JP2595495B2 - パタンマッチング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は音声パタンのような特徴ベクトルの系列とし
て表わされるパタンの比較を行うパタンマッチング装置
の改良に関する。

パタン認識の方法として，認識すべきパタンをあらか
じめ標準パタンとして登録しておき認識時に入力される
未知パタンを標準パタンと比較し，最も類似度の高いも
のを認識結果として決定するパタンマッチング法は従来
から広く用いられている。

パタンマッチング法では，音声パタンにおける発声速
度の変動のような変動に対処することが重要である。動
的計画法を利用した時間軸正規化マッチング法（以下DP
法と称す）は非常に有効な方法となっており（日本音響
学会誌Vol.27No.9P483−P487参照），広く実用に供され
ている。

今,2つのパタンA,Bの特徴ベクトル系列をそれぞれ Ａ＝｛ａ（１），…,a（ｉ），…,a（Ｉ）｝， Ｂ＝｛ｂ（１），…,b（ｊ），…,b（Ｊ）｝ で表わすと従来のDP法ではパタンＡとＢとの距離は次の
ようにして求められる。

ベクトルａ（ｉ）とｂ（ｊ）との距離ｄ（i,j）に関
する積分量ｇについて，初期条件ｇ（1,1）＝ｄ（1,1）
として，漸化式 をｉ＝1,j＝１からｉ＝I,j＝Ｊまで順次求める。最後に
得られるｇ（I,J）よりパタンＡとＢとの距離を として求める。式（１−１）はＩ×Ｊの時間点の格子上
で第１図に示す傾斜制限及び荷重のもとで点（1,1）か
ら点（I,J）までｄ（i,j）を積分することに対応してい
る。

DP法ではこのように時間軸で非線形に伸縮させながら
２つのパタンの距離を求めるので同じカテゴリの２つの
パタンのマッチングにおいて発声速度の変動を正規化す
ることができる。しかし同時にDP法では，マッチングの
対象となる２つのパタンが異るカテゴリである場合，非
線形な時間伸縮により２つのパタンの似ている部分が強
調されて不自然なマッチングが行われる傾向がある。

このような不自然さは，通常の単語認識ではそれ程問
題とならないが，単音節認識のように子音の継続時間や
子音から母音への過渡時間が認識にとって重要な意味を
もつ場合には問題となる。

本発明は,DPマッチング法を改良することにより，発
声速度の変動の正規化能力をもち，かつ異なるカテゴリ
パタンのマッチングにおいて不自然なマッチングの行わ
れることの少ない方法を実現し，高い認識精度をもつパ
タンマッチング装置を提供することを目的としている。

音声パタンの発声速度の変動は、主に母音部における
発声時間の変動に基づくのでパタン全体を同じような比
率で伸縮させるのは適当でない。

しかし，同じカテゴリの異なる発声において，パタン
のある部分は圧縮され，別の部分は伸張されるようなケ
ースは一般には少ないと考えられる。したがって２つの
パタンA,BのマッチングにおいてパタンＡがＢより長い
場合には,Bを非線形に伸張させることにより（圧縮する
ことなしに）マッチングさせ，また，パタンＢがＡより
長い場合には,Aを非線形に伸張させることにより（圧縮
することなしに）マッチングさせることができる。これ
は漸化式の計算において第２図に示すようにパタンＡが
パタンＢより長い場合（ＩＪ）には パタンＢがパタンＡより長い場合（Ｉ＜Ｊ）には を用いることに対応している。

この場合には、２つのパタンの時間軸の対応付けは圧
縮と伸張が同時に行われることがないので，異なるカテ
ゴリのパタンをマッチングする際，不自然な対応付けは
行われにくくなっており，したがって異なるカテゴリの
パタンの時間的な違いがより保存された形でマッチング
が行われるので認識精度を向上させることができる。

本発明による装置は特徴ベクトルの系列として表わさ
れる第１のパタンＡ｛ａ（１），…,a（ｉ），…,a
（Ｉ）｝を格納する第１パタン記憶部と，特徴ベクトル
の系列として表わされる第２のパタンＢ｛ｂ（１），
…,b（ｊ），…,b（Ｊ）｝を格納する第２パタン記憶部
と，指定されたi,jに対して特徴ベクトルａ（ｉ）とｂ
（ｊ）との距離ｄ（i,j）を算出する距離計算部と，上
記距離ｄ（i,j）をＩ×Ｊの時間点の格子上の点（i,j）
に対応させたときi,jを順次変化させることによって得
られる格子状の構造をもつ距離情報のうちの少なくとも
必要個数を記憶する距離記憶部と，上記格子の点に対す
る積分量ｇを少なくとも必要個数記憶する積分量記憶部
と，格子の各点における積分量ｇを，積分量記憶部に記
憶された過去の積分量と距離記憶部に記憶された過去の
距離の荷重和を指定された複数の組合せに対して計算し
その最小値として算出する漸化式計算部と，上記漸次化
式計算部において荷重和の計算される組合せを２つのパ
タンA,Bの長さI,Jを比較した結果に従って指定する傾斜
制限指定部とを含んで構成され,i＝1,j＝１からｉ＝1,j
＝Ｊまでi,jを順次変化させて前記パタンＡとＢとの距
離を算出することを特徴としている。

