JPS58176698A

JPS58176698A - パターンマッチング装置

Info

Publication number: JPS58176698A
Application number: JP57058098A
Authority: JP
Inventors: 次男高橋; 賢一高木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-04-09
Filing date: 1982-04-09
Publication date: 1983-10-17
Also published as: JPH0454960B2

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】発明の対象本発明はパターンマツチング方式に関し、＠に旨声パタ
ーン認識装置等の高速実行を要求される用途に岐適なパ
ターンマツチング方式に関する。

従来技術パターン認識装置は人カバターンと標準パターンとのパ
ターンマツチングを行うが、音声パターン認識装置など
ではこれを尚速度で実行する必快がある。このような尚
速のパターンマツチングは、マイクロコンピュータ等の
汎用演算器によるプログラム演算では一般に速度が不足
する。そこで従来のｆ／”パターン認識装置などは、好
適、専用の尚速演算器を用いてパターンマツチングを実
行する構成となっている。しかし、認ｍ梢度を向上すべ
くパターンマツチングの演算精度を上げようとすると、
かかる構成ではハードウェアコスト上昇が看しく、装置
価格の大幅な上昇を招いている。

発明の目的本発明の目的は、パターン認識装置において、・・−ド
クエアコストの上昇を可及的に抑えながら、認識精度の
同上を図るパターンマツチング方式を提供することにあ
る。

マイクロコンピュータ寺の汎用演算手段（二よるプログ
ラム演算は、演算速度は専用演算手段よりも、ｊｌなり
遅いが、その反曲、容易；二高い演算ｆｆＫを得ること
ができる。

本発明はこの点じ層目し、入カバターンと標準パターン
とのパターンマツチングを専用演算手段による１次のパ
ターンマツチングと、汎用演算手段による２（′にのパ
ターンマツチングと（二分け、１次のパターンマツチン
グで人カバターンを十分な６［で同定不可能なとぎのみ
、２次のパターンマツチングを演算精度を上げて実行し
、人カバターンを同定する。

２次のパターンマツチングは全標準パターンについて実
行するのではなく、□１次のパターンマツチングで抽出
された第１、第２＠補パターンを含む限られた数の標準
パターンについてのみ実行することにより、実行時間の
短縮を図る。

発明の実施例添付の図面を参照して、本発明の一実施例）二ついて説
明する。

本実施列においては、全ての標準パターンについて、専
用の演算手段によって人カバターンとの整合距離が高速
演算される。求められた整合距離が規定値以丁の標準パ
ターンのうち、整合距離が最小の標準パターンが第１恢
補パターンとして、その次に小さな標準パターンが第２
候補パターンとして選ばれる。そして、第１、弔２候補
パターンの整合距離の差が規定値吸上で、Ｆ＋れば、人
カバターンは第１候補パターンと刊疋され、認識を終了
する。しかし、弗１、第２侯桶パターンの整合出端が規
定値未満の場合は、汎用演算手段を用いｆこプログラム
演Ｊｌにより、上記の第１、第２の候補パターンを含む
限られた数の標準パターン（二ついてのみ、人カバター
ンとの整合距離が上記の専用演算手段よりも高い演算ｎ
度で再演算される。

そして、この再演算の結果（二基ついて上記の判定が杏
度行われる。

ｌａＦ、本実Ｍｆｆｌｊの各部について峰述する。

本実施列は音声パターンを認識する装置であり、音声は
マイク′ロフオン１によって電気信号に変換され入力さ
れる。この音声信号は緩衝増幅器ンを介して一群のバン
ドパスフィルタ３１（ｉ＝１．２゜・・・＋　ｎ）に並
列的に人力され、例えば２００Ｈ２〜６０００Ｈｚの音
声周波数成分がｎチャンネルに周波数分析される。チャ
ンネル数ｎは通常、１６ないし」チャンネルである。

バンドパスフィルタ３ｉの出力信号は、時定数が５０　
ミＩＪ秒前後の一群のローパスフィルタ４ｉ（ｔ＝ｔ、
２．・・・ｔ”）にチャンネル対応で通され、背戸波形
のエンベロープ波形龜変換される。ローパスフィルタ４
１の各出力信号は、約四ミリ秒（１フレーム）毎Ｉ：、
制御ユニット９０制佃の下に時分割でアナログスイヅチ
５を介し、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ　）変換器６
へ送られる。　−Ａ／Ｄ変換ａ６は通線８ないし１２ビ
ツトのものが用いられ、その出力信号はチーヤンネル毎
に、約加ミリ秒毎に１フレームのスペラトル情報とじで
バッファメモリ７に一時記憶される。

