JPH04195100A - 連続音声認識装置 - Google Patents

連続音声認識装置

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JPH04195100A
JPH04195100A JP2327062A JP32706290A JPH04195100A JP H04195100 A JPH04195100 A JP H04195100A JP 2327062 A JP2327062 A JP 2327062A JP 32706290 A JP32706290 A JP 32706290A JP H04195100 A JPH04195100 A JP H04195100A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動通訳システム、音声QAシステム等にお
いて連続的に発声した連続音声を認識する連続音声認識
装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、連続的に発声した音声をあらかじめ定められた文
法にしたがって認識する方法として、例えば電子情報通
信学会論文誌D Vol、J71−D No、9の第1
650頁から1659頁に「フレーム同期化、ビームサ
ーチ、ベクトル量子化の統合によるDPマツチングの高
速化」 (以下文献1と称す)と題して発表された論文
に、単語単位の標準パターンを正規文法を表す有限状態
オートマトンに従って結合したものを基にDPマツチン
グにより連続音声を認識する方法がある。その他にも有
限状態オートマトンに従って連続音声を認識する方法に
は、例えば(社)電子情報通信学会論文誌川を一著「確
率モデルによる音声認識」 (以下文献2と称す)の第
29頁に述べられているような隠れマルコフモデル(H
MM)を用いた方法もある。
以下、文献1に述べられている、有限状態オートマトン
で表現された文法を用いてフレーム同期DPマツチング
により連続音声を認識する場合について述べる。文献2
に述へられているようなHMMを用いる方法も、連続音
声を認識するための基本的な処理方法は同じであるので
、同様に扱える。また、以下は認識単位として単語を用
いた場合について説明するが、これ以外に音素などを認
識単位とすることができる。
入力された音声パターン(入カバターン)は特徴の時系
列、 A=81.a2+”’+  a;、・・・、al   
   (1)として表現する。一方単語nの標準パター
ンは、B” =b、”、b2”、  ・・・+  bj
’、・・・、  bJn  (2)と表す。入カバター
ンの特徴a、と標準パターン特徴bJ″の間の距離をd
 (n ; I、J)とする。
単語レベル処理として、以下に示す累積値gに対するD
P漸化式を解くことにより単語間距離を求めることがで
きる。同時に経路値りを計算することにより連続音声認
識を行った場合の認識結果をバックトレースすることが
できる。
k” =argmin[g (n ; i−1,j−k
)。
k=o、1.2]        (4)g (n;i
;j)=d (n;i;j)+g (n ; i−1,
j−k”) ・・・(5) L (n ; i ; D −L (n ; i−1,
3−k”)・・・(6) 入カバターンのフレームiにおける単語間距離はg (
n : t ;Jn)として求められる。また、そのと
きの標準パターンに対する入カバターンの始端のフレー
ムは経路値L((n;i;Jn)として求められる。(
3)式では累積値の初期値として0を与えたが、文レベ
ルの処理として有限状態オートマトンに従って直前の単
語の累積値を与え、かつ単語レベルの認識結果を保存す
ることにより連続音声認識が可能になる。
これら、有限オートマトンを用いた方法と同等の処理量
で文脈自由文法を扱うことができる音声認識方式として
は、1989年電子情報通信学会春季全国大会「拡張遷
移網を用いた連続音声認識の一方式」 (以下文献3と
称す)(吉田和永、渡辺隆夫)がある。拡張遷移′II
(以下ATNと呼ぶ)を用いた音声認識は、 1、サブネットワークの呼び出しにより文脈自由文法が
