JPS61292698A - パタン類似度計算装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は音声パタン等で代表される時系列パタンにつ
いて、２つのパタン間の類似度全算出するパタン類似度
計算装置に関するものである。

〔従来の技術〕

音声の特徴を表すためには、短時間ΔＴの間隔で音声を
区切り、各区切りの内の音声をスペクトル分析し、その
スペクトルを表すベクトルａｉ（ａｉはたとえば１２元
のベクトルである〕の時系列ａ１、ａ２　、・・・ａｉ
、・・・ａｌ　　を音声パタンＡとして表した。

この音声パタンＡと標準の音声パタンＢ（ｂ。

ｂ２．・・・ｂｊ、・・・ｂ、で表されるとする）との
類似度を計算して２つの音声パタンＡ、Ｂがたとえば同
一の単語を発音したものであるか否かを判定する場合が
ある。この判定において考慮すべき点は発声速度の変動
があることで、パタンＡもパタンＢも同一人が同一単語
を発声したときのパタンであるとし、共に同一の時間単
位ΔＴで区切ったとしても、一般には工〜Ｊである。ま
た、このような場合にａｌはｂ□に対応し、ａ□はす、
に対応することはわかるが、中間のｂ・かどのａｉに対
応するかコ にわからない。また、一般にはａｉとす、との対応は非
線形である。

パタンＡとパタンＢとの類似度は両パタンの平均距離に
負の符号を付した数値で表し〜すなわち・平均距離が小
さいほど類似度が大きいとする。

第３図はパタンＡの各ベクトルのサフィックスの数字ｆ
ｘ細軸上とり、パタンＢの各ベクトルのサフィックスの
数字をｙ軸上にとったｘｙ直角座標に関連して始点位置
（ｉ＝１　、　ｊ＝１　）から終点位置（ｉ＝Ｉ　、ｊ
＝Ｊ）に到るまでのパタンＡとパタンＢの累計距離計算
法を示す説明図であって、始点位置から終点位置に到る
経路は多数存在し、経路によって累計距離も異なるが、
このうちで累計距離の最小な経路を選んだ場合の累計距
離を類似度計算に用いる。

すなわち、入力音声パタン（パタンＡとする）と標準音
声パタン（パタンＢとする）間の最大一致を求めること
によって発声速度の変動によって起るパタン間の時間軸
の影響を除去するのである。

換言すれば、パタンＡの時間軸をパタンＢの時間軸に対
して正規化した上で類似度を算出するので、従来はＤ　
Ｐ　（ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｒｏｇｒａｒｎｍｉｎｇ　）
マツチング法が用いられていた。

以下、従来のＤＰマツチング法によるパタン類似度計算
装置の動作を第３図について説明する。

パタンＡ、Ｂをそれぞれ Ａ　＝ａ１　＋　ａ２　ｍ　−＃　ａｌ　ｓ　・＝　ｅ
　ａｌ　＝　（１１Ｂ＝ｂ　　、ｂ　　、・・・、ｂ、
、・・・、ｂ（２１１２コＪ とする。特徴ベクトルｂ、に対応する特徴ペクトコ ルａ、の対応づけを１＝ｉ（ｊ）で示すとき、パタンＡ
とＢのパタン間類似度Ｓ（Ａ、Ｂ）を但しｌ１ａｉ−ｂ
ｊＩｆはベクトルａ・とベクトルｂｊ間の距離、以下ｄ
（ｉ、ｊ）で表すことにする。また、位１ｉ（１、１）
から位置（ｉ、ｊ）に到るまでの累積距離をｇ（ｉ、ｊ
）で表せば、ｇ（ｉ、ｊ）の初期値として ｇ（１，ｚ）＝　　ｄ（ｘ、１）　　　・・・（４）を
得る。更にｇ（ｉ、Ｄの漸化式としてはき得る。同一の
ｊの値に対し、と９得るｉの値の範囲を ｊ（＜ｉ＜ｊ＋ｒ　　　　　　　・・・（６）の条件に
よって制約する。但しｉ≧１の制約があることは申すま
でもない。

式（５）を順次計算してｇ　（Ｉ、Ｊ）を算出すれば、
これが式（３）の この場合式（６）の関係を整合窓（ｎｏｒｍａｌｉｚｉ
ｎｇｗｉｎｄｏｗ　、　　以下ＮＷと略記する）と称し
、第３図に示すとおりになる。ＮＷの長さをＩＮＷＩｔ
とすれば式］６）からｌ　ＮＷ　Ｉｚ　＝２７″＋１　
・・・（７）　　を得る。また式（６）においてｊ＝Ｊ
、ｉ＝工とすればＪ−ｒ　＜　Ｉ　りＪ十ｒであるから
Ｉ＜Ｊ−ｒ・・・（８）　　又はＩ＞Ｊ　＋ｒ・・・（
９）である場合は、パタンＡとパタンＢとの類似度は計
算されない。すなわち、この２つのパタンでは時間長の
差が大きすぎるため同じ音声を表すパタンではないと判
定されて、パタン認識されず棄却されるのである。換言
すれば、ＩＮＷＩｔ　　は同じ単語の発声時に２ける時
間長の変動を十分に許容する長さが必要であシ、許容す
る最大のパタン長の差を式（６）のγとして設定する必
要があった。