バッファメモリ７に一時記憶されたスペクトルＦｆｔ報
は、例えば式（１）で示される演算が施され正規化され
る。

ここで、Ｐｉはチャンネルｉのパワー出力、ｎは全チャ
ンネル数、Ｃは定数である。すなわら、この式（１）に
よれば、正規化後の各チャンネル出力の合計が定数Ｃに
等しくなるようζ二正規化される。

この正規化演算は、マイクロコンピュータで構成された
汎用演算ユニット８０マイクロプログラムで実行される
。

また、ｉ声区間の検出も汎用演算ユニット８０マイクロ
プログラム（二より、制御ユニット９０市１」碑の下（
二実行される。そのアルゴリズムは種々知られているが
、例えば予め決めた＠１区以上のトータルパワーのフレ
ームを音声信号のフレームトミなし、閾値未満のフレー
ムをノイズ信号のフレームとみなす。そして、音声信号
のフレームが５つ以上連続すると音声区間として切出し
を開始し、その後、ノイズ信号のフレームがＩＯα上連
続すると音声区間の終了と判断する等のアルゴリズムで
、音声区間が検出される。

なお、音声区間として切り出された一連のフレームの情
報（音声パターン清報）は、標準パターンの登録時には
ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１０に格納されるが
、人力音声の認識時（二はＤＰマツテングユニツ）１１
へ送られる。なお、隙率パターンの登録は本発明の要旨
ではなく、また従来装置と同様でよいので詳細は割愛す
る。

１）Ｐマッチングユニッ）１１は、汎用演算ユニット８
から送られる入力音声パターンと、ＲＡＭｌ０に格納さ
れている音声パターン（標準パターン）との間の、いわ
ゆるＤＰ（動的計画法）に基づいタパターンマッチング
（１次のパターンマツチングと称す）を商運で実行す兎
。専用の特殊演算ユニットである。なお、ＤＰマツチン
グ手法は、周知のように標準パターンと人力音声パター
ンの発生速度の変動を吸収でき、音声認識におけるパタ
ーンマツチング手法と己て有効性が認められている。ま
たＤＰマツチングユニット１１は、公知の構成でよい。

ＤＰマツチングユニット１１において、各標準パターン
と入力音声パターンとの整合距離が順次演算され、判定
ユニット１２へ送られる。判定ユニツＨ２は、整合距離
が規定の閾値以下の標準パターンのうちで、整合距離が
最小の（人力音声パターンと最も類似度が高い）標準パ
ターンを第１候補パターン、その次に整合距離が小さい
標準パターンを第２候補パターンとして選択する。そし
て、第１、第２侯補パターンの整合距離の差が規定値以
上ならば、第１候補パターンを認識結果として田力する
。この条件が満たされないと、汎用演算ユニット８のマ
イクロプログラムにより、演算精度を上げて改めてＤＰ
マツチング（２次のパターンマツチングと称す）が実行
される。そして、この２次のパターンマツチングの結果
１″一ついて、判定ユニット１２は同様の判定を行なう
。これでも上記の条件が満足されなげれば、轟該入力音
声パターンは認識不能としてリジェクト処理される。

上記の汎用演算ユニット８の演算速度は、専用のｈａユ
ニットであるｌ）Ｐマッチングユニツ）１１に比し、著
しく遅い。したがって、全標準パターンについて２次の
パターンマツチングを実行したのでは、実行時間がか＼
り過ぎる。そこで本発明では、１次のパターンマツチン
グの第１、第２候補パターンを含む限られた数の標準パ
ターンについてのみ、２次のパターンマツチングを実行
し、実行時間の短幅を図っている。この時に対酸とする
標準パターンは、レリえば、ＤＰマッチングユニッ）１
１によって求められた整合距離の小さい順（二遇田する
方法等で容易に選ぶことができる。

ここで、ＤＰマツチング手法における整合距離の演Ｊ！
精度について説明する。

前記の式（１）で表わされる人力ｆＦの正規１ヒバワー
スベクトルの時刻ｔにおける値をＮＰｌ（ｔ）とし、同
様に＃４準パターンの正規化スペクトルの時刻τにおけ
る値をＮ５Ｐｉ（τ）とすれば、ＤＰマツチングを行な
って両者の整合距離を算出する（二必安な格子間距離は
、例えば式（２）で示される。

、Σ　（ＮＰｌ（ｔ）−Ｎ８Ｐｉ（τ））２　　・・・
・・・式（２）格子間距離が小さいほど、入力音声の時
刻ｔ（二おける正規化パワースペクトルと標準パターン
の時刻τにおける正規化パワースペクトルとが似ている
ことを食味している。格子間距離は整合距離を算出する
もとじなるので、その関数形は種々工夫されており、例
えば式（２）の代りに式（３）のような１次式も考えら
れている。

