JP7160170B2 - Speech recognition device, speech recognition learning device, speech recognition method, speech recognition learning method, program - Google Patents

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Description

本発明は、音声認識装置、音声認識学習装置、音声認識方法、音声認識学習方法、プログラムに関する。 The present invention relates to a speech recognition device, a speech recognition learning device, a speech recognition method, a speech recognition learning method, and a program.

深層学習技術の進展に伴い、入力を音声とし、出力をテキストとするend-to-end音声認識と呼ばれる音声認識のモデル化方法が登場し、技術的な進展が進んでいる。これまで広く用いられてきた音声認識は、音声と音素系列の関係をモデル化した音響モデル、音素系列と単語の関係をモデル化した発音モデル、単語間の関係をモデル化した言語モデルという3つのモデルの組み合わせにより構成され、各モデルをそれぞれ異なるデータを用いて独立に学習しておくことで音声認識アルゴリズム(装置)を構成していた。一方、end-to-end音声認識は、音声とテキストの関係をモデル化したモデル1つのみで音声認識アルゴリズム(装置)を構成することができ、学習に用いるデータも音声とテキストのペアデータのみである。 Along with the progress of deep learning technology, a speech recognition modeling method called end-to-end speech recognition, which uses speech as input and text as output, has appeared, and technological progress is progressing. Speech recognition, which has been widely used so far, consists of three models: an acoustic model that models the relationship between speech and phoneme sequences, a pronunciation model that models the relationship between phoneme sequences and words, and a language model that models the relationships between words. A speech recognition algorithm (apparatus) was constructed by combining models and learning each model independently using different data. On the other hand, end-to-end speech recognition can configure a speech recognition algorithm (device) with only one model that models the relationship between speech and text, and the data used for learning is only paired data of speech and text. is.

従来技術の構成について述べる。end-to-end音声認識の入力となる音声から自動抽出できる音響特徴量系列をX=(x1,…,xT)、出力となる単語系列をW=(w1,…,wN)とし、P(W|X,θ)をモデル化する。ここで、θはモデルパラメータを表す。P(W|X,θ)のモデル化は次式で表される。 The configuration of the conventional technology will be described. X=(x 1 ,…,x T ) is the acoustic feature sequence that can be automatically extracted from the input speech for end-to-end speech recognition, and W=(w 1 ,…,w N ) is the output word sequence. and model P(W|X, θ). where θ represents a model parameter. Modeling of P(W|X, θ) is expressed by the following equation.

Figure 0007160170000001
Figure 0007160170000001

このモデル化による音声認識アルゴリズム(装置)では、音響特徴量系列Xが入力された時の音声認識結果の単語系列W^を次式に基づき決定する。 In this modeled speech recognition algorithm (apparatus), the word sequence W^ of the speech recognition result when the acoustic feature quantity sequence X is input is determined based on the following equation.

Figure 0007160170000002
Figure 0007160170000002

モデルパラメータθは、複数(2つ以上)の単語系列と音響特徴量系列の組の集合からなる学習データD=(W1,X1),…,(W|D|,X|D|)(ただし、|D|は学習データDの要素数)に基づいて、事前に学習することにより決定される。Dにより最適化されたパラメータθ^は次式に従う。 The model parameter θ is learning data D=(W 1 ,X 1 ),...,(W |D| ,X |D| (where |D| is the number of elements in learning data D), and is determined by learning in advance. The parameter θ^ optimized by D obeys the following equation.

Figure 0007160170000003
Figure 0007160170000003

詳細なモデル化には、様々な方法を採用することができる。例えば、ニューラルネットワークを用いた方法が代表的であり、非特許文献1や非特許文献2の方法を用いることができる。 Various methods can be employed for detailed modeling. For example, a method using a neural network is typical, and the methods of Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 can be used.

Jan Chorowski, Dzmitry Bahdanau, Kyunghyun Cho, and Yoshua Bengio, “End-to-end continuous speech recognition using attention-based recurrent NN: first results,” in NIPS: Workshop Deep Learning and Representation Learning Workshop, 2014.Jan Chorowski, Dzmitry Bahdanau, Kyunghyun Cho, and Yoshua Bengio, “End-to-end continuous speech recognition using attention-based recurrent NN: first results,” in NIPS: Workshop Deep Learning and Representation Learning Workshop, 2014. Jan Chorowski, Dzmitry Bahdanau, Dmitriy Serdyuk, Kyunghyun Cho, and Yoshua Bengio, “Attention-based models for speech recognition,” in Advances in Neural Information Processing Systems (NIPS), 2015, pp. 577-585.Jan Chorowski, Dzmitry Bahdanau, Dmitriy Serdyuk, Kyunghyun Cho, and Yoshua Bengio, “Attention-based models for speech recognition,” in Advances in Neural Information Processing Systems (NIPS), 2015, pp. 577-585.

上述の従来技術は単一発話の音声を音声認識する問題をモデル化したものであり、連続した複数発話から構成される音声系列を音声認識する場合においても、複数発話中のそれぞれの音声を音声認識する場合において、複数発話の発話間の関係を全く利用することができない。すなわち、過去の発話の音声入力に対してどのような単語系列を出力してきたかといった情報を、現在の発話の音声認識を行う際に考慮することができないという課題がある。 The above-mentioned prior art modeled the problem of recognizing a single utterance. In the case of recognition, no relations between utterances of multiple utterances can be exploited. That is, there is a problem that information such as what kind of word sequence has been output in response to voice input of past utterances cannot be taken into account when performing voice recognition of current utterances.

