JPS58120296A - 系列パターン・マッチング方法 - Google Patents

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】 この発明は例えば音声酩誠等の分野で、系列ノ（ターン
のマツチングによって）くターン−繊する場合に用いら
れ、系列間の距離又は類似度を動的計画法を用いた非線
形正規化マツチングにより二つの系列パターンの距離又
は類似度を求める系列ノくターン・マツチング方式に関
する。

この発明による系列パターン・マツチング方式で取り扱
える系列は、ｖＩ微量の系列であって、特徴量間の距離
や類似度が定義されていれば、どのような対象からの系
列でもよいが、以下では代表的な系列の例として音声の
時系列を対象とする系列パターン・マツチング方式につ
いて説明する。

スペクトル時系列の動的計画法を用いたマツチング（以
下、ＤＰマツチングと記す）は、単語音声認識装置など
に用いられ、広く使われはじめている。従来のｌ）Ｐマ
ツチングは、音声区間の切シ出しの夷いまいさのない入
力音声の時系列Ａ’ｅ＝ｊＬｌ＆ｌ＠＠＠＠ａｎと標準
パターｙｏ時系列１３’−ｂ１ｂ１・・・・ｂｍとの間
で、時間軸の非紐形伸縮を許して賛累関の対応づけを行
い、系列間の距離（スコカを計算するものであった。従
来からのＤＰｆｆツチングの代表的な例を第１図に示す
。即ち従来のＤＰマツチングでは系列Ａ　＊　、　ｎ　
ｌの要素間の距離マトリックスＤ’＝（ｄｉｊ）（ｄｉ
ｊは要素ａ１とｂｊ。

距ＩＩｍ）は行方向に入力音声パターンＡの要素番号ｉ
が、列方向に標準パターンＢの要素番号ｊがとられ、そ
の各格子点（ｉ、ｊ）１１が距離ｄｌｊでめシ、ｉ＋ｊ
−２＋１を満す各格子点１１１について動的針−法のく
シ返し逐次演算を実行し、次にｉ＋ｊ＝２＋２を満す各
格子点１１ｍについて動的ｉ′ｔＩＩｌｌＩｌ法のくシ
返し逐次演算を実行し、以下同様にしてｉ＋ｊ−２＋３
　、　ｉ＋ｊ−２＋４　、・・・・Ｊｋ満す各格子点に
ついて動的針−法のくシ返−し逐次演算を実行する。こ
れらのくシ返し逐次演算の漸化式としては例えば次式が
用いられる。

このＤＰマツチングのくシ返し逐次演算は窓制限１２内
の格子点について実行する。このような従来ＤＰマツチ
ングでは、音声の始端（１，１）の切如出し点の要素ａ
ｘ、ｂｌよシも後の１！素ａ１．Ｊ（１≦ｌ≦ｎ、１≦
ｊ≦ｍ）から計算できる距離マトリックスＤ’＝（ｄｉ
ｊ）の上でのみのＤＰマツチングを実行していた。

この発明によるＤＰマツチングでは、音声区間の切シ出
し点（始端）の要素ａｌ、ｂｓ以前の系列情報＠　ｎ’
　＊　ａ　ａ　ｓ　＠　６　、　ｂｍ’　＠　＠　＠　
１１　ｂ＠　（ｎ’≦０９ｍ１≦０）から計算できる要
素間の距離も利用して、ＤＰマツチングのスコアを求め
、スコアが最小になるように始端を事後的に決める。終
端においても、終端の喪＊ａｎｔｂｍ以後の系列情報＆
ｎ＋　ｓ・・・・１Ｌｆｉ”。

ｂｙｌ＋ｓ　ａ　１１　＠　＠　ｂｍ’　（ｎ”）ｎ　
、ｍ”）ｍ）も利用して、距離マトリックスＤ＝（ｄｉ
ｊ）（ｎ’≦ｌ≦ｎ”、ｍ’≦ｊ≦ｍつ上でＤＰマツチ
ングのスコアが最小になるように終端の位置が事後的に
決められる。たｙし、実際のＤＰ：ｃｔラッチングはス
コアは必要であるが、切り出し点の情報は必らずしも必
費でないので、陽には求めること線しない。