ｉミ、ｌ　ＮＰｉ（ｔ）−Ｎ、５Ｐｉ（τ）１　　　・
・・・・・式（３）このような格子間距離の演Ｘ（＝用
いる関数形によって、ＤＰマツチングを実行する演算手
段ζ二必贅な桁数（演算精度）が変わってくることは明
らかである。式（２）のような２次式は、正規化パワー
スペクトルの差分を強調するので、式（３）のような１
次式による場合：二比べ、ＤＰマツチングを行なって竪
＠−距離を求めると、ｉ声のボルトマントに対応したパ
ワースペクトルの特徴が十分に１反映される。したがっ
て、同一発声内容（同一カテゴリ）のｉ声相互間の整合
距離は小さくなり、それに対し異カテゴリの蛭声相互間
の整合距離は著しく大きくなる結果、判定が各局になる
。

そこで商い認識積度を得るためには、前記のＤＰマツチ
ングユニット１１は式（２）のような２次式を採用する
のがよいが、上述の利点をいかすため（＝は整合距離を
求める全過程を桁数の多い演算器；二よって高い８度で
演算しなげればならず、ＤＰマツチングユニット１１の
ハードウェアコストの上昇が避けられない。ハードウェ
アコストを抑えるには、ド立の桁を切り捨てることが考
えられる。しかし、この切捨ては演真梢閾の１次丁、し
たがって認識＋１ｖ度の低下を招く。別の方法として、
式（２）の値の上限値を設定しておぎ、計岸値がその上
限値を越えたとぎに上限値に置換−ｊ隘、方法も考えら
れる。しかし、これではスペクトルの強調が重書される
ため、結果として異カテゴリの音戸相瓦間の整合距離の
差が減小され、演算精度を丁げたと同じこと（ニなって
しまう。

このように、専用の高速演算手段であるＤＰマツチング
ユニット１１によるパターンマツチングだけで、尚い認
識精度を達成しようとすると、）・−ドウエアコストの
大幅な上昇が避けられない。

本発明によれば、専用の高速演算手段を用いて１次のパ
ターンマツチングを実行し、それで十分な判定が不可能
な場合は、汎用演算手段を用いて崗い演算精度の２次の
パターンマツチングを行う。

したがって、１次のパターンマツチングの演算精度をそ
れほど制＜シなくても、認識精度を確保できるため、専
用演算手段であるＬ）Ｐマツチングユニット１１のハー
ドウェアコストを引き下げることができる。また、汎用
演算手段である汎用演算ユニット８はプログラム（二よ
り演算を実行するから、演算速度は制限される。しかし
、１次のパターンマツチングで判定できない場合のみ２
次の）くターンマツチングを実行し、しかも、２次のパ
ターンマツチングは全標準パターンではなく、１次のノ
くターンマツチングで候補パターンとして抽出された標
準パターンを含む限られた数の標準ノくターンのみを対
象として実行する。このため、パターンマツチングの実
行時間の増加は惚めて小さく抑えられ、十分な認識１室
度を：Ｉ！成できる。

音声パターン認識装置の例について本発明を詳述した。

しかし、本発明は汁声パターン認鍼装置に限らず、文字
−＃！装置などの他のパターン認識装置にも同様に適用
できることは勿論である。

発明の効果以上に詳述した０口＜、本発明によれば、パターンマツ
チングのためのハードウェアコストの上昇を可及的に抑
えながら、高精闇の篩速パターンマツチングが６■能と
なり、認識積度、認識速度ともに浚れた高１生自旨のパ
ターンを忍ｒ峨装置を安１曲（二実現できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すブロック図である。１・・・マイクロフォン、２・・・緩衝増＠器、３ｉ　
（３１〜３ｎ）・・・バントハスフィルタ、４ｉ　（４
ｔ〜４ｎ）・・・ローパスフィルタ、５・・・アナログ
スイッチ、６・・・アナログ／ディジタル変換器、７・
・・バッファメモリ、８・・・汎用演算ユニット、１０
・・・ランダムアクセスメモリ、１１・・・ｌ）Ｐマッ
チングユニツｌ−、ｉ２・・・判定ユニット。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）パターン認！Ｉｔ！［１−おいて、入カバターン
と標準パターンとのパターンマツチングを、専用演算手
段による１次のパターンマツチングと、汎用演算手段を
用いたプログラム演算による２次のパターンマツチング
とに分けて行い、該１次のパターンマツチングは全ての
標準パターンについて実行し、該１次のパターンマツチ
ングで入カバターンに対応する候補パターンとして選ば
れた２つの標準パターンの人カバターンとの蟹合距離の
差が規定値未満のときのみ、該候補パターンとしての２
つの憚阜パターンを含む限られた数の標準パターンにつ
いてのみ、該第１のパターンマツチングより演算精度を
上げて該４Ｍ２のパターンマツチングを実行することを
特徴とするパターンマツチング方式。