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Short-time Fourier transform 소음맵을 이용한 컨볼루션 기반 BSR (Buzz, Squeak, Rattle) 소음 분류
BSR (Buzz, Squeak, Rattle) noise classification based on convolutional neural network with short-time Fourier transform noise-map 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.37 no.4, 2018년, pp.256 - 261  

부석준 (연세대학교 컴퓨터과학과) ,  문세민 (현대자동차) ,  조성배 (연세대학교 컴퓨터과학과)

초록
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차량 내부에는 BSR(Buzz, Squeak, Rattle) 세 가지 유형의 소음이 발생한다. 본 논문에서는 심층 컨볼루션 신경망으로 추출한 소음 특징에 기반하여 자동으로 차량 내부의 BSR 소음을 분류하는 분류기를 제안한다. 차량 내부의 소음은 전처리 단계에서 STFT(Short-time Fourier Transform) 알고리즘을 사용하여 소음 맵으로 표현된다. 생성된 소음 맵 내부에서 실제 소음의 위치를 정확하게 파악하기 어려운 문제에 대처하기 위해서 슬라이딩 윈도우 방법으로 분할하였다. 본 논문에서는 t-SNE(t-Stochastic Neighbor Embedding) 알고리즘을 사용하여 심층 컨볼루션 신경망 내부 파라미터를 시각화하고 정성적인 방식으로 오분류데이터를 분석하였다. 분류된 데이터의 정량적인 분석을 위해 소음의 종류별 유사도를 SSIM(Structural Similarity Index) 수치에 기반하여 정량화하여 리트랙터의 떨림음이 정상주행음과 가장 유사하다는 것을 밝혔다. 제안하는 방법의 분류기는 기타 기계학습 알고리즘 대비 최고 분류 정확도를 달성하였다(99.15%).

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

There are three types of noise generated inside the vehicle: BSR (Buzz, Squeak, Rattle). In this paper, we propose a classifier that automatically classifies automotive BSR noise by using features extracted from deep convolutional neural networks. In the preprocessing process, the features of above ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 복잡하고 유사한 소음 데이터를 모델링하고 분류하기 위해서 기계학습 방법 중심층 컨볼루션 신경망을 사용하는 BSR 분류를 제안한다. 컨볼루션 신경망은 입력된 데이터에 컨볼루션과 풀링연산을 적용하며 자동적으로 분류에 필요한 특징을 추출, 학습하는 방법으로 타 기계학습 방법을 사용한 BSR 분류기와 비교하여 가장 높은 분류정확도(99.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
t-SNE 알고리즘이란 무엇인가? t-SNE 알고리즘은 고차원상 데이터의 관계를 저차원상에서 유지하는 비선형적인 차원 축소 방법이다.[13] 소음원이 다름에도 불구하고 가까운 거리에서 뒤섞인 데이터들은 소음의 특성이 비슷하여 오분류될 확률이 높다.
BSR 소음을 분류하는데 어려운 이유는 무엇인가? 구체적으로 BSR 소음은 시계열 특성을 가지는 음향 데이터로 기계학습 방법을 사용하여 분류하기에는 데이터의 차원이 높고, 정확한 소음의 시작과 끝을 알기 어려운 문제가 있다. 따라서 본 논문에서는 소음의 분류에 사용할 특징을 추출하기 위해 STFT(Shorttime Fourier Transform) 알고리즘을 사용하여 소음별로 고유한 소음 맵을 구성하였다.
본 연구에서 컨볼루션 신경망은 어떻게 구성하였는가? 컨볼루션 신경망을 사용하는 분류기 모델은 이미지 분류에서 주로 사용되며 특히 2012년 이후로 각종 이미지 분류 경연대회에서 최고의 성능을 거두고 있다.[10] 하단부터 2회의 컨볼루션-풀링 층으로 구성되어 있고, 각 컨볼루션, 풀링층의 필터 크기는 2 ×2 벡터이다. 일반적인 이미지 분류를 위한 컨볼루션 신경망이 하단에서 점, 선 등의 저수준 특징을 추출하기 위해 필터 크기를 크게 하는 것에 비해 BSR 소음 맵은 구조가 복잡하지 않아 필터의 크기를 작게 설정하였다.
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참고문헌 (16)

  1. M. G. Mog, B. H. Min, S. W. Choi, and H. J. Lee, "Development of the reproduction test method of automobile buzz, squeak, rattle noise and the tracking system" (in Korean), Proc. KSAE 2010 Conference, 1475-1481 (2010). 

  2. H. Wu, M. Siegel, and P. Khosla, "Vehicle sound signature recognition by frequency vector principal component analysis," IMTC, IEEE, 1, 429-434 (1998). 

  3. K. C. Kim, S. W. Lee, J. M. Choi, and Y. J. Kim, "Study on the simulation process for the buzz, squeak and rattle incorporating vehicle to vehicle variance" (in Korean), Proc. KSNVE 2014 Conference, 480-481 (2014). 

  4. S. U. Choi, M. G. Mog, S. J. Kang, K. D. Yee, and M. W. Suh, "A study on the BSR performance prediction technology" (in Korean), Proc. KSAE 2013 Conference, 2040-2044 (2013). 

  5. C. Woo and H. Park, "Measurement of BSR noise of cockpit module materials for automobiles," Proc. AIP Conference, 1727 (2016). 

  6. G. Cerrato, "Automotive sound quality-accessories, BSR and brakes," Sound and Vibration, 43, 10, (2009). 

  7. Y. S. Wang, C. M. Lee, D. G. Kim, and Y. Xu, "Sound-quality prediction for nonstationary vehicle interior noise based on wavelet pre-processing neural network model," J. Sound and Vibration, 299, 933-947 (2007). 

  8. S. Lee, Y. Kwak, B. Kim, J. Lee, and J. Park, "Parameter quantification for evaluation of vehicle's impulsive bsr noise," Proc. Inter-noise Conference, 3361-3363 (2014). 

  9. A. Krizhevsky, I. Sutskever, and G. E. Hinton, "Imagenet classification with deep convolutional neural networks," Advances in Neural Information Processing Systems, 1097-1105 (2012). 

  10. M. D. Zeiler and R. Fergus, "Visualizing and understanding convolutional networks," Proc. European Conference on Computer Vision, 818-833 (2014). 

  11. N. Srivastava, G. E. Hinton, A. Krizhevsky, I. Sutskever, and R. Salakhutdinov, "Dropout: simple way to prevent neural networks from overfitting," J. Machine Learning Research, 15, 1929-1958 (2014). 

  12. T. G. Dietterich, "Machine learning for sequential data: a review," Joint IAPR International Workshops on Statistical Techniques in Pattern Recognition and Structural and Syntactic Pattern Recognition, 15-30 (2002). 

  13. L. V. D. Maaten and G. Hinton, "Visualizing data using t-SNE," J. Machine Learning Research, 9, 2579-2605 (2008). 

  14. T. N. Sainath, A. R. Mohamed, B. Kingbury, and B. Ramabhadran, "Deep convolutional neural networks for LVCSR," Proc. ICASSP, 8614-8618 (2013). 

  15. S. J. Bu and S. B. Cho, "A hybrid system of deep learning and learning classifier system for database intrusion detection," Proc. HAIS, 615-625 (2017). 

  16. Z. Wang, A. C. Bovik, H. R. Sheikh, and E. P. Simoncelli, "Image quality assessment: from error visibility to structural similarity," IEEE Trans. on Image Processing, 13, 600-612 (2004). 

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