JPH0638195B2 - パタンマッチング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はパタンマッチング技術、特に音声パタンのよう
にパラメータの時系列として表されるパタンのマッチン
グの改良に関する。

（従来の技術） 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性の高いもの
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。音声のように時間的なゆらぎを
持つパタンの場合には、このような時間的な変動に対処
することが重要であるが、動的計画法を利用した時間軸
正規化マッチング法（日本音響学会誌Vol．27NO.９
ｐ． 483 以下ＤＰマッチング法と称する）はこのため
の極めて有効な方法として、広く実用に供されている。

ＤＰマッチング法の基本的な方法は次のようなものであ
る。

入力パタンの時系列、標準パタンの時系列をそれぞれ A＝{a(i),i＝1,…，I} B＝{b(j),j＝1,…，J} とする。２つのパタンＡ，Ｂのマッチング距離は、 により与えられ、これは次の漸化式を計算することによ
って求められる。

初期条件g(0,0)＝0；g(i,0)＝∞(i＞0) ここでｄ（ｉ，ｊ）はベクトルａ（ｉ）とｂ（ｊ）との
距離を表す。この方法は時間点の格子（Ｉ×Ｊ）上の時
間点（１，１）から時間点（Ｉ，Ｊ）に至る時間軸の伸
縮を示す曲線ｊ＝ｊ（ｉ）（マッチングパスとよぶ）に
そって距離ｄ（ａ（ｉ），ｂ（ｊ））を累積した量の最
小値を動的計画法によって求めるものである。このと
き、極端な時間軸の伸縮を避けるため、マッチングパス
に対して傾斜制限と呼ばれる拘束が課せられる。上の漸
化式は第２図（１）に示すような傾斜制限に対応してい
るが、このほかに、第２図（２）〜（３）などの傾斜制
限が用いられている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のＤＰマッチングの原理により同一カテゴリ内の音
声パタンの時間軸の非線形な伸縮を正規化することがで
きるが、異なるカテゴリのパタンをマッチングさせたと
きにもなるべくマッチング距離が小さくなるような時間
軸対応付けがなされる。すなわち、同一カテゴリ内での
マッチングでは起こらなかったような不自然な時間軸対
応付けが異なるカテゴリ間では起こりうる。このため、
異なるカテゴリのパタンに対しては本来マッチング距離
が大きくなるべきであるのに、距離が小さくなってしま
うことがあり、認識率の低下をもたらす。本発明では、
同一カテゴリ内での時間軸正規化に必要な伸縮の自由度
は確保しながら同時に不必要な伸縮の自由度をなるべく
小さく抑えることによりマッチング性能を向上させ認識
精度を改善することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 前述の問題点を解決するために本発明が提供するパタン
マッチング方式は、特徴パラメータの時系列として表さ
れた入力パタンＡ＝｛ａ（ｉ），ｉ＝１，・・・，Ｉ｝
を記憶する入力パタン記憶部と、 特徴パラメータの時系列として表された標準パタンＢ＝
｛ｂ（ｊ），ｊ＝１，・・・，Ｊ｝を記憶する標準パタ
ン記憶部と、 前記標準パタンの各時刻ｊにおける伸縮度を表すパラメ
ータの時系列Ｗ＝｛ｗ（ｉ），ｊ＝１，・・・，Ｊ｝を
記憶する伸縮度パラメータ記憶部と、 指定された時刻（ｉ，ｊ）に対してパラメータａ（ｉ）
とｂ（ｊ）との間の距離ｄ（ｉ，ｊ）を計算する距離計
算部と、 前記距離計算部で計算された距離ｄ（ｉ，ｊ）を保持す
る距離バッファと、 時刻（ｉ，ｊ）における距離積分量ｇ（ｉ，ｊ）を、指
定された複数の組み合わせに対して過去の距離ｄの荷重
和を求め該組み合わせの各々について用意されている前
記伸縮度パラメータを前記距離ｄの荷重和に乗じるか又
は加えた値に過去の距離積分量を加えた値として算出す
る漸化式計算部と、 前記距離積分量ｇ（ｉ，ｊ）を保持する距離積分量バッ
ファとを含んで構成されることを特徴とする。

（作用） 本発明の基本的な原理は、マッチングパスに一律に傾斜
制限を課することによって生じる異なるカテゴリのパタ
ン間での不自然な時間軸対応付けを解消するため、標準
パタンの各時刻に依存して傾斜制限の強さ（伸縮度）を
変えるというものである。このため、各カテゴリ複数個
の学習パタンを用いて、時刻に依存する伸縮度を求め
る。

