JPH0225552B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２つのパターン間の類似度を求めるパ
ターン類似度計算装置に関し、予じめ知られた標
準パターンと未知の入力パターンとの類似度を算
出する事に依つてこの未知の入力パターンをパタ
ーン認識する事を目的としたものである。

この種パターン類似度計算装置は、主にパター
ン化された音声、文字等の情報の認識処理等に用
いられるものであつて、特に音声パターンを扱う
場合には、その時間軸の伸縮に依る音声パターン
の変動を除去する必要があり、この為に動的計画
法の手法を用いる事が提案されている。

斯様な動的計画法を用いたパターン類似度計算
手法を音声パターンを例に挙げて説明する。音声
パターンとしては例えば周波数スペクトル値をパ
ラメータとした時系列が用いられるが第１図に示
す如く「サクラ」の音声の音声パターンであつて
も、その発声状態に依つて時間軸が非線形に伸縮
し、この為両音声パターンＡ，Ｂ間のパラメータ
ａ３とｂ３、及びａ６とｂ６が同一音素に属さな
くなるので、ａ３とｂ３との誤差及びａ６とｂ６
との誤差が極端に大きくなつてしまう。そこで、
第２図に示す如く、両パターンＡ，Ｂ間の各パラ
メータai，bjの組合せ座標（ｉ，ｊ）に於いて、
同一音素に属するパラメータai，bjが応対する非
線形な最適対応経路Ｐを検知する必要があり、こ
の為の手段が動的計画法である。

斯る動的計画法に依れば、上述の最適対応経路
Ｐを検知すると同時に、この最適対応経路Ｐに位
置する両パターンＡ，Ｂの各パラメータai，bj間
の誤差ｄの積算値Ｓが求められ、この最小誤差積
算値Ｓに依つて両パターンＡ，Ｂ間の類似度が算
出される。具体的には、第２図に示す如く、最適
対応経路Ｐは座標（１，１）を始点、座標（８，
８）を終点とし、しかも極端な非線形対応を認め
る不都合を防止する為に、例えば ｊ−３ｉｊ＋３を満たす白丸及び黒丸で示
す座標（ｉ，ｊ）に限定された範囲内に存在する
事を前提とし、次の漸化式が計算される。

Ｓ（ｉ，ｊ）＝ｄ（ｉ，ｊ）＋minＳ(i,j‐1) Ｓ(i‐1,j) Ｓ(i‐1,j‐1) Ｓ（１，１）＝ｄ（１，１）ただし ｄ（ｉ，ｊ）＝｜ai−bj｜即ち、今第２図の座標
（４，３）点アに着目してみると、積算値Ｓ（４，
３）は座標（４，２）点イでの積算値Ｓ（４，
２）、座標（３，３）点ウでの積算値Ｓ（３，３）
及び座標（３，２）点エでの積算値Ｓ（３，２）、
の内最小の値例えばＳ（３，２）にこの点アでの
誤差ｄ（４，３）を加算したものである。そして
点イ、点ウ、点エについてもすでに夫々同様の計
算処理が行なわれており、点エでの積算値Ｓ（３，
２）は座標（３，１）点オでの積算値Ｓ（３，
１）、座標（２，２）点カでの積算値Ｓ（２，２）、
及び座標（２，１）点キでの積算値Ｓ（２，１）
の内最小の値、例えば積算値Ｓ（２，１）にこの
点エでの誤差ｄ（３，２）を加算したものである。
尚、上記点イでの積算値Ｓ（４，２）の導出につ
いては、座標（４，１）点が前記した座標の範囲
の前提条件から外れる為に、点エでの積算値Ｓ
（３，２）、点オでの積算値Ｓ（３，１）、の二者の
内の小さい方の値、にこの点イでの誤差ｄ（４，
２）が加算されたものである。そして、点キでの
積算値Ｓ（２，１）は、座標（２，０）点、及び
座標（１，０）点が存在しない為に、座標（１，
１）始点Ｘの積算値Ｓ（１，１）、即ち誤差ｄ（１，
１）にこの点キの誤差ｄ（２，１）を加算したも
のである。斯して、座標（４，３）点アでの最小
誤差積算値Ｓ（４，３）は結局 Ｓ（４，３）＝ｄ（１，１）＋ｄ（２，１） ＋ｄ（３，２）＋ｄ（４，３） となり、結果的に始点Ｘから点アに至る最適経路
Ｑが点キ、点エを経たものであることが判明す
る。

