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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”˜
β”‚ β”‚ β”‚
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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”‚
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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”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€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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## 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”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€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”‚ FastAPI Backend β”‚
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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”‚ 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