Técnicas de minería de datos en el proceso de secuencias temporalesAplicaciones a la clasificación industrial de sonidos

Resumen

El proceso de secuencias temporales supone un campo de trabajo específico dentro de las técnicas de minería de datos o aprendizaje automático. Entre las tareas de esta disciplina se encuentra la clasificación de secuencias temporales que, por su especificidad, admite el uso de tratamientos diferenciados. Entre los datos con estructura de secuencia temporal pueden destacarse las señales sonoras. Existen numerosas aplicaciones en las que resulta de utilidad la clasificación automatizada de sonidos. En muchas de ellas se requiere que la solución propuesta tenga unas características que podríamos calificar de industriales: robustez, inmunidad al ruido, normalización, operación en tiempo real, bajo consumo y bajo coste. En esta tesis se analizan y comparan distintos métodos de clasificación de sonidos. Para ello, se segmentan los sonidos en fragmentos (ventanas) de muy corta duración y se propone el uso del estándar ISO MPEG-7, cuya aplicación permite obtener un conjunto normalizado de parámetros. Se consideran hasta nueve algoritmos de clasificación que, tomando como patrones distintos sonidos de clases conocidas, realizan una clasificación supervisada sin tener en cuenta el carácter secuencial de las mismas (clasificación no secuencial). Para tener en cuenta el carácter secuencial de los sonidos se proponen y comparan distintos métodos (clasificación secuencial). Para pasar de la clasificación de una ventana, o secuencia de ventanas, a la clasificación de un sonido completo la presente investigación propone una clasificación de series derivadas. Se define una serie (vectorial) derivada como la secuencia de probabilidades de que cada ventana pertenezca a una determinada clase. Se propone la caracterización de las series derivadas como si se tratase de sonidos, es decir, mediante la caracterización de cada uno de sus ventanas usando parámetros MPEG-7 y su posterior clasificación supervisada usando alguno de los algoritmos clasificadores propios de la minería de datos. El resultado del análisis realizado permite afirmar que el uso de los parámetros MPEG-7 constituye una buena alternativa para caracterizar sonidos. En la aplicación analizada el mejor clasificador no secuencial ha resultado ser el árbol de decisión. Por otra parte, la introducción de un método de ventana deslizante aparece como la mejor opción de clasificación secuencial, aunque con una mejora muy discreta sobre la técnica no secuencial. Adicionalmente, se ha podido evidenciar que la clasificación de las series derivadas supone una mejora muy notable en las prestaciones del clasificador. Por último, se ha comprobado que la solución propuesta presenta las características adecuadas para poder proclamar su carácter industrial.