このようにこの発明では、切シ出しのあいまいさをもっ
たままの時系列間のＤＰマツチングが実行できるので、
従来のＤＰマツチングがこうちっていた音声区間の切シ
出しの誤りに起因する認識誤りを大輪に削減することが
できる。

弔２図は音声認識装置の一般的構成を示し、入力龜子１
４からの入力音声は％徴パラメーシ２の抽出部１５で入
力音声の特徴パラメータの時系列Ａに変快される。一方
、標準パターン記憶部１６にめらかじめ標準パターンの
特徴パラメータの時系タリＢが蓄えられている。距離計
算部１７で入力音声の時系列Ａと標準パターンの特徴パ
ラメータの時希列Ｂとの距離マトリックスＤが計算され
る。

この距離マトリックスはＤＰマツチング部１８で各標準
パターンＢについてのマツチングスコアがＤＰマツチン
グによシ計算され、その最小のスコアが単飴決定部１９
で決定され、その決定された単飴名が端子２１から出力
される。

この発明でのＤＰマツチングについて説明する前に、Ｄ
Ｐマツチングでの距離マトリックス上の距離の定義及び
ＤＰマツチングの段の進め方について簡単に説明する。

ＤＰｉツチングの段を規定する距離としては、第３図に
示すような各種の距離を考える。纂３図Ａは通常のＤＰ
マツチングで用いられている市街化距離に基づく段を規
定する距離である。りまシ縦パス２２、横パス２３、斜
めパス２４をとシ、すべての格子点について演算を行い
、その演算段は細２５で示される。＃ｇ３図Ｂ、Ｃは傾
斜制限を考朧し、かつ、ＤＰの段数を削減することを目
的として考え出された距離であり、演算段２５はＮ段ご
とであシ、斜めパスのみである。これらの距離を用いる
場合には１．距離マトリックスＤＩ＝　（ｄｉｊ）上で
の演算段を第□３図に示すようにｉ＋ｊ＝Ｎｔ＋２＜だ
ソし、Ｎ２２の正Ｉｉ数で、１＝０゜１．２・・・Ｌｍ
ａｘ　）を満す格子点（ＩＩＪ）上で、動的計＠法のく
シ返し逐次演算を行い、１＝ｎ＋ｍ ｔ）、１，２．・・・、とｔｍａｘ　（Ｌｍａｘ　＝Ｃ
）　）まで＠算段を順次進める。

この％明によるＤＰマツチングにおいてはその入力は、
切り出しのあいまいな系列、Ａ＝ａｎ’・・・・・＆（
ｌａｌ・・・・ａｎ＠＠＠＠＠　ａｎ”とＢ”ｂｍ　’
　＠　”　”　”　ｂ　＠　ｂ　１・・・・ｂｍ・・・
・ｂｍ”が用いられる。従来のＤＰ″Ｖツナングでは、
ａｓ、ｂｓの始点（格子点（１，１））からＩＰ！Ｎ　
ａｎ　＋　ｂｍ　（格子点（ｎ、ｍ））までを、くり返
し逐次ｍ舅を順次くシ返し、スコアが蛾小になるように
非線形伸縮を行う。この様子は第１図にホした通りであ
る。この発明のＤＰマツチングでは始端においては、ａ
ｌあるいはｂｌよシ前の簀木からの距離の値ｄ１ｊも用
いる。そのためＤＰマツチングの段の格子点を！４図に
示すようにａｌあるいはｂｌより前の要素の領域まで拡
張する。よって始端は従来のＤＰマツチングでは（ｌｔ
ｌ）の格子点だ秒であったが、窓制限内のｉ十ｊ＝２を
満す格子点（ｉ、ｊ）の果合に拡張される。この始端の
格子点（ｉ、ｊ）ｇｉ＋ｊ＝２の集合におけるＤＰマツ
チングのくり返し逐次？Ｘ算の初期櫨をｇ（０，ｋ）＝
０（たソし、ｋ＝Ｊ１）とする。

