JPS6293000A - 音声認識方法 - Google Patents

音声認識方法

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JPS6293000A
JPS6293000A JP60233643A JP23364385A JPS6293000A JP S6293000 A JPS6293000 A JP S6293000A JP 60233643 A JP60233643 A JP 60233643A JP 23364385 A JP23364385 A JP 23364385A JP S6293000 A JPS6293000 A JP S6293000A
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達也 木村
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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 本発明は音声認識方法に関するものである。
従来の技術 従来研究あるいは発表されている音声自動認識システム
の動作原理さしてはパクンマッチ:ノグ法が多く採用さ
れている。この方法は認識される必要がある全種類の単
語に対して標準パターンをあらかじめ記憶しておき、入
力される未知の入カバターンと比較することによって一
致の度合(以下類似度と呼ぶ)を計算し、最大一致が得
られる標準パターンと同一の単語であると判定するもの
である。このバタンマツチング法では認識されるべき全
ての単語に対して標準パターンを用意しなければならな
いため、発声者が変った場合には新しく標準パターンを
入力して記憶させる必要がある。
従って日本全国の都市名のように数百種類以上の単語を
認識対象とするような場合、全種類の単語を発声して登
録するには膨大な時間と労力を必要とし、また登録に要
するメモリー容量も膨大になることが予想される。さら
lこ入カバターンと標準パターンのバタンマツチングに
要する時間も単語数が多くなると長くなってしまう欠点
がある。
これに対して、入力音声を音素単位に分けて音素の組合
せとして認識しく以下音素認識と呼ぶ)音素単位で表記
された単語辞書との類似度を求める方法は単語辞書に要
するメモリー容量が大巾こと少なくて済みバタンマツチ
ングに要する時間が短くでき、辞書の内容変更も容易で
あるという特長を持っている。
この方法の例は、「不特定話者・多数語を対象とした音
声認識方法」二矢田他、日本音響学会音声研究会資料、
資料番号584−18(1984−6)に述べである。
この方法における単語音声認識システムの機能ブロック
図を第2図に示す。図において20は音声信号を量子化
する入力部、21は音素のスペクトルの特徴を得るため
のLPC分析を行うLPC分析部で、自己相関関数演算
部22とLPC係数算出部23とからなり、24はLP
Cケプストラム係数を求めるLPCケプストラム係数算
出部、25は未知人力パラメータと各種標準パターンさ
の類似度を求める類似度計算部、26は帯域パワーをフ
レーム毎に求める帯域フィルタ分析部、27は前記帯域
パワーを用いて始端フレームと終端フレームを見つける
音声区間検出部、28は帯域パワーの時系列情報からパ
ワーディップを抽出するパワーディップ抽出部、29は
類似度情報とパワーディップを用いて子音区間を求める
子音セグメンテーション部、30は母音、半母音、語頭
子音、語中子音を識別する音素識別部、31は識別され
た音素を統合して音素系列を作成する音素系列作成部、
32は前記音素系列と単語辞書とを比較し、最も類似度
の高い辞書中の単語名を認識する単語認識部である。
次にその動作について説明を行う。第2図において、入
力音声信号は入力部20において、卸変換されディジタ
ル信号に変換される。この、l変換された入力信号に対
して主に音素の判別を行うための分析(図中点線で囲ん
であるAの部分)と、主にセグメンテーションを行うた
めの分析(同、Bの部分)を行う。
先ず前者について説明する。LPC分析部21は自己相
関関数演算部22とLPC係数算出部23とからなり、
上記入力信号よりフレーム毎に所定の次数の自己相関関
数を自己相関関数算出部22により求め、この自己相関
関数より、LPC係数算出部33によって所定の次数の
LPC係数を求める。こうして得られたLPC係数より
LPCケプストラム係数算出部24によりLPCケプス
トラム係数を求める。このLPCケプストラム係数(未
知入力パラメータ)と各音素の標準パターン、有声、無
声性標準パターン、鼻音性標準パターンなどとの類似度
を類似度計算部25でフレーム毎に求めておく。
次に後者について説明する。入力音声信号を帯域フィル
タ分析部26において、低域(250〜600)(z)
および高域(1500〜4000H2)の帯域パワーを
フレームごとに求める。音声区間は音声区間検出部27
においてこれらの帯域パワーを主として用いて検出する
。またパワーディップ検出部28においては、低域、高
域パワーの時系列情報から各々のパワーディップ(推移
パターンが凹状になっている部分)を抽出する。このよ
うにして求めた類似度情報とパワーディ、プを用いて以
降の処理を行う。
子音区間は、子音セグメンテーション部29ににおいて
、低域パワー又は高域パワーが生じた区間、有声・無声
判定結果、鼻声性との類似度が大きい区間及び語頭にお
いてはスペク1−ル変化が激しい区間として求められる
音素の識別は子音セグメンテーションの後、音素識別部
30において、母音・半母音・語頭子音および語中子音
に分けて、音素標準パターンとの類似度によって各々の
音素基を決める。次に音素系列作成部31において、個