以下に本発明の原理を図面を参照して説明する。第３
図は本発明による装置の一実施例を示すブロック図であ
る。第１ベクトル記憶部1,第２ベクトル記憶部２にはそ
れぞれパタンA,Bの特徴ベクトル系列｛ａ（１），…,a
（Ｉ）｝，｛ｂ（１），…,b（Ｊ）｝が格納される。３
は距離計算部で，制御部７により指定されたi,jに対し
て距離ｄ（i,j）を計算し，結果を距離記憶部５へ格納
する。

傾斜制限指定部８は記憶部1,2に格納された２つのパ
タンA,Bの長さI,Jを比較しＩＪのときは漸化式
（２），その他のときは漸化式（３）を用いることを指
定する信号を漸化式計算部４へ出力する。漸化式計算部
４は制御部７により指定されたi,jに対する積分量ｇ
（i,j）を，前記傾斜制御指定部の出力に従って漸化式
（２），（３）のいずれかを用いて計算することにより
求める。このとき計算に必要な距離情報は距離記憶部５
より読み出され，過去の積分量ｇは積分量記憶部６より
読み出され，得られたｇ（i,j）を積分量記憶部６へ格
納される。７は制御部であり制御信号i,jをｉ＝1,j＝１
からｉ＝I,j＝Ｊまで順次変化させ，距離計算部３及び
漸化式計算部４を制御してｉ＝I,j＝Ｊの時点で得られ
る積分量ｇ（I,J）を用いて式（１−２）によりパタン
間距離を算出する。

以上，本発明の原理を説明したが，これらの記載は本
発明の原理を限定するものではない。説明で用いた漸化
式（２），（３）のかわりに次のようなものを用いても
よい。

ＩＪのとき Ｉ＜Ｊのとき 式（２）′，（３）′は第４図に示す傾斜制限，荷重
に対応している。漸化式としては，この他にもＩＪの
ときとＩ＜Ｊのときとで異る形をとるものであれば，類
似のものを用いてもよい。

説明では音声パタンの例を用いたが特徴ベクトルの系
列として表わされるパタンであれば音声，文字等任意の
パタンに対して本発明の原理は成立する。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来のDP法を説明する図，第２図は本発明によ
る漸化式の第１の例を説明するための図，第３図は本発
明による一実施例を示すブロック図，第４図は傾斜制
限，荷重を説明する図である。図において1,2……ベク
トル記憶部,3……距離計算部,4……漸化式計算部,5……
距離記憶部,6……積分量記憶部,7……制御部,8……傾斜
制限指定部である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】特徴ベクトルの系列として表わされる第１
   のパタンＡ｛ａ（１），…,a（ｉ），…,a（Ｉ）｝を格
   納する第１パタン記憶部と，特徴ベクトルの系列として
   表わされる第２のパタンＢ｛ｂ（１），…,b（ｊ），
   …,b（Ｊ）｝を格納する第２パタン記憶部と，指定され
   たi,jに対して特徴ベクトルａ（ｉ）とｂ（ｊ）との距
   離ｄ（i,j）を算出する距離計算部と，上記距離ｄ（i,
   j）をＩ×Ｊの時間点の格子上の点（i,j）に対応させた
   ときi,jを順次変化させることによって得られる格子状
   の構造をもつ距離情報のうち少なくとも必要個数を記憶
   する距離記憶部と，上記格子の点に対する積分量ｇを少
   なくとも必要個数記憶する積分量記憶部と，格子の各点
   における積分量ｇを，積分量記憶部に記憶された過去の
   積分量と距離記憶部に記憶された過去の距離の荷重和を
   指定された複数の組合せに対して計算しその最小値とし
   て算出する漸化式計算部と，上記漸化式計算部において
   荷重和の計算される組合せを２つのパタンA,Bの長さI,J
   を比較した結果に従って指定する傾斜制限指定部とを含
   んで構成され,i＝1,j＝１からｉ＝I,j＝Ｊまでi,jを順
   次変化させて前記パタンＡとＢとの距離を算出すること
   を特徴とするパタンマッチング装置。