ｊが一定であるＮＷに含１れる（ｉ、Ｄの集合を第５段
とよぶ。第３図に示すようにＫｊ段の計算を行うために
は第（ｊ−１）段の累積距離’（ｔｔｊ−１）を第（ｊ
−１）段の■範囲にわたシ記憶しておぐＮＷワードのメ
モリ金必要とする。すなわち、このＮＷワードのメモリ
の最初の番地が第１番地であシ、最後の番地が第ＮＷ番
地である。また、式（５）の演算及び第３図かられかる
ように、式（５）の′　演算を済せて第５段の第ｎ番地
へデータを書込む場合には第（ｊ−１）段の第ｎ番地の
データは消去してもよいので、式（５）の演算をｊの値
を増加しながら順次進めてゆくときにはＮＷワードのメ
モリ１個だけで足りる。

しかし、ｊＮｗｌＬの増加は記憶回路の大きさおよび式
（５）の計算回数の増加にりながり装置規模を大きくす
る。

くなるという問題点があり、同時にｌ　ＮＷ　ｌｔが大
きい場合、時間軸の対応を広い範囲で許すため、一方の
パタンの時間的に短い区間が他方のパタンの時間的に長
い区間に誤って対応づけられるといった局所的に激しい
変動を許す場合が生ずることもあり、音声認識装置に用
いた場合、異なるカテゴリの音声を表すパタン間の類似
度が誤って高く算出され誤認識が起るという問題点があ
った。

一方ＩＮＷＩ　　を小さくするため　ｊ＝ｚｉ・−・（
１０）Ｉ を中心としてＮＷを設ける装置も考えられている。

第４図は第３図とは異なるＮＷｔ用いた累計距離計算法
を示す説明図で、式（１０）は（ｉ＝１　、　ｊ＝１　
）の点と、（ｉ＝Ｉ、　　ｊ＝Ｊ）の点を結ぶ対角線を
表しＪ、　　　　、　　　Ｊ。

−１−ｒ≦１≦−１＋ｒ・・・Ｌｌｌ Ｉ　　　　　　　　Ｉ によってｉに制約を与えるものであって、式（１１）の
γは式（６）のｒよりも十分小さくすることができるが
、式（１１）　Ｋよる制御が容易でなく、記憶回路の番
地と（ｉ、ｊ）の対応が複雑であり、また第４図に示す
ようにＩ、Ｊの値によっては１第ｊ段の（ｊ、ｉ）が記
憶回路のｎ番地、第（ｊ−ｚ）段の（ｊ−ｉｔｔ）　　
もｎ番地というような場合も生じ、式（５）の漸化式の
計算にＮＷワードのメモリが２組必要になるという問題
点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、パタン長の許容差を大きく保ちながらＮＷを
小さくすることができる類似度計算装置を提供すること
を目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明では（Ｉ−Ｊ）の値に従ってＮＷｋ決定するよ
うにした。

〔作用〕

（Ｉ−Ｊ）の値によってＮＷの中心位置全左右にずらし
、許容し得る工とＪの差が大きくても１藺１６を小さく
することができるようにした。

〔実施例〕

以下この発明の実施例を図面について説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図で、図に
おいて（１）は整合窓制御回路、＋２１　、　＋３１は
それぞれＩ、Ｊの値、（４）はＮＷの位置情報、（５）
は距離計算回路、＋６１　、　（７１はそれぞれパタン
Ａ、Ｂのベクトル、（８）は距離、（９）は漸化式計算
回路、（Ｎｏ）は加算回路％（１１）は比較回路、（１
２）は記憶回路、（１３）は累積距離、（１４）は加算
距離、（１５）は最小距離、（１６）は正規化回路、（
１７）はパタン類似度である。

第２図は第１図の装置における動作を示す説明図であっ
て、第３図に類似した表示法で表す。

以下、第２図を参照して第１図の装置の動作全説明する
。

整合窓制御回路（１）は工（２）とＪ（３）の値を入力
して定数γに対し、第５段のｉの範囲を Ｉ−Ｊ　　、　　　　　　Ｉ−Ｊ ｊ−ｒ十−−＜　１≦ｊ十γ十−２−・・・（１２）に
よって決定子る。但しｉ≧１である。式（１２）におけ
るｒの値は式（６）におけるｒの値に比し小さくするこ
とができる。また式（１２）からＩＮＷＩ　＝２ｒ＋１
・・・（１３）となる。