扱える、 2、レジスタとそのレジスタをテストする機構より履歴
を考慮した処理を行い、語順自由、共起関係、係受けを
扱うことができる、 等の自然言語を記述するための高い能力を有している。
また、音声認識用のネットワーク中のある地点までの経
路によりその後の経路に制限を与える方法としては、日
本音響学会講演論文集昭和60年9月〜10月2 4 
16 r t−nodeを有するネットワークモデルに
基づく音声会話システム−到達経路に応じたε−nod
eの重み付け」 (以下文献4と称す)(小林四則)が
ある。
(発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、文献3の方法では、前記1.のサブネッ
トワークの呼び出しにより文脈自由文法を扱う方法につ
いては考察されているが、前記2゜のレジスタとそのレ
ジスタをテストする機構より履歴を考慮した処理を行う
ことに対しては十分な考察がなされていない。
例えば「7月4日のマドンナのコンサートに行きたい。
」と「マドンナの7月4日のコンサートに行きたい。」
のように語順の異なる文を受理するネットワークを記述
する場合、レジスタをテストする機構が備わっていれば
第11図(a)に示すようなネットワークとして記述で
きる。これに対し、レジスタをテストする機構が備わっ
ていなければ第11図(b)に示すようにそれぞれの語
順を展開した形のネットワークとして記述しなければな
らず、ネットワーク中の状態数および遷移数が増え、そ
の結果計算量が増加する。
一方、文献4の方法には、レジスタのテスト機能は述べ
られているものの、フレーム同期に音声認識を行うこと
に対しては考察がなされていない。
本発明の目的は、このような欠点を克服した、フレーム
同期化により実時間性が良く高速であり、また、経路を
考慮した処理を行うことにより認識対象文を表すネット
ワークを簡素化することが可能で、かつ意味的に誤った
文を出力せずにより自由な発声を認識することができる
連続音声認識装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
第1の発明による連続音声認識装置は、認識対象の文法
を表現するネットワークを記憶するネットワークメモリ
と、予め定められた認識単位の標準パターンを、前記ネ
ットワークに従って結合して連続音声を認識する連続音
声認識装置において、 標準パターンを記憶しておく標準パターンメモリと、 入力された音声パターンと標準パターンの各フレーム間
の距離を求める距離計算部と、前記音声パターンと標準
パターンのフレームを対応付けるマツチングバス上の前
記距離の累積値を求める累積値計算部と、 前記累積値を記憶しておく累積値メモリと、累積値が最
小となるような経路を記憶しておく戻り点メモリと、 前記経路の計算を行う戻り処理部と、 前記ネットワーク上のあらかじめ定められた部分をたど
った場合にある経路制約値を記憶する経路メモリと、 前記経路メモリの内容と前記ネットワークにあらかじめ
用意されている判定条件によりテストを行いその結果に
より次にたどる経路を限定する経路限定部とを有するこ
とを特徴としている。
また、第2の発明による連続音声認識装置は、前記経路
メモリに記憶した経路制約値をネットワーク上にあらか
じめ用意されていた情報により特定の経路制約値を消去
する経路メモリ消去部を ′有することを特徴としてい
る。
また、第3の発明による連続音声認識装置は、対話の内
容を記憶しておく対話情報記憶部と、この対話情報記憶
部の内容により、前記経路メモリに経路制約値を記憶す
る対話情報処理部とを有することを特徴としている。
また、第4の発明による連続音声認識装置は、前記経路
メモリの内容を保持する経路制約値保持部を有すること
を特徴としでいる。
〔作用] 本発明による連続音声認識の作用について説明する。本
発明は、フレーム同期で、経路を考慮した処理を行うこ
とを可能にしたものである。
第6図は経路を考慮した処理の動作を説明する図である
。例えば、入力音声が’He 5peaks Engl
isJであるとする。まず最初に5tartの位置から
ネットワークをたどっていく。ここで、“)Ie”を認
識する経路をたどったとすると“set 5ANTAN