同様にして、第２図に示す両パターンＡ，Ｄの
各パラメータaibjの組合せ座標（ｉ，ｊ）の内、
白丸、及び黒丸で示された全ての座標について、
ｉ及びｊの小さなものから順次Ｓ（ｉ，ｊ）を算
出すれば最終的にＳ（８，８）が得られ、この結
果として最適対応経路Ｐが判明し、このＳ（８，
８）の値が小である程、これ等両パターンＡ，Ｂ
の類似度が高い事になる。

従来のこの種類似度計算装置は、第３図に示す
如く、上段及び下段レジスタ群Ｒ１，Ｒ２を有
し、上段レジスタ群Ｒ１は入力パターンＡのパラ
メータａ１，ａ２…，ａ８の夫々に対応する第
１、第２，…第８レジスタｒ１１，ｒ１２，…，
ｒ１８と付属レジスタｒ１０とからなり、下段レ
ジスタ群Ｒ２も又同様に第１、第２、…、第８レ
ジスタｒ２１，ｒ２２，…，ｒ２８と付属レジス
タｒ２０とからなつている。そして、計算処理前
の初期状態に於いてはこれ等のレジスタ群Ｒ１，
Ｒ２の全てのレジスタには格納可能な最大値∞が
書き込まれている。計算処理の第１ステツプに於
いては、第４図に示す如く、上段レジスタ群Ｒ１
の第１レジスタｒ１１に積算値Ｓ（１，１）、第２
レジスタｒ１２に積算値Ｓ（２，１）、第３レジス
タｒ１３に積算値Ｓ（３，１）が新たに書き込ま
れ、この後、上段レジスタ群Ｒ１の内容が下段レ
ジスタ群Ｒ２に退避される。第２ステツプに於い
ては、この時の下段レジスタ群Ｒ２の付属レジス
タｒ２０の値∞と、その第１レジスタｒ２１の積
算値Ｓ（１，１）と、上段レジスタ群Ｒ１の付属
レジスタｒ１０の値∞と、その内の最小値、即
ち、二つの最大値∞に依つて強制的に最小値とな
る積算値Ｓ（１，１）を選択し、この値に誤差ｄ
（１，２）を加算した積算値Ｓ（１，２）が導出さ
れ、上段レジスタ群Ｒ１の第１レジスタｒ１１に
貯えられる。そして、これに続いて、下段レジス
タ群Ｒ２に貯えられた各２つの積算値Ｓ，Ｓと、
直前の計算処理に依つて上段レジスタ群Ｒ１に貯
えられた積算値Ｓと、からなる三値の内の最小値
に誤差ｄを加算した各積算値Ｓ（２，２），Ｓ（３，
２），Ｓ（４，２）が順次導出され、上段レジスタ
群Ｒ１の各レジスタｒ１２，ｒ１３，ｒ１４に順
次貯えられ、その後、上段レジスタ群Ｒ１の全て
の内容が下段レジスタ群Ｒ２に退避される。斯し
て、第３〜第８ステツプに於ける計算処理も同様
に実行され、上段及び下段レジスタ群Ｒ１，Ｒ２
が入力パターンＢのパラメータｂ１からｂ８に向
う方向に順次平行移動し、最終的に上段レジスタ
Ｒ１の第８レジスタｒ１８に最小の誤差積算値Ｓ
（８，８）が貯えられる。

