sage/FastICAを使って独立成分分析をするのバックアップソース(No.13)

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2010/03/22からのアクセス回数 &counter;


ここでは、sage上でFastICAを使って独立成分分析をする方法に説明します。
2015/08/09にsklearnとPySoundFileを使用しるように改編しました。

このページのsageノートブックは、以下のURLで見ることができます。

http://www15191ue.sakura.ne.jp:8000/home/pub/21/

** 必要なライブラリ [#p5f4ece3]

残念ながら、sage上にはFastICAのアルゴリズムは実装されていません。
		以前は、MDPとAudiolabを使っていましたが、MDPはsklearnに吸収され、
		Audiolabはサポートされていません。
		そこで、Audiolabの代わりに
		[[PySoundFile>https://github.com/bastibe/PySoundFile]]
		をインストールします。

- PySoundFile: Audiolabと同様にlibsndfileを使ってオーディオファイルを扱うためのライブラリ


*** audiolabのインストール [#c104b11f]

audiolabは、 libsndfileを内部で使用しており、 他のライブラリも必要とするため、
以下のようにインストールしました。

- MacPortを使ってaudiolabをインストールします
#pre{{
$ sudo port install py26-scikits-audiolab
}}	
内部でgcc version4をインストールするので、結構時間がかかります。


- PySoundFileのインストール
PySoundFileは、 libsndfileとlibffiを内部で使用しており、 他のライブラリも必要とするため、
以下のようにインストールしました。

- CentOSでのインストール
#pre{{
＄ sudo yum install libsndfile libffi-devel
}}	

- sageのpythonを使ってインストールします
#pre{{
＄ sage -sh
(sage-sh) $ easy_install cffi
(sage-sh) $ easy_install pysoundfile
}}		


** 簡単な例題を解く [#t9f7eb6c]

[[A simple FastICA example>http://www.endolith.com/wordpress/2009/11/22/a-simple-fastica-example/]]
の例題に沿ってsage上で独立成分分析（ICA）を試してみましょう。

例では、2つのモノラル信号を配合を少し変えて混合した音源を2個、左右の音に録音したWavファイル
を入力とします。

[[2つの信号を混合した音（右クリックでファイルをダウンロードして再生してください）>http://www.pwv.co.jp/sound/mixed.wav]]


*** 必要なインポート [#ja2bb28c]

必要なインポート文は、以下の通りです。

sageへの入力:
#pre{{
# 必要なインポート
# FastICAのパッケージ先が変更になった
# from mdp import fastica
from sklearn.decomposition import FastICA
# scikits.audiolabは、メンテナンスされなくなったので、PySoundFileに変更した（2015/08/08）
import soundfile as sf
from numpy import abs, max
}}

*** オーディオファイルの読み込み [#vd635083]

WAVファイルの読み込み関数wavreadを使ってオーディオファイルの音源を
2個の配列に取り込みます。		

sageへの入力:
#pre{{
# 2つの信号を混合したWavファイルを読み込む
# recording, fs, enc = wavread(DATA + 'mixed.wav')
recording, fs = sf.read(DATA + 'mixed.wav')
}}


*** ICAを解く [#bdcc9bcc]

fastica関数を使って2個の音源を分離します。

sageへの入力:
#pre{{
# 左右2チャンネルの信号に対して、FastICAを適用する
decomposer = FastICA(n_components=2)
decomposer.fit(recording)
sources = decomposer.transform(recording)
# 出力レベルを1にノーマライズする
sources /= max(abs(sources), axis = 0)
}}


*** オーディオファイルへの書き込み [#h684e398]

抽出された2個の音源を左右の音に持つオーディオファイルを作成します。

sageへの入力:
#pre{{
sf.write(sources, DATA + 'source.wav', samplerate=fs)
}}


*** 結果ファイルの確認方法 [#qa37b265]

残念ながらsageで直接オーディオファイルを再生することができないため、
以下のようにファイルをダウンロードして再生してください。



sageへの入力:
#pre{{
# 結果を確認する方法
html('<a href="source.wav">結果（右クリックでファイルをダウンロードして再生してください）</a>')
}}
[[結果（右クリックでファイルをダウンロードして再生してください）>http://www.pwv.co.jp/sound/sources.wav]]

** コメント [#g867fa73]
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- ライブラリを刷新しました。 -- [[竹本　浩]] &new{2015-08-09 (日) 08:41:02};

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