同様に、終端は格子点（ｎ、ｍ）を、窓制限内のｉ　＋
　ｊ　＝　ｊｍａｘ　Ｎ＋２を満すＷ、　ｔｍｉｘ　段
の格子点の集合（ｉｌＪ）に拡張する。この始端の格子
点の集合からＤＰマツチングのくシ返し逐次演算をｔｍ
ＪＬＸ段までくり返せば、系列間の距離（スコア）Ｓ（
Ａ、Ｂ） Ｓ（Ａｔ　Ｂ）＝　−”；；　”Ｍ”　ｇ　（’ｍａｘ
＋　ｋ）　’　ｋ＝ｊ　ｊが求まる。

第５図はこの発明を第４図のＮ＝３の場合に通用した一
実施例を示す。まず、バッファ２６に標準パターンの特
徴パラメータの時系列Ｂ＝ｂｍ　Ｉ・・・・・ｂｏｂｌ
・・・＠ｂｍ・・・・ｂｍＩが、バッファ２７に入力廿
声の特徴パラメータの時系列Ａ＝ａｎｌ・・・・ａＯａ
ｌ・・ＩＩ　１１１ｎ・Φ・・ａ　ｎｌがそれぞれ配憶
される。くり返し逐次Ｉｔ　ｎ　４にのバッファレジス
タ０２８の初Ｍ値が初期一般厘姉２９によシ決定され、
端点フリー無職のレジスタＧの値線０に、その他の領域
で祉、大２きな１直に設定される。また、設定端子３１
より、ｋ４１段目（ｉ＋Ｊ＝Ｍ：Ｍ＝５　）の格子点（
ｉ、Ｄで第４図に示す窓制限内のｊのもつとも大きい格
子点（’ＩＪ）が違らばれ、その値が設電される。第５
図の場合に［ｊ＝４、ｉ＝１と設定される。この（ｉ、
ｊ）に対応してくシ返し逐Ｋ　！ｆｆ　ＪＩ！　１１１
のバッファレジスタＧ２８の誉号にの値が叙述される。

第５図の場合には、ｋ＝ｊ−１−４−１＝３となる。

次に、責木間距離計真部３２で、バッファ２６のｊ−ｊ
−２査目の４１！素ｂＪｔｂｊ−ｔｗｂｊ−ｚと、バッ
フ　７２７　Ｏｉ　−ｉ　−２査目の４１’　＊　’　
ｉ　ｒ　＆　ｉ　−ｓ　＋ａｉ−ｉ　とを絖み出し、こ
れらの要素関の距離ｄｉｊ。

ｄｊ＋ｊ−１ｓｄｉ−１＊Ｊｔｄｌ−１ｓコーｔ、ｄｉ
−ｉ、ｊ−ｉを計算する。この距陰の値と前段までのく
り返し逐次耐昇１ｍｇ（ｋ−１）、ｇ（ｋＬ　ｇ　（ｋ
＋１）とからくシ返し逐次ｈ↑鼻値の候補の計算ｓ３３
で、候補値ａ。

ｂ、ｃを次のよう−に１其する。

ａ＝ｇ（ｋ　１　）＋ｄ　ｉ　、　ｊ−ｔ＋ａ　ｉ　Ｊ
ｂ＝ｇ（ｋ）＋（ｄｉ−＊、ｊ−ｔ＋ｄｉ−ｔ、ｊ−ｓ
＋ｄ　ｉ＊　ｊ　）×百ｃ＝ｇ（ｋ＋１　）＋ｄ　ｉ−
ｓ　、　ｊ＋ｄ　ｉ　ｊその後、決定部３４で候補値＠
、ｂ、ｃのうちの最小値を求め、その値を通路３５を通
じてノくツファレジスタ２８のに着目のＧ（ｋ）に書き
込む。