斯る計算処理に於いて重要な事は、最適対応経
路の制限条件を満足する為に、例えば第５ステツ
プに於ける上段レジスタ群Ｒ１の第２レジスタＲ
１２には、積算値Ｓ（２，５）＝Ｓ（２，４）＋ｄ
（a2，b5）を貯えないで強制的に最大値∞を書き
込まなければならない。即ち、これに依つて上段
レジスタ群Ｒ１の第３レジスタｒ１３に貯えるべ
き値Ｓ（３，５）を計算するのに、第４図の矢印
で示す如く下段レジスタ群Ｒ２の第２レジスタｒ
２２の積算値Ｓ（２，４）＜∞と、第３レジスタｒ
２３の積算値Ｓ（３，４）＜∞と、の二者の内の最
小値を選択し、上段レジスタ群Ｒ１の第２レジス
タｒ１２の値∞を選択する事が避けられる。従つ
て、例えば標準パターンＡのパラメータａ２と入
力パターンＢのパラメータｂ５との極端に非線形
な対応が除外される事になる。

しかしながら、上述の理由から第４ステツプに
於いて、上段レジスタ群Ｒ１の第１レジスタｒ１
１に最大値∞を書き込み、第５ステツプではその
第２レジスタｒ１２に、第６ステツプではその第
３レジスタｒ１３に、第７ステツプではその第４
レジスタｒ１４に、及び第８ステツプではその第
５レジスタｒ１５に、夫々最大値∞を書き込む事
は、斯る類似度の計算処理を複雑にし、計算速度
の低下を来たすものであつた。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであ
り、計算処理の簡略化を計つた類似度計算装置を
提供するものである。

第５図に本発明の類似度計算装置の一実施例の
構成を示す。１は標準パターンＡの８個のパラメ
ータａ１，ａ２，…，ａ８を格納した標準パター
ンメモリ、２は入力パターンＢの８個のパラメー
タｂ１，ｂ２，…，ｂ８を格納した入力パターン
メモリ、３は誤差算出回路であり、標準パターン
メモリ１から各スイツチＦ１，Ｆ２，…，Ｆ８を
介して得られる各パラメータaiと、入力パターン
メモリ２から各スイツチＧ１，２，…，Ｇ８を介
して得られる各パラメータbjと、の誤差ｄ（ai，
bj）が算出される。４はレジスタ群であり、第６
図に示す如く、上記両パターンＡ，Ｂの各パラメ
ータai，bjの組合せ座標（ｉ，ｊ）の内ｉ＝ｊ＝
ｎ（ただしｎ＝１，２，…，８）となる組合せ座
標（ｎ，ｎ）に対応する中央レジスタ４１と、組
合せ座標（ｎ−１，ｎ），（ｎ−２，ｎ）に夫々対
応する第１、第２水平レジスタ４２，４３と、組
合せ座標（ｎ−３，ｎ）に対応する付属水平レジ
スタ４４と、組合せ座標（ｎ，ｎ−１），（ｎ，ｎ
−２）に夫々対応する第１、第２垂直レジスタ４
５，４６と、組合せ座標（ｎ，ｎ−３）に対応す
る付属垂直レジスタ４７と、から構成されてい
る。５は最小値検出回路であり、上記レジスタ群
４の各レジスタの内からスイツチＷ１Ｗ１Ｗ１，
Ｗ２Ｗ２Ｗ２，…，Ｗ５Ｗ５Ｗ５のいずれかを介
して入力される三入力値の内から、最小値を選択
出力するものである。６は加算器であり、上記最
小値検知回路５からの最小値に上記誤差算出回路
３から得られる誤差値を加算した最小誤差積算値
が得られる。そして、この値がスイツチW′１，
W′２，…，W′５のいずれかを介してレジスタ群
４に入力され、常に最大値∞を保持する付属水平
レジスタ４４並びに付属垂直レジスタ４７を除く
いずれかのレジスタ４１，４２，４３，４５，４
６の内容が書き換えられる。