”とあるので経路メモリに5ANTANという経路制約
値が記憶される。ここで5ANTANは3人称単数を表
している。この結果、次の“’5peak’”にいく経
路か“”5peaks”にいく経路かを選ぶ際に“’5
peak″”にいく経路は“’not 5ANTAN”
とあるのでたどれなくなる。また、仮に入力音声がr 
I 5peak English Jであるとすると、
“I IIを認識する経路をたどったときには何も経路
制約値は記憶されないので、”5peaks”にいく経
路は”if 5ANTAN”とあるのでたどれなくなる
。第1の発明においては、上述の経路を考慮した処理と
同時に、(3)〜(6)式の漸化式計算を行う。この結
果、意味的におかしい文を排除できる。よって、意味的
におかしい文を排除するためにネットワークを冗長にす
る必要がないのでネットワークを簡素化することが可能
になる。
ところで、例えばrHe 5peaks Englis
h and 1speak Japanese、 Jと
いう音声が入力されたとき上述の方法では”He 5p
eaks English”の部分が認識された時点で
“5ANTAN”という経路制約値が経路メモリに記憶
される。このままでは、これに続< 1land I 
5peak Japanese、”を認識する時にも経
路メモリに“’ 5ANTAN”という経路制約値があ
るため誤った認識を行ってしまう。そこで、第2の発明
では、経路メモリに記憶した経路制約値をネットワーク
上にあらかじめ用意されていた情報により特定の経路制
約値を消去することにより、経路メモリ上の経路制約値
をネットワーク上の任意の時点で初期化することを可能
にしでいる。
例えば、第7図に示すネットワークでは“and“の直
前に経路メモリの経路制約値“5ANTAN”を消去す
るような情報を用意することにより経路メモリに記憶し
た特定の経路制約値“5ANTAN”を消去するように
している。この結果、「I(e 5peaks Eng
lish and I 5peak Japanese
、 Jのような文も正しく認識される。
次に、第8図(a)のネットワークで表現される文が対
話中で発話された後に、第8図(ト))のネットワーク
で表現される文が発話されたとする。この場合、例えば
第8図(a)で“現金にしますか”という文が発話され
たとすると次に発話された文として例えば“いいえ現金
にします′は意味的におかしい。そこで、第3の発明で
は、対話における文脈“情報を用いてレジスタに経路制
約値をセットする対話情報処理部により、このような意
味的におかしい文を排除する。これによってネットワー
クを簡素化できる。
また、第4の発明では、ある入力音声を認識した時点で
の認識結果の経路上の経路制約値を経路制約値保持部に
保持しておき、その後の入力音声の認識開始時にここに
保持されている経路制約値を経路メモリにセットする。
これによって、以前の入力音声の内容に従ってネットワ
ーク中の経路を制約することができる。
このように本発明の手法を用いることにより、このよう
な対話中で意味的におかしい文を排除することができる
〔実施例〕
本発明による連続音声認識装置の実施例について図面を
参照して説明する。
まず、第1の発明による一実施例について説明する。
第1図は第1の発明による一実施例を示す構成図である
第2図(a)、 (b)は第1の発明における文レベル
処理を説明する模式図である。第2図(a)は経路メモ
リの内容を図示し、第2図い)はネットワークの一例を
示している。
この連続音声認識装置は、認識対象の文法を表現するネ
ットワークを記憶するネットワークメモI77と、標準
パターンを記憶しておく標準パターンメモリ■と、入力
された音声パターンと標準パターンの各フレーム間の距
離を求める距離計算部2と、音声パターンと標準パター
ンのフレームを対応付けるマツチングバス上の前記距離
の累積値を求める累積値計算部3と、累積値を記憶して
おく累積値メモリ4と、累積値が最小となるような経路
を記憶してお(戻り点メモリ8と、その経路の計算を行
う戻り処理部と、ネットワーク上のあらかじめ定められ
た部分をたどった場合にある経路制約値を記憶する経路
