JPH02750B2 - - Google Patents

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JPH02750B2
JPH02750B2 JP55179944A JP17994480A JPH02750B2 JP H02750 B2 JPH02750 B2 JP H02750B2 JP 55179944 A JP55179944 A JP 55179944A JP 17994480 A JP17994480 A JP 17994480A JP H02750 B2 JPH02750 B2 JP H02750B2
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JP
Japan
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distance
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JP55179944A
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Hidefumi Ooga
Hidekazu Yabuchi
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特徴ベクトルの系列からなる2つのパ
タン間の距離(類似度)を計算する手段として動
的計画法を使用して音声認識等を行なうパタンマ
ツチング装置に関するもので、その目的とすると
ころは動的計画法における計算時間の削減ができ
る装置を提供しようとするものである。
動的計画法を使用したパタンマツチングの方法
について第2〜4図に従つて説明する。
第2図はパタンマツチングの構成図であり、1
は入力パタンの特徴ベクトル列 B=b0,b1,b2…bj…bJ ……(1)式 を記憶している入力パタンレジスタである。2は
N個の標準パタンA0,A1,A2……ANの特徴ベク
トル列を記憶している標準パタンレジスタであ
る。
ここで、A0=a0 0,a0 1,a0 2……a0 i……a0 I A1=a1 0,a1 1,a1 2……a1 i……a1 I AN=aN 0,aN 1,aN 2……aN I……(2)式である。
3はN個の標準パタンの内で制御線8で選択さ
れる標準パタンと入力パタンとを比較し距離を算
出する距離算出部であり、ここで動的計画法の手
法が使用される。5は比較部で、距離算出部3か
らの出力である各々の標準パタンと入力パタンと
の距離と、最少距離保持レジスタ6の内容とを比
較し、距離算出部3からの出力が小なる時は、最
少距離保持レジスタ6の内容を更新する機能を有
する。又、距離算出部3の出力により、登録パタ
ンの番号(カテゴリナンバー)をカテゴリレジス
タ7へ記憶する。
一連の動作について説明するとまず最少距離保
持レジスタ6の内容を最大値にしておき、制御部
4は制御線8を「1」にして標準パタンレジスタ
群の中から第1番目のレジスタを距離算出部3と
接続する。入力パタンと第1番目の標準パタンと
の距離を距離算出部3で求め、この時には当然の
ことながら最少距離保持レジスタ6の内容は距離
算出部3の出力の内容となりカテゴリレジスタ7
の内容も制御線8の内容、すなわち距離算出部に
入力される登録パタンレジスタの番号であるから
「1」になる。次に制御部4は制御線8を「2」
にして、第2番目の標準パタンと入力パタンの距
離を距離算出部3で求める。この時、第1番目の
標準パタンとの距離が格納されている最少距離保
持レジスタ6の内容と、第2番目の標準パタンと
の距離が比較器5で比較され、距離算出部3の出
力の方が小なら最少距離保持レジスタ6の内容は
距離算出部3の出力となり、カテゴリレジスタ7
の内容は「2」となる。最少距離保持レジスタ6
の出力の方が小なら6及び7の内容は変化しな
い。以下同様に制御部4は制御線8の内容を1づ
つアツプしていき、各々の標準パタンと入力パタ
ンの距離が算出され最終的にはカテゴリレジスタ
7には最も入力パタンと類似性のある標準パタン
のナンバーが記憶されることとなる。このように
することにより、入力パタンが標準パタン群のど
れと最も類似性があるか検出することができる。
次に距離算出部3について、さらに詳細に説明
する。入力パタンBを(1)式、標準パタンANを(2)
式で示すと距離算出部3では、以下のような計算
がなされる。
以下の(4)から(8)式は、一般的に動的計画法と呼
ばれる手法である。(1)式で示される入力パタンB
と、(2)式で示される標準パタンANとの距離SB,AN
を求めるために漸化式(4)によつて、(1)式と(2)式で
示されるパタンBとANのベクトル列の累積距離
を、式(7)の範囲で算出し、式(8)によりベクトル長
で正規化して最終的にSB,ANを求める。
gi,j=mindi,j+gi,j-1……4―1式 di,j+gi-1,j……4―2式 2di,j+gdi-1,j-1……4―3式 ……(4)式 di,j=f(aN i,bj) ……(5)式 g0,0=d0,0=f(aN 0,b0) ……(6)式 di,jは、ベクトルaiとbjの距離であり、ベクトル
ai,bjの市外距離、あるいはユークリツド距離が
一般に使用される。ベクトルaN iとbjを以下で示す
と、市外距離の場合と、ユークリツド距離の場合
のdi,jは以下になる。