具体例を挙げて説明する。例えば、10分程度の講演音声を音声認識する場面において、この講演音声を無音が0.5秒存在するごとに区切り、合計200発話の音声が含まれていた場合を想定する。この200発話は連続した系列であり、連続した発話は互いに関連する情報についての発話である可能性が高いと考えられる。しかしながら、従来技術を適用すると200発話を各発話それぞれ独立に音声認識することになり、文脈情報を音声認識に利用できない。例えば、100発話目が「今期の業績は素晴らしいですね」という発話であったものとし、101発話目が「すばらしいせいかです」という発話であった場合、100発話目を文脈として考慮できれば、101発話目を「素晴らしい成果です」と音声認識できる可能性が高いが、100発話目を文脈として考慮できない場合は、101発話目を「素晴らしい製菓です」や「素晴らしい聖火です」などと誤認識する可能性がある。 A specific example will be given for explanation. For example, in a scene where speech recognition is performed on speech of a lecture of about 10 minutes, it is assumed that the speech of the lecture is divided into 0.5 seconds of silence, and a total of 200 utterances are included. These 200 utterances are a continuous sequence, and it is highly likely that the continuous utterances are utterances about mutually related information. However, when the conventional technology is applied, 200 utterances are independently recognized, and context information cannot be used for speech recognition. For example, if the 100th utterance is "This year's business performance is wonderful," and the 101st utterance is "It's because it's wonderful." There is a high possibility that the utterance can be recognized as "a wonderful achievement", but if the 100th utterance cannot be considered as a context, the 101st utterance may be misrecognized as "wonderful confectionery" or "wonderful torch". have a nature.

例えば、すべての発話(上述の例では200発話)をまとめて、発話長が長い1発話として扱うことで上記の課題を解決することを想定する。この場合、end-to-end音声認識アルゴリズム(装置)は音声全体をベクトルに変換して扱う仕組みであるために、発話長が長い発話に対してうまく動作しない問題が招来する。すべての発話をまとめて1発話として、end-to-end音声認識アルゴリズム(装置)で扱うことは、非現実的である。従って従来は、文脈を考慮したend-to-end音声認識が実現できない点が課題であった。 For example, it is assumed that all the utterances (200 utterances in the above example) are collected and treated as one utterance with a long utterance length to solve the above problem. In this case, since the end-to-end speech recognition algorithm (apparatus) converts the entire speech into a vector and handles it, there arises a problem that it does not work well for long utterance lengths. It is unrealistic to treat all utterances collectively as one utterance with an end-to-end speech recognition algorithm (device). Therefore, in the past, there was a problem that end-to-end speech recognition considering the context could not be realized.

そこで本発明では、文脈を考慮したend-to-end音声認識を実現できる音声認識装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a speech recognition apparatus capable of realizing end-to-end speech recognition in consideration of context.

本発明の音声認識装置は、発話音声認識部を含む。 A speech recognition apparatus of the present invention includes an utterance speech recognition unit.

発話音声認識部は、時系列順に取得された音響特徴量系列の集合からなる認識用データに基づき、認識対象である単語系列を観測値とし、認識対象である単語系列よりも過去の、既に認識済みの単語系列、および認識対象である単語系列に対応する音響特徴量系列、および予め学習済みのモデルパラメータθをパラメータとし、パラメータの下で観測値が生起する確率の尤度関数について最尤基準により、認識対象である単語系列を認識する処理を時系列順に繰り返す。 Based on recognition data consisting of a set of acoustic feature sequences acquired in chronological order, the utterance speech recognition unit uses a word sequence to be recognized as an observed value, and recognizes a word sequence that has already been recognized prior to the word sequence to be recognized. The maximum likelihood criterion for the likelihood function of the probability that an observed value occurs under the parameters of the word sequence that has already been processed, the acoustic feature value sequence corresponding to the word sequence to be recognized, and the model parameter θ that has been trained in advance. , the process of recognizing a word sequence to be recognized is repeated in chronological order.

本発明の音声認識装置によれば、文脈を考慮したend-to-end音声認識を実現できる。 According to the speech recognition apparatus of the present invention, it is possible to realize end-to-end speech recognition in consideration of context.

実施例1の音声認識装置の構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing the configuration of a speech recognition apparatus according to a first embodiment; FIG. 実施例1の音声認識装置の動作を示すフローチャート。4 is a flow chart showing the operation of the speech recognition apparatus according to the first embodiment; 実施例1の音声認識装置の発話音声認識部の構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the speech recognition unit of the speech recognition apparatus according to the first embodiment; FIG. 実施例1の音声認識装置の発話音声認識部の動作を示すフローチャート。4 is a flow chart showing the operation of the speech recognition unit of the speech recognition apparatus of the first embodiment;

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. Components having the same function are given the same number, and redundant description is omitted.

以下、本実施例の音声認識装置1(最小構成、図1の破線枠内の構成を参照)を説明する。ここでは、モデルパラメータθを音声認識装置1とは別の装置で予め学習してあるものとする。 The speech recognition apparatus 1 (minimum configuration, see the configuration within the dashed frame in FIG. 1) of this embodiment will be described below. Here, it is assumed that the model parameter θ is learned in advance by a device other than the speech recognition device 1 .

なお、この明細書では、文書作成ソフトの都合上、文字の後ろに「^」を付す場合があるが、この「^」は、当該文字の上に表示されているものとして扱う。例えば、WL^と表記する場合 It should be noted that, in this specification, characters may be followed by "^" due to the convenience of word processing software, but this "^" is treated as being displayed above the character. For example, if you write W L ^

Figure 0007160170000004
Figure 0007160170000004

を意味するものとする。 shall mean

<音声認識装置1(最小構成)の入力、出力、動作の概要>
入力1:L個の連続した発話の音響特徴量系列の系列X1,…,XL
入力2:モデルパラメータθ(別装置で学習し、本装置に入力)
出力:L個の連続した単語系列の系列W1^,…,WL^
<Overview of input, output, and operation of speech recognition device 1 (minimum configuration)>
Input 1: Sequence X 1 , …, X L of acoustic feature sequences of L consecutive utterances
Input 2: Model parameter θ (learned on another device and input to this device)
Output: A sequence of L consecutive word sequences W 1 ^,...,W L ^

