JP2534240B2 - パタ―ン比較方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、パターン比較方法，より詳細には、パター
ン認識におけるパターン照合を行うパターン比較方法に
関する。

従来技術 パターン比較方法の中で最も一般的なものはパターン
マッチングを利用する方法である。この方法はあらかじ
め登録された標準パターンと入力された未知入力との間
の類似性を求め、未知入力が登録された中のどのパター
ンに最も近いかを判定するものである。この方法を現実
に適用する際には周囲のノイズが対象としているパター
ンの中に混入してくる問題がある。例えば、音声認識を
考えるなら認識中に周囲で突発的な雑音が発せられた場
合、或いは、発声時の口唇の開閉音が音声について入っ
てしまったような場合、パターン照合部では雑音がつい
たままの状態で標準パターンと比較するため正しい類似
性が求められないことになる。又、雑音に対して過敏で
あると上述のような雑音添加が起こり易いが、雑音に対
する感度を下げると雑音を抽出しなくなるが、その反面
音声の一部が欠落するような事態をひき起こすことが多
くなる。例えば、ストップ（stop）のような語尾が子音
単独で発声されやすい単語の場合、最後の/p/が抽出出
来ずに欠落することがある。

第６図は、上述のごときストップを照合する場合の一
例を説明するための図で、（ａ）が標準パターン、
（ｂ）が入力されたパターンであるとする。標準パター
ン（ａ）は正確に単語全体のパターンを有しているが、
パターン（ｂ）は/p/が欠落しており、パターンの終端
はパターン（ａ）の/p/がパターン（ｂ）の/o/と対応づ
けて照合される。このため、両者の類似性が小さくなり
誤認識を引き起こすことになってしまう。このような誤
対応は端点フリーの動的計画法を利用することで防ぐこ
ともできるが、冒頭、末尾のパターンが欠落すること
や、雑音が添加することがあり、本来、計算量が多い方
法が更に演算量を増してしまうという欠点がある。

上述のごとき実情に鑑みて、本出願人は、先に、演算
量が少なく、かつ、欠損したパターン，雑音が添加した
パターンを使用しながら正しいパターン比較を行うこと
のできるパターン比較方法について提案した。

第７図は、本出願人が先に提案したパターン比較方法
の一例を説明するためのブロック線図で、図中、１は音
声入力部,2はパワー測定部,3は特徴量変換部,4は無音位
置計測部,5は無音位置（未尾）判定部,6はマーク付加
部,7は辞書,8はマーク判定部,9はパターン削除部,10は
パターン照合部で、まず、音声が入力されて特徴量に変
換される過程で、音声のパワーを測定する。音声の入力
部１はマイクロフォンで実行できるし、パワー測定部２
は音声帯域だけのバンドパスフィルタの出力を検波する
ことによって実現できる。特徴量の変換は多種知られて
いるがバンドパスフィルタ群により簡単に抽出できるパ
ワースペクトラムなどいずれでも良い。測定されたパワ
ーの大きさから無音区間（音声エネルギー極小点）が音
声のどこに位置しているかを計測する。例えば、この無
音の位置が音声末尾から100ms以内にあるかどうかによ
って特徴量変換されたパターン（特徴パターン）にマー
クを付加する。一方、辞書の中にあるパターンをとり出
し先の特徴パターンと同じマークが付いているかどうか
をチェックし、マークが同じ場合には通常通りパターン
照合部へ入って行く。辞書のパターンの作成法はここで
は特に説明しないが同様のやり方で辞書パターンの末尾
に無音があるかどうかによってあらかじめマークをつけ
ておく。辞書のマークと入力のマークが異なっている場
合は無音を持つ方の無音以後パターン末尾までを削除
し、冒頭から無音までのパターンを用いて照合する。例
えば、第８図に示すごとく、辞書中のパターン（ａ）が
正常で、入力パターンであるパターン（ｂ）の末尾が欠
落している場合を考えると、この場合、パターン（ａ）
は末尾に無音があるというマークを持ち、パターン
（ｂ）は無音がないというマークになる。そこで辞書パ
ターンであるパターン（ａ）の末尾の/p/を削除した状
態のパターン（ｃ）を作り、パターン（ｂ）と（ｃ）を
対応づけて照合する。なお、以上には、音声末尾の欠落
について述べたが、末尾に限定されるものではなく、冒
頭について同様の事を行なうことも出来る。

