JPS6090393A - パタンマツチング装置 - 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】 この発明は音声認識システム等のバタン認識システムに
おいて、特徴ベクトルの系列からなる２つのバタン間の
距離を計算する手段として、動的言」画法を利用してバ
タンマツチングを行つバタンマッチング装置に関するも
のである。

〈従来技術〉 従来、動的計画法を利用したバタンマツチング（身重こ
れをＤＰマツチングと称す）を行う装置は、入力バタン
の特徴ベクトルの系列Ｃ＝Ｃｘ。

Ｃ２，・・・、　Ｃｉ　＋・・・、Ｃｒと、標準バタン
の特徴ベクトルの系列Ｃ＝Ｃ、Ｃ、・・・、Ｃとに対し
て１２　Ｊ （１）式、 （１） を満たすすべての座標（ｉ、ｊ）上で要素Ｃｉ　とＣ＊
、との距離ｄ（ｉ、ｊ）及び距離累積値ｇ（ｉ、ｊ）の
計算を実行する。距離累積値ｇ（ｉ、ｊ）の計算式とし
ては、例えば昭和５５年１０月日本音響学会秋期発表会
講演論文集１−１−１０に示されている次の（２）式が
用いられる。

（２） （１）式の条件のもとて（２）式を計算する様子を第１
図に示す。（２）式は１つの要素を２つ１ｇ上の要素に
対応づけるのを防ぐだめの制限（傾斜制限）１を行う計
算を含むため、計算量が増大する。また（２）式の計算
を行うためには過去に計算した距離累積値及び距離値を
保持するレジスタが必要である。ｊ方向のＤＰマツチン
グ窓幅をＪｗとすると、５ｗ個のｇ（ｉ−Ｌ”）＋ｇ（
ｌ−ｉ＋＊）及びｄ　（ｉ、＊）（ただし＊は５ｗ個の
配列を表す）をそれぞれ保持するレジスタが必要である
。

次に従来のＤＰマツチング割算（２）式を行うバタンマ
ツチング装置を第２図について説明する。入力バタンの
第ｉフレームと、標準バタン（ＤｇＩｊ７レームとの距
離ｄ（ｉ、ｊ）を計算するためにレジスタアドレス計算
部１３はアドレス１１７ドレスｊを発生する。入力バタ
ンレジスター１、標準バタンレジスター２からはそれぞ
れ発生されたアドレスｉ、ｊに対応するバタンベクトル
Ｃｉ、Ｃが出力される。距離計算部１４では両パタンの
距ｌ１ｉｉｌ：ｄ（ｉ、ｊ）が計算される。計算された
距離ｄ（ｉ＋、＋）はワークレジスター７に格納される
。

その距離ｄ　（ｉ　、　ｊ　）を格納するアドレスはレ
ジスタアドレス計算部１３が計算する。距離累積値ｇ（
ｉ、ｊ）は距離累積値計算部１５で削具される。（２）
式を計算するには加算を４回、シフト演與を２回、最小
値選択を２回実行する必要がある。

これらの計算を布ｆｆＭｔｆｔｆｉｔ理を組んで実行す
ることは現実的でないため、距離累積値計算部１５はプ
ログラム制御により動作する葬術論理演算ユニット（Ａ
ＬＵ）が用いられる。汎用レジスタ１６は（２）式の計
算途中結果を一時的に格納しておくだめのものである。

ワークレジスタ１７には（２）式の計算で必要となる、
過去に計算した距離累積値ｇ（ｉ−１＋１２Ｌｇ（１１
＋ｊ　１）及びｇ（ｉ−２＋　ｊ−１）と、距離値ｄ（
ｉ、ｊ−１）、ｄ（１−１，ｊ）及びｄ（ｉ＋、＋）を
格納しておき、（２）式の計算において逐次これらのデ
ータが読出される。また、（２）式で加算されたｇ（ｉ
、ｊ）かワークレジスタ１７に引き込まれる。これらデ
ータの制出し、誉込みアドレスはレジスタアドレス言十
ｘ都ｉ３により言−１詩、される。

制御部１８はこの装置の動作を制御するもので距離計算
及び距離累積値言１算における各回路の動作タイミング
の制御、距１ｉｌｌＩｌ：累積値割算部１５の加算、シ
フト、最小値選択の各動作の指示を行う。