本実施例の音声認識装置1は、L個の連続した発話の音響特徴量系列の系列X1,…,XLと、モデルパラメータθを入力とし、モデルパラメータθに従った確率計算により、L個の連続した単語系列の系列W1^,…,WL^を出力する。ここでは、end-to-end音声認識の入力となるL個の連続した発話の音声系列から自動抽出できる音響特徴量系列の系列をX1,…,XLとする。ここでXlはl番目の発話の音響特徴量系列であり、Xl=(xl 1,…,xl Tl)として表される。出力となる単語系列の系列をW1^,…,WL^、ここでWl^はl番目の発話の単語系列であり、 The speech recognition apparatus 1 of the present embodiment receives L sequences of acoustic feature quantity sequences X 1 , . Output a series of consecutive word sequences W 1 ^,...,W L ^. Here , let X 1 , . Here, X l is the acoustic feature value sequence of the l-th utterance and is expressed as X l =(x l 1 ,...,x l Tl ). The sequence of output word sequences is W 1 ^,...,W L ^, where W l ^ is the word sequence of the l-th utterance,

Figure 0007160170000005
Figure 0007160170000005

として表される。 is represented as

ここで、音響特徴量系列には、音声から計算できる任意の特徴量系列を利用することができるが、例えばメルフィルタバンクケプストラム係数や、対数メルフィルタバンクといった特徴量系列を用いることができる。メルフィルタバンクケプストラム係数や対数メルフィルタバンクの説明は割愛する。 Here, as the acoustic feature sequence, any feature sequence that can be calculated from speech can be used. For example, a feature sequence such as a mel filter bank cepstrum coefficient or a logarithmic mel filter bank can be used. A description of the Mel filter bank cepstrum coefficients and the logarithmic Mel filter bank is omitted.

単語系列は、英語の場合は例えばスペース区切りの表現、日本語であれば例えば形態素解析により自動分割された表現、または文字単位に区切った表現を単語系列としてもよい。 The word sequence may be an expression separated by spaces in the case of English, an expression automatically divided by morphological analysis in the case of Japanese, or an expression separated by characters.

次に、図1を参照して実施例1の音声認識装置の一般的な構成について説明する。なお、ここでは、モデルパラメータθを音声認識装置1内で学習するものとする。同図に示すように本実施例の音声認識装置1は、モデルパラメータ学習部11とモデルパラメータ記憶部11aと、発話音声認識部12と、単語系列記憶部12aを含む。ただし上述したように、モデルパラメータ学習部11とモデルパラメータ記憶部11aは別装置の構成要件としてもよい。以下、図2を参照して各構成要件の動作を説明する。 Next, with reference to FIG. 1, the general configuration of the speech recognition apparatus of Example 1 will be described. Here, it is assumed that the model parameter θ is learned within the speech recognition apparatus 1 . As shown in the figure, the speech recognition apparatus 1 of this embodiment includes a model parameter learning unit 11, a model parameter storage unit 11a, an utterance speech recognition unit 12, and a word sequence storage unit 12a. However, as described above, the model parameter learning section 11 and the model parameter storage section 11a may be components of separate devices. The operation of each component will be described below with reference to FIG.

<モデルパラメータ学習部11>
入力:複数(2つ以上)の単語系列の系列と音響特徴量系列の系列の組の集合である学習データD=(A1,B1),…,(A|D|,B|D|)
出力:モデルパラメータθ
<Model parameter learning unit 11>
Input: Learning data D=(A 1 ,B 1 ),…,(A |D| ,B |D| )
Output: model parameter θ

モデルパラメータ学習部11は、複数(2つ以上)の時系列順に取得された単語系列と、対応する音響特徴量系列の組の集合からなる学習データD=(A1,B1),…,(A|D|,B|D|)に基づき、注目している単語系列(次式のWl)を観測値とし、注目している単語系列よりも過去の単語系列(次式のW1,...,Wl-1)、および注目している単語系列(次式のWl)に対応する音響特徴量系列(次式のXl)、およびモデルパラメータθをパラメータとし、パラメータ(次式のW1,...,Wl-1,Xl,θ)の下で観測値(次式のWl)が生起する確率の尤度関数について最尤推定を行うことにより、モデルパラメータθを学習する(S11)。なお(Am,Bm)={(W1,X1),…,(WLm,XLm)}である。Dにより最適化されたパラメータθ^は次式に従う。 The model parameter learning unit 11 acquires learning data D=(A 1 , B 1 ), . Based on ( A |D| ,B |D| ), the word sequence of interest (W 1 ,...,W l-1 ), the acoustic feature sequence (X l in the following equation) corresponding to the word sequence of interest (W l in the following equation), and the model parameter θ as parameters. The model _ _ A parameter θ is learned (S11). Note that (A m , B m )={(W 1 ,X 1 ),...,(W Lm ,X Lm )}. The parameter θ^ optimized by D obeys the following equation.

Figure 0007160170000006
Figure 0007160170000006

ここで学習されたθ^を発話音声認識部12におけるθとして用いる。 θ ̂ learned here is used as θ in the speech recognition unit 12 .

<モデルパラメータ記憶部11a>
モデルパラメータ記憶部11aは、学習されたθ^を記憶する。
<Model parameter storage unit 11a>
The model parameter storage unit 11a stores the learned θ̂.