第９図は、音声の冒頭に欠落がある場合のパターン比
較の例を示す図で、図中、11は無音位置（冒頭）判定部
で、その他、第７図に示した例と同様の作用をする部分
には第７図の場合と同一の参照番号が付してある。而し
て、この場合は、冒頭100ms以内に無音があるかどうか
によって前記例と同様に冒頭の部分を削除した後、照合
することになる。この場合は辞書のパターンは正常で完
全なものと考え、入力された音声の先頭に口唇開閉によ
るノイズ或いは突発的に発生したノイズが付加されたも
のとなる。

第10図は、その場合の一例を説明するための図で、例
えば、「移動」/ido/と発声した時、パターン（ａ）の
ごとく冒頭にノイズｎがついてしまったような場合、こ
のノイズの後に無音区間が生じるので、無音位置計測部
４及び無音位置（冒頭）判定部11によってこの無音区間
が冒頭100ms以内に生じていることを確認し、無音区間
有のマークを付加する。一方、辞書パターン（ｂ）は無
音がないことからパターン（ａ）の無音区間より先頭に
近い部分がパターン削除部９によって削除され、解除さ
れた後パターン照合部10で照合される。照合の手段は限
定されるものではないがパターン長を線形伸縮するよう
な計算量の少ないものが望ましい。この場合、言うまで
もなくパターン（ａ）の時間長は冒頭の無音以後に変更
しておく。又、無音区間の計測部４は音声が入力されな
い状態で環境ノイズを記録しておき、音声が入力された
際にその音声のレベルがノイズと同等とみなせる時、こ
こを無音区間として無音区間信号を出せば良く、位置計
測部４では音声区間の立上り，立下りを示す信号ライン
の信号と比較して位置を計測すれば良い。

而して、上記本出願人が提案したパターン比較方法
は、音声の発声に伴って避けることのできない口の開閉
音、又は周囲の突発的なノイズがあってもそれをとり除
いてパターンの照合ができるだけでなく、パターンの末
尾に有るべき音声が欠落した場合にも、欠落をみこした
照合が可能となり、このため、パターン照合の精度を向
上させることができるものである。しかしながら、上記
パターン比較方法は、例えば/b/音のようにエネルギー
が下る場合とそうでない場合があるものでは逆の効果が
生じることがある。第５図に、おんぶ/Onbu/の例を示す
が、（ａ）のパターンでは/b/のエネルギーが大して下
らなかったに対し（ｂ）のパターンでは大きく下ってい
るため、前述の方法ではパターン（ｂ）の/bu/を削除し
て照合してしまうという欠点がある。

目的 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもの
で、特に、パターン認識におけるパターン照合におい
て、信号に雑音がついてもそれを除去し、かつ信号の欠
落が少なくなるようにして照合することのできるパター
ン比較方法を提供することを目的としてなされたもので
ある。

構成 本発明は、上記目的を達成するために、２つのパター
ンを比較する際に、パターンの始端又は終端近傍にエネ
ルギーの極小が存在するか否かを調べ、一方のパターン
にのみ極小が存在する場合には、極小を有するパターン
の極小から端までをとり除いた後、両者のパターンを比
較するパターン比較方法において、（１）極小を持たな
いパターン長に１以下の実数を掛けたものが他のパター
ン長より長い場合には極小がないパターンと同等の扱い
をすること、或いは、（２）極小を持つ方のパターン長
に１以上の実数を掛けたものが他のパターン長よいも短
い場合には極小がないパターンと同等に扱うことを特徴
としたものである。以下本発明の実施例について説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例を説明するためのフロー
チャート、第２図は、第１図に示めした実施例の実施に
使用する電気回路の一例を示すブロック線図で、図中、
20はマイクロフォン、21は音声区間切り出し部、22はバ
ンドパスフィルタ（B.P.F）、23はレジスタ、24は音声
パワー測定器、25は比較回路、26は閾値発生部、27はタ
イムカウンタ、28は比較回路、30はマーク比較部、31は
切り換えスイッチ、32は辞書、33,34はフレーム長部、3
5は乗算部、36は乗算定数設定部、37は比較部、38は切
り換えスイッチ、39はパターン削除部、40は照合部、41
は結果表示部で、本発明は、入力音声にノイズが添加さ
れた場合、正常パターンに比べてパターン長が長くなる
が第５図に示したような場合は大して長くならないとい
うことに注目してなされたものであり、第１図及び第２
図に示した実施例は、２つのパターンの比較に際し、パ
ターンの始端又は終端近傍にエネルギーの極小が存在す
るか否かを調べ、一方にのみ極小が存在する場合には極
小を有するパターンの極小から端までをとり除いた後、
比較するパターン比較方法において、極小を持たないパ
ターン長に１以下の実数を掛けたものが他のパターン長
より長い場合には極小がないパターンと同等の扱いをす
るようにしたものである。

