JPS63131197A

JPS63131197A - パターン比較方法

Info

Publication number: JPS63131197A
Application number: JP61278053A
Authority: JP
Inventors: 潤一郎藤本; 安田　晴剛
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1986-11-21
Filing date: 1986-11-21
Publication date: 1988-06-03
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: JP2768938B2

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】技術分野本発明は、パターン比較方式、より詳細には、パターン
認識におけるパターン照合に関する。

従来技術パターン認識方式の中で最も一般的なものはパターンマ
ツチングを利用する方式である。この方式はあらかじめ
登録された標準パターンと入力された未知入力間の類似
性を求め、未知入力が登録された中のどのパターンに最
も近いかを判定するものである。この方式を現実に適用
する際には周囲のノイズが対象としているパターンの中
に混入してくる問題がある。例えば、音声誤認を考える
なら認識中に周囲で突発的な雑音が発せられた場合、或
いは、発声時の口唇の開閉音が音声について入ってしま
ったような場合、パターン照合部では雑音がついたまま
の状態で標準パターンと比較するため正しい類似性が求
められないことになる。

又、雑音に対して過敏であると上述のような雑音添加が
起こり易いが、雑音に対する感度を下げると雑音を抽出
しなくはなるが、その反面、音声の一部が欠落するよう
な事態をひき起こすことが多くなる。例えば、ストップ
（５ｔｏｐ　）のような語尾が子音単独で発声されやす
い単語の場合、最後の／　ｐ　／が抽出できずに欠落す
ることがある。

第９図は、上述のごときストップを照合する場合の一例
を説明するための図で、（ａ）が標準パターン、　（ｂ
）が入力されたパターンであるとする。標準パターン（
ａ）は正確に単語全体のパターンを有しているが、パタ
ーン（ｂ）は／　ｐ　／が欠落しており、パターンの終
端はパターン（ａ）の／ｐ／がパターン（ｂ）の１０／
と対応づけて照合される。このため、両者の類似性が小
さくなり誤認識を引き起こすことになってしまう。この
ような誤対応は端点フリーの動的計画法を利用すること
で防ぐこともできるが、冒頭、末尾のパターンが欠落す
ることや、雑音が添加することがあり１本来、計算量が
多い方法が更に演算量を増してしまうという欠点がある
。

上述のごとき欠点を解決するために、本出願人は、先に
、演算量が少なく、かつ、欠損したパターン２雑音が添
加したパターンを使用しながら正しいパターン比較を行
うことのできるパターン比較方式について提案した。

第１０図は、本出願人が先に提案したパターン比較方式
の一例を説明するためのブロック線図で。

図中、１は音声入力部、２はパワー測定部、３は特徴量
変換部、４は無音位置計測部、５は無音位置（末尾）判
定部、６はマーク付加部、７は辞書。

８はマーク判定部、９はパターン削除部、１０はパター
ン照合部で、まず、音声が入力されて特徴量に変換され
る過程で、音声のパワーを測定する。

音声の入力部はマイクロフォンで実行できるし、パワー
測定は音声帯域だけのバンドパスフィルタの出力を検波
することによって実現できる。特徴量の検出方法は多種
知られているがバンドパスフィルタ群により簡単に抽出
できるパワースペクトラムなどいずれでも良い。測定さ
れたパワーの大きさから無音区間が音声のどこに位置し
ているかを計測する。例えば、この無音の位置が音声末
尾から１０Ｏｎ＋ｓ以内にあるかどうかによって特徴量
変換されたパターン（特徴パターン）にマークを付加す
る。一方、辞書の中にあるパターンをとり出し先の特徴
パターンと同じマークが付いているかどうかをチェック
し、マークが同じ場合には通常通りパターン照合部へ入
って行く。辞書のパターンの作成法はここでは特に説明
しないが同様のやり方で辞書パターンの末尾に無音があ
るかどうかによってあらかじめマークをつけておく。辞
書のマークと入力のマークが異なっている場合は無音を
持つ方の無音以後パターン末尾までを削除し、冒頭から
無音までのパターンを用いて照合する。

例えば、第１１図に示すごとく、辞書中のパターン（ａ
）が正常で入カバターンであるパターン（ｂ）の末尾が
欠落している場合を考えると、この場合、パターン（ａ
）は末尾に無音があるというマークを持ち、パターン（
ｂ）は無音がないというマークになる。そこで辞書パタ
ーンであるパターン（ａ）の末尾の／ｐ／を削除した状
態のパターン（Ｃ）を作り、パターン（ｂ）と（０）を
対応づけして照合する。なお１以上には、音声末尾の欠
落について述べたが、末尾に限定されるものではなく、
冒頭について同様の事を行なうことも出来る。

