wn   in   Fig u r e s   11   to   1 3 ,   click   th e  "Pr e d ict   Facial  E m o tio n "  b u tto n   r ig h t n o w.           Fig u r e  9 .   Alg o r ith m   r esu lts   ( C NN)           Fig u r e  1 0 .   E m o tio n   lo s s   an d   a cc u r ac y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52         Deep - S F E R :   d ee p   c o n vo l u tio n a l n eu r a l  n etw o r k  a n d   MFCC   a n   effec tive   …  ( R a vi  Gu mm u la )   1457       Fig u r e  1 1 .   T est  im ag e  r esu lts           Fig u r e  1 2 .   Au d io   test   f iles           Fig u r e  1 3 .   Sp ee ch   em o tio n   tes t       5.   CO NCLU SI O N   On e  p r o m is in g   av en u e  f o r   ad v an ce m en t  in   em o tio n al  co m p u tin g   is   th e  co m b in atio n   o f   f ac ial  an d   v o ca l  an aly s is   with   d ee p   lear n in g ' s   C NN s   f o r   em o ti o n   id e n tific atio n .   B y   c o m b in in g   h el p f u l  em o tio n al  c u es   f r o m   s p ee ch   s ig n als  with   th e  r o b u s tn ess   o f   C NNs  f o r   s p a tial  f u n ctio n   ex tr ac tio n ,   th is   m eth o d   en a b les  th e  d etailed   an aly s is   o f   f ac e  em o tio n s .   T h e  co m b i n atio n   o f   b o th   v is u al  an d   au d ito r y   m o d al ities   im p r o v es  th e   d esig n ' s   ca p ac ity   to   ca p tu r e  t h e  n u an ce   an d   co m p lex ity   o f   h u m an   em o tio n s .   T h is   m ak es  th e  in d u s tr ialized   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.