JP3036706B2 - 音声認識方法 - Google Patents

音声認識方法

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JP3036706B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、隠れマルコフモデル
を用い、不特定話者大語彙連続音声認識に適用して認識
性能を向上させるようにした音声認識方法に関する。
【0002】
【従来の技術】隠れマルコフモデル(例えば中川聖一
「確率モデルによる音声認識」電子情報通信学会編(1
988))による不特定話者音声認識では、多くの発声
者からの音声スペクトルをもとに作成れれた符号帳(コ
ードブック)を用いることが多い。このコードブック
は、ユニバーサルコードブックとよばれている。しかし
ながら、図4Bに示すようにある特定の話者のコードブ
ックの空間11は、図4Bに示すようにユニバーサルコ
ードブック12の部分空間となっている。また、コード
ブック12内でのコードワードの動きも話者ごとに特有
である。
【0003】このような事実にもかかわらず、隠れマル
コフモデル(HMM)による不特定話者音声認識では、
ユニバーサルコードブック12を用い、多数の話者から
の多量の音声データを用いて単語あるいは音韻単位の隠
れマルコフモデルを作成していた。よって、話者固有の
コードブックの空間11の制約は一切考えられてなく、
様々な副作用を起こしており、不特定話者大語彙連続音
声認識での認識性能の劣化となっていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、不特
定話者用の音韻/単語を表す隠れマルコフモデルと、話
者の特徴を表す隠れマルコフモデルとを合成し、その合
成モデルを用いてその話者の音声認識を行う。つまり、
この発明による発声者を考慮した統計的な連続音声認識
の基本の式は、以下のように書かれる。こゝでSに関す
る項がこの発明で導入されたものである。
【0005】 P(W,S|Y)=P(W,S)P(Y|W,S)/P(Y) =P(S)P(W|S)P(Y|W,S)/P(Y) こゝで、 W:単語列 S:発声者 Y:入力音声のベクトル系列 P(S):発声者Sがこの音声認識装置を用いている確
率 P(W|S):発声者Sがある単語列Wを発生する確率
とみなされ、発声者Sによる統計的言語モデル(例え
ば、鹿野「統計的手法による音声認識」電子情報通信学
会誌、Vo.73,No.12,pp1276−1285,
(1990.12))である。
【0006】P(Y|W,S):発生内容Wで発声者S
での入力音声のベクトル系列Yの確率(音響モデル) よって、統計的な連続音声認識の問題は、 max {P(S)P(W|S)P(Y|W,S)} W,S となる単語列Wを発声者の情報Sを利用して推定するこ
ととなる。
【0007】ここで、P(S)は、発声者Sがこの音声
認識装置を用いている確率を表す。さらに、発声者Sに
よる音響モデル(単語/音韻モデル)P(Y|W,S)
を隠れマルコフモデル(HMM)でモデル化することを
考える。発声者ごとに単語/音韻の音声データを大量に
発生すれば、発声者ごとの単語/音韻のHMMを作成す
ることができるが、通常は、全ての発声者に音声データ
を大量に発生させることは、現実的ではない。よって、
通常行われているように、多数の発声者からの音声デー
タを用いて作成された単語/音韻のHMM P(Y|W) を用い、このP(Y|W)について話者固有のコードブ
ックの空間を制限することを考える。以下、話者固有の
コードブックの空間やコードワードの動きを表すのにも
HMMを用いることを考える。
【0008】HMMを次の6組で表す。 HMM:M=(U,V,T,P,I,F) こゝで、U:状態の集合 V:入力ベクトルの集合 T:遷移確率の集合 P:出力確率の集合 I:初期状態 F:最終状態 また、入力系列を Y=y1 2 …yt …yN で表す。
【0009】こゝで、話者性を表すHMMとして、話者
ごとに任意の発声音声からそのパラメータが推定される
エルゴードHMMを考える。このエルゴードHMMの簡
単な例を図3Aに示す。つまり、発声者ごとに比較的短
い学習音声を入力し、状態1から状態2への遷移確率を
