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Projektgruppe Visual Analytics - Medieninformatik und Multimedia ...

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Derivative Dynamic Time Warping<br />

Eamonn J. Keogh † and Michael J. Pazzani ‡<br />

58 Kapitel 3 Multitouch<br />

1 Introduction<br />

hauptsächlich darum, zweidimensionale Sequenzen miteinander zu vergleichen. Dies<br />

wird hauptsächlich bei der Spracherkennung verwendet, lässt sich aber auch für die<br />

Erkennung Time von series Gesten are a auf ubiquitous Multitouch-Eingabegeräten form of data occurring verwenden. in virtually every scientific<br />

discipline. A common task with time series data is comparing one sequence with another.<br />

Um eine In some Geste domains mit einer a very anderen simple distance vergleichen measure, zu such können, as Euclidean müssendistance die Bewegungen will suffice. jeder<br />

Geste However, zunächst it is auf often einthe zweidimensionales case that two sequences Muster have the heruntergerechnet approximately the <strong>und</strong> same gespeichert overall<br />

werden. component Trenntshapes, man die but Daten these shapes der horizontalen do not line up <strong>und</strong> in X-axis. vertikalen Figure Bewegung 1 shows this auf, with soakann<br />

mansimple zwei Diagramme example. In erstellen. order to find Hierthe befindet similarity sichbetween dann auf such dersequences, X-Achse die or as Zeit a <strong>und</strong><br />

auf der preprocessing Y-Achsestep jeweils before die averaging horizontale them, oder we must vertikale "warp" Bewegung. the time axis of Imone ersten (or both) Prozess<br />

werden sequences die X-Achse to achieve dera gespeicherten better alignment. Geste Dynamic <strong>und</strong> die time X-Achse warping (DTW), der soeben is a technique ausgeführten<br />

for efficiently achieving this warping. In addition to data mining (Keogh & Pazzani 2000,<br />

Bewegung angeglichen (s. Abb. 3.16). Dies erfolgt über eine Matrix, welche die<br />

Yi et. al. 1998, Berndt & Clifford 1994), DTW has been used in gesture recognition<br />

Distanzen der Y-Werte enthält. Durch Linearisierung (Abb. 3.17) der Distanzen werden<br />

(Gavrila & Davis 1995), robotics (Schmill et. al 1999), speech processing (Rabiner &<br />

die Werte angeglichen.<br />

Juang 1993), manufacturing (Gollmer & Posten 1995) and medicine (Caiani et. al 1998).<br />

A)<br />

0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70<br />

Abbildung Figure 1: An 3.16: example Angleichung of the utility of der dynamic X-Achse time warping. beim Dynamic A) Two sequences Time-Warping that represent [Keo01] the Y-<br />

axis position of an individual’s hand while signing the word "pen" in Sign Language. The sequences were<br />

recorded on two separate days. Note that while the sequences have an overall similar shape, they are not<br />

aligned in the time axis. A distance measure that assumes the i th point on one sequence is aligned with i th<br />

point on the other will produce a pessimistic dissimilarity. B) DTW can efficiently find an alignment<br />

between the two sequences that allows a more sophisticated distance measure to be calculated.<br />

B)<br />

4<br />

† Department of Information and Computer Science University of California, Irvine,<br />

California 92697 USA eamonn@ics.uci.edu<br />

‡ pazzani@ics.uci.edu<br />

0 5 10 15 20 25 30<br />

1<br />

m<br />

0 5 10 15 20 25 30<br />

j<br />

1 w1<br />

1<br />

w3<br />

w2<br />

…<br />

Figure 3: An example warping path.<br />

Abbildung 3.17: Die Abbildung zeigt die Abstände<br />

2.1 Constraining zwischen den the classic beidendynamic Sequenzen, time warping welchealgorithm<br />

anschließend<br />

The problem<br />

linearisiert<br />

of singularities<br />

werden [Keo01]<br />

was noted at least as early as 1978 (Sakoe, & Chiba<br />

1978)). Various methods have been proposed to alleviate the problem. We briefly review<br />

them here.<br />

1) Windowing: (Berndt & Clifford 1994) Allowable elements of the matrix can be<br />

restricted to those that fall into a warping window, |i-(n/(m/j))| < R, where R is a<br />

positive integer window width. This effectively means that the corners of the<br />

matrix are pruned from consideration, as shown by the dashed lines in Figure 3.<br />

Others have experimented with various other shaped warping windows (Rabiner et<br />

al 1978, Tappert & Das 1978, Myers et. al. 1980). This approach constrains the<br />

maximum size of a singularity, but does not prevent them from occurring.<br />

2) Slope Weighting: (Kruskall & Liberman 1983,Sakoe, & Chiba 1978) If equation<br />

i<br />

wK<br />

n

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