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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
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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”˜
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                                  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
                   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”‚   Multi-Task Outputs        β”‚
                   β”‚ β€’ Emotion Classification    β”‚
                   β”‚ β€’ Intent Classification     β”‚
                   β”‚ β€’ Engagement Regression     β”‚
                   β”‚ β€’ Confidence Estimation     β”‚
                   β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

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”‚                    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”‚
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                                 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”‚
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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”‚
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β”‚  β€’ JSON API Responses                                     β”‚
β”‚  β€’ Real-time WebSocket Updates                            β”‚
β”‚  β€’ Batch Processing for Post-call Analysis                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