aN i=(aN 0i,aN 1i…aN ti…aN Ti) bj=(b0j,b1j…btj…bTj) 0<t<Tで、従つてベクトルaN iとbjはT−1
次元のベクトルである事を示す。
市外距離の場合: di,jt=Tt=O |aN ti−btj| ユークリツド距離の場合: di,j=(t=Tt=O (ati−btj21/2 |aN ti−bti|:aN tiとbtjの差の絶対値を示す。
gijは下の(7)式の範囲でのみ算出される。ここで
Rは一般に窓幅と呼ばれるものである。
J・iR(I+J)+I・j J・i+R(I+J)I・j ……(7)式 0iI,0jJ (4)式〜(7)式に従つて最終的にgIJが算出され下
の(8)式で正規化されて、パタンBとパタンAN
距離SB,ANが求められる。
SB,AN=gIJ/(IN+J) ……(8)式 IN:標準パタンのベクトル列長 J:入力パタンのベクトル列長 上記のような演算を具体的に行なう方法の一例
として第3図、第4図に従つてさらに説明する。
第3図において、1は入力パタンレジスタで、
2は第2図の制御部4の選択線8によつて選択さ
れた標準パタンレジスタ群の内の1つの標準パタ
ンレジスタである。15は式(5)を計算するd計算
部であり、16はd計算部15の出力dとgレジ
スタ18の出力から(4)式を算出するg計算部であ
る。18はg計算部16の出力gijを記憶するgレ
ジスタである。これらは制御部17によつて制御
される。
制御部17の動作を第4図に従つて説明する。
第4図はi軸に標準パタンのベクトル列をj軸に
入力パタンのベクトル列を配置し、窓幅Rを2と
して(4)式のgijの各値がそれぞれの格子点に示して
ある。これらgijは一般的にi軸のaN iを一定にして
おいて、i軸のbjを変えて一列づつ計算される。
つまり最初はi軸を0としてg00→g01→g02という
順で1列目が算出され、次に2列目がg10→g11
g12→g13の順で計算される。以下同様に一列づつ
計算されるわけである。このようにするとgレジ
スタとしては2列分つまりgiの列とgi-1の列につ
いて記憶しておけばよい。制御の簡単さ、あるい
はgレジスタの容量の減少という点から一般に前
述したような順でgijが算出される。制御部17は
このような順でgijを算出するためのものであり、
この制御部17によつて各部が制御される。最終
の列IにおけるgI,J-2,gI,J-1,gI,Jが求められると
正規化部19では、gI,Jをgレジスタ18内より
得て8式を計算し、入力パタンと標準パタンの距
離を出力する。
尚、動的計画法によるパタンマツチングは極め
て有効な手段であるが計算に時間がかかりすぎる
という問題がある。これは(4)式のgijを第3図に示
すように各格子点で算出する必要があるためであ
り、従来から動的計画法によるパタンマツチング
をより高速に、あるいは計算量を削減する手段が
望まれていた。
本発明は上記のような動的計画法における計算
時間を削減したもので、以下、第1図に従つて説
明する。
1,2,3,4,5,6及び7は第2図におい
て説明したと全く同様の機能を有し、その動作も
第2図とほぼ同様である。たゞ、下記の点が異な
る。
距離計算部3は信号線12,13……14から
gi,j-R gi,j-R+1……gi,j,gi,j+1……gi,j+Rを出力し

いる。ここでRは窓幅であり、これはつまり第4
図における1列分のgijである。従来例の第4図の
説明において記したようにgijは一般に一列分づつ
計算されるため、一列分のgijの計算が終了時点で
はgijの1列分の値を得ることができる。又距離算
出部3及び制御部4へは信号線11が入力されて
おり、この信号線11は距離算出部3へ計算の打
ち切りと新たに最初からgijを計算するように命じ
る。制御部4へは次の標準パタンレジスタと、距
離算出部3とを接線するように命じる。すなわち
比較器の9の出力である信号線11によつてgij
の計算を途中で打ち切り、次の標準パタンと、入
力パタン間でのgijの計算が開始されることとな
る。比較器9は、前述したような計算打ち切り
信号11を出力する部であり、計算打ち切り値算
出部10からの出力gSと距離算出部3からの出力
gijの1列分の値とが比較される。gijの1列分つま
りgi,j-R,gi,j-R+1,……gi,j,gi,j+1……gi,j+Rがす

てgSより大なる時に、比較器9からは計算の打
ち切り命令が信号線11をとおして出力される。
計算打ち切りの値算出部10は最少距離保持レジ
スタ6の内容を入力として、計算打ち切り値gS
算出する所である。最少距離保持レジスタ6の内
容をS minとするとgSは下式で示される。
gS=S min×〔IN+J〕 ……(9)式 J:入力パタンのベクトル列長 IN:第N番目の標準パタンのベクトル列長 INは、入力パタンと距離を算出している標準パ
タンのベクトル列の長さである。
今、第1番目から第N―1番目の標準パタンの
中で第K番目の標準パタンAKと入力パタンBと
の距離が最少であつたとし、(たゞしK<N)こ
の時の標準パタンのベクトル列長をIKとすると、 SB,AK=gIK,J/(IK+J) ……(10)式 であり、SB,AKがS minであり最少距離保持レジ
スタ6へ格納されているとする。この時第N番目
の標準パタンと入力パタン間の距離を計算する場
合はgSは下式の値となる。
gS=Snio×〔IN+J〕=gIK ×IN+J/IK+J ……(11)式 さて、この時第N番目の標準パタンの第i番目