<発話音声認識部12>
入力1:l番目の発話の音響特徴量系列Xl
入力2:既に音声認識結果として得られた1番目からl-1番目の発話までの単語系列W1^,…,Wl-1^
入力3:モデルパラメータθ
出力:l番目の発話の単語系列Wl^
<Speech speech recognition unit 12>
Input 1: Acoustic feature sequence X l of the l-th utterance
Input 2: Word sequence W 1 ^,...,W l-1 ^ from the 1st to the l-1th utterance already obtained as a speech recognition result
Input 3: model parameter θ
Output: word sequence W l ^ of l-th utterance

発話音声認識部12は、時系列順に取得された音響特徴量系列の集合(X1,...,XL)からなる認識用データに基づき、認識対象である単語系列(次式のWl)を観測値とし、認識対象である単語系列(次式のWl)よりも過去の、既に認識済みの単語系列(次式のW1^,…,Wl-1^)、および認識対象である単語系列(次式のWl)に対応する音響特徴量系列(次式のXl)、および学習済みのモデルパラメータθをパラメータとし、パラメータ(次式のW1^,…,Wl-1^,Xl,θ)の下で観測値(次式のWl)が生起する確率の尤度関数について、最尤基準により、認識対象である単語系列(次式のWl^)を認識する処理を時系列順に繰り返す(S12)。 The utterance speech recognition unit 12 recognizes a word sequence to be recognized ( W l ) is the observed value, and the already recognized word sequence (W 1 ^,...,W l-1 ^ in the following equation) that is older than the word sequence to be recognized (W l in the following equation), and the recognition target Using the acoustic feature value sequence (X l in the following equation) corresponding to the word sequence (W l in the following equation) and the trained model parameter θ as parameters, the parameters (W 1 ^,...,W l in the following equation) −1 ^ , X l , θ), the likelihood function of the probability of occurrence of the observed value (W l is repeated in chronological order (S12).

すなわち、発話音声認識部12は、l番目の発話の音響特徴量系列Xlと音声認識結果として得られた1番目からl-1番目の発話までの認識済みの単語系列W1^,…,Wl-1^が入力された時に、モデルパラメータθに従った確率計算により、l番目の発話についての事後確率分布 That is, the utterance speech recognition unit 12 recognizes the acoustic feature sequence X l of the l-th utterance and the recognized word sequence W 1 ^, . . . When W l-1 ^ is input, the posterior probability distribution for the l-th utterance is calculated according to the model parameter θ

Figure 0007160170000007
Figure 0007160170000007

を得て、最尤基準によりl番目の発話の音声認識結果の単語系列Wl^を決定する。すなわち、最尤基準による決定は次式に従う。 and determine the word sequence W l ^ of the speech recognition result of the l-th utterance by the maximum likelihood criterion. That is, determination by the maximum likelihood criterion follows the following equation.

Figure 0007160170000008
Figure 0007160170000008

上述したように、発話音声認識部12は、ステップS12を時系列順に再帰的に実行する。例えば、l番目の発話の音声認識結果の単語系列Wl^を既知の認識結果とすることにより、l+1番目の発話についての事後確率分布 As described above, the speech recognition unit 12 recursively executes step S12 in chronological order. For example, by taking the word sequence W l ^ of the speech recognition result of the l-th utterance as a known recognition result, the posterior probability distribution

Figure 0007160170000009
Figure 0007160170000009

を得ることができ、同様に以下のようにl+1番目の発話の音声認識結果の単語系列Wl+1^を決定する。 Similarly, the word sequence W l+1 ^ of the speech recognition result of the l+1 th utterance is determined as follows.

Figure 0007160170000010
Figure 0007160170000010

なお、 note that,

Figure 0007160170000011
Figure 0007160170000011

の詳しい定式化と詳細な計算方法は、この後に述べる。 The detailed formulation of and the detailed calculation method will be described later.

<単語系列記憶部12a>
単語系列記憶部12aは、発話音声認識部12が再帰的に用いる単語系列を記憶する。例えば、ステップS12において、単語系列W1^が認識された場合、単語系列記憶部12aは、当該単語系列W1^を記憶し、単語系列Wl^が認識された場合、単語系列記憶部12aは、当該単語系列Wl^を記憶し、単語系列WL^が認識された場合、単語系列記憶部12aは、当該単語系列WL^を記憶する。
<Word sequence storage unit 12a>
The word sequence storage unit 12a stores word sequences that the spoken voice recognition unit 12 recursively uses. For example, in step S12, when the word sequence W 1 ^ is recognized, the word sequence storage unit 12a stores the word sequence W 1 ^, and when the word sequence W l ^ is recognized, the word sequence storage unit 12a stores the word sequence W 1 ^. stores the word sequence W l ̂, and when the word sequence W L ̂ is recognized, the word sequence storage unit 12a stores the word sequence W L ̂.

<発話音声認識部12の詳細な構成>
図3に示すように、発話音声認識部12は、発話ベクトル計算部121と、発話系列埋め込みベクトル計算部122と、文脈ベクトル計算部123と、事後確率計算部124を含む。
<Detailed Configuration of Spoken Voice Recognition Unit 12>
As shown in FIG. 3 , the utterance speech recognition unit 12 includes an utterance vector calculation unit 121 , an utterance sequence embedding vector calculation unit 122 , a context vector calculation unit 123 and a posterior probability calculation unit 124 .

発話音声認識部12は前述のとおり、 As described above, the speech recognition unit 12

Figure 0007160170000012
Figure 0007160170000012

を計算する。この詳細な定式化は次式で表される。 to calculate This detailed formulation is represented by the following equation.

Figure 0007160170000013
Figure 0007160170000013

なお、 note that,

Figure 0007160170000014
Figure 0007160170000014

の計算は、発話音声認識部12内の発話ベクトル計算部121と、発話系列埋め込みベクトル計算部122と、文脈ベクトル計算部123と、事後確率計算部124により実現される。以下では、図4を参照し、l番目の発話のn番目の単語についての確率 is realized by the utterance vector calculator 121 , the utterance sequence embedding vector calculator 122 , the context vector calculator 123 , and the posterior probability calculator 124 in the uttered speech recognizer 12 . In the following, referring to Fig. 4, the probability for the nth word of the lth utterance

Figure 0007160170000015
Figure 0007160170000015

を計算するための詳細な処理を表す。 represents the detailed processing for computing

<発話ベクトル計算部121>
入力1:l-1番目の発話の単語系列Wl-1^
入力2:モデルパラメータθ
出力:l-1番目の発話の発話ベクトルul-1
<Utterance vector calculator 121>
Input 1: word sequence W l-1 ^ of the l-1th utterance
Input 2: model parameter θ
Output: utterance vector u l-1 of the l-1th utterance