々に識別した母音、半母音、語頭子音及び語中子音を統
合して音素系列を作成し、言語的制約による修正規則や
無声化規則などを適用して最終的な音素系列を作成する
こうして得られた音素系列は単語認識部32において、
やはり音素記号で表記しである単語辞書の各項目とのマ
ツチングを行い、最も類似度の高い辞書中の単語名を認
識結果吉して出力する。
以上のようにして、一連の処理を完了する。
発明が解決しようとする問題点 以上述べたように従来の構成では帯域フィルタ分析部2
6において、LPC分析部21とは全く独立に、入力波
形より直接帯域パワーを算出している。
この構成では、各フレーム内の全てのサンプル点につい
て行う演算として、自己相関演算と、フィルタリングの
演算及びパワー算出の演算の3系統の演算が存在する。
これらに要する演算量はパワー算出を除いて概ね(lフ
レームの点数)×(必要な分析次数)のオーダーであり
、演算量としては決して少いものではなく、実時間処理
を行う/’%−ドウェア化を考えた場合装置規模の増大
を招くという問題点があった。
本発明は上記問題点を解決するもので、演算量の大幅な
削減をはかることを目的とするものである。
問題点を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するもので、自己相関関数をV
(1)(o<;<次数)とし、各帯域毎にあらかじめ用
意されている定数A(i)(OKIく次数)を用いて式 によって得られるパワーの次元を持つ値Pを算出し、こ
のPを近似的に帯域パワー値として利用して、語中の子
音区間のセグメンテーション及び分類を行うことにより
演算量の大幅な削減をはかるものである。
作    用 本発明はLPG分析の際得られる自己相関関数を、帯域
パワーの算出演算においても利用することにより、入力
波形を直接フィルタリングする演算過程を省略すること
ができるので、帯域パワー算出に要する演算量を大幅に
削減することが可能である。
実施例 以下に本発明の実施例について図面を用いて説明する。
第1図は本発明の一実施例における音声認識方法を具現
化する単語音声認識システムの機能ブロック図である。
図において、1は音声信号をサンプリングし量子化する
入力部、2は前記入力信号に対して音素のスペクトルの
特命を得るためのLPC分析を行うLPC分析部で、自
己相関関数演算部3とLPC係数算出部4とからなる。
5はLPCケプストラム係数を求めるLPCケプストラ
ム係数算出部、6は未知入力パラメータと各種標準パタ
ーンとの類似度を求める類似度計算部である。
7は帯域フィルタ分析部で、自己相関関数演算部3によ
り求められた自己相関関数を用いて、後述するパワーの
次元を持つ値Pを求めるもので、本実施例の特徴となる
部分である。8は始端フレームと終端フレームを見つけ
る音声区間検出部、9は前記Pの時間的変化によって生
じるディップて推移パターンが凹状になっている部分)
を検出するパワーディップ検出部、10は類似度計算部
6とパワーディップ検出部9の結果を用いて子音区間を
求める子音セグメンテーション部、11は音素識別部で
、母音識別部12、半母音識別部13、語頭子音識別部
14、語中子音識別部15により、母音、半母音、語頭
子音、語中子音を識別する。16は前記識別された音素
を統合して音素系列を作成する音素系列作成部、17は
前記音素系列と音素記号により表記された単語辞書とを
比較して単語名を認識する単語認識部である。
次にその動作を説明する。入力音声信号は入力部1にお
いて〜の変換されディジタル信号に変換される。この〜
の変換された信号はLPC分析部2の中の自己相関関数
演算部3により所定の次数までの自己相関関数を求める
。こうして得られた自己相関関数は、LPC分析分析中
2中PC係数算出部4及び帯域フィルタ分析部7に送ら
れる。この部分が、第2図に示した従来の構成例と異る
ところである。LPC係数算出部4では上記自己相関関
数を入力してLPC係数を求めLPCケプストラム係数
算出部5にこれを送る。LPCケプストラム係数算出部
5では音素識別のための特徴パラメータとしてLPCケ
プストラム係数を求める。このLPCケプストラム係数
(未知入力パラメータ)と各音素の標準パターン、有声
/無声性標準パターン、鼻音性標準パターンなどとの類
似度をフレーム毎に類似度計算部により求める。
一方帯域フィルタ分析部7では自己相関関数演算部3で
求められた自己相関関数(V(i)、[0<i<次数]
とする)を入力して、各帯域毎にあらかじめ用意されて
いる定数Afil(0<i<次数)を用いて P = 、X A(i) −V(i)        
     (1)!−〇 に従って、パワーの次元を持つ値Pを求める。ここでA
ri+は例えば、従来使用している帯域フィルタのイン
パルス応答波形)Qi) (0,< i<M、M :あ
る有限の値)より(2)式で与えられるような自己相関
演算によって希望する帯域毎に、所定の次数まで求めて
おく。
(1)式によって各帯域毎に求めたPは、音声区間検出
部8パワ一デイツプ検出部9に送られる。音声区間検出
部8ではこのPの値を用いて始端フレームと終端フレー
ムを見つける。またパワーディップ検出部9てはPの時
系列情報からパワーディップを抽出する。
次に類似度計算部6で求めた類似度情報とパワーディッ
プ検出部9で得られたディップとを用い、子音セグメン
テーション部IOではディップが生じた区間、有声/無
声判定結果、鼻音性との類似度が大きい区間、語頭にお
いてはスペクトル変化が激しい区間として子音区間を求
める。子音セグメンテーションの後、音素の織部は、母
音識別部12、半母音識別部13、語頭子音識別部14
、−語中子音識別部15により母音、半母音、子音に分
けて行い、音素標準パターンとの類似度により各々の音