第１図及び第２図を参照しながら説明すると、マイク
ロフォン20より入力された音声のパワーを音声パワー測
定部24で測定して無音位置を計測し、無音位置が例えば
冒頭の100ms以内にあるかどうかによって異なるマーク
をつける。あらかじめこのようにしてマークをつけて登
録されている辞書パターンをとり出して入力されたパタ
ーンと同じマークかどうか判定し、同じマークならば切
り換えスイッチ31をａ側にして通常通りパターン照合に
入る。一方、マークが異なる場合は、切り換えスイッチ
31を図示のようにｂ側にしてフレーム長の比較部33,34
へ入れ、無音付のマークがついている方のフレーム長を
Fr1持たない方をFr2としてFr1＜0.9Fr2が成立しない時
のみパターン削除を行なってパターン照合をし、他は通
常通りの照合をする。これによって、第５図の如きパタ
ーンにおいて必要な音声を削除した場合にはパターン長
が短くなるため、Fr1＜0.9Fr2が成立し、削除しない経
路を通ることになる。一方、ノイズが付加された場合、
その分パターン長が長くなっているため、Fr1＜0.9Fr2
が成立しなくなり、ノイズを削除することになり、正常
なパターン照合ができる。

第３図及び第４図は、上記実施例と同じ作用効果を狙
った他の実施例を示す図で、第３図は、その場合のフロ
ーチャート、第４図は、電気的ブロック線図で、第４図
において、第２図の場合と同様の作用をする部分には第
２図の場合と同一の参照番号が付してある。而して、こ
の実施例は、極小を持つ方のパターン長に１以上の実数
（図示例の場合、乗算定数設定部36が1.1に設定されて
いる）を掛けたものが他のパターン長より短い場合には
極小がないパターンと同様に扱うようにしたものであ
り、図示実施例においては、無音を持つパターン、つま
り、雑音が添加された可能性のあるパターンに1.1を掛
けものが無音を持たないパターンよりも短い時、この無
音は雑音ではないと判断して削除処理しないようにして
いる。

効果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、音
声と雑音の区別がしにくいパターンを自動的に判別して
雑音除去ができるようになったので、精度の高い照合を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるパターン比較方法の一実施例を
説明するためのフローチャート、第２図は、第１図に示
した実施例の実施に使用する電気回路の一例を説明する
ためのブロック線図、第３図は、本発明の他の実施例を
説明するためのフローチャート、第４図は、その電気的
ブロック線図、第５図は、本発明が適用される一例とし
ての音声パターンを示す図、第６図は、本発明の技術背
景を説明するためのパターン図、第７図は、本出願人が
先に提案したパターン比較方法の一例を説明するための
ブロック線図、第８図は、第７図の動作説明するための
パターン照合図、第９図は、他の例を説明するためのブ
ロック線図、第10図は、第９図に示した例の動作説明す
るためのパターン照合図である。 20……マイクロフォン、21……音声区間切り出し部、22
……バンドパスフィルタ（B.P.F）、23……レジスタ、2
4……音声パワー測定部、25……比較回路、26……閾値
発生部、27……タイムカウンタ、28……比較回路、30…
…マーク比較部、31……切り換えスイッチ、32……辞
書、33,34……フレーム長部、35……乗算部、36……乗
算定数設定部、37……比較部、38……切り換えスイッ
チ、39……パターン削除部、40……照合部、41……結果
表示部。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２つのパターンを比較する際に、パターン
   の始端又は終端近傍にエネルギーの極小が存在するか否
   かを調べ、極小を有するパターンの極小から端までをと
   り除いた後、両者のパターンを比較するパターン比較方
   法において、極小を持たないパターン長に１以下の実数
   を掛けたものが他のパターン長より長い場合には極小が
   ないパターンと同等の扱いをすることを特徴とするパタ
   ーン比較方法。
2. 【請求項２】２つのパターンを比較する際に、パターン
   の始端又は終端近傍にエネルギーの極小が存在するか否
   かを調べ、極小を有するパターンの極小から端までをと
   り除いた後、両者のパターンを比較するパターン比較方
   法において、極小を持つ方のパターン長に１以下の実数
   を掛けたものが他のパターン長より短い場合には極小が
   ないパターンと同等に扱うことを特徴とするパターン比
   較方法。