発話ベクトル計算部121は、認識対象であるl番目の発話の単語系列Wlよりも過去の、既に認識済みのl-1番目の発話の単語系列Wl-1^をモデルパラメータθに基づく変換関数により、l-1番目の発話の発話ベクトルul-1に変換する(S121)。この時、l-1番目の発話の単語系列Wl-1^は1つ以上の単語を含む。発話ベクトルは単語系列に含まれる情報を埋め込んだベクトルを表し、次発話の音声認識に必要な発話の意味的な情報が埋め込まれている。ベクトルの次元数を大きくするほどたくさんの情報を埋め込むことができ、例えば512次元のベクトルとして人手で次元数を決定する。このとき変換関数には、可変長数の記号列を単一ベクトルに変換する関数であれば任意のものを利用できるが、例えば、発話中の単語の頻度ベクトルを構成するような関数を用いることができるし、リカレントニューラルネットワークや双方向リカレントニューラルネットワーク等も用いることができる。 The utterance vector calculation unit 121 converts the word sequence W l-1 ^ of the already recognized l-1th utterance, which is older than the word sequence W l of the l-th utterance to be recognized, based on the model parameter θ. The function is used to convert the l-1th utterance into an utterance vector u l-1 (S121). At this time, the word sequence W l-1 ^ of the l-1-th utterance contains one or more words. An utterance vector represents a vector in which information contained in a word sequence is embedded, and semantic information of the utterance necessary for speech recognition of the next utterance is embedded. As the number of dimensions of the vector increases, more information can be embedded. For example, the number of dimensions is determined manually as a 512-dimensional vector. At this time, any conversion function can be used as long as it is a function that converts a variable-length symbol string into a single vector. A recurrent neural network, a bidirectional recurrent neural network, or the like can also be used.

なお、l=1の場合は入力となる単語系列W0は存在しなないため、出力のu0はすべての要素が0.0のベクトルとすればよい。 Note that when l=1, there is no input word sequence W 0 , so the output u 0 should be a vector whose elements are all 0.0.

なお、ステップS121は、W1^,…,Wl-1^のそれぞれに対して行われることになる。したがって、発話ベクトル計算部121は、u1,…,ul-1をそれぞれ出力することなる。 Note that step S121 is performed for each of W 1 ̂, . . . , W 1-1 ̂. Therefore, the utterance vector calculator 121 outputs u 1 , . . . , u 1 -1 .

<発話系列埋め込みベクトル計算部122>
入力1:過去の発話についての発話ベクトルの系列u1,…,ul-1
入力2:モデルパラメータθ
出力:l-1番目の発話系列埋め込みベクトルvl-1
<Utterance sequence embedding vector calculator 122>
Input 1: Sequence of utterance vectors u 1 ,...,u l-1 for past utterances
Input 2: model parameter θ
Output: l-1th utterance sequence embedding vector v l-1

発話系列埋め込みベクトル計算部122は、過去の発話についての発話ベクトルの系列u1,…,ul-1をモデルパラメータθに基づく変換関数により、l-1番目の発話系列埋め込みベクトルvl-1に変換する(S122)。この発話系列埋め込みベクトルは単一のベクトルであり、次発話の音声認識に必要な意味的情報が埋め込まれている。ベクトルの次元数を大きくするほどたくさんの情報を埋め込むことができ、例えば512次元のベクトルとして人手で次元数を決定する。このとき変換関数には、可変長数のベクトル列を単一ベクトルに変換する関数であれば任意のものを利用できるが、例えばリカレントニューラルネットワークや、発話ベクトル系列の各ベクトルを平均化するような関数を用いることができる。なお、平均化する場合は、発話系列埋め込みベクトルの次元数は、発話ベクトル系列の各次元数に依存する。 The utterance sequence embedding vector calculation unit 122 converts the utterance vector sequence u 1 , . (S122). This utterance sequence embedding vector is a single vector in which semantic information necessary for speech recognition of the next utterance is embedded. As the number of dimensions of the vector increases, more information can be embedded. For example, the number of dimensions is determined manually as a 512-dimensional vector. At this time, any conversion function can be used as long as it is a function that converts a variable-length vector sequence into a single vector. functions can be used. When averaging, the number of dimensions of the utterance sequence embedding vector depends on the number of dimensions of the utterance vector sequence.

なお、l=1の場合は、入力となる過去発話系列についての発話ベクトル系列は存在しないため、出力のv0はすべての要素が0.0のベクトルとすればよい。 When l=1, there is no utterance vector sequence for the input past utterance sequence, so the output v0 should be a vector whose elements are all 0.0.

<文脈ベクトル計算部123>
入力1:l番目の発話の単語系列Wlの中のn番目の単語wl nよりも過去の単語列wl 1,…,wl n-1
入力2:l番目の発話の音響特徴量系列Xl
入力3:モデルパラメータθ
出力:l番目の発話のn番目の単語向けの文脈ベクトルsl n
<Context Vector Calculator 123>
Input 1: Word string w l 1 ,...,w l n-1 past n-th word w l n in word string W l of l-th utterance
Input 2: Acoustic feature sequence X l of the l-th utterance
Input 3: model parameter θ
Output: the context vector s l n for the nth word of the lth utterance