素名を決める。個々に識別されたこれらの音素は音素系
列作成部16において統合され音素系列を作成し、さら
に言語的制約による修正規則や無声化規則などを適用し
て音素系列の修正を行う。
単語認識部17ではこのようにして作成された音素系列
と、音素記号で表記しである単語辞書の各項目とを比較
し、最も類似度の高い辞書中の単語名を認識結果上して
出力する。
本・実施例の場合、(+)式によって求められたPはウ
ィーナー・ヒンチこの定理により原信号を希望する特性
の帯域フィルタに入力したときの出力信号のパワー値(
帯域パワー)を近似するものになっている。
又Pの算出に要する演算量は(1)式から明らかなよう
に次数と同じ積和回数である。この次数は必ずしもLP
C分析次数と等しい必要はないが、LPC分析次数以下
に設定した場合、入力として用いる自己相関関数をLP
C係数算出部4(!:共用できるので、LPC分析次数
が10程度である事を考えるさ、Pの算出に要する演算
量も高々この程度ですむ事になる。又、Pの算出にLP
C分析次数(JLとする)を越える次数(Jpとする)
の自己相関関数を用いる場合、必要な積和回数には、1
フレーム長をh(一般に100〜200程度の値である
)とすると、K=、JP+(JP −Jt)(Ft、+
Jp)    ’  (3)であり、通常FL >>(
JL zJp )である事を考慮すると、 K ”、 (Jp −J+、 ) FL       
       f4)となる。
一方従来の入力波形の直接のフィルタリングによる方法
の積和回数KPは帯域フィルタとして、伝達関数の分母
多項式の次数をJd、分子項式の次数をJnのIIR,
フィルタを仮定すると沿−(Ja +J1. + 1 
)・Fy、        (5)となる。
(4)と(5)を比較すると(JP −JL ) < 
(Jd+JL)を満たしているようなJpの値を採用し
ている限り、K<Krとなり、演算量的には、本実施例
による方法の方が有利となる。一般にJd、、L、はそ
れぞれ5〜6程度の値をとっているから、JpはJ[、
より10程度まで多めにとって良い事になり、結果は、
子音大分類、セグメンテーションの性能との兼ね合いで
Jpを決定する事になる。実験によれば、JP:l:J
Lで十分な性能が得られている事を確認している。
従っ、で、従来の方法による一帯域当りの帯域パワー算
出に要する積和演算量Kyは例えば(5)式にJd =
 JL = 5、F!、=200という典形的な具体的
な数値を与えて計算すると、KF = 2200となり
、−力木実施例による方法では、高々10程度である事
を考えると、2桁の演算量の削減がなされている事が分
る。
発明の詳細 な説明した通り本発明によれば、LPC分析の際得られ
る自己相関関数を帯域パワーの算出演算においても利用
する事により、入力波形を直接フィルタリングする演算
過程を省略できるので、子音セグメンテーション、大分
類に利用する帯域パワー(ディツプ値)算出に要する演
算量の大幅な削減をはかる事ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における音声認識方法を具現
化する単語音声認識システムを示す機能ブロック図、第
2図は従来の単語音声認識システムを説明するための機
能ブロック図である。 3・・・自己相関関数演算部、4・・・LPG係数算出
部、5 、、、 LPCケプストラム係数算出部、6・
・類似度計算部、7・・・帯域フィルク分析部、訃・・
音声区間検出部、9・・パワーディップ検出部、10・
・・子音セグメンテーション部。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はか1名第1
図 第2図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)音声波形よりフレーム毎に求めた自己相関関数V
    (i)(0<i≦次数)より、式 P=Σ^次^数_i_=_0Ai・V(i)〔但しAi
    は所定の係数〕 に従って算出したパワーの次元をもつ値Pを求め、Pの
    時間的変化によって生じるディップの大きさ使用して、
    語中の子音区間のセグメンテーション及び分類を行うこ
    とを特徴とする音声認識方法。
  2. (2)Aiを複数組用意しておき、それぞれの組に対応
    したPを複数個求め、それらの時間的変化によって生じ
    るディップの大きさを使用して、語中の子音区間のセグ
    メンテーション及び分類を行うことを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の音声認識方法。
JP60233643A 1985-10-18 1985-10-18 音声認識方法 Expired - Lifetime JPH0646360B2 (ja)

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JPH0646360B2 JPH0646360B2 (ja) 1994-06-15

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009020459A (ja) * 2007-07-13 2009-01-29 Yamaha Corp 音声処理装置およびプログラム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009020459A (ja) * 2007-07-13 2009-01-29 Yamaha Corp 音声処理装置およびプログラム

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