Coughing is a typical symptom of COVID-19. To detect and localize coughing sounds remotely, a convolutional neural network (CNN) based deep learning model was developed in this work and integrated with a sound camera for the visualization of the cough sounds. The cough detection model is a binary classifier of which the input is a two second acoustic feature and the output is one of two inferences (Cough or Others). Data augmentation was performed on the collected audio files to alleviate class imbalance and reflect various background noises in practical environments. For effective featuring of the cough sound, conventional features such as spectrograms, mel-scaled spectrograms, and mel-frequency cepstral coefficients (MFCC) were reinforced by utilizing their velocity (V) and acceleration (A) maps in this work. VGGNet, GoogLeNet, and ResNet were simplified to binary classifiers, and were named V-net, G-net, and R-net, respectively. To find the best combination of features and networks, training was performed for a total of 39 cases and the performance was confirmed using the test F1 score. Finally, a test F1 score of 91.9% (test accuracy of 97.2%) was achieved from G-net with the MFCC-V-A feature (named Spectroflow), an acoustic feature effective for use in cough detection. The trained cough detection model was integrated with a sound camera (i.e., one that visualizes sound sources using a beamforming microphone array). In a pilot test, the cough detection camera detected coughing sounds with an F1 score of 90.0% (accuracy of 96.0%), and the cough location in the camera image was tracked in real time.


翻译:咳嗽是COVID-19的典型症状。为了远程检测和本地化咳嗽声音,在这项工作中开发了一个基于进化神经网络的深层学习模型,并结合了一台声响摄像头,以可视咳嗽声音。咳嗽检测模型是一个二进制分类器,输入为第二个声学特征,输出为两个推论(咳嗽或其他)之一。在收集的音频文件上进行了数据增强,以缓解阶级失衡,并反映实际环境中的各种背景噪音。为了有效地体现咳嗽声音,在摄像学、Mel级光谱仪等传统特征和Mel-频率感应系数(MFCC)中,通过使用速度(V)和加速(A)图解声学分解(GGNet、GogLeNet)和ResNet被简化为二进制分解器,并被命名为V-net模型、G-net和R-net,在实际环境中,为总共39个病例进行了培训,在经过测试的F1级检测结果中,用91分的直径的直径的直径直径测试结果,在S-C的直径直径测试中,在S-C的直径测试中用直径中,在一次直径中实现了一个直径的直径测中,一个直径的直径的直径中,一个直径的直径的直径的直径的直径,在一次测中,用直径直径测了一种直径,在一次测中,在一次测测的直径的直径中,在一次直径测测算结果分中,用了一个直径。

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