次に斯る本発明装置の動作を第６図を参照しつ
つ説明する。先ずレジスタ群４の中央レジスタ４
１には０を書き込み、残りの各レジスタ４２，
…，４７には、これ等レジスタに格納可能な最大
値∞を書き込んでおく。そして第１ステツプに於
いてはスイツチＷ５Ｗ５Ｗ５を閉じる事に依つ
て、最小値検知回路５は中央レジスタ４１の値０
と第１水平レジスタ４２の値∞と第１垂直レジス
タ４５の値∞との内の最小値０を出力し、これと
同時にスイツチF₁及びＧ１を閉じる事に依つて
誤差算出回路３から誤差ｄ（１，１）を得、加算
器６に於いてこの誤差ｄ（１，１）と上記最小値
検知回路５からの値０との和ｄ（１，１）、即ち積
算値Ｓ（１，１）が導出される。斯して得られた
積算値Ｓ（１，１）は、スイツチW′５を閉じる事
に依つて、第６図のRで示す如く、中央レジス
タ４１に新たに書き込まれる。次の第２ステツプ
に於いては、先ずスイツチＷ２Ｗ２Ｗ２、及びＦ
２，Ｇ１を閉じる事に依つて、上記最小値検知回
路５からの積算値Ｓ（１，１）に上記誤差算出回
路３からの誤差ｄ（２，１）を加算６した値Ｓ
（１，１）＋ｄ（２，１）即ち積算値Ｓ（２，１）が
得られ、スイツチW′２を閉じる事に依つて、こ
の値が第５図のRで示す如く、第１垂直レジス
タ４５に新たに書き込まれ、これに続いてＳ（１，
１）＋ｄ（１，２）、即ち積算値Ｓ（１，２）が算出
され、第１水平レジスタ４２に新たに書き込ま
れ、最後に積算値Ｓ（１，２）とＳ（２，１）とＳ
（１，１）との内の最小の値に誤差ｄ（２，２）を
加算した値、即ち積算値Ｓ（２，２）が算出され、
中央レジスタ４１に新たに書き込まれる。

以下第３〜第８ステツプの計算処理が順次行な
われるが、第６ステツプを例に挙げて、この第６
ステツプでの計算手順を説明する。この時、第６
図のRに示す如く、レジスタ群４の中央レジス
タ４１、第１及び第２水平レジスタ４２，４３、
第１及び第２垂直レジスタ４５，４６にはすでに
第５ステツプに於ける計算結果である各積算値Ｓ
（５，５），Ｓ（４，５），Ｓ（３，５），Ｓ（５，
４），Ｓ（５，３）が貯えられており、付属水平レ
ジスタ４４及び付属垂直レジスタ４７には計算処
理前の初期状態時に書き込まれた最大値∞がその
まま保存されている。先ず、スイツチＷ１Ｗ１Ｗ
１，W′１，Ｆ６，Ｇ４を閉じる事に依つて、最
大値∞、又は積算値Ｓ（５，３）、又はＳ（５，
４）、並びに誤差ｄ（a6，b4）に基づいて算出さ
れた積算値Ｓ（６，４）が第２垂直レジスタ４６
に新たに書きこまれる。次にスイツチＷ２Ｗ２Ｗ
２，W′２，Ｆ６，Ｇ５を閉じる事に依つて、上
述の如くして得た積算値Ｓ（６，４）、又はＳ（５，
４）、又はＳ（５，５）、並びに誤差ｄ（a6，b5）
に基づいて算出された積算値Ｓ（６，５）が第１
垂直レジスタ４５に新たに書き込まれる。これに
続いて、スイツチＷ３Ｗ３Ｗ３，W′３，Ｆ４，
Ｇ５を閉じる事に依つて、最大値∞、又は積算値
Ｓ（３，５）、又はＳ（４，５）、並びに誤差ｄ
（a4，b6）に基づいて算出された積算値Ｓ（４，
６）が新たに第２水平レジスタ４３に書き込まれ
る。次に、スイツチＷ４Ｗ４Ｗ４，W′４，Ｆ５，
Ｇ６を閉じる事に依つて、上述の如くして得られ
た積算値Ｓ（４，６）、又はＳ（４，５）、又はＳ
（５，５）、並びに誤差ｄ（a5，b6）、に基づいて
得られるＳ（５，６）が第１の水平レジスタ４２
に新たに書き込まれる。これに続いて、スイツチ
Ｗ５Ｗ５Ｗ５，W′５，Ｆ６，Ｇ６を閉じる事に
依つて、上述の如くして算出された積算値Ｓ（６，
５）、又はＳ（５，６）、又はＳ（５，５）、並びに
誤差ｄ（a6，b6）、に基づいて得られる積算値Ｓ
（６，６）が中央レジスタ４６に新たに書き込ま
れる。

