End-to-End Label Uncertainty Modeling in Speech Emotion Recognition Using Bayesian Neural Networks and Label Distribution Learning

人工神经网络 贝叶斯概率 计算机科学 人工智能 情绪识别 语音识别 多标签分类 机器学习 概率分布 模式识别(心理学) 数学 统计
作者
Navin Raj Prabhu,Nale Lehmann‐Willenbrock,Timo Gerkmann
出处
期刊:IEEE Transactions on Affective Computing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:15 (2): 579-592 被引量:4
标识
DOI:10.1109/taffc.2023.3283595
摘要

To train machine learning algorithms to predict emotional expressions in terms of arousal and valence, annotated datasets are needed. However, as different people perceive others' emotional expressions differently, their annotations are subjective. To account for this, annotations are typically collected from multiple annotators and averaged to obtain ground-truth labels. However, when exclusively trained on this averaged ground-truth, the model is agnostic to the inherent subjectivity in emotional expressions. In this work, we therefore propose an end-to-end Bayesian neural network capable of being trained on a distribution of annotations to also capture the subjectivity-based label uncertainty. Instead of a Gaussian, we model the annotation distribution using Student's t-distribution, which also accounts for the number of annotations available. We derive the corresponding Kullback-Leibler divergence loss and use it to train an estimator for the annotation distribution, from which the mean and uncertainty can be inferred. We validate the proposed method using two in-the-wild datasets. We show that the proposed t-distribution based approach achieves state-of-the-art uncertainty modeling results in speech emotion recognition, and also consistent results in cross-corpora evaluations. Furthermore, analyses reveal that the advantage of a t-distribution over a Gaussian grows with increasing inter-annotator correlation and a decreasing number of annotations available.
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