以上説明したように従来のバタンマツチング装置では、
距離累積値計算が複雑であるために以下の欠点を有する
。

（１）、距離累積値計算部１５は（２）式を実行するた
めにプログラム制御で動作する演算ユニツ）（ＡＬ　’
Ｕ　）である必要があり、そのだめに回路構成、制御が
複雑になる。

（１１）、（２）式を実行するためには前記のように、
ＤＰマツチング窓幅の３倍の容量のワークレジスタが必
要であシ、回路規模が増大する。

（＊：：＋、レジスタアドレス計算部１３は距離計算時
にアドレス’＋ｊを計算する必要があり、そのうえ（２
）式を実行するために必要なワークレジスタのアドレス
を逐次計算する必要があるため、回路構成及び制御が複
雑になる。

（Ｉψ、距離累積値計算部１５では（２）式の計算を順
次、プログラム制御により実行するために、ｇ（ｉ、ｊ
）を計算するためのオーバーヘッドが増大し、ＤＰマツ
チング処理の高速化が妨けられる。

〈発明の目的〉 この発明の目的は演算量が従来のＤＰマツチング計算法
の数分の１で、はｙ同等の性能が得られるＤＰマツチン
グ計算法を行うことにより、プログラム制御を必要とせ
ず布線鵬理により容易に実現でき、回路構成及び制御か
簡単で高速に実行することが可能なバタンマツチング装
置を提供するものである。

最初にこの発明の装置が実行するＤＰマツチング計算法
について説明する。この装置が実行するＤＰマツチング
引算法は、特願昭５６−２０６３５１あるいは昭和５７
年３月日本１響学会春期発表会講演論文集１−４−１８
において記載されているもので、以下にこれについて説
明する。

計算量を増大させることなく、１！Ｊ１１斜制限を実現
するために、第３図に示すように３点おきにずらした格
子点を考える。ずらした格子点間はひし形のバスで結ぶ
ことができ、゛傾斜制限が自然に導入できる。しかも、
ＤＰマツチング計算は３点おきに行えばよいため、計算
すべき格子点数は従来のＤＰマツチングに比べて１／３
に減少する。（３）式に格子点（ｉ、ｊ）上での距離累
積値Ｇ　（Ｉ　Ｉ　ｊ）の計算を示す。

（３） 格子点は（４）式 ％式％）（４） を満たす（ｉ、ｊ）に限られる。（３）式の計算はｔ＝
ｏ、ｉ、ｚ、・・・・の順に行い、あるｔに対しては、
ｉの減少方向、すなわちｊの増加方向に計算を行う。（
３）式の漸化式を、（５）式Ｉｊ−ｉｌ≦Ｋ　；には正
定数　（５）を満たす範囲で逐次割算するためには、距
離累積ｆＩｌｉｉ、Ｇ（ｉ、ｊ）を格納するだめのレジ
スタが必要である。こ＼で格子点（ｉ、ｊ）に対地する
距離累積値レジスタのアドレスをｋ　＝　ｊ　−ｉとし
、（３）式を書きなおすと（６）式のようになる。

−に≦に≦にであるため、（６）式の引算に必要なレジ
スタは（２に＋１）個必景である。

〈実施例〉 アドレス計算部１３で計算されたアドレスｉ。

ｊによ９人カバタンレジスター１、標準パタンレジスタ
１２がそれぞれ読出される。人力バタンレジスタ１１、
標準バタンレジスター２から読出された各パタンベクト
ル（Ｃ１＋　Ｃ、の距離ｄ（ｉ、ｊ）が距離計鼻部１４
で言」其される。この計算された距離ｄ（ｉ、ｊ）と最
小値選択部２６で選択されたそれまでの距離累積値の最
小値とが加其都２５で加算される。その加算結果は距Ｉ
ｌｌ累稙値レジスタ２７内に格納される。その格納アド
レスに−１゜ｋ、に＋１はアドレス演算部１３でｉＭ％
される。

距離累積値レジスタ２７における距離累積値中の最小値
が最小値選択部２６で選択される。

アドレス計算部１３は距離ｄ（ｉ、ｊ）を計算するため
のアドレス１＋Ｊ及び（６）式を計算するための距離累
積値レジスタ２７のアドレスに−１゜ｋ、及びに＋１を
発生する。以下にアドレス計算部１３の栴成を第５図に
示し、アドレス発生の方法を詳細に説明する。