即ち、本発明装置の特徴とする所は、レジスタ
群の付属水平レジスタ４４及び付属垂直レジスタ
４７に常に保存されている最大値∞に依つて、例
えば第６ステツプに於いて、両パターン間のパラ
メータａ６とｂ３、及びａ３とｂ６、の極端な非
線形対応経路の出現を防止し、最適対応経路を第
６図に矢印で示す経路の内の一つに限定した事で
ある。斯して、最終的に第８ステツプに於いて、
第６図のRに示す如く、レジスタ群４の中央レ
ジスタ４１に書き込まれた最小誤差積算値Ｓ（８，
８）に基づいて、両パターンＡ，Ｂ間の類似度が
得られる。即ち、この値Ｓ（８，８）が小さい程
類似度が高い事になる。

上述の実施例に於いては、両パターンＡ，Ｂの
パラメータａ１，…，aN、及びｂ１，…，bNの
系列数Ｎ＝８とし、非線形な最適対応経路の許容
範囲を定める水平及び垂直レジスタ夫々の個数Ｍ
＝２の場合を例に挙げて示したが、これ等Ｎ，Ｍ
の値は、Ｍ＜Ｎであればよく、パラメータの種類
によつて適宜決定され得るものである。

斯様な本発明のパターン類似度計算装置を用い
て、音声認識を行なうには、複数の認識音声の標
準音声パターンを貯えておき、これ等各標準音声
パターンと入力音声パターンとの類似度を計算
し、最も類似度の高い標準音声パターンを検知す
れば、この時の入力音声を認識できる。