式（１２）の意味はＩ−Ｊ＝０のときは（ｉ＝１　、　
ｊ＝１　）の点から（ｉ＝Ｉ、ｊ＝Ｊ）の点に到る対角
線を中心とし左右にγ（但しｉ≧１の制約がある）の幅
をとってＮＶＪｋ決定しニーＪ＞Ｏの時はＮＷ’ｋ−Ｊ ｉ１＝１−ｒ＋□は一般に負になるが、仮にこれ全初期
値として ｉｊ＝　１Ｊ−１＋　１　　　　　　　　　　　（１４
）の演算により、第２図に示すｉｊ　　の値を決定する
ことができ、結局第ｊ段では ｉｊ＜：ｉ＜、ｉｊ＋２ｒ　　　　　（１５）の範囲内
のｉについて式（５）の演算を行えばよい。

但し式（１５）の範囲のｉであってもｉ≧１の制約条件
を満さないｉは無視すべきことは申すまでもない。

第１図の装置において整合窓制御回路（１）以外の部分
の動作は第３図に関して説明した従来の装置の動作と同
様であるのでその説明を省略する。

以上の説明から明らかなように、従来の装置では弐ｆ７
１　、　（８１、＋９１に示されるようにパタン長の許
容限度Ｒに対してＩＮＷＩ　＝２Ｒ＋１の整合窓の長さ
が必要であったのに対し、この発明の装置では１式％式
％ Ｊ−一十一≦Ｉ≦Ｊ十丁十−シー からＪ−Ｒ＋Ｉ＜２Ｉ＜Ｊ＋Ｒ＋Ｉ　、すなわちＪ−Ｒ
≦Ｉ＜Ｊ＋Ｒ・・・　（１６） を得、式（１６）が式＋８）　、　＋９１に対応するこ
とになるので、式（１３）の２γ＝Ｒでよいことがわか
る。

すなわちこの発明の装置により■の長さ全従来のものの
半分に減少できることがわかる。

なお、式（１２）　ｔｒｉ整合窓制御回路（１）の制御
の一実施例を示すもので、この発明全限定するものでは
ない。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明はよれば整合窓の長さを減少する
ことができ、必要とする計算回数及び記憶回路容量を減
少することができるはかシでなく、広すぎる整合窓によ
り、局所的に大きな変動を許し誤認識の原因となること
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は第１図の装置における動作を示す説明図、第３図はパ
タンＡのサフィックスの数字ｋｘ細軸上とり、パタンＢ
のベクトルのサフィックスの数字ｒｙ動軸上とったＸ’
ｌ直角座標に関連して始点位置（ｉ＝１．ｊ＝１）から
終点位置（ｉ＝Ｉ　、ｊ＝Ｊ）に到るまでのパタンＡと
パタンＢの累計距離計算法を示す説明図、第４図は第３
図と異なるＮＷを用いた累計距離計算法を示す説明図。 （１）は整合窓制御回路、（２）は工の値（３）はＪの
値、（４）はＮＷの位置情報、（５）は距離計算回路、
（６）はパタンＡのベクトル、（７）はパタンＢのベク
トル、（８）は距離、＋９１Ｕ漸化式計算回路。 尚、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ベクトルの系列ａ＿１、ａ＿２、・・・、ａ＿ｉ
   、・・・、ａ＿Ｉで表現されるパタンＡと、ベクトルの
   系列ｂ＿１、ｂ＿２、・・・、ｂ＿ｊ、・・・、ｂ＿Ｊ
   で現されるパタンＢの間の類似度を計算するパタン類似
   度計算装置において、 パタンＡの各ベクトルのサフィックスの数字をｘ軸上に
   とり、パタンＢの各ベクトルのサフィックスの数字をｙ
   軸上にとったｘｙ直角座標を考え、この座標上の（ｉ＝
   １、ｊ＝１）の始点から出発し（ｉ＝Ｉ、ｊ＝Ｊ）の終
   点に到る経路の各点におけるパタンＡとパタンＢとの距
   離を計算する距離計算回路、 この距離計算回路で計算した各点の距離を漸次入力し、
   上記始点から上記終点までの累積距離を最小にする経路
   を選択しながら、上記始点から上記終点までの最小累積
   距離を漸化式により算出する漸化式計算回路、 この漸化式計算回路における計算において上記ｘ軸上の
   ｉの範囲を上記ｙ軸上のｊの関数として与える整合窓、 上記終点の座標Ｉ、Ｊを入力し、上記整合窓によって与
   えられる関数の形をＩ、Ｊの値に対応して決定する整合
   窓制御回路を備えたことを特徴とするパタン類似度計算
   装置。
2. （２）整合窓制御回路は、所定の定数をｒとするとき ｊ−γ＋（Ｉ−Ｊ）／２≦ｉ≦ｊ＋γ＋（Ｉ−Ｊ）／２
   の式により一定のｊの値に対するｉの値の範囲を決定す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のパタン
   類似度計算装置。