KR100194765B1 - Speech recognition system using echo cancellation and method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반향 제거 기능을 이용한 음성 인식 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 적응 반향 제거부를 추가하여 안내음이 반향을 제거한 음성인식 시스템 및 그 방법을 제공하기 위하여, 음성을 합성하여 사용자에게 안내 음성을 제공하는 음성 합성 수단; 외부로부터 입력되는 신호에서 상기 음성 합성 수단의 안내 음성에 따른 반향을 제거하는 적응 반향 제거 수단; 상기 적응 반향 제거 수단의 출력을 입력받아 음성 입력이 시작되었는지를 검사하는 끝점 검출 수단; 상기 끝점 검출 수단으로부터 음성 입력 신호를 입력받아 상기 음성 합성 수단과 적응 반향 제거 수단의 동작을 정지시키는 제어수단; 및 상기 끝점 검출 수단으로부터 음성 입력 신호를 입력받아 상기 제어수단의 제어에 따라 음성을 인식하여 사용자에게 출력하는 음성 인식 수단을 포함하여 오인식을 상당히 줄일 수 있고, 빠른 처리가 가능하며, 사용자와의 대화 구성을 편리하게 할 수 있으며, 실시간으로 동작하는 시스템을 만들 수 있고, 음성 입력 신호의 왜곡도 줄일 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a speech recognition system using the echo canceling function and a method thereof, and to provide a speech recognition system and a method for removing an echo from a guide sound by adding an adaptive echo canceller, and synthesizing the speech to provide a guide speech to a user. Providing speech synthesis means; Adaptive echo canceling means for removing echoes according to the guided speech of the speech synthesizing means from a signal input from the outside; An end point detecting means for receiving an output of the adaptive echo canceling means and checking whether a voice input is started; Control means for receiving a voice input signal from said endpoint detection means and stopping the operation of said speech synthesis means and adaptive echo cancellation means; And a voice recognition means for receiving a voice input signal from the endpoint detecting means and recognizing the voice according to the control of the control means and outputting the voice to the user, thereby significantly reducing misperception, enabling fast processing, and dialogue with the user. The configuration can be made convenient, the system can be operated in real time, and the distortion of the voice input signal can be reduced.
Description
제1도는 일반적인 음성 인식 시스템의 구성도.1 is a block diagram of a general speech recognition system.
제2도는 음성 인식 시스템과 사용자간의 대화 흐름도.2 is a flow chart of a conversation between a voice recognition system and a user.
제3도는 음성 인식 시간의 타이밍도.3 is a timing diagram of speech recognition time.
제4도는 본 발명에 따른 음성 인식 시스템의 일실시예 구성도.4 is a configuration diagram of an embodiment of a speech recognition system according to the present invention.
제5도는 본 발명에 따른 음성 인식 시스템의 일실시예 흐름도.5 is a flowchart of an embodiment of a speech recognition system according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
11,22 : 끝점 검출부 12 : 특징 추출부11,22: end point detection section 12: feature extraction section
13 : 패턴 비교부 14 : 기준 패턴부13 pattern comparison section 14 reference pattern section
21 : 적응 반향 제거부 23 : 음성 인식부21: adaptive echo cancellation unit 23: speech recognition unit
24 : 제어부 25 : 음성 합성부24 control unit 25 speech synthesis unit
본 발명은 반향 제거 기능을 이용한 음성 인식 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a speech recognition system using echo cancellation and a method thereof.
일반적으로 음성 인식 시스템에서는 음성을 받아들이는 입력 시간에 제한을 둔다. 즉, 음성신호를 받아들이기 시작하는 시간과 끝내는 시간을 정하여 두고, 그 구간안에 입력된 음성 신호를 인식 대상으로 사용하는 방법이다. 이것보다 좀 더 발전된 방법으로 자동 끝점 검출부를 두는 방법이 있다. 이 방법은 묵음때의 신호 특성을 기준으로 하여 입력 신호중에서 음성 부분을 자동으로 검출하는 것이다. 그러나, 이 방법도 신호를 받아들이기 시작하는 시간은 미리 정하여 두어야 할 필요가 있다.In general, speech recognition systems place restrictions on the input time for accepting speech. In other words, the start time and the end time of receiving the voice signal are determined, and the voice signal input in the section is used as the recognition target. A more advanced method is to have an automatic endpoint detector. This method automatically detects the speech portion of the input signal based on the signal characteristics at the time of silence. However, this method also needs to set the time to start accepting the signal in advance.
제1도는 일반적인 음성 인식 시스템의 구성도로서, 11은 끝점 검출부, 12는 특징 추출부, 13은 패턴 비교부, 14는 기준 패턴부를 각각 나타낸다.1 is a block diagram of a general speech recognition system, where 11 is an endpoint detector, 12 is a feature extractor, 13 is a pattern comparator, and 14 is a reference pattern.
그 구성을 간단히 설명하면 다음과 같다.The configuration is briefly described as follows.