メモリ6と、経路メモリ6の内容とネットワークにあら
かじめ用意されている判定条件によりテストを行いその
結果により次にたどる経路を限定する経路限定部5とを
有している。
標準パターンメモリ1には、予め標準パターンBが保持
されている。距離計算部2では、入カバターンAO1番
目のフレームの特@a□と、単語nの標準パターンB’
のj番目のフレームの特徴量b、・が読みだされ、特徴
量間の距離d(n;i、j)が計算され出力される。ま
た、累積値計算部3では、入力された距離dを用いて、
漸化式計算(5)が行われる。漸化式計算に必要な累積
値fは、累積値メモリ4の中に保持されており、必要に
応して累積値計算3より、読みだし、書き込みの処理が
行われる。累積値の計算ごとに、式(6)にしたがって
累積値が小さいものの経路値りが戻り点メモリ8に蓄え
られる。全累積値計算後、戻り点メモリ8の経路値りを
もとに戻り処理部9により最適な経路が得られる。
また文レベルの処理としては、経路メモリ6にネットワ
ークメモリ7上のあらかしめ定められた部分をたどった
場合にその部分に対応する経路制約値を記憶し、経路限
定部5にて経路メモリ6の内容eとネットワークメモリ
7上にあらかしめ用意されている判定条件Cによりテス
トを行い、その結果gにより次にたどる経路を限定する
。その結果、戻り処理部9より認識結果Zが得られる。
第1図において経路メモリ6は各入力フレーム1の各単
語nの標準パターンフレームjに対して初期状態から(
n;i、j)までの経路にある経路制約値をP(n;i
、j)として保持するものである。
いま、第1図の2 ットワークメモリ7が各単語の始端
フレームにおいて第2図(b)のように用意されている
とする。以下、入カバターンiフレームの処理について
述べる。
まず経路限定部5にて、経路制約値をセットするために
単語nの標準パターンの終端フレームjIにおいて、も
しネットワーク上での単語nからその他の単語への遷移
の際に経路制約値のセントコマンドがあったら、その経
路制約値を経路メモリ6中のP(n;i、j)に追加す
るという処理を行う。
次に(4)弐〇こより計算されたk“に従って(7)式
の計算を行い経路制約値を伝搬させる。
P (n; i;j)=P (n;i−1; j−k”
)・・・(7) 次にテストについて説明する。ネ・7トワーク上で単語
nの始端j♂への遷移にテストの条件があったら、その
条件にしたがってテストを行う。
もし、条件が満足されなかった場合は累積距離g (n
 ; i、  js’)を無限大にする。
例えば第1図のネットワークメモリ7上の情報から経路
メモリ6上に5ANTANという経路制約値がセットさ
れているとする。第6図に示すように、標準パターン“
I゛、“He”から標準パターン“5peak” 、 
 ”5peaks” ヘの経路のうち”5peak”を
通る経路にはネットワークメモリ7上に判定条件“if
 5ANTAN”とあるので、経路限定部5にて、“5
peak”の始端に無限大の累積値を与えるように累積
値計算部3に情報Xが送られ漸化式計算(5)を行う。
その結果、“5peak”にいく経路を認識しないよう
になる。他の状態に対しても同じような処理を行う。
この結果、認識結果として’I 5peaks Eng
lish、 JやrHe 5peak English
、 J等の非文を生成しないような認識が可能となる。
次に第2の発明による一実施例について説明する。第3
図は第2の発明にょる一実施例を示す構成図である。こ
の連続音声認識装置は、第1図の構成に加えて、経路メ
モリ6に記憶した経路制約値をネットワーク上にあらカ
ルめ用意されていた情報により特定の経路制約値を消去
する経路メモリ消去部12を有している。そして、この
経路メモリ消去部12は、ネットワークメモリ7上にあ
らかじめ用意されていた情報により経路メモリ6に記憶
した特定の経路制約値を消去するような命令mを送る。
第7図にネットワークメモリの一例を示す。第7図のよ
うな場合、例えば「He 5peaks Englis
hand I 5peak Japanese、 Jと
いう音声が入力された時に、”He 5peaks E
nglish、”の部分の経路をたどった時点で“5A
