Mesterséges intelligencia-alapú gépi tanuláson alapuló adatosztályozási technikák összehasonlítása tengeri emlősök víz alatti hangjának elemzésénél

Artificial intelligence-based machine learning comparison of data classification techniques for marine mammals underwater sounds analysis

Authors

  • ARADI Attila
  • VARGA Attila Károly
  • TAKÁCS Péter

Keywords:

hydrophone, bioacoustics, machine learning, artificial intelligence, underwater noise, acoustic communication of cetaceans, underwater sound classification, neural networks, /, hidrofon, bioakusztika, gépi tanulás, mesterséges intelligencia, víz alatti zaj, cetfélék akusztikus kommunikációja, víz alatti hangok osztályozása, neurális hálózat (NN

Abstract

In this paper, we investigate and compare different machine learning techniques for classifying underwater sounds, with a focus on shipping noise and marine mammal sounds such as dolphins and cetaceans. The AI-based neural network model can be used to automate the processing of recordings, significantly reducing the possibility of human error. A comparison of different machine learning methods has shown that AI-based approaches are effective tools for identifying cetaceans and dolphins, as well as for recognising the types of vessels that need to be distinguished from background noise. The aim of this research is to demonstrate the effectiveness and applicability of these techniques for acoustic analysis of the marine environment.

Kivonat

Ez a tanulmány különféle gépi tanulási technikákat vizsgál és hasonlít össze a víz alatti hangok osztályozásában, különös tekintettel a hajózási zajokra és tengeri emlősök, például delfinek és cetfélék hangjaira. Az AI-alapú gépi tanulási modellek segítségével automatizálható a hangfelvételek feldolgozása, ami jelentősen csökkenti az emberi hibák lehetőségét. A különböző gépi tanulási módszerek összehasonlítása rámutatott, hogy az AI-alapú megközelítések hatékony eszközök a cetfélék és delfinek azonosításában, valamint a hajótípusok felismerésében, amelyeket a háttérzajok közül kell elkülöníteni. A kutatás célja, hogy bemutassa ezeknek a technikáknak a hatékonyságát és alkalmazhatóságát a vízalatti környezet akusztikai elemzésében.

References

"Soundscapes in the North Adriatic Sea and their impact on marine biological resources," Retrieved from https://www.italy-croatia.eu/web/soundscape

M.V. Valueva és mások, "A maradékszámrendszer alkalmazása a konvolúciós neurális hálózat megvalósításának hardverköltségeinek csökkentésére, A konvolúciós neurális hálózatok ígéretes eszköz a mintafelismerés problémájának megoldására."," Mathematics and Computers in Simulation. Elsevier BV. 177: 232-243., 2020.

Z. Wei, "Shift-invariáns mintafelismerő neurális hálózat és annak optikai architektúrája". Proceedings of Annual Conference of the Japan Society of Applied Physics., 1988.

Z. Wei, "Párhuzamos elosztott feldolgozási modell helyi térinvariáns összeköttetésekkel és annak optikai architektúrája". Applied Optics. 29 (32): 4790-7. 1990.

A. Mouton és mások, "Mesterséges intelligencia kutatás", Communications in Computer and Information Science. Cham: Springer International Publishing. 1342: 267-281.,2020.

Van Den Oord és mások, "Deep content-based music recommendation.", Curran Associates, Inc. pp. 2643-2651., 2013.

Collobert és mások, "A unified architecture for natural language processing: deep neural networks with multitask learning.", Proceedings of the 25th international conference on machine learning. ICML '08. pp. 160-167., 2008.

Avilov és mások, "Deep Learning Techniques to Improve Intraoperative Awareness Detection from Electroencephalographic Signals,". 2020 Az IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC) 42. éves nemzetközi konferenciája. Montreal, QC, Kanada: IEEE. 2020: 142-145.

Tsantekidis és mások, "Forecasting Stock Prices from the Limit Order Book Using Convolutional Neural Networks,". 2017 IEEE 19th Conference on Business Informatics (CBI). Thessaloniki, Görögország: IEEE: 7-12.

K. Fukushima, "Neocognitron.", Scholarpedia. 2 (1): 1717., 2007.

K. Fukushima, "Neocognitron: "A Self-organizing Neural Network Model for a Mechanism of Pattern Recognition Unaffected by Shift in Position in Position,". Biológiai kibernetika. 36 (4): 193-202., 1980.

Matusugu és mások, "Subject independent facial expression recognition with robust face detection using a convolutional neural network," Neural Networks. 16 (5): 555-559., 2003.

Mcfee és mások, "librosa: Proceedings of the 14th python in science conference, pp. 18-25. 2015. https://zenodo.org/badge/latestdoi/6309729.

F. Chollet és mások, "keras. gitHub.," Retrieved from https://github.com/fchollet/keras.,2015.

F. Pedregosa és mások, "scikit-learn: gépi tanulás Pythonban. Journal of Machine Learning Research, 12(Oct), 2825-2830., 2011.

M. Abadi, A. Agarwal, P. Barham, E. Brevdo, Z. Chen, C. Citro, G. S. Corrado, A. Davis, J. Dean, M. Devin, S. Ghemawat, I. Goodfellow, A. Harp, G. Irving, M. Isard, R. Jozefowicz, Y. Jia, L. Kaiser, M. Kudlur, J. Levenberg, D. D. Mané, M. Schuster, R. Monga, S. Moore, D. Murray, C. Olah, J. Shlens, B. Steiner, I. Sutskever, K. Talwar, P. Tucker, V. Vanhoucke, V. Vasudevan, F. Viégas, O. Vinyals, P. Warden, M. Wattenberg, M. Wicke, Y. Yu, X. Zheng.., "TensorFlow: Large-scale machine learning on heterogeneous systems," 2015. szoftver elérhető a tensorflow.org oldalon. https://doi.org/10.5281/zenodo.4724125.

J. D. Hunter, "Matplotlib: Computing in Science & Engineering, vol. 9, no. 3, pp. 90-95, 2007. https://doi.org/10.5281/zenodo.592536.

C.R. Harris és mások, "Array programming with NumPy," Nature 585, 357-362 (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2649-2.

Mckinney, "Data structures for statistical computing in python, " Proceedings of the 9th Python in Science Conference, Volume 445, 2010. Pandas. https://doi.org/10.5281/zenodo.3509134

J. Shrey, "Best of Watkins Marine Mammal Sound Database, " Retrieved from https://www.kaggle.com/datasets/shreyj1729/best-of-watkins-marine-mammal-sound-database.

L. Chien-Liang és mások, "Time Series Classification with Multivariate Convolutional Neural Network," IEEE Transactions on Industrial Electronics. PP. 1-1. 10.1109/TIE.2018.2864702 2018.

M. Neralla és mások, "Design and Performance Analysis of Short Time Fourier Transform Processor," Ijraset Journal For Research in Applied Science and Engineering Technology Vol. 10./IV. 2022

Downloads

Published

2024-04-23