学習パタンをＣ１，…，Ｃｋ，…，ＣＫとし、各パタン
を Ck＝{ck(m),m＝1,…,M} と表す。パタンＣｋに付随する伸縮度を Wk＝{wk(p,m)，p＝0,1,2；m＝1,…,M} と表す。ここでｐは第２図（１）の傾斜制限の各パスを
表し、ｗｋ（ｐ，ｍ）は、時刻ｍでパスｐが選択される
確度を示すパラメータである。

伸縮度Ｗｋは、パタンＣｋを基準に他のパタンＣｋ′を
ＤＰマッチングにより時間軸に対応付けたのち、傾斜制
限のパスの分布を求めることによって得ることができ
る。例えば、パタンＣｋをパタンＣｋ′に時間軸を対応
付けた結果、マッチングパスとして Pk′＝{pk′(m),m＝1,…,M} が得られたとすると、ｗｋ（ｐ，ｍ）は集合｛ｐｋ′
（ｍ），ｋ′＝１，…，Ｋ｝（Ｋはパタン数）のうち値
がｐであるものの個数をＫで割った値（確率）として求
めることができる。ただし、ｐｋ′（ｍ）はパタンＣｋ
を基準にパタンＣｋ′とマッチングさせたときパタンＣ
ｋ上の時刻ｍにおけるパスを０，１，２の値で表したも
のである（第３図参照）。

Ｗｋを用いたＤＰマッチングは（１）式を次式で置き換
えたものにより実現することができる。

ただしＷ（ｐ，ｊ）は可能性の高いもの程小さな値であ
ることが必要であるので、Ｗｋ（ｐ，ｊ）を W(p,j)＝αlog(Wk(p,j)) (α＞0) に置き換えている。なお、記述の煩雑さを避けるため添
え字_ｋは省略している。

（実施例） 第１図は本発明を実施した装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。入力パタン記憶部１、標準パタン記憶部２
にはそれぞれ入力パタンＡ、標準パタンＢが格納され
る。また、伸縮度パラメータ記憶部３には、標準パタン
Ｂに対応する伸縮度パラメータ｛Ｗ（ｐ，ｊ）｝が格納
される。４は距離計算部であり、各（ｉ，ｊ）について
計算された距離値の組｛ｄ（ｉ，ｊ）｝が出力され、距
離バッファ５へ格納される。６は漸化式計算部であり、
（２）式の漸化式計算を、距離バッファ５、距離積分量
バッファ７及び伸縮度パラメータ記憶部３から読み出さ
れた伸縮度パラメータを用いて実行し、得られた距離積
分量ｇをバッファ７に書込む。この動作が（ｉ，ｊ）＝
（１，１）から（ｉ，ｊ）＝（Ｉ，Ｊ）まで繰り返さ
れ、最終的に（ｉ，ｊ）＝（Ｉ，Ｊ）の時点で得られた
積分量ｇ（Ｉ，Ｊ）をマッチングスコアとして出力す
る。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、同一カテゴリ内で
の時間軸正規化に必要な伸縮の自由度は確保しながら同
時に不必要な伸縮の自由度をなるべく小さく抑えること
が可能となるので、マッチング性能を向上させることが
可能となり、認識精度の改善が実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図お
よび第３図は本発明の原理を説明するための図である。 図において、１，２，３は記憶部、４は距離計算部、
５，７はバッファ、６は漸化式計算部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】特徴パラメータの時系列として表された入
   力パタンＡ＝｛ａ（ｉ），ｉ＝１，・・・，Ｉ｝を記憶
   する入力パタン記憶部と、 特徴パラメータの時系列として表された標準パタンＢ＝
   ｛ｂ（ｊ），ｊ＝１，・・・，Ｊ｝を記憶する標準パタ
   ン記憶部と、 前記標準パタンの各時刻ｊにおける伸縮度を表すパラメ
   ータの時系列Ｗ＝｛ｗ（ｊ），ｊ＝１，・・・，Ｊ｝を
   記憶する伸縮度パラメータ記憶部と、 指定された時刻（ｉ，ｊ）に対してパラメータａ（ｉ）
   とｂ（ｊ）との間の距離ｄ（ｉ，ｊ）を計算する距離計
   算部と、 前記距離計算部で計算された距離ｄ（ｉ，ｊ）を保持す
   る距離バッファと、 時刻（ｉ，ｊ）における距離積分量ｇ（ｉ，ｊ）を、指
   定された複数の組み合わせに対して過去の距離ｄの荷重
   和を求め該組み合わせの各々について用意されている前
   記伸縮度パラメータを前記距離ｄの荷重和に乗じるか又
   は加えた値に過去の距離積分量を加えた値として算出す
   る漸化式計算部と、 前記距離積分量ｇ（ｉ，ｊ）を保持する距離積分量バッ
   ファとを含んで構成されることを特徴とするパタンマッ
   チング装置。