12に、時点t1 の入力ベクトルyt が状態1から状態
2へ遷移する確率をP12(yt )とし、状態1,2,3
間を遷移するモデル(エルゴードHMM)を各話者ごと
に作る。この話者HMMを Ms i =(Us i,V,Ts i,s i,s i,s i ):発声者i(i=1,…, L) で表す。多数の話者の音声データによってそのパラメー
タから推定される単語/音韻のHMMとして、左から右
への遷移をもつ図3Bに示すようなHMMを考える。こ
れは多数の話者の音声データから作る。この単語/音韻
のHMMを Mp j =(Up j , V,Tp j , Pp j ,Ip j ,Fp j ) :
単語/音韻j(j=1,…,M) と表す。
【0010】この発明ではこれら2つのHMM,Ms i
とMp j との積空間でのHMMを作る。この合成HMM
を話者制約単語/音韻HMMと呼ぶことにし、次のよう
に定義する。 Mp ji=(Up ji,V,Tp ji,Pp ji,Ip ji,Fp ji) :単語/音韻(j),発声者(i) =(U ×U i,V,T ×T ,Λ(P ×P ),Ip j×Is i,Fp
j×Fs i) そして発声者iの発声音声の認識を、この話者制約単語
/音韻HMMで、確率を最大にする発声者iと単語/音
韻jを求めることにより行う。上の式でΛ()は、出力確
率の和が1になるようにするスケールファクターであ
る。
【0011】
【実施例】この発明では、上述したように不特定話者用
の音韻/単語を表すHMMと、話者の特徴を表すエルゴ
ード話者性HMMとを合成したHMMを用いるが、図2
Aに示すように2状態1,2からなるエルゴード話者性
HMMと、図2Bに示す3状態A,B,Cからなる不特
定話者用単語/音韻HMMとを用いて、これらを合成し
た状態数6の話者制約単語/音韻HMMの構成例を図1
に示す。遷移確率と出力確率の値の計算式を図中に示し
ておく。ただし、一部の遷移については遷移確率も出力
確率も省いてあるが、同様に計算できる。
【0012】このような話者制約単語/音韻HMMを用
いた音声認識の装置の例を図4Aに示す。入力端子1か
ら入力された音声は、特徴抽出部2においてディジタル
信号に変換され、かつLPCケプストラム分析されたの
ち、フレーム(10ミリ秒)ごとにユニバーサルコード
ブックによってベクトル量子化される。話者モデルHM
Mの学習部3では、あらかじめ蓄えた複数のエルゴード
話者HMMから、もっとも尤度の高い話者HMMを選
び、かつ、入力音声によってもそのHMMへの追加学習
を行う。次に、話者制約音韻HMMの合成部4で、この
発明により話者モデルHMMと不特定話者音韻モデルH
MM5から話者制約音韻HMMを合成する。連続音声認
識部6は、この話者制約音韻HMMを用いて、入力音声
の発生内容を認識し、認識結果7を出力する。
【0013】この実施例では、合成部4で話者制約音韻
HMMを合成してから連続音声の認識を行う手順を示し
たが、連続音声認識を行う中に、逐次話者制約音韻HM
Mを合成作成する手順を入れることも可能である。
【0014】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
話者HMMを用いることにより、不特定話者用の音韻/
単語HMMを、発生者特有の空間やスペクトルの動きに
制約することができ、高い認識率を達成することが可能
となる。この手法により、発声者が、特定話者用の音韻
/単語HMMを作成するために、多量の音声データを発
生する必要がなくなる。この方法によれば、少量の任意
の音声データによって、話者モデルを選択し、かつ、追
加学習で話者モデルを適応化し,この話者HMMモデル
と音韻/単語HMMとを合成することによって、高精度
な特定話者用の音韻/単語HMMの作成が可能となる。
【0015】上述では、離散HMMを主体として説明し
たが、この方法は、ファジィベクトル量子化ベースのH
MM,連続分布のHMMに対しても同様に適用すること
ができる。同様にして、この発明は、2つのHMMで制
約された条件を満たす音声認識方式一般に適用でき、例
えば、雑音環境、マイクロフォンの種類等への適応等に
用い、認識性能を向上させることができる。つまり、例
えば話者の特徴エルゴードHMMに替えて、マイクロフ
ォンの特性を表すエルゴードHMMを用いることによ
