Vogelstimmen auf der Spur

Forschung TU-Doktorand arbeitet an automatisierter Erkennung

vogelstimmen-auf-der-spur
Doktorand Stefan Kahl forscht an der TU Chemnitz zur Erkennung von Vogelstimmen mittels neuronaler Netze. Foto: Lars Meese

Wie lassen sich Vögel in freier Wildbahn dauerhaft durch den Menschen beobachten, um sie nachhaltig schützen zu können? Dieser Frage geht Stefan Kahl nach. Der TU-Doktorand entwickelt derzeit eine Software, die Audio-Daten von Tonrekordern auswertet und automatisch Vogelarten erkennen und klassifizieren kann.

"Die Verarbeitung von Audio-Rohdaten ist aufgrund der Länge der Signale nicht einfach für die Detektion und Klassifikation von akustischen Events geeignet", erläutert Kahl. Es muss daher eine Repräsentation gefunden werden, die die Signale vereinfacht", erläutert Kahl. Die Lösung: Der TU-Forscher selbst ist spezialisiert auf den Bereich Bildverarbeitung und macht sich dieses Wissen für die Verarbeitung der Audio-Daten zunutze.

Vom Ton zum Bild

"Die entwickelte Software ist darauf geeicht, die Audiosignale in Bilder zu konvertieren, in so genannte Spektrogramme. Diese bildhaften Repräsentationen der Audiosignale haben sich als besonders geeignet herausgestellt", erklärt Kahl. Die in Spektrogramme umgewandelten Tonaufnahmen nimmt Kahl, um damit ein künstliches neuronales Netz zu trainieren, welches möglichst gut auf Vogelgesang angepasst ist.

Allerdings benötigt das künstliche neuronale Netz spezielle Prozessoren, wie sie vor allem auf leistungsstarken und kostspieligen Grafikkarten zu finden sind. Allein deshalb hat die Professur Medieninformatik 2017 spezialisierte Hardware im Wert von rund 30.000 Euro beschafft.

Ziel: Erkennung in Echtzeit

Ein großes Ziel des Forschungsprojektes ist die Erkennung und Klassifikation der Vogelarten in Echtzeit direkt durch den Rekorder. Ein äußerst schwieriges Unterfangen, da das Gerät mit leistungsstarker Hardware ausgestattet sein muss.

Immerhin: Erste prototypische Tests mit mobilen Rekordern wurden bereits erfolgreich durchgeführt. Außerdem befindet sich eine Android-App in Entwicklung, mit der es für jeden möglich sein soll, Vögel in freier Wildbahn zu beobachten und anhand ihres Gesangs oder ihrer Rufe zu identifizieren.

Für drei Jahre gefördert

Das Promotions-Thema entsprang einer im Jahr 2016 gestarteten Kooperation zwischen der Juniorprofessur Media Computing und der Professur Medieninformatik der TU Chemnitz mit dem "Bioacustic Research Program" an der Cornell University in den USA.

Die TU-Professuren und die wissenschaftliche Non-profit-Organisation wollen mit ihren Ergebnissen vor allem die Arbeit von Ornithologen und Vogel-Enthusiasten erleichtern. Der Europäische Sozialfond (ESF) fördert das Projekt über einen Zeitraum von drei Jahren mit insgesamt 57.600 Euro.