次に（’ＩＪ）設定部３６で、同じ演Ｘ段での次の格子
点（ｉ、ｊ）の値及びｋＯ値をｔａする。。

つまシ、ｊＯ値をｊ−１に、ｉの値をｉ＋１にし、ｋの
値をに−２に設定する。このようにして更新されたｉ、
ｊによる格子点（ｉ、ｊ）が窓制限内に依然として存在
しているときには、このｌ、ｊＯ値を通路３７を通じて
バッフ７２６．２７に送υ、かつ、ｋＯ値を通ｗ６３８
を通じてバッファレジスタ２８に送シ、計算部３２．３
３、決定部３４で同様の処理を行ってく夛返し逐次計算
を実行する。

（ｉ、ｊ）設ｘ部３６テｖｉ、新した格子点（’ｔｊ）
が窓ｌ１ｆｌｌ　ｍ内に存在していない場合には、次段
設建都３９でＭの（１ｍをＭ＋３にし、ｌ十ｊ＝Ｍを満
す格子点（ｉ、ｊ）で窓制限内のｊのもつとも大きな１
ｖＬ！Ｄ栢子点の値に’＋Ｊを設定する。更にｋの−を
ｊ−１に設定する。この設定した演算段が終了すべき段
でないときには、通路３７を通じてｊ、ｉｏｌｍを／（
ッ７７２６，２７に送シ、通路３８１ｒ通じてｋの１１
［をバッファレジスタ２８に送った恢、Ｉ″を鼻部３２
，３３、決足部３４での谷処理を行ってくシ返し逐次計
算を実行する。次段設疋郁３９で設定した演算段が終了
すべき段であるトキには、計算部４１でバッファレジス
タ２８の姐からｋｌＬｍ間距離を＃Ｉｔ算し、単＠決定
部に送る。

以下、第３図Ｂ１第４図に示したＮ＝３の場合を例にと
９あげ、Ｉ＆ｇ繊実験の結果も含めて説明する。Ｎ＝３
の場合のｌ）Ｐマツチングのく夛返し逐次演算は、次式
のように表わされる。

たｙし、ｇ（ｔ、ｋ）゛は、第を段のくシ返し邂次演其
値を示し、ｋは窓制限内のに＝ｊ−ｉを満足する値であ
る。

次に認識実験の粕来について述べる。酩繊対象は男性４
名が２回ずつ発声した６４１都市名単胎晋声データであ
る。単語音声紹織の方法としては昭和５５年１０月日本
音曽学会秋期発表会閘頂緬文集１−１−１７に記載され
ている５ＰＬＩＴ法を用いた。ＤＰマツチングの手法と
してｔｉ、Ｎ＝３の場合について、昭和５５年１０月日
本廿曽学会秋期発表会Ｂｌｌ演嗣又巣１−１−１０に記
載したシ似端点フリーの手法（ＤＥ米の手法と呼ぶ）と
、この発明の端点フリーの手法をとシあげた。端点フリ
ーマツチングを行うために、入力材声データのａｎ　ｌ
・・・・ａｏト襟準パターンのｂｍｌ・＠１１１１４）
＠の特徴パラメータは、ａｌ及びｂｔＯ時歓パラメータ
で代用した。同様にｉｎ＋ｌ・・・・ａｆｉ”、ｂｍ＋
ｌ・・・・ｂｍｌの特徴パラメータもａｎ、ｂｍで代用
した。従来の方法の４名の発声者での平均の単Ｉ＠ｗｔ
緘率は９６．２俤でおり、第２位以内に正しい単語名の
入る確率Ｕ９８．３％となった。この：＠明の端点フリ
ーＤＰマツチン【を用いた場合ＫＦｉ、単＠脳誠率が９
６．７優に、第２位以内に正しい単語名の入る確率が９
９．０−となシ、性能が向上した。更にパワー情報を用
いてこの発明のＤＰマツチングの始端と終−〇端点フリ
ーの領域を制限した場合には、単語−誠単がさらに向上
して９７．４チとなった。これにより、この発明の端点
フリのＤＰマツチングアルゴリズムの有効性が実証でき
た。前述のようにａｉｌ　’　＠　＠　＠　＠　ａＯ、
ｂ　ｍ’　＠　＠　＠　＠　ｂ　＠をそれぞれａｓ、ｂ
ｘで代用し、またＡＬＬ＋Ｓ・・・’ｎ”＋ｂｍ＋１・
・・・ｂｒｎ　ｌをそｔｌぞれａｎ、ｂｍで代用しても
前述のように認識率が同上しておシ、このような代用を
しなければ−ｔｗａｇ隊率が向上する。