第１２図は、音声の冒頭に欠落がある場合のパターン比
較の例を示す図で、図中、１１は無音位置（冒頭）判定
部で、その他、第１０図に示した例と同様の作用をする
部分には第１０図の場合と同一の参照番号が付しである
。而して、この場合は、冒頭Ｌｏｏｍｓ以内に無音があ
るがどうかにょって第１０図に示した例と同様に冒頭の
部分を削除した後、照合することになる。この場合は辞
書のパターンは正常で完全なものと考え、入力された音
声の先頭に口唇開閉によるノイズ或いは突発的に発生し
たノイズが付加されたものとなる。

第１３図は、その場合の一例を説明するための図で、例
えば、「移動」／ｉｄｏ／と発声した時、パターン（ａ
）のごとく冒頭にノイズｎがついてしまったような場合
、このノイズの後に無音区間が生じるので、無音位置計
測部４及び無音位置（冒頭）判定部１１によってこの無
音区間が冒頭Ｌｏｏｍｓ以内に生じていることを確認し
、無音区間有のマークを付加する。一方、辞書パターン
（ｂ）は無音がないことからパターン（ａ）の無音区間
より先頭に近い部分がパターン削除部９によって削除さ
れ、削除された後パターン照合部１ｏで照合される。照
合の手段は限定されるものではないがパターン長を線形
伸縮するような計算量の少ないものが望ましいにの場合
、言うまでもなくパターン（ａ）の時間長は冒頭の無音
以後に変更しておく。又、無音区間の計測部４は音声が
入力されない状態で環境ノイズを記録しておき、音声が
入力された際にその音声のレベルがノイズと同等とみな
せる時、ここを無音区間として無音区間信号を出せば良
く、位置判定部１１では音声区間の立上り、立下りを示
す信号ラインの信号と比較して位置を計測すれば良い。

上記パターン比較方式は音声の冒頭につきやすい口唇開
閉の音はパルス状で幅が短かく音声が発声されるまでに
無音が発生すること、又、音声末尾の落ちやすい音は子
音が単独に発声されたものが多く、母音が一緒に発声さ
れた場合、母音が大きなエネルギーを持つことから欠落
することはないし、更に子音もその前の音に続いて発声
されたものは欠落しにくいが、単独つまり前の音と離れ
ている場合に欠落しやすく、従って、必ずその前に無音
区間を有していること等に注目してなされたものである
。しかし、上記パターン比較方式は、冒頭近傍のエネル
ギー極小を求めるために例えばＬｏｏｍｓのような閾値
を求めるため、１１０ｍ５に極小がある場合には極小な
しのマークが付けられてしまい、一方のパターンにおい
て９０ｍ５に極小がある場合にはこの極小がとり除かれ
て照合されてしまうため不正な照合をしてしまうという
欠点がある。

第１４図は、上記の場合の例を説明するための図で、パ
ターン（ａ）は末尾近傍にパワーの極小がないと判断さ
れ、パターン（ｂ）は極小ありと判断されるため、パタ
ーン（ｂ）の／ｐ／をとり除いてパターン（ａ）と照合
するということになってしまう。

目　　　　　的本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
特に、ノイズの添付、パターンの欠落を補って正しいパ
ターン照合を行うようにすることを目的としてなされた
ものである。

璽−一戒本発明は、上記目的を達成するために、２つのパターン
の比較に際し、パターンの始端又は終端近傍にエネルギ
ーの極小が存在するか否かを調べ、一方にのみ極小が存
在する場合には、極小を有するパターンの極小部から端
までをとり除いた後に比較するパターン比較方式におい
て、極小部が複数存在する場合は、第１のパターンの第
１の極小部から第２の極小部までの長さと、第２のパタ
ーン特許請求の範囲第（１）項の先頭から第１の極小部
までの長さ及び第１の極小部から第２の極小部までの長
さを比較し、後者とのパターン長差が小さい時に限り第
２のパターンの先頭から第１の極小部までを削除して照
合することを特徴としたものである。以下１本発明の実
施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明の一実施例を説明するためのフローチ
ャート、第２図は、第１図に示した実施例の実施に使用
する電気回路の一例を示すブロック線図で、図中、２０
はマイクロフォン等の音響電気変換器、２１は音声区間
切り出し部、２２はバンドパスフィルタ（Ｂ、Ｐ、Ｆ）
、２３はレジスタ、２４は音声パワー測定部、２５は比
較部、２６は閾値発生部、２７はタイムカウンタ、２８
は比較部、２９は無音区間カウンタ、３０はマーク比較
部、３１は切り換えスイッチ、３２は辞書。