本発明のパターン類似度計算装置は、以上の説
明から明らかな如く、特定数のパラメータからな
る標準及び入力パターンを貯え、中央レジスタ、
Ｍ個の水平レジスタ、Ｍ個の垂直レジスタ、常に
格納可能な最大値を貯えた付属水平及び垂直レジ
スタ、とからなるレジスタ群を有し、これ等レジ
スタ群に書き込まれた最小誤差演算値に基づき次
のステツプに於ける最小誤差積算値を得、これ等
の値に依つて上記レジスタ群の内容を書き換え、
最終ステツプに於ける中央レジスタの最小誤差積
算値に基づいて両パターンＡ，Ｂ間の類似度を求
めるものであるので、上記付属水平レジスタ、及
び付属垂直レジスタに常に貯えられている最大値
に依つて、極端な非線形対応経路の出現を防止す
る事ができる。従つて、従来装置の如く、計算処
理のステツプ毎にレジスタ群の特定レジスタに最
大値を書き込んで行く必要がないので、斯る類似
度の計算処理を大巾に高速化する事が可能とな
り、水平レジスタ及び垂直レジスタの数Ｍに依つ
て一義的に非線形対応経路の許容範囲を決定でき
る。さらに従来装置と比べてレジスタ群のレジス
タの数を少なくでき、斯る装置の構成を簡略化し
得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は２つのパターンのパラメータ系列の変
動を示す模式図、第２図は２つのパターンの最適
対応経路を示す模式図、第３図及び第４図は従来
の類似度計算装置の構成及び動作を示す模式図、
第５図は本発明の類似度計算装置の一実施例の構
成を示すブロツク図、第６図は本発明装置の動作
を示す模式図、である。 １……入力パターンメモリ、２……標準パター
ンメモリ、３……誤差算出回路、４……レジスタ
群、５……最小値検知回路、６……加算回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 予じめ特定数（Ｎ個）のパラメータ系列から
   なる標準パターンＡ＝（a1，a2，…，ai，…，
   aN）を格納した標準パターンメモリと、特定数
   （Ｎ個）のパラメータ系列に正規化された入力パ
   ターンＢ＝（b1，b2，…，bj，…，b_N）を貯えた
   入力パターンメモリと、上記標準パターンＡ及び
   入力パターンＢのパラメータai，bj間の誤差ｄ
   （ai，bj）を算出する誤差算出回路と、上記両パ
   ターンＡ，Ｂの第１番目のパラメータa1，b1の
   始点座標（１，１）から任意のパラメータaI，bJ
   の組合せ座標（Ｉ，Ｊ）に至る対応経路の内、そ
   の経路に存在する両パラメータai，bjの各組合せ
   座標に於ける上記誤差算出回路に依つて得られる
   誤差ｄ（ai，bj）の総和が最小となる値Ｓ（Ｉ，
   Ｊ）を算出する最小誤差積算回路と、上記両パタ
   ーンＡ，Ｂの各パラメータai，bjの組合せ座標
   （ｉ，ｊ）の内、組合せ座標（ｎ，ｎ）、ただし、
   ｎ＝１，２，…，Ｎに対応する中央レジスタ、組
   合せ座標（ｎ−１，ｎ），（ｎ−２，ｎ），…（ｎ
   −Ｍ，ｎ）、ただし、Ｍ＜Ｎに対応するＭ個の水
   平レジスタ、組合せ座標（ｎ−Ｍ−１，ｎ）に対
   応する常に格納可能な最大値を貯えた付属水平レ
   ジスタ、組合せ座標（ｎ，ｎ−１），（ｎ，ｎ−
   ２），…，（ｎ，ｎ−Ｍ）、に対応するＭ個の垂直
   レジスタ、及び組合せ座標（ｎ，ｎ−Ｍ−１）に
   対応する常に格納可能な最大値を貯えた付属垂直
   レジスタ、から構成されたレジスタ群と、を備
   え、上記最小誤差積算回路の第ｎステツプに於け
   る計算値であるＭ個の値Ｓ（ｎ−ｍ，ｎ）が夫々
   Ｍ個の上記水平レジスタに貯えられ、Ｍ個の値Ｓ
   （ｎ，ｎ−ｍ）が夫々Ｍ個の上記垂直レジスタに
   貯えられ、さらに値Ｓ（ｎ，ｎ）が中央レジスタ
   に貯えられており、次の第ｎ＋１ステツプに於い
   ては、これ等レジスタ群の各値に基づいて最小誤
   差積算回路はＭ個の値Ｓ（ｎ＋１−ｍ，ｎ＋１）、
   Ｍ個の値Ｓ（ｎ＋１，ｎ＋１−ｍ）、及び値Ｓ（ｎ
   ＋１，ｎ＋１）を算出して、これ等の値に依つて
   上記レジスタ群の内容を書き換え、最終の第Ｎス
   テツプに於ける中央レジスタの内容Ｓ（Ｎ，Ｎ）
   で示される値に基づいて両パターンAB間の類似
   度を求める事を特徴としたパターン類似度計算装
   置。