基于keras实现VGG-19网络的音频分类
基于keras实现VGG-19网络的音频分类
深度学习与Python
发布于 2019-06-18 20:58:12
发布于 2019-06-18 20:58:12
介绍
在这篇文章中，我将针对音频分类的问题。我将根据音频波形训练VGG-19的音频分类器。下边是整个项目的步骤和代码：
网络结构
VGG是牛津大学Visual Geometry Group研究机构的缩写。VGG在AlexNet基础上做了改进，整个网络都使用了同样大小的3*3卷积核尺寸和2*2最大池化尺寸，网络结构简洁。本次采用的VGG-19的详细说明可以参见其论文，具体结构如下图所示：
数据下载
首先从Youtube下载音频文件，我选择了我想要音频的youtube视频，然后我使用下面的代码来下载.mp3格式的音频文件。
from __future__ import unicode_literals
import youtube_dl
ydl_opts = { 'format' : 'bestaudio/best' ,
'postprocessors' : [{
'key' : 'FFmpegExtractAudio','preferredcodec':'mp3',
'preferredquality' : '192',}]}
with youtube_dl.YoutubeDL(ydl_opts) as ydl:
ydl.download([<youtube video link>])
# for bike sounds : https://www.youtube.com/watch?v=sRdRwHPjJPk
# for car sounds : https://www.youtube.com/watch?v=PPdNb-XQXR8 将mp3转为wav格式
在下载完音频后，我们先将其转换为wav格式，方便我们后续的处理。
from pydub import AudioSegment
sound = AudioSegment.from_mp3( "car.mp3" )
sound.export( "car.wav" , format= "wav" ) 特征提取
首先我们将音频切分成15s的音频块，具体代码如下：
from pydub import AudioSegment
import os
if not os.path.exists( "bike" ):
os.makedirs( "bike" )
count=1
for i in range(1,1000,15):
t1 = i * 1000 #Works in milliseconds
t2 = (i+15) * 1000
newAudio = AudioSegment.from_wav( "bikes.wav" )
newAudio = newAudio[t1:t2]
newAudio.export( 'bike/' +str(count)+ '.wav' , format= "wav" ) #Exports to a wav file in the current path.
print(count)
count+=1 然后我们将这些15s的音频块绘制出幅值波形图，并将其保存为图片为后续模型分类做好准备，具体代码如下：
from scipy.io.wavfile import read
import matplotlib.pyplot as plt
from os import walk
import os
if not os.path.exists( "carPlots" ):
os.makedirs( "carPlots" )
car_wavs = []
for (_,_,filenames) in walk( 'car' ):
car_wavs.extend(filenames)
break
for car_wav in car_wavs:
# read audio samples
input_data = read( "car/" + car_wav)
audio = input_data[1]
# plot the first 1024 samples
plt.plot(audio)
# label the axes
plt.ylabel( "Amplitude" )
plt.xlabel( "Time" )
# set the title
# plt.title("Sample Wav")
# display the plot
plt.savefig( "carPlots/" + car_wav.split( '.' )[0] + '.png' )
# plt.show()
plt.close( 'all' ) 模型建立
在上一步中，我们已经提取好了特征，接下来就是搭建模型框架，本次我们使用的是VGG-19网络，具体网络结构参见上边网络可视化图。具体代码如下：
import os
from keras.applications.vgg19 import VGG19
from keras.preprocessing import image
from keras.applications.vgg19 import preprocess_input
from keras.models import Model
import numpy as np
base_model = VGG19(weights= 'imagenet' )
model = Model(inputs=base_model.input, outputs=base_model.get_layer( 'flatten' ).output)
def get_features(img_path):
img = image.load_img(img_path, target_size=(224, 224))
x = image.img_to_array(img)
x = np.expand_dims(x, axis=0)
x = preprocess_input(x)
flatten = model.predict(x)
return list(flatten[0])
X = []
y = []
car_plots = []
for (_,_,filenames) in os.walk( 'carPlots' ):
car_plots.extend(filenames)
break
for cplot in car_plots:
X.append(get_features( 'carPlots/' + cplot))
y.append(0)
bike_plots = []
for (_,_,filenames) in os.walk( 'bikePlots' ):
bike_plots.extend(filenames)
break
for cplot in bike_plots:
X.append(get_features( 'bikePlots/' + cplot))
y.append(1) 训练与测试
现在我们已经到了模型的最后一步，利用我们处理的特征以及搭建的网络框架对模型进行训练，这里强烈推荐大家学习pandas、sklearn以及keras库，你会发现在机器学习中不可避免的会用到这几个库。
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.svm import LinearSVC
from sklearn.metrics import accuracy_score
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.30, random_state=42, stratify=y)
clf = LinearSVC(random_state=0, tol=1e-5)
clf.fit(X_train, y_train)
predicted = clf.predict(X_test)
# get the accuracy
print (accuracy_score(y_test, predicted)) 总结
虽然这个网络结构比较简单，但仍然有97％的准确率。一方面是数据特征处理较好，另外也说明keras神经网络框架的强大。在我们已经训练的模型的基础上，如果我们能创建一个chrome扩展，在网页上实时对视频中的音频进行分类，感兴趣大家可以试一下。
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原始发表：2019-04-24，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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