列のgijがすべてgSより大であつたとすると(4)式よ
り最終的なgIN,JはgSより必ず大きくなるため第N
番目の標準パタンと入力パタン間の距離SB,AN
第K番目の標準パタンと入力パタン間の距離
SB,AKより必ず大きくなる。なぜなら SB,AN=gIN,J/IN+J>gS/IN+J=gIK,J/IK+J であり、gIK,J/IK+J=SB,AKであるため、結局 SB,AN>SB,AKとなる。
従つて、この場合には第i番目列以降のgijを計
算しても全く無意味である。よつてこのような場
合は計算を途中で打ち切り次の標準パタンN+1
番目との距離を算出するように動作すれば、無意
味な部分のgijの計算をする必要がなくなる。この
分だけパタンマツチングにおける全体の計算量が
削減できることとなる。
上記のようにすれば無意味な計算をすることな
く最終的に入力パタンと最も距離の小さい標準パ
タンのカテゴリナンバーをカテゴリレジスタ7へ
得ることができる。入力パタンと最も距離の小さ
い標準パタンが番号の若い方にあれば(初めての
方で入力パタンと比較されれば)その分だけ計算
の削減量は多くなる。従つて頻度の高い順に標準
パタンを並べておくことはシステム全体としての
計算量の削減に有効な手段となる。
又、本発明は動的計画法におけるルートとして
第4式で示すように最も基本的なものを示して説
明したが、他のルートにおける動的計画法による
パタンマツチングに本発明を容易に利用すること
は可能である。さらにリジエクト機能を有するパ
タンマツチングにおいても、本発明を容易に利用
できる。リジエクト機能を有したパタンマツチン
グにおいては次に示すような判定がなされ、これ
が満足されなければリジエクトとして出力され
る。
Smin1:最少距離 Smin2:2番目に最少な距離 S′1 :シキイ値1 S′2 :シキイ値2 この時、 S min1<S′1 でかつ、S min2−S min1>S′2 ……(12)式 の時、S min1を得た標準パタンが入力パタン
として認識される。これ以外の時にはリジエクト
となる。このような場合には最少距離保持レジス
タ6には最初はS′1を設定しておき、動作中は常
に第2番目に最少な距離を保持するようにしてお
けばよい。あるいは、最少距離保持レジスタには
最少距離を保持するようにしておき、計算打ち切
り値算出部10では下式を計算するようにすれば
良い。
gS=(Smin+S′2)×〔IN+J〕 ……(13)式 本発明は上記のように動的計画法を使用したパ
タンマツチングにおいて、無意味な計算をする必
要がなくなりその分だけ計算時間の削減ができ、
より高速に計算を完了して音声認識等ができるパ
タンマツチング装置を提供することができるよう
になつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のパタンマツチング部全体の構
成図、第2図は動的計画法を利用したパタンマツ
チング部全体の構成図、第3図は動的計画法を実
際に行なう第2図の距離算出部の詳細構成図、第
4図は動的計画法のベクトル配列図。 1…入力パタンレジスタ、2…標準パタン、3
…距離算出部、5…比較器、6…最少距離保持レ
ジスタ、9…比較器、10…計算打ち切り値算出
部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 入力パタンの特徴ベクトルを保持する入力パ
    タンレジスタと、複数の標準パタンの特徴ベクト
    ルを保持する標準パタンレジスタと、これらのレ
    ジスタの内容を入力として、入力パタンと各々の
    標準パタンの距離を動的計画法を用いて計算して
    出力する距離算出部と、最小距離保持レジスタ
    と、前記距離算出部の出力と前記最小距離保持レ
    ジスタに保持された値とを比較して小さい方の値
    を前記最小距離保持レジスタへ出力する比較部
    と、動的計画法による入力パタンと1つの標準パ
    タンとの距離計算の途中段階における前記両パタ
    ンのいずれかの特徴ベクトルに基づく1列の漸化
    式の計算値を距離算出部から受けて計算打ち切り
    値と比較し、前記1列の漸化式の計算値のすべて
    が計算打ち切り値より大となるとき、距離算出部
    へ前記両パタンの距離の計算の中止を命じる計算
    打ち切り部と、前記最少距離保持レジスタの内容
    から、前記計算打ち切り値の値を算出する計算打
    ち切り値算出部とを有し、入力パタンと複数の標
    準パタンとのパタンマツチングを行なうようにし
    たことを特徴とするパタンマツチング装置。
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JPS5849998A (ja) * 1981-09-18 1983-03-24 三洋電機株式会社 音声認識装置
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JPS58111989A (ja) * 1981-12-25 1983-07-04 シャープ株式会社 音声認識装置
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JPS49107649A (ja) * 1973-02-17 1974-10-12

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