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# EMOTIA Architecture

## System Overview

EMOTIA is a multi-modal AI system that analyzes video calls to infer emotional state, conversational intent, engagement, and confidence using facial expressions, vocal tone, spoken language, and temporal context.

## Architecture Diagram

```
β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”    β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”    β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚   Video Input   β”‚    β”‚  Audio Input    β”‚    β”‚   Text Input    β”‚
β”‚   (25-30 FPS)   β”‚    β”‚  (16kHz WAV)    β”‚    β”‚  (ASR Trans.)   β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜    β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜    β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜
         β”‚                        β”‚                        β”‚
         β–Ό                        β–Ό                        β–Ό
β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”    β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”    β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚ Vision Branch   β”‚    β”‚ Audio Branch    β”‚    β”‚ Text Branch     β”‚
β”‚ β€’ ViT-Base      β”‚    β”‚ β€’ CNN + Trans.  β”‚    β”‚ β€’ BERT Encoder  β”‚
β”‚ β€’ Face Detect   β”‚    β”‚ β€’ Wav2Vec2      β”‚    β”‚ β€’ Intent Detect β”‚
β”‚ β€’ Emotion Class β”‚    β”‚ β€’ Prosody       β”‚    β”‚ β€’ Sentiment     β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜    β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜    β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜
         β”‚                        β”‚                        β”‚
         β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜
                                  β–Ό
                   β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
                   β”‚   Cross-Modal Fusion        β”‚
                   β”‚ β€’ Attention Mechanism       β”‚
                   β”‚ β€’ Dynamic Weighting         β”‚
                   β”‚ β€’ Temporal Transformer      β”‚
                   β”‚ β€’ Modality Contributions    β”‚
                   β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜
                                  β”‚
                                  β–Ό
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                   β”‚   Multi-Task Outputs        β”‚
                   β”‚ β€’ Emotion Classification    β”‚
                   β”‚ β€’ Intent Classification     β”‚
                   β”‚ β€’ Engagement Regression     β”‚
                   β”‚ β€’ Confidence Estimation     β”‚
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## Component Details

### Vision Branch
- **Input**: RGB video frames (224x224)
- **Face Detection**: OpenCV Haar cascades
- **Feature Extraction**: Vision Transformer (ViT-Base)
- **Fine-tuning**: FER-2013, AffectNet, RAF-DB datasets
- **Output**: Emotion logits (7 classes), confidence score

### Audio Branch
- **Input**: Audio waveforms (16kHz, 3-second windows)
- **Preprocessing**: Mel-spectrogram extraction
- **Feature Extraction**: Wav2Vec2 + CNN layers
- **Prosody Analysis**: Pitch, rhythm, energy features
- **Output**: Emotion logits, stress/confidence score

### Text Branch
- **Input**: Transcribed speech text
- **Preprocessing**: Tokenization, cleaning
- **Feature Extraction**: BERT-base for intent/sentiment
- **Intent Detection**: Hesitation phrases, confidence markers
- **Output**: Intent logits (5 classes), sentiment logits

### Fusion Network
- **Modality Projection**: Linear layers to common embedding space (256D)
- **Cross-Attention**: Multi-head attention between modalities
- **Temporal Modeling**: Transformer encoder for sequence processing
- **Dynamic Weighting**: Learned modality importance scores
- **Outputs**: Fused predictions with contribution weights

## Data Flow

1. **Input Processing**: Video frames, audio chunks, ASR text
2. **Sliding Windows**: 5-10 second temporal windows
3. **Feature Extraction**: Parallel processing per modality
4. **Fusion**: Cross-modal attention and temporal aggregation
5. **Prediction**: Multi-task classification/regression
6. **Explainability**: Modality contribution scores

## Deployment Architecture

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β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚                    Client Application                       β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”    β”‚
β”‚  β”‚                WebRTC Video Stream                 β”‚    β”‚
β”‚  β”‚  β€’ Camera Access                                  β”‚    β”‚
β”‚  β”‚  β€’ Audio Capture                                  β”‚    β”‚
β”‚  β”‚  β€’ Real-time Streaming                             β”‚    β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜    β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜
                                 β”‚
                                 β–Ό
β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚                     FastAPI Backend                         β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”    β”‚
β”‚  β”‚              Inference Pipeline                    β”‚    β”‚
β”‚  β”‚  β€’ Model Loading                                  β”‚    β”‚
β”‚  β”‚  β€’ Preprocessing                                  β”‚    β”‚
β”‚  β”‚  β€’ GPU Inference                                  β”‚    β”‚
β”‚  β”‚  β€’ Post-processing                                β”‚    β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜    β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”    β”‚
β”‚  β”‚              Real-time Processing                  β”‚    β”‚
β”‚  β”‚  β€’ Sliding Window Buffering                       β”‚    β”‚
β”‚  β”‚  β€’ Asynchronous Processing                        β”‚    β”‚
β”‚  β”‚  β€’ Streaming Responses                            β”‚    β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜    β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜
                                 β”‚
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β”‚                    Response Formatting                      β”‚
β”‚  β€’ JSON API Responses                                     β”‚
β”‚  β€’ Real-time WebSocket Updates                            β”‚
β”‚  β€’ Batch Processing for Post-call Analysis                β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜
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## Performance Requirements

- **Latency**: <200ms end-to-end
- **Throughput**: 25-30 FPS video processing
- **Accuracy**: F1 > 0.80 for emotion classification
- **Scalability**: Horizontal scaling with load balancer
- **Reliability**: 99.9% uptime, graceful degradation

## Security Considerations

- **Data Privacy**: No biometric storage by default
- **Encryption**: TLS 1.3 for all communications
- **Access Control**: API key authentication
- **Audit Logging**: All inference requests logged
- **Compliance**: GDPR, CCPA compliance features