【情感识别】基于matlab KNN算法语音情感识别【含Matlab源码 542期】

一、 KNN算法简介

K最近邻(k-Nearest Neighbor，KNN)分类算法，是一个理论上比较成熟的方法，也是最简单的机器学习算法之一。该方法的思路是：如果一个样本在特征空间中的k个最相似(即特征空间中最邻近)的样本中的大多数属于某一个类别，则该样本也属于这个类别。

1 定义
如果一个样本在特征空间中的k个最相似(即特征空间中最邻近)的样本中的大多数属于某一个类别，则该样本也属于这个类别，即由你的“邻居”来推断出你的类别.

2 距离公式
两个样本的距离可以通过如下公式计算，又叫欧式距离

3 KNN算法的步骤
（1）计算已知类别数据集中每个点与当前点的距离；
（2）选取与当前点距离最小的K个点；
（3）统计前K个点中每个类别的样本出现的频率；
（4）返回前K个点出现频率最高的类别作为当前点的预测分类。

4 KNN原理



5 KNN的优缺点

6 KNN性能问题
NN的性能问题也是KNN的缺点之一。使用KNN，可以很容易的构造模型，但在对待分类样本进行分类时，为了获得K近邻，必须采用暴力搜索的方式，扫描全部训练样本并计算其与待分类样本之间的距离，系统开销很大。

二、部分源代码

clc
clear all;
close all;

%% 载入各情感的特征向量矩阵
load A_fear.mat;
load F_happiness.mat;
load N_neutral.mat;
load T_sadness.mat;
load W_anger.mat;
NumberOfTrain=size(fearVec,2)/2; %一半测试用，一半训练用
trainVector=[fearVec(:,1:NumberOfTrain),hapVec(:,1:NumberOfTrain),neutralVec(:,1:NumberOfTrain),sadnessVec(:,1:NumberOfTrain),angerVec(:,1:NumberOfTrain)]; % 构建训练样本集
testVector=[fearVec(:,(NumberOfTrain+1):size(fearVec,2)),hapVec(:,(NumberOfTrain+1):size(hapVec,2)),neutralVec(:,(NumberOfTrain+1):size(neutralVec,2)),sadnessVec(:,(NumberOfTrain+1):size(sadnessVec,2)),angerVec(:,(NumberOfTrain+1):size(angerVec,2))]; % 构建测试样本集
k=9; %k 最近邻
distanceMatrix=zeros(size(trainVector,2),size(testVector,2)); % 每一列表示某个测试语音与所有训练集样本的距离
%% 计算每个测试样本和训练样本集各样本的距离
for i=1:size(testVector,2)
    for j=1:size(trainVector,2)
        distanceMatrix(j,i)=norm(testVector(:,i)-trainVector(:,j)); %计算欧氏距离
    end
end
%% 统计分类结果 （根据相应的特征向量在数组trainVector或testVector中所处的位置来辨别类型）
totalTestNumber=size(fearVec,2)-NumberOfTrain;
emtionCounter=zeros(1,5);
n1=NumberOfTrain;
n2=n1+NumberOfTrain;
n3=n2+NumberOfTrain;
n4=n3+NumberOfTrain;
n5=n4+NumberOfTrain;
p1=size(fearVec,2)-NumberOfTrain;
p2=p1+size(hapVec,2)-NumberOfTrain;
p3=p2+size(neutralVec,2)-NumberOfTrain;
p4=p3+size(sadnessVec,2)-NumberOfTrain;
p5=p4+size(angerVec,2)-NumberOfTrain;
if(n5~=size(trainVector,2)||p5~=size(testVector,2))
    disp('data error')
    return;
end

for i=1:size(distanceMatrix,2)
    flag=zeros(1,5);
    [sortVec,index]=sort(distanceMatrix(:,i));
    % 统计K个近邻中各类别的数量
    for j=1:k
        if(n1>=index(j)&&index(j)>=1)
            flag(1)=flag(1)+1;
        elseif(n2>=index(j)&&index(j)>n1)
            flag(2)=flag(2)+1;
        elseif(n3>=index(j)&&index(j)>n2)
            flag(3)=flag(3)+1;
        elseif(n4>=index(j)&&index(j)>n3)
            flag(4)=flag(4)+1;
        else
            flag(5)=flag(5)+1;
        end
    end
    [~,index1]=sort(flag);
    % 如果K个近邻中数量最多的类别与该样本实际的类别一致，则认为算法识别正确，相应counter加一。
    if((p1>=i&&i>=1)&&index1(5)==1)
        emtionCounter(index1(5))=emtionCounter(index1(5))+1;
       
    elseif((p2>=i&&i>p1)&&index1(5)==2)
        emtionCounter(index1(5))=emtionCounter(index1(5))+1;
        
    elseif((p3>=i&&i>p2)&&index1(5)==3)
        emtionCounter(index1(5))=emtionCounter(index1(5))+1;
        
    elseif((p4>=i&&i>p3)&&index1(5)==4)
        emtionCounter(index1(5))=emtionCounter(index1(5))+1;
       
    elseif((p5>=i&&i>p4)&&index1(5)==5)
        emtionCounter(index1(5))=emtionCounter(index1(5))+1;
       
    end

end
function feature=featvector(filename)
[y,fs]=wavread(filename); 
L=length(y);
ys=y;
for i=1:(length(y)-1)
    if (abs(y(i))<1e-3)  %  剔除较小值，计算短时能量时使用  %
        ys(i)=ys(i+1);
        L=L-1;
    end
end 
y1=ys(1:L);
s=enframe(y,hamming(256),128); %  分帧加窗  %
s1=enframe(y1,hamming(256),128); 
[nframe,framesize]=size(s);  
[nframe1,framesize1]=size(s1);
E=zeros(1,nframe1);  
Z=zeros(1,nframe);
F=zeros(1,nframe);
for i=1:nframe
    Z(i)=sum(abs(sign(s(i,framesize:2)-s(i,framesize-1:1))))/2;  %  过零率  %
end
for i=1:nframe1
    E(i)=sum(s1(i,:).*s1(i,:)); %  短时能量  %
end
s1=x2-x1;s2=x3-x4;
E_Reg_coff=s1/s2;
x=0;
for i=1:nframe1
    t=E(i)-(mean(E)-s1/s2*x4/nframe1)-s1/s2*i;
    x=x+t^2/nframe1;
end
E_Sqr_Err=x;
feature(1:7,1)=[max(E);min(E);mean(E);var(E);E_shimmer;E_Reg_coff;E_Sqr_Err];%  短时能量相关特征  %

%  能量比  %
feature(8,1)=Eratio;

end

  

 

  
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三、运行结果

四、matlab版本及参考文献

1 matlab版本
2014a

2 参考文献
[1]韩纪庆,张磊,郑铁然.语音信号处理（第3版）[M].清华大学出版社，2019.
[2]柳若边.深度学习:语音识别技术实践[M].清华大学出版社，2019.
[3]叶斌.基于HMM和PNN的语音情感识别研究.[J]青岛大学学报(工程技术版). 2011,26(04)

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