文脈ベクトル計算部123は、認識対象であるl番目の発話の単語系列Wlの中のn番目の単語wl nよりも過去の単語列wl 1,…,wl n-1(単語系列と意味を区別するため単語列と呼称する)と、認識対象であるl番目の単語系列Wlに対応するl番目の音響特徴量系列Xlをモデルパラメータθに基づく変換関数によりl番目の発話の単語系列Wlの中のn番目の単語wl n向けの文脈ベクトルsl nに変換する(S123)。この文脈ベクトルは、次の単語の音声認識に必要な意味的情報と音韻的情報を統合した情報が埋め込まれている。このとき変換関数には、2種類の可変長数のベクトル列を単一ベクトルに変換する関数であれば任意のものを利用できるが、例えば非特許文献2のように音響特徴量系列と単語系列のそれぞれにリカレントニューラルネットワークを設けて、注意機構を加えることにより単一の文脈ベクトルとして表現する関数を用いることもできる。また、最も単純なものであれば、l番目の発話のn番目の単語よりも過去の単語系列の頻度ベクトルとl番目の発話の音響特徴量系列を平均化したベクトルの結合ベクトルを構成するような関数を用いることもできる。 The context vector calculation unit 123 calculates word sequences w l 1 , . . . , w l n - 1 ( word sequence and the l-th acoustic feature value sequence X l corresponding to the l-th word sequence W l to be recognized is converted to the l-th utterance by a conversion function based on the model parameter θ to the context vector s l n for the n -th word w l n in the word sequence W l (S123). This context vector is embedded with integrated semantic and phonological information required for speech recognition of the next word. At this time, any conversion function can be used as long as it is a function that converts two types of variable-length vector sequences into a single vector. It is also possible to provide a recurrent neural network for each of the , and add an attention mechanism to use a function that is represented as a single context vector. In the simplest case, a combination vector of the frequency vector of the word sequence past the n-th word of the l-th utterance and the vector obtained by averaging the acoustic feature value sequence of the l-th utterance is constructed. function can also be used.

<事後確率計算部124>
入力1:l-1番目の発話系列埋め込みベクトルvl-1
入力2:l番目の発話のn番目の単語向けの文脈ベクトルsl n
入力3:モデルパラメータθ
出力:l番目の発話のn番目の単語についての事後確率
<Posterior probability calculator 124>
Input 1: l-1th utterance sequence embedding vector v l-1
Input 2: the context vector s l n for the nth word of the lth utterance
Input 3: model parameter θ
Output: posterior probability for the nth word of the lth utterance

Figure 0007160170000016
Figure 0007160170000016

事後確率計算部124は、認識対象である単語系列Wlよりも一つ過去までの発話ベクトル系列u1,…,ul-1を変換してなるl-1番目の発話系列埋め込みベクトルvl-1、および認識対象であるl番目の単語系列Wlのn番目の単語向けの文脈ベクトルsl nから、モデルパラメータθに基づく変換関数により、l番目の単語系列Wlのn番目の単語についての事後確率 The posterior probability calculation unit 124 converts the utterance vector sequences u 1 , . -1 and the context vector s l n for the n-th word of the l-th word sequence W l to be recognized, the n-th word of the l-th word sequence W l is converted by a transformation function based on the model parameter θ the posterior probability about

Figure 0007160170000017
Figure 0007160170000017

を計算する(S124)。事後確率は各単語を要素としたベクトルとして表すことができ、ベクトル変換により事後確率分布を表現することが可能である。このとき変換関数には、2種類のベクトルを事後確率分布に変換する関数であれば任意のものを利用できるが、例えば、2つのベクトルの結合ベクトルにソフトマックス関数を用いた変換を行う動作を行う関数により実現することができる。それ以外でも、事後確率分布に相当する出力ベクトルの要素の総和が1.0に変換可能な関数が適用可能である。 is calculated (S124). The posterior probability can be expressed as a vector with each word as an element, and the posterior probability distribution can be expressed by vector conversion. At this time, any conversion function can be used as long as it is a function that converts two types of vectors into a posterior probability distribution. It can be realized by a function that performs Other than that, it is possible to apply a function that can convert the sum of the elements of the output vector corresponding to the posterior probability distribution to 1.0.

本実施例の音声認識装置1によれば、従来のような単一発話を扱うend-to-end音声認識ではなく、発話系列を扱うend-to-end音声認識のモデル化を導入したため、音声入力が発話系列と表される場合に、文脈を考慮したend-to-end音声認識を実現できる。すなわち発話系列中のある発話を音声認識する際に、発話系列の最初の発話から対象発話の1つ前の発話までの情報を文脈として利用することが可能となる。例えば前述と同様に、10分程度の講演音声を音声認識することを想定し、この講演音声を無音が0.5秒存在するごとに区切ると、200発話の音声が含まれていた場合を想定する。この場合、本実施例の音声認識装置1によれば、連続した200発話中のある発話より前の全ての関連する文脈情報を現在の音声認識に利用することができる。例えば、音声認識装置1は、100発話目を音声認識する際に、1発話目から99発話目までの音声認識結果を文脈として利用することができる。 According to the speech recognition apparatus 1 of the present embodiment, instead of conventional end-to-end speech recognition that handles a single utterance, modeling of end-to-end speech recognition that handles an utterance sequence is introduced. Context-aware end-to-end speech recognition can be achieved when the input is represented as an utterance sequence. That is, when recognizing an utterance in an utterance sequence, information from the first utterance in the utterance sequence to the utterance immediately preceding the target utterance can be used as a context. For example, in the same way as described above, it is assumed that speech recognition is performed on speech of a lecture of about 10 minutes, and that speech of 200 utterances is included when this speech is segmented at intervals of 0.5 seconds of silence. In this case, according to the speech recognition apparatus 1 of this embodiment, all related contextual information prior to a certain utterance in the 200 consecutive utterances can be used for current speech recognition. For example, when recognizing the 100th utterance, the speech recognition apparatus 1 can use the speech recognition results of the 1st to 99th utterances as the context.

本実施例の音声認識装置1は、例えば講演、電話、会議などの音声認識の認識性能を高めることができる。 The speech recognition apparatus 1 of this embodiment can improve the recognition performance of speech recognition for lectures, telephone calls, meetings, and the like.