NTAN””という経路制約値が第3図の経路メモリ6
に記憶されている。このままでは、”and I 5p
eak Japanese、”を認識する時にも経路メ
モリ6に“5ANTAN””という経路制約値があるた
め誤った認識を行ってしまう。従って、第7図のように
ネットワークメモリ上に“and”の経路をたどった後
に経路メモリ6の経路制約値“5ANTAN”を消去す
るような情報を用意することにより経路メモリ消去部1
2が経路メモリ6に記憶した特定の経路制約値“5AN
TAN”を消去するような命令を送る。他の処理は第1
図の連続音声認識装置と全く同じである。この結果、「
He speaksEnglish and I 5p
eak Japanese、 」のような文も正しく認
識される。
次に第3の発明による一実施例について説明する。第4
図は第3の発明による一実施例を示す構成図である。こ
の連続音声認識装置は、第1図の構成に加えて、対話の
内容を記憶しておく対話情報記憶部11と、この記憶部
の内容により経路メモリ6に経路制約値を記憶する対話
情報処理部10とを有している。
さらに、第10図は第3の発明による一実施例を説明す
る模式図である。
対話中の音声認識の結果のネットワーク上のノード列を
対話情報記憶部11に記憶しておき、その内容およびネ
ットワークメモリ7に予め記された情報から対話情報処
理部10が経路メモリ6に経路制約値を記憶するように
指示をする。
例えば、第8図(a)、 (b)のような認識用のネッ
トワークメモリが用意されているときに、「カードにし
ますか」が認識結果であるとする。対話中でこのような
発話が認識されたとき、次発話として「はい、現金にし
ます。」、[いいえ、カードにします。」のような文は
意味的に誤った文となる。
この“カードにしますか°゛というノードは、第8図(
a)に示したように、2番のノードなので対話情報記憶
部11にこの2という番号が記憶される。
このとき、対話情報記憶部11に記憶されているノー1
列を用いて対話情報処理部10が予め内部のテーブル乙
こ与えられた情報から対話中にこれまで現れたノードの
ノード番号をもとに第8図(b)に示したように、ネッ
トワーク上の特定の場所で経路制約値をセットしたりテ
ストをしたりするようにネットワークに情報を付は加え
る。この結果、例えば第1θ図(b)で“はいパという
ノードが選ばれたとすると経路制約値にXという値がセ
ットされるので、判定条件“test not X“よ
り番号6のノードへは遷移ができなくなる。この結果、
対話中で意味的に誤った文を排除することができる。
また、対話情報処理部10の動作としては、第10図(
a)に示したような予め用意されたテーブルを用いる方
法以外にも、対話情報記憶部11の内容から論理式を作
成し、その論理式を評価することにより、対話上の意味
が誤った文を出力しないように経路制約値を与えるよう
な情報を経路メモリ6に送るという方法もある。
他の処理は第1図の連続音声認識装置と全く同じである
次に第4の発明による一実施例について説明する。第5
図は第4の発明による一実施例を示す構成図である。こ
の連続音声認識装置は、第2図の連続音声認識装置の構
成に加えて、経路メモリ6の内容を保持する経路メモリ
保持部13を有している。そして、この経路メモリ保持
部13にこれまで入力された文のうち予め定められたい
くつかの文でセントされた経路メモリ6内の経路制約値
の内容を保存してお(ことにより、ネットワークメモリ
7内のあるメモリで記憶されたある経路制約値の内容を
ネットワークメモリ7の他のネットワーク内で使用する
。その他の処理は第2図の連続音声認識装置と全く同じ
である。
例えば、第9図(a)、 (b)のネットワークを用い
て認識する場合について考える。第9図(a)に示した
ネットワークにより「現金にしますか」という文が認識
された時点でGENKINという経路制約値が経路メモ
リ保持部に記憶される。その後、第9図(b)のネット
ワークを用いて累積値の計算をする際に、例えば“はい
パを通る経路が選ばれたとするとこのときに記憶される
経路制約値“YES”“と共に第9図(a)で記憶され