３３．３４．３５は演算部、３６は比較部、３７は切り
換えスイッチ、３８はパターン削除部。

３９は照合部、４０は結果表示部で、この実施例は、２
つのパターンの比較に際し、パターンの始端又は終端近
傍にエネルギーの極小が存在するか否かを調べ、一方に
のみ極小が存在する場合には極小を有するパターンの極
小部から端までをとり除いた後に比較するパターン比較
方式において。

極小部が複数存在する場合、第１のパターンの第１の極
小部から第２の極小部までの長さと第２のパターンの先
頭から第１．の極小部までの長さ、及び第１の極小部か
ら第２の極小部までの長を比較し、後者とのパターン長
差が小さい時に限り第２のパターンの先頭から第１の極
ｔＪＸ部までを削除して照合するようにしたものである
。

第７図は、「三鷹」と発声した時の音声パターンの一例
を示すが、この場合、パターン（ａ）の第２の極小と第
３の極小間の長さｍ２と、パターン（ｂ）の先頭から第
１の極小と、第１の極小から第２の極小までの長さＴｌ
ｔｔｎｚを比較し、１ｎよ−ｍ２１＞Ｉ　ｎ２−ｍ２１
のときは冒頭近傍とみなせる１　００　ｍ　ｓ以内にあ
るべき極小部がｌ　ＯＯｍ　ｓ以後へ延びたものと判定
し、再考は正常パターンとしてそのまま照合されるが、
ｌｎ１−ｍ、ｌ＞＋　ｎ２−ｍ、ｌの場合はｎｌの前に
あるべき音が落ちていると判定し、パターン（ａ）の切
り落しをして照合する。

第１図及び第２図を参照しながら説明すると、マイクロ
フォン２０より入力された音声のパワーを音声パワー測
定部２４で測定して無音位置を計測し、無音位置が例え
ば口頭の１００ｍ５以内にあるかどうかによって異なる
マークをつける。あらかじめこのようにしてマークをつ
けて’７Ｑされている辞書パターンをとり出して入力さ
れたパターンと同じマークかどうか判定し、同じマーク
ならば切り換えスイッチ３１をａ側にして通常通りパタ
ーン照合に入る。一方、マークが異なる場合は、切り換
えスイッチ３１を図示のようにｂ側にして前述のごとき
計算をする。例えば、第７図に示したように、辞書のパ
ターン（例えば（ａ）のパターン）と入力されたパター
ン（例えば（ｂ）のパターン）とが異なる場合には、こ
の場合演算部３３゜３４．３５によって、ｎ工＋ｎｚと
ｍ２を求め１ｎニ−ｍｚｌ＋Ｉｎ□−ｍ２１の大小関係
に従い、パターンの削除部へ入るかどうかを判定する。

なお、以上には音声冒頭について説明したが、第８図に
示すように、音声の末尾に雑音が付加されていたり、音
声が欠落しているような場合、これら雑音の付加、音声
の欠落を判定をするには次のようにすればよい。第１の
パターンにはｍ個の極小部が存在し、第２のパターンに
はｎ個の極小部が存在する場合、第１のパターンのｍ−
１番目の極小がらｍ番目の極小までの長さと第２のパタ
ーンのｎ番目の極ｔＪｚからパターン終端までの長さを
比較し、後者とのパターン長差が小さい時に限り、第２
のパターンの第ｎ番目の極小から終端までを削除してか
ら照合するようにすればよい。第８図に示した例ではど
ちらも無音区間が２個あるが、無音区間の位置が音声終
端から１００　ｍ　ｓ以内にあるパターン（ｂ）と、１
００ｍ５以内にないパターン（ａ）では付加されるマー
クが異なり、そのため通常ではパターン（ｂ）の／　ｐ
　／の音が削除されてしまう。そこでパターン（ａ）の
音声終端の一つ前の無音区間に狭まれた部分の長さｍ２
と、パターン（ｂ）のｎ２１ｎｆｆの差を比べｌｎ２−
ｍ２１　＞　Ｉ　ｎ−−ｍ２１のときのみパターン（ｂ
）の／　ｐ　／を削除する部分へ入る。