ｔカウンタ３１は（４）式におけるｔの値を格納し、そ
の内容をｚ＝ｏ、１．Ｌ・・・と増加させるカウンタで
あり、ｉｃメモリ３３のアドレスを発生すムメモリ３３
は１−ｊ−ｉｃの値を格納する。（４）式においてｉ　
＝　ｊ　＝　ｉ　ｃとおけば、（７）式となる。

ｉ　ｃ＝（３ｔ＋Ｃ）／　２　（７１ この（７）式の値がメモリ３３のアドレス１（１＝０゜
１．２．・・・Ｌｍａｘ）に格納される。Ｌ＋ｍａｘは
入カバターン及び標準パターンの予想される最大フレー
ム数の２／３程度であれは十分である。ｍカウンタ３２
は（４）式においてｔを一定としたときに、ｊの増加方
向に対して値をｍ＝Ｑ、ｌ、２．・１−　と増加させる
カウンタでありＮ　（１−ｉｅ）メモリ３４、（ｋ−１
）メモリ３５のアドレスを発生する。

（ｉ−ｉｃ）メモリ３４には、入力バタンアドレスに関
して１−ｉｃを格納する。以下にｉ　−ｉ　ｃの値につ
いて説明する。ＤＰマツチング言］真は（５）式のＩｊ
−ｉｔ≦にの範囲で行われるが、−に≦に≦Ｋを満たす
整数をｌｃ　＝　ｊ　−ｉとすれば、ＤＰマツチングを
行う格子点の座標（ｉ、ｊ）は（８）式の方程式を解く
ことにより（９）式のようにまる。

（９）式のｉ＋Ｊはそれぞれ整数値をとる必要がある。

いまＣが偶数の場合を考えると、 ｔが偶数のときにはｋは偶数 ｔが奇数のときにはｋは奇数 であることが必要である。（５）式でＫが偶数の場合を
考えると、 ｔが偶数のときにはに＝−に、−に＋２、−−−．０、
　・　・　・　、に−２，Ｋ　のに＋１　１固、ｔが奇
数のときにはに＝−に＋１　、−に＋３　、・・・・・
、に−３，に−１のに個、 の格子点上でＤＰマツチング計算が行われる。（７）式
と（９）式との差をとれば、 となり、（ｉ　ｉｃ）メモリ３４には−に／２が格納さ
れる。ｍカウンタ３２の値ｍとＫを用いて（１ｏ）式を
書きなおすと、（”ｃ）ｍは（１１）式で表わされる。

即ち、ｔの偶・奇に対応して（ｉ　ｉｃ）ｍは２組用意
することが必要である。（ｉ−ｉｃ）ｍの飢み出しは、
ｔカウンタの内容にょ９２組のうちから選択すればよい
。

（ｋ−１）メモリ３５は距離累積値レジスタ２７ノアド
レスに−１を格納したメモリである。ｍカウンタ３２の
値ｍ及びＫを用いれば、（Ｋ−１）ｍは、 は奇数）（１２） と表わされる。

ｉｃメモリ３３のアドレスｔの出方（Ｉ　Ｃ）　ｌ　１
＝−よひ（ｉ−ｉｃ）メモリ３４のアドレスｍの出力（
ｉ　−ｉｃ）ｍは加算器３７の入力となる。加詐器３７
がらは入力バタンアドレス１＝（ｉｃ）ｚ＋（ｉ−ｉｃ
）ｍが出力される。またこれら出方（ｉｃ）を及び（ｉ
−ｉｃ）ｙｙ。

は減算器３８の入力となる。（１ｏ）式よりｉ−ｉｃ＝
−（ｊ−ｉｃ）であるから、減算器３８からは標準バタ
ンアドレスｊ−（ｉ　ｃ　）ｚ＋（ｊ−１ｃ　）ｍが出
力される。

（ｋ−１）メモリ３５のアドレスｍの出力（ｋ−１）ｍ
はにカウンタ３６の入力となる。ｋカウンタ３６はアッ
プダウンカウンタの機能を持ち、距離累積１１ｉ　＋／
レジスタ　７（７）７　）’レスに−１，に＋１及びに
ヲｌ［次出力する。

次にこの装置がＤＰマツチング計算を行う場合の各処理
部の動作について説明する。第６図はあるｔに対してｍ
カウンタ３２の値が１増加し、ＤＰマツチング計算が行
われる様子を時系列で示したものであり、左端の番号は
第４図、第５図における同一番号の部分の出力であるこ
とを示す。以下、第６図を参照しながら各部の動作を説
明する。