た経路制約値゛GENKIN”も用いてテストを行う。
従って、上述の場合は第9図(b)のネットワーク上に
用意された判定条件により「カードにします、は認識結
果として出力されなくなる。
この結果、意味的におかしい文を排除することができる
ようになるため、ネットワークメモリを簡素化できるよ
うになる。
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、フレーム同期化によ
り実時間性が良く高速であり、また、経路を考慮した処
理を行うことにより認識対象文を表すネットワークを簡
素化することが可能でかつより自由な発声を認識するこ
とができる連続音声認識装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1の発明による一実施例を示す構成図、 第2回は第1の発明における文レベル処理を説明する模
式図、 第3図は第2の発明による一実施例を示す構成図、 第4図は第3の発明による一実施例を示す構成図、 第5図は第4の発明による一実施例を示す構成図、 第6図は第1の発明における文レベルの処理を説明する
模式図、 第7図は第2の発明における文レベルの処理を説明する
模式図、 第8図は第3の発明における文レベルの処理を説明する
模式図、 第9図は第4の発明における文レベルの処理を説明する
模式図、 第10図は第3の発明による一実施例を説明する模式図
、 第11図は本発明が解決しようとする問題点を説明する
模式図である。 1・・・・・標準パターンメモリ 2・・・・・距離計算部 3・・・・・累積値計算部 4・・・・・累積値メモリ 5・・・・・経路限定部 6・・・・・経路メモリ 7・・・・・ネットワークメモリ 8・ ・ ・ ・ ・戻り点メモリ 9・・・・・戻り処理部 10・・・・・対話情報処理部 11・・・・・対話情報記憶部 12・・・・・経路メモリ消去部 13・・・・・線路メモリ保持部(経路制約値保持部) 代理人 弁理士  岩 佐  義 幸 第 1 図 第21 図 第3図 第4図 (a) (b) 第8図 if GENKIN cind YESOr r if GENKIN and N。 (b) 牛9図 (b) 第10図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)認識対象の文法を表現するネットワークを記憶す
    るネットワークメモリと、予め定められた認識単位の標
    準パターンを、前記ネットワークに従って結合して連続
    音声を認識する連続音声認識装置において、 標準パターンを記憶しておく標準パターンメモリと、 入力された音声パターンと標準パターンの各フレーム間
    の距離を求める距離計算部と、 前記音声パターンと標準パターンのフレームを対応付け
    るマッチングパス上の前記距離の累積値を求める累積値
    計算部と、 前記累積値を記憶しておく累積値メモリと、累積値が最
    小となるような経路を記憶しておく戻り点メモリと、 前記経路の計算を行う戻り処理部と、 前記ネットワーク上のあらかじめ定められた部分をたど
    った場合にある経路制約値を記憶する経路メモリと、 前記経路メモリの内容と前記ネットワークにあらかじめ
    用意されている判定条件によりテストを行いその結果に
    より次にたどる経路を限定する経路限定部とを有するこ
    とを特徴とする連続音声認識装置。
  2. (2)前記経路メモリに記憶した経路制約値をネットワ
    ーク上にあらかじめ用意されていた情報により特定の経
    路制約値を消去する経路メモリ消去部を有する請求項1
    記載の連続音声認識装置。
  3. (3)対話の内容を記憶しておく対話情報記憶部と、 この対話情報記憶部の内容により、前記経路メモリに経
    路制約値を記憶する対話情報処理部とを有する請求項1
    または3記載の連続音声認識装置。
  4. (4)前記経路メモリの内容を保持する経路制約値保持
    部を有することを特徴とする請求項1、2または3記載
    の連続音声認識装置。
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