第３図は、上述のごとき無音区間の位置が音声終端から
１００　ｍ　ｓ以内にあるパターンとないパターンとを
照合する場合の実施例に説明するためのフローチャート
、第４図は、その電気的ブロック線図で、第１図及び第
２図に示した実施例と異なる部分のみ接尾辞ａを付して
示しである。すなわち、この実施例においては、演算部
３３ａによって前記ｎ　２１　ｎ　３４　ｍｚを求め、
演算部３５ａによってｌｎ、−ｍ、ｌを求めるようにし
ている。しかし、音声等の場合、全体の長さが伸縮する
ので、パターンの絶対長のみでは誤った判定をしてしま
うことがある。そこで第１図乃至ｆｆ１４［Ｊに示した
実施例において、ｍ２．ｎｌ、ｎ、、ｎ３の代りに音声
長で正規化した値、すなわち全体長をＭ、　Ｎとしたと
き、ｍ　、　／　Ｍ　、　ｎ　、　／　Ｎ　、　ｎ　、
　／　Ｎ　、　ｎ　、　／Ｍを用いて同じ判断をするこ
とができる。

第５図及び第６図は、上記正規化した値で照合するよう
にした場合の実施例を示すフローチャート及び電気的ブ
ロック線図で、第１図及至第４図に示した実施例と異な
る部分のみ接尾辞すを付して示しである。すなわち、こ
の実施例においては、演算部３３ｂにおいて、前記ｎ１
．　ｍ２．　ｎｚ、　ｍ３る。

効　　　果以上の説明から明らかなように、本発明によると、誤っ
たパターン削除が行なわれなくなり高精度のパターン照
合が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を説明するためのフローチ
ャート、第２図は、第１図に示した実施例の実施に使用
する電気回路のブロック線図、第３図は、本発明の他の
実施例を説明するためのフローチャート、第４図は、第
３図の実施例の電気的ブロック線図、第５図は、本発明
の他の実施例を説明するためのフローチャート、第６図
は、第５図の実施例の電気的ブロック線図、第７図及び
第８図は、それぞれ本発明が適用されるパターンの例を
示す図、第９図は、本発明の技術背景を説明するための
パターン図、第１０図は、本出願人が先に提案したパタ
ーン比較方式の一例を説明するためのブロック線図、第
１１図は、第１０図の動作説明するためのパターン照合
図、第１２図は、他の例を説明するためのブロック線図
、第１３図は、第１２図に示した例の動作説明するため
のパターン照合図、第１４図は、従来技術の問題点を説
明するためのパターン照合図である。２０・・・マイクロフォン、２１・・・音声区間切り出
し部、２２・・・バンドパスフィルタ（Ｂ、Ｐ、Ｆ）。２３・・・レジスタ、２４・・・音声パワー測定部、２
５・・・比較部、２６・・・閾値発生部、２７・・・タ
イムカウンタ、２８・・・比較部、２９・・・無音区間
カウンタ。３０・・・マーク比較部、３１・・・切り換えスイッチ
、−３２・・・辞書、３３．３３ａ、３３ｂ、３４，３
４ｂ　、　３５　、３５　ａ　、　３５　ｂ　＝−演算
部、３６−・・比較部、３７・・・切り換えスイッチ、
３８・・・パターン削除部、３９・・・照合部、４０・
・・結果表示部。ｉ／　　図 σｂ茗　２　図第　３　図第４図Ｍ　５　図第６図第　７１第　８　図第９図第１０図第１１図第１２図冨１３図第１４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、２つのパターンの比較に際し、パターンの始端
又は終端近傍にエネルギーの極小が存在するか否かを調
べ、一方にのみ極小が存在する場合には、極小を有する
パターンの極小部から端までをとり除いた後に、比較す
るパターン比較方式において、極小部が複数存在する場
合は、第１のパターンの第１の極小部から第２の極小部
までの長さと、第２のパターンの先頭から第１の極小部
までの長さ及び第１の極小部から第２の極小部までの長
さを比較し、後者とのパターン長差が小さい時に限り第
２のパターンの先頭から第１の極小部までを削除して照
合することを特徴とするパターン比較方式。
（２）、第１のパターンにはｍ個の極小部が存在し、第
２のパターンにはｎ個の極小部が存在する場合、第１の
パターンのｍ−１番目の極小からｍ番目の極小までの長
さと第２のパターンのｎ番目の極小からパターン終端ま
での長さを比較し、後者とのパターン長差が小さい時に
限り、第２のパターンの第ｎ番目の極小から終端までを
削除してから照合することを特徴とする特許請求の範囲
第（１）項に記載のパターン比較方式。
（３）、パターン長の代りにパターン全体に対する注目
する極小部までの長さの比を用いて照合することを特徴
とする特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項に記載
のパターン比較方式。