ｔカウンタ３１からはｔが出力され、ｉｃメモリ３３の
アドレスｔからは（ｉＣ）ｔが加算器３７と減算器３８
とに出力される。ｍカウンタ３２からはｍが出力され、
（ｉ−ｉｃ）メモリ３４のアドレスｍからは（ｉ−ｉｃ
）ｍが加算器３７、減算器３８へ出力される。加Ｂ益３
７からはｉが出力され、これは第４図の入力バタンレジ
スタ１１のアドレスとなる。減算器３８からはｊが出力
され、これは標準バタンレジスタ１２のアドレスとなる
。入力バタンレジスタ１１より出力される入カッく夕／
ベク）ルｃｉ及び標準バタンレジスタ１２より出力入力
される。距離計寞部１４ではＣｉとＣｊとの距離ｄ（ｘ
＋ｊ）が計算され、これは加算部２５へ入力される。

ｋカウンタ３６からは、（ｋ−１）ｍが出力され、これ
は距離累積値レジスタ２７のアドレスとなる。

距離累積値レジスタ２７のアドレス（ｋ−１）ｍからは
（１−１）段で計算された距離累積値Ｇ（ｋ　−１）が
最小値選択部２６に出力される。次ににカウンタ３６は
その内容を２だけ増加させ、（ｋ十ｌ）ｍを出力する。

距離累積値レジスタ２７のアドレス（ｋ＋１　）ｍから
は（ｔ−ｉ）段でｉｉｎされたＧ（ｋ＋１）が出力され
、最小値選択部２６に入力される。

最小値選択部２６ではこれらＧ（ｋ−１）とＧ　（ｋ−
Ｈ）とのうちの最小値ｍｉｎ　（Ｇ（ｋ−１）　、　Ｇ
（ｋ＋１　）　）を選択し、その結果を加算部２５に出
力する。以上の最小値選択処理は前記の距離計算と時間
的に並行して行われる。ｋカウンタ３６はこの後、その
内容を１だけ減少させ、アドレスｋｍを出力する。加算
部２５はｄ（ｉ、ｊ）とｍｉｎ　（Ｇ（ｋ−１）、Ｇ（
ｋ＋１月との和Ｇ　ｆｋｌを距離累積値レジスタ２７に
出力する。

このときにカウンタ３６がアドレスｋｍを出力しておシ
、Ｇｆｋ＋はたソちに距離累積値レジスタ２７に格納さ
れる。

以上でｔカウンタ３１の内容ｔとｍカウンタ３２の内容
量とで指定される格子点（ｉ、ｊ）におけるＤＰマツチ
ング計算が終了する。こ＼でｍカウンタ３２の内容を１
増加させることによシ、ｔとｍ＋１で指定される格子点
（ｉ、ｊ）において上記と同様のＤＰマツチング計算を
繰シ返す。

ｍカウンタ３２の内容かに＋１（ｔが偶数のとき）、も
しくはＫ（ｔが奇数のとき）となったときにはＬ段目に
おけるＤＰマツチング計算を終了し、ｔカウンタ３１の
内容を１増加させてｔ＋１段目におけるＤＰマツチング
計算を行う。

制御部１８はこの装置がＤＰマツチング計算を行なうた
めに必要となる各部の動作タイミングを制御するための
制御信号を発生する機能をもち、例えば制御信号はメモ
リに記憶させておくことができる。

く効　果〉 以上説明したように、この発明の装置が行うＤＰマツチ
ング計算（６）式は１回の加算と１回の最小値選択処理
で終了し、従来のＤＰマツチング計初−に比較して演算
量が１／６に減少するため、前記の第４図に示した最小
値選択部２６と加算部２５はそれぞれ布線論理によシ実
現することが容易で、その結果、回路構成及び制御がｆ
ＩＩｊ単になシ、計初４のオーバーヘッドも短縮できる
。また（６）式でＧ　ｆｋｌを計算するために必要なの
は、前段で計算されだＧ（ｋ−１）及びＧ（ｋ＋１）た
けでよいため距離累積値レジスタ２７の容量はＤＰマツ
チング窓幅分だけあれば十分であシ、従来の装置〜、で
必要なレジスタ容量の１／３だけですむ。

八−カバタンレジスタ１１、標準バタンレジスタ１２及
び距離累積値レジスタ２７の各アドレス発生を行う手段
として、カウンタとメモリを用いているため、アドレス
計算が容易になり、したがってアドレス計算器として加
算器３７と減算器３８のみがあればよく、アドレス計算
部１３の回路規模を減少でき制御を簡単にすることがで
きる。