<補記>
本発明の装置は、例えば単一のハードウェアエンティティとして、キーボードなどが接続可能な入力部、液晶ディスプレイなどが接続可能な出力部、ハードウェアエンティティの外部に通信可能な通信装置(例えば通信ケーブル)が接続可能な通信部、CPU(Central Processing Unit、キャッシュメモリやレジスタなどを備えていてもよい)、メモリであるRAMやROM、ハードディスクである外部記憶装置並びにこれらの入力部、出力部、通信部、CPU、RAM、ROM、外部記憶装置の間のデータのやり取りが可能なように接続するバスを有している。また必要に応じて、ハードウェアエンティティに、CD-ROMなどの記録媒体を読み書きできる装置(ドライブ)などを設けることとしてもよい。このようなハードウェア資源を備えた物理的実体としては、汎用コンピュータなどがある。
<Addendum>
The apparatus of the present invention includes, for example, a single hardware entity, which includes an input unit to which a keyboard can be connected, an output unit to which a liquid crystal display can be connected, and a communication device (for example, a communication cable) capable of communicating with the outside of the hardware entity. can be connected to the communication unit, CPU (Central Processing Unit, which may include cache memory, registers, etc.), memory RAM and ROM, external storage device such as hard disk, input unit, output unit, communication unit , a CPU, a RAM, a ROM, and a bus for connecting data to and from an external storage device. Also, if necessary, the hardware entity may be provided with a device (drive) capable of reading and writing a recording medium such as a CD-ROM. A physical entity with such hardware resources includes a general purpose computer.

ハードウェアエンティティの外部記憶装置には、上述の機能を実現するために必要となるプログラムおよびこのプログラムの処理において必要となるデータなどが記憶されている(外部記憶装置に限らず、例えばプログラムを読み出し専用記憶装置であるROMに記憶させておくこととしてもよい)。また、これらのプログラムの処理によって得られるデータなどは、RAMや外部記憶装置などに適宜に記憶される。 The external storage device of the hardware entity stores a program necessary for realizing the functions described above and data required for the processing of this program (not limited to the external storage device; It may be stored in a ROM, which is a dedicated storage device). Data obtained by processing these programs are appropriately stored in a RAM, an external storage device, or the like.

ハードウェアエンティティでは、外部記憶装置(あるいはROMなど)に記憶された各プログラムとこの各プログラムの処理に必要なデータが必要に応じてメモリに読み込まれて、適宜にCPUで解釈実行・処理される。その結果、CPUが所定の機能(上記、…部、…手段などと表した各構成要件)を実現する。 In the hardware entity, each program stored in an external storage device (or ROM, etc.) and the data necessary for processing each program are read into the memory as needed, and interpreted, executed and processed by the CPU as appropriate. . As a result, the CPU realizes a predetermined function (each component expressed as above, . . . unit, . . . means, etc.).

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、上記実施形態において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the scope of the present invention. Further, the processes described in the above embodiments are not only executed in chronological order according to the described order, but may also be executed in parallel or individually according to the processing capacity of the device that executes the processes or as necessary. .

既述のように、上記実施形態において説明したハードウェアエンティティ(本発明の装置)における処理機能をコンピュータによって実現する場合、ハードウェアエンティティが有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記ハードウェアエンティティにおける処理機能がコンピュータ上で実現される。 As described above, when the processing functions of the hardware entity (apparatus of the present invention) described in the above embodiments are implemented by a computer, the processing contents of the functions that the hardware entity should have are described by a program. By executing this program on a computer, the processing functions of the hardware entity are realized on the computer.

この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、DVD(Digital Versatile Disc)、DVD-RAM(Random Access Memory)、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、CD-R(Recordable)/RW(ReWritable)等を、光磁気記録媒体として、MO(Magneto-Optical disc)等を、半導体メモリとしてEEP-ROM(Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory)等を用いることができる。 A program describing the contents of this processing can be recorded in a computer-readable recording medium. Any computer-readable recording medium may be used, for example, a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, a semiconductor memory, or the like. Specifically, for example, magnetic recording devices include hard disk devices, flexible discs, and magnetic tapes, and optical discs include DVDs (Digital Versatile Discs), DVD-RAMs (Random Access Memory), CD-ROMs (Compact Disc Read Only). Memory), CD-R (Recordable) / RW (ReWritable), etc. as magneto-optical recording media, such as MO (Magneto-Optical disc), etc. as semiconductor memory, EEP-ROM (Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory), etc. can be used.

また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD-ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。 Also, the distribution of this program is carried out by selling, assigning, lending, etc. portable recording media such as DVDs and CD-ROMs on which the program is recorded. Further, the program may be distributed by storing the program in the storage device of the server computer and transferring the program from the server computer to other computers via the network.

このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるASP(Application Service Provider)型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの(コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等)を含むものとする。 A computer that executes such a program, for example, first stores the program recorded on a portable recording medium or the program transferred from the server computer once in its own storage device. Then, when executing the process, this computer reads the program stored in its own recording medium and executes the process according to the read program. Also, as another execution form of this program, the computer may read the program directly from a portable recording medium and execute processing according to the program, and the program is transferred from the server computer to this computer. Each time, the processing according to the received program may be executed sequentially. In addition, the above processing is executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service, which does not transfer the program from the server computer to this computer, and realizes the processing function only by the execution instruction and result acquisition. may be It should be noted that the program in this embodiment includes information that is used for processing by a computer and that conforms to the program (data that is not a direct instruction to the computer but has the property of prescribing the processing of the computer, etc.).

また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、ハードウェアエンティティを構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。 Moreover, in this embodiment, the hardware entity is configured by executing a predetermined program on the computer, but at least part of these processing contents may be implemented by hardware.