以上のＤＰマツチングの説明では、特徴パラメータ間の
距ｍｔもとにしたＤＰマツチングの手法について述べて
きたが、特徴パラメータ間の類似用−に対しても、同様
に定式化でき、その場合は前記式でｍｉｎをｍａｘとす
ればよい。

以上述べたように、この発明によるＤＰマツチングの手
段を用いれば、切り出し点がわいまいでおる２個の系列
のマツチングが竹えるようになる。

よって、従来のＬ）Ｐマツチングを用いた認識装置で生
じていた、切シ出しのｖＡシによる認繊岨９を。

大幅に削減することができる。この発明のＤＰマツチン
グは音声−線以外にも、系列の切シ出しのあいまいさを
もつ様々な分野での系列マツチングの手段として癲用可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＤＰマツチングにおける距離マトリック
スを示す図、第２図はＤＰマツチングによる単Ｍ音声−
鍼システムの一構成例を示すブロック図、第３図はＤＰ
マツチングにおける段を規だする距離の説明と従来から
のＤＰマツチングのパスの例を示す図、第４図はこの発
明におけるＤＰマツチングのＮ＝３の場合の説明図、第
５図はこの発明の実施例を示すブロック図である。 １１：格子点、１４：音声入力端子、１５：％値パラメ
ータ抽出部、１６：標準ノくターン記憶部、１７：距隨
Ｉｔ、Ｊ！部、１８：ＤＰマツチング都、１９：単−決
定部、２１：率鹸名出力端鳴時計出績人　　日本電信電
話公社 代理人　単針　卓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２個のｔ￥ｊ徽パラメータの系列Ａ＝ｉｎ’・・
   ・・ａＯａｌ・・・・ａｎ・・・・ａｎ＠とＢ＝ｂｍ’
   ・・拳・ｂｏｂｌ・・・・・ｂｍ””ｂｍ”（ａｔ、ｂ
   ｔはＡ、Ｂの始端の候補、＆ｎ＋ｂｍはＡ、Ｈの終端の
   候補）の系列パターン間の距嵯又は類似度を、系列のＪ
   ｊｋ索間のマトリックスＤ　＝　（ｄｉ　Ｊ　）（ｄｉ
   　ｊハ系列Ａ　１７）＊Ｘ　ｊＬｉと系列ＢＯ豊ｚＪと
   の距離又は類似度を表わす）上で１＋ｊ；Ｍ十Ｎ（Ｍは
   定数、Ｎ≧１）を満すすべての格子点について動的ｌｉ
   −法のくり返し逐次演算を実行し、次にｉ＋ｊ＝Ｍ＋２
   Ｎを満すすべての格子点について動的計画法のくシ返し
   逐次演算を実行し、以下同様にしてｉ＋ｊ＝Ｍ＋３Ｎ、
   ｉ＋ｊ＝Ｍ＋４Ｎ、・・・・について動的針１法のく）
   返し逐次ＯＸ算を実行する動的計画法を用いた非縁形伸
   縮止税化マツチングによシ上記二つの系列の距離又をよ
   類似度を求める系列パターン・マツチング方式において
   、上記始端候補ａｌ、ｂ１　　より前の系列情報＠ｎ’
   　ａ　＠　１１１１ＪＬ＠　、　ｋ）ｍ’・・・＠ｂＯ
   の景累間ｄｉｊを上記演算の実行に用い、かつ上記終端
   の候補ａｎ、ｂｍｌｂ後の系列情報ａｆｉ＋１　””’
   ｎ”　、ｂｍ＋ｔ・・−・ｂｍＩ＋の費索間ｄ１ｊを上
   ６己凛算の実行に用いることを特値トスる系列パターン
   ・マツチング方式。