以上説明したようにこの発明はバタンマツチング装置の
小型化に廟効であるため、バタンマツチング処理を含む
音声認識システム等に応用することによってシステムの
小型、経済化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＤＰマツチングの手順を説明するだめの
図、第２図は従来のＤＰマツチングを行う装置の構成を
示すブロック図、第３図はこの発明の装置が行うＤＰマ
ツチングの手順を説明するだめの図、第４図はこの発明
によるＤＰマツチング装置の一例を示すブロック図、第
５図はこの発明におけるアドレス計算部１３の構成例を
示すブロック図、第６図はこの発明の装置の各部の動作
例を示すタイムチャートである。 １：ＤＰマツチングの傾斜制限、２：ＤＰマツチング窓
幅、ｚｘＨ入方バタンレジスタ、１２：標準バタンレジ
スタ、１３：レジスタアドレス計算部、１４：距離計算
部、１５：距離累積値計算部、１６：汎用レジスタ、１
７：ワークレジスタ、１８二制御部、２５：加算部、２
６：最小値選択部、２７：距離累積値レジスタ、３１：
ｔカウンタ、３２：ｍカウンタ、３３：ｉｃメモリ、３
４：（＋　１（りメモリ、３５：（ｋ−１）メモリ、３
６：にカウンタ、３７：加算器、３８二減算器。 特許出願人　日本電侶電話公社 代理人草野　卓 第　１　図 第　２　図 第　３　図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力バタンの特徴ベクトルの系列Ｃ＝ｌＣ１１Ｃ
   ２、・・・ＩＣ１＋・・・＋　ＣＩを記憶する入力バタ
   ンレジスタと、標準バタンの特徴ベクトルの系列Ｃ−Ｃ
   Ｃ・・・・、Ｃ０，・・・、Ｃ５を記憶する１’　４７
   　Ｊ 標準バタンレジスタと、上記系列Ｃの第１番目の要素Ｃ
   １と上記系列Ｃ”（７）第ｊ番目の要素Ｃ′ｊとの距離
   ｄ（ＩＩＪ）をめる距離計算部と、動的計画法を用いた
   非線形マツチングにおける繰り返し逐次計算、 Ｇ（ｒ　＋　ｊ）＝ｍｉｎ［Ｑ（ｉ−ｚ＋ｊ−Ｊ、）＋
   ｃ（ｉ−１＋ｊ−ｚ））＋ｄ（ｉ、ｊ） を行うだめの最小値選択部及び加算部と、上記の式によ
   シ計算された距離累積値Ｇ　（ｉｌ　ｊ）を必要な個数
   だけ保持する距離系ａｔｉ＝レジスタと、上記の式を、 ｉｌｊ−３ｔ＋Ｃ（Ｃは正定数） を満たす格子点の座標（ｉ、ｊ）上のみで、ｔ＝０．１
   ，２．・・・の順序で逐次計算するために必要となるバ
   タンのアドレスｉ＋　ｊＮ及び距離累積値レジスタのア
   ドレスを発生するアドレス割算部とを備え、 そのアドレス計算部はｔ＝ｏ　、　１　、２　、・・・
   ・の順序で値を出力するｔカウンタと、ｔが一定の値の
   ときにｊの増加方向に対応して値ｍγｍ＝０．１，２．
   ・・・の順序で増加させて出力するｍカウンタと、アド
   レスｔに関数、 １ｃ＝（３ｔ＋Ｃ）／２ の値を記憶するｌｃメモリと、アドレスｍに１の値が偶
   数のときと奇数のときとに対応してそれぞれ２通りの（
   ｉ−ｉｃ）の値及び（ｊ　ｉｃ）の値を記憶する（ｉ−
   ｉｃ）メモリと、アドレスｍに上記距離累積値レジスタ
   のアドレスを記憶する（ｋ−１）メモリと、上記ｔメそ
   り及び（ｉ−ｉｃ）メモリの各出力ｉｃと（ｉ−ｉｃ）
   との和にょシ上記アドレスｉを出力する加算部と、上記
   ｔメモリ及び（ｉ−ｉｃ）メモリの各出力ｉ　ｃ、と（
   ｊ−ｉｃ）との和によシ上記ｊを出力する加算部と、上
   記（ｋ−１）メモリの出力である距離累積１直レジスタ
   のアドレスを順次増加及び減少させて出力するにカウン
   タとよりなるバタンマツチング装置。