Claims (7)

時系列順に取得された音響特徴量系列の集合からなる認識用データに基づき、認識対象である単語系列を観測値とし、認識対象である単語系列よりも過去の、既に認識済みの単語系列、および認識対象である単語系列に対応する音響特徴量系列、および予め学習済みのモデルパラメータθをパラメータとし、前記パラメータの下で前記観測値が生起する確率の尤度関数について最尤基準により、認識対象である単語系列を認識する処理を時系列順に繰り返す発話音声認識部
を含む音声認識装置。
Based on recognition data consisting of a set of acoustic feature sequences acquired in chronological order, a word sequence to be recognized is taken as an observed value, and a word sequence that has already been recognized prior to the word sequence to be recognized, and Using the acoustic feature value sequence corresponding to the word sequence to be recognized and the pre-trained model parameter θ as parameters, the likelihood function of the probability that the observed value occurs under the parameters is calculated according to the maximum likelihood criterion. A speech recognition device including an utterance speech recognition unit that repeats processing for recognizing a word sequence in chronological order.
請求項1に記載の音声認識装置であって、
前記発話音声認識部は、
認識対象である単語系列よりも過去の、既に認識済みの単語系列を前記モデルパラメータθに基づく変換関数により、次発話の音声認識に必要な意味的情報を含むベクトルである発話ベクトルに変換する発話ベクトル計算部と、
前記発話ベクトルの系列を前記モデルパラメータθに基づく変換関数により、次発話の音声認識に必要な意味的情報を含む発話系列埋め込みベクトルに変換する発話系列埋め込みベクトル計算部と、
認識対象である単語系列中の注目している単語よりも過去の、認識対象である前記単語系列中の単語列と、認識対象である単語系列に対応する音響特徴量系列とを、前記モデルパラメータθに基づく変換関数により、認識対象である単語系列中の単語の音声認識に必要な意味的情報と音韻的情報を統合した情報を含む文脈ベクトルに変換する文脈ベクトル計算部と、
認識対象である単語系列よりも一つ過去までの発話ベクトル系列を変換してなる前記発話系列埋め込みベクトルと、認識対象である単語系列中の単語向けの文脈ベクトルから、前記モデルパラメータθに基づく変換関数により、認識対象である単語系列の単語についての事後確率を計算する事後確率計算部を含む
音声認識装置。
The speech recognition device according to claim 1,
The utterance speech recognition unit
An utterance in which an already recognized word sequence that is older than the word sequence to be recognized is converted into an utterance vector, which is a vector containing semantic information necessary for speech recognition of the next utterance, by a conversion function based on the model parameter θ. a vector calculator;
an utterance sequence embedding vector calculator that converts the utterance vector sequence into an utterance sequence embedding vector containing semantic information necessary for speech recognition of the next utterance by a conversion function based on the model parameter θ;
A word string in the word sequence to be recognized that is older than the word of interest in the word sequence to be recognized, and an acoustic feature amount sequence corresponding to the word sequence to be recognized are used as the model parameters. a context vector calculation unit that converts a context vector containing information that integrates semantic information and phonological information required for speech recognition of words in a word sequence to be recognized using a conversion function based on θ;
Transformation based on the model parameter θ from the utterance sequence embedding vector obtained by transforming the utterance vector sequence up to one past the word sequence to be recognized and the context vector for the word in the word sequence to be recognized A speech recognition apparatus including a posterior probability calculator that calculates posterior probabilities of words in a word sequence to be recognized by a function.
時系列順に取得された単語系列と、対応する音響特徴量系列の組の集合からなる学習データに基づき、注目している単語系列を観測値とし、注目している単語系列よりも過去の単語系列、および注目している単語系列に対応する音響特徴量系列、およびモデルパラメータθをパラメータとし、前記パラメータの下で前記観測値が生起する確率の尤度関数について最尤推定を行うことにより、前記モデルパラメータθを学習するモデルパラメータ学習部を含む
音声認識学習装置。
Based on learning data consisting of sets of word sequences acquired in chronological order and pairs of corresponding acoustic feature value sequences, the word sequence of interest is taken as an observed value, and word sequences older than the word sequence of interest are extracted. , and the acoustic feature value sequence corresponding to the word sequence of interest, and the model parameter θ as parameters, and by performing maximum likelihood estimation on the likelihood function of the probability that the observed value occurs under the parameters, the above A speech recognition learning device including a model parameter learning unit for learning a model parameter θ.
時系列順に取得された音響特徴量系列の集合からなる認識用データに基づき、認識対象である単語系列を観測値とし、認識対象である単語系列よりも過去の、既に認識済みの単語系列、および認識対象である単語系列に対応する音響特徴量系列、および予め学習済みのモデルパラメータθをパラメータとし、前記パラメータの下で前記観測値が生起する確率の尤度関数について最尤基準により、認識対象である単語系列を認識する処理を時系列順に繰り返す発話音声認識ステップ
を含む音声認識方法。
Based on recognition data consisting of a set of acoustic feature sequences acquired in chronological order, a word sequence to be recognized is taken as an observed value, and a word sequence that has already been recognized prior to the word sequence to be recognized, and Using the acoustic feature value sequence corresponding to the word sequence to be recognized and the pre-trained model parameter θ as parameters, the likelihood function of the probability that the observed value occurs under the parameters is calculated according to the maximum likelihood criterion. A speech recognition method including an utterance speech recognition step of repeating a process of recognizing a word sequence in chronological order.
時系列順に取得された単語系列と、対応する音響特徴量系列の組の集合からなる学習データに基づき、注目している単語系列を観測値とし、注目している単語系列よりも過去の単語系列、および注目している単語系列に対応する音響特徴量系列、およびモデルパラメータθをパラメータとし、前記パラメータの下で前記観測値が生起する確率の尤度関数について最尤推定を行うことにより、前記モデルパラメータθを学習するモデルパラメータ学習ステップを含む
音声認識学習方法。
Based on learning data consisting of sets of word sequences acquired in chronological order and pairs of corresponding acoustic feature value sequences, the word sequence of interest is taken as an observed value, and word sequences older than the word sequence of interest are extracted. , and the acoustic feature value sequence corresponding to the word sequence of interest, and the model parameter θ as parameters, and by performing maximum likelihood estimation on the likelihood function of the probability that the observed value occurs under the parameters, the above A speech recognition learning method including a model parameter learning step of learning a model parameter θ.
コンピュータを請求項1または2に記載の音声認識装置として機能させるプログラム。 A program that causes a computer to function as the speech recognition device according to claim 1 or 2. コンピュータを請求項3に記載の音声認識学習装置として機能させるプログラム。 A program that causes a computer to function as the speech recognition learning device according to claim 3.
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