JP2534241B2 - 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３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４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、音声のパターンを測定する。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し、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５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
対応づけして照合する。なお、以上には、音声末尾の欠
落について述べたが、冒頭についても同様の事を行なう
ことも出来る。

第６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４図に示した例と同様の作用をする部分
には第４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７図は、その場合の一例を説明するためのパターン
照合図で、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、削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、上記パターン比較方法によると、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、パターンの末尾にあるべき音
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
できるが、上記パターン比較方法は未知入力音は入力し
終らないと認識演算を行うことができず、パターンの照
合に時間がかかり、高速化を図ることが困難であった。

一方、パターン認識の演算時間を短くするために、音
声の始端が検出されるとすぐに未知の入力パターンの冒
頭と標準パターンの冒頭とを照合し始めるパターン比較
方法も提案されているが、上記の方法で入力と同時に演
算をスタートさせると、前述の雑音を除いて照合するパ
ターン比較方法を併用することができない。

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、雑音がついた入力パターンでも、その雑音を
とり除いて照合し、しかも、未知入力音声を入力しおわ
らない時点から認識演算を開始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から一定長
内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
パターンの始端又は終端から極小までのパターンをとり
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、音声の始端検出後一定時間パターンをとり込
んだ時点でパターンの始端のエネルギー極小部について
削除するか否かの判定をし、その後にパターン終端の極
小部について判定を下すようにしたことを特徴としたも
のである。以下、本発明の実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明によるパターン比較方法の一実施例
を説明するためのブロック線図、第２図は、第１図の動
作説明をするためのフローチャートで、図中、20はマイ
クロフォン、21はバンドパスフィルタ群、22は音声区間
切り出し部、23はレジスタ、24は音声エネルギー検出
部、25は比較部、26は閾値発生部、27は無音カウンタ、
28は時間カウンタ、29、30は比較部、31は時刻戻し部
（例えば100ms前の時点へ戻す）、32は所定時間発生
部、33はマーク付加部、34は比較部、35は辞書、36は切
換スイッチ、37は無音までのパターン削除部、38は照合
部、39は候補選択部、40は結果出力部で、本発明は、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
小部から端までをとり除いた後にパターン比較するパタ
ーン比較方法において、音声の始端検出後一定時間パタ
ーンをとり込んで、まず、パターンの始端のエネルギー
極小部について削除するか否かの判定を下した後パター
ン終端の極小部についての判定を下すようにしたもの
で、以下、パターンの端点近傍を端点より100msとした
場合について説明する。まず、音声をとり込み特徴量に
変換するが、特徴量としてはここではバンドパスフィル
ター群21を通過した音声のスペクルを例に説明する。音
声の区間を検出し、未知入力のパターンをレジスタ23に
格納すると同時に音声区間検出部22で始端を検出してか
らの経過時間を時間カウンター28で計測する。更に、音
声区間のエネルギーを求め、このエネルギーが決められ
た閾値より小さい時、これを無音区間とみなしてその位
置と数を無音カウンター27に記憶する。まず、時間カウ
ンター28が100msになった時、それまでに無音があれば
−１、なければ１の如きマークをつける。これをつける
と同時に辞書と予備的な照合をするためパターンをとり
出す。この辞書のパターンにも音声冒頭と末尾に無音が
あるか否かで−1,1のマークをつけておき、まずとり出
したパターンとマークが同じであるかどうかを比較し、
同じ場合は、どちらのパターンの冒頭にも無音があるた
めこのまま予備的な照合をし（ここで述べる照合とは、
特に限定するものではなくDPマッチングでも何でもな
い。）、マークが異なる時は、無音を持つパターンの冒
頭から無音までを削除して予備的な照合に入り候補を出
す。一方、音声始端から100ms以上すぎると現時刻から1
00ms前の時点へもどした値を作り、音声の終端信号と共
にその100ms前以後に無音があったかどうかによって冒
頭の場合と同様の−1,1のマークをつける。又、冒頭と
同様の操作を末尾においても行ない、パターンの削除が
必要な時には削除して先に求めた候補について最終的な
照合を行なう。

効果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、雑
音がついたパターンでもそれをとり除いて照合し、しか
も未知入力が入力し終らない時点で照合が開始できるの
で、照合精度の向上及び高速化が可能となった。

【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
説明するためのブロック線図、第２図は、第１図の動作
を説明するためのフローチャート、第３図は、本発明の
技術背景を説明するためのパターン図、第４図は、本出
願人が先に提案したパターン比較方法の例を説明するた
めのブロック線図、第５図は、第４図の動作説明をする
ためのパターン照合図、第６図は、他の例を説明するた
めのブロック線図、第７図は、第６図の動作説明するた
めのパターン照合図である。 20……マイクロフォン,21……バンドパスフィルタ群,22
……音声区間切り出し部,23……レジスタ,24……音声エ
ネルギー検出部,25……比較部,26……閾値発生部,27…
…無音カウンタ,28……時間カウンタ,29,30……比較部,
31……時刻戻し部,32……所定時間発生部,33……マーク
付加部,34……比較部,35……辞書,36……切り換えスイ
ッチ,37……無音までのパターン削除部,38……照合部,3
9……候補選択部,40……結果出力部。

Claims (1)

(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
   の始端又は終端から一定長内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始端又は終
   端から極小までのパターンをとり除いた後、両者のパタ
   ーンを比較するパターン比較方法において、音声の始端
   検出後一定時間パターンをとり込んだ時点でパターンの
   始端のエネルギー極小部について削除するか否かの判定
   をし、その後にパターン終端の極小部について判定を下
   すようにしたことを特徴とするパターン比較方法。