り、認識性能を向上させることができる。その他、音声
認識以外でも、制約条件が2つのHMMであたえられる
対象に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】不特性話者の単語/音韻HMMとエルゴード話
者性HMMとを合成した話者制約単語/音韻HMMの構
成例を示す図。
【図2】Aはエルゴード話者性HMMの構成例を示す
図、Bは不特定話者の単語/音韻HMMの構成例を示す
図である。
【図3】Aは話者性を表すエルゴードHMMの簡単な例
を示す図、Bは単語/音韻のHMMの簡単な例を示す図
である。
【図4】Aはこの発明を適用した連続音声認識システム
の例を示すブロック図、Bはユニバーサルコードブック
と話者固有のコードブックの空間との関係例を示す図で
ある。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−238496(JP,A) 特開 平1−102599(JP,A) 特開 平4−125599(JP,A) 特開 平4−121793(JP,A) 日本音響学会平成3年度春季秋季研究 発表会講演論文集▲I▼ 3−P−15 「HMM音素モデルの発話変動への適応 化」p.177−178(平成3年3月27日発 行) 電子情報通信学会技術研究報告[音声 ]Vol.90,No.373,SP90−66, 「HMM音素モデルの発話様式の変動に 対する頑健性」p.71−78(1990年12月 20日発行) 電子情報通信学会技術研究報告[音声 ]Vol.92,No.393,SP92−96, 「HMMモデルの合成による雑音重畳音 声の認識」p.9−16(1992年12月21日 発行) 電子情報通信学会技術研究報告[音声 ]Vol.96,No.92,SP96−19, 「音声認識における音声強調手法及びモ デル適応化手法の検討」p.53−60 (1996年6月13日発行) 電子情報通信学会論文誌 Vol.J 79−D−▲II▼ No.12,Dece mber 1996,「雑音と残響の有る環 境下でのHMM合成によるハンズフリー 音声認識法」,p.2047−2053,(平成 8年12月25日発行) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G10L 15/14 G10L 15/06 G10L 15/10 JICSTファイル(JOIS)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不特定話者音声認識方法において、不特
    定話者用の音韻/単語を表す隠れマルコフモデルと、話
    者の特徴を表す隠れマルコフモデルとを合成し、その合
    成モデルを用いて上記話者の音声認識を行うことを特徴
    とする音声認識方法。
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Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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日本音響学会平成3年度春季秋季研究発表会講演論文集▲I▼ 3−P−15「HMM音素モデルの発話変動への適応化」p.177−178(平成3年3月27日発行)
電子情報通信学会技術研究報告[音声]Vol.90,No.373,SP90−66,「HMM音素モデルの発話様式の変動に対する頑健性」p.71−78(1990年12月20日発行)
電子情報通信学会技術研究報告[音声]Vol.92,No.393,SP92−96,「HMMモデルの合成による雑音重畳音声の認識」p.9−16(1992年12月21日発行)
電子情報通信学会技術研究報告[音声]Vol.96,No.92,SP96−19,「音声認識における音声強調手法及びモデル適応化手法の検討」p.53−60(1996年6月13日発行)
電子情報通信学会論文誌 Vol.J79−D−▲II▼ No.12,December 1996,「雑音と残響の有る環境下でのHMM合成によるハンズフリー音声認識法」,p.2047−2053,(平成8年12月25日発行)

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