사용자의 음성이 입력되면, 먼저 끝점 검출부(11)에서 음성의 앞 뒤에 있는 묵음 구간을 제외한 음성 구간을 찾는다. 다음으로 특징 추출부(12)에서 앞에서 찾아진 음성구간의 음성 신호로부터 음성 특징을 추출해 낸다. 마지막으로, 패턴 비교부(13)에서는 생성된 음성 특징 데이터와 기준 패턴부(14)에 미리 가지고 있던 기준 패턴 데이터를 비교하여 가장 유사한 기준 패턴을 찾아서 그것을 인식 결과로 삼는다.When the user's voice is input, the endpoint detecting unit 11 first searches for a voice section excluding the silent section before and after the voice. Next, the feature extracting unit 12 extracts the voice feature from the voice signal found in the voice section. Finally, the pattern comparison section 13 compares the generated voice feature data with the reference pattern data previously included in the reference pattern section 14 to find the most similar reference pattern and makes it a recognition result.
제2도는 음성 인식 시스템과 사용자간의 대화 흐름도이다.2 is a flowchart of a conversation between a voice recognition system and a user.
먼저, 음성 인식 시스템에서 사용자에게 원하는 말을 할 것을 알려주는 안내음 등을 들려준다(21). 이 음성 인식 시스템의 안내음이 끝난 직후부터 음성 인식 시스템은 사용자로부터 신호 입력을 받아들이기 시작한다(22). 이때, 사용자가 원하는 말을 하면 음성 인식 시스템은 끝점 검출을 수행하여 음성 앞뒤의 묵음을 제거하고 인식하려고 하는 음성 신호 구간을 찾아내어(23), 그 부분을 대상으로 하여 음성 인식을 수행한다(24). 인식 결과가 구해지면, 이에 따라 사용자에게 적절한 안내 음성을 들려주게 된다(25). 이렇게 하여 사용자는 자신이 원하는 안내를 받을 수 있게 된다.First, in a voice recognition system, the user hears a guide sound or the like for informing the user of desired words (21). Immediately after the guidance sound of the speech recognition system ends, the speech recognition system starts accepting signal input from the user (22). At this time, when the user speaks a desired word, the speech recognition system performs end point detection to find the speech signal section to remove the silence before and after the speech (23), and performs speech recognition on the portion (24). ). When the recognition result is obtained, an appropriate guide voice is transmitted to the user accordingly (25). In this way, the user can receive the desired guidance.
그런데, 상기와 같이 음성 인식 시스템의 안내음이 끝난 이후부터 사용자의 음성 입력을 받아들이는 방식에서는 사용자가 항상 시스템의 안내음을 끝까지 듣고 나서 발성을 해야하므로 시간의 지연이 있는 불편함이 있었다.However, in the manner of accepting the user's voice input after the guide sound of the voice recognition system is finished as described above, the user always needs to listen to the guide sound of the system until the end, thereby causing inconvenience in delaying time.
또한, 사용자들이 음성 인식 시스템의 안내음이 끝난 후에 발성을 한다고 하여도, 실제로는 안내음이 끝나기 전에 발성이 시작되는 경우가 많다. 즉, 제3도의 (c)와 같이 발성을 해야 하는데, 제3도의 (d)와 같이 발성을 하여 음성의 앞부분이 입력되지 않는 문제점이 자주 발생한다.In addition, even if the user speaks after the guidance sound of the speech recognition system is finished, the speech is often started before the guidance sound ends. That is, the speech needs to be spoken as shown in FIG.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 입력 시작 시간을 앞당겨야 하는데, 이렇게 하면 음성 인식 시스템의 안내음이 되돌아 입력되는 문제점이 있었다. 따라서, 이러한 안내음의 반향을 제거하지 않으면, 시스템은 이것을 사용자의 음성 입력으로 생각하여 오동작을 일으키거나, 사용자의 음성과 반향이 섞여서 인식률을 크게 떨어드리게 되는 문제점이 있다.In order to solve the above problems, the input start time has to be advanced. In this case, the guide sound of the voice recognition system is returned. Therefore, if the echo of the guide sound is not removed, the system considers this as a user's voice input, causing a malfunction, or the user's voice and the echo are mixed, thereby greatly reducing the recognition rate.
상기 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 적응 반향 제거부(adaptive echo canceller)를 추가하여 안내음의 반향을 제거한 음성 인식 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있었다.An object of the present invention is to provide a speech recognition system and method for removing echoes of guide sounds by adding an adaptive echo canceller.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은, 음성을 합성하여 사용자에게 안내 음성을 제공하는 음성 합성 수단; 외부로부터 입력되는 신호에서 상기 음성 합성 수단의 안내 음성에 따른 반향을 제거하는 적응 반향 제거 수단; 상기 적응 반향 제거 수단의 출력을 입력받아 음성 입력이 시작되었는지를 검사하는 끝점 검출 수단; 상기 끝점 검출 수단으로부터 음성 입력 신호를 입력받아 상기 음성 합성 수단과 적응 반향 제거 수단의 동작을 정지시키는 제어수단; 및 상기 끝점 검출 수단으로부터 음성 입력 신호를 입력받아 상기 제어수단의 제어에 따라 음성을 인식하여 사용자에게 출력하는 음성 인식 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The system of the present invention for achieving the above object comprises: speech synthesis means for synthesizing speech to provide a guide speech to a user; Adaptive echo canceling means for removing echoes according to the guided speech of the speech synthesizing means from a signal input from the outside; An end point detecting means for receiving an output of the adaptive echo canceling means and checking whether a voice input is started; Control means for receiving a voice input signal from said endpoint detection means and stopping the operation of said speech synthesis means and adaptive echo cancellation means; And voice recognition means for receiving a voice input signal from the endpoint detecting means and recognizing the voice under the control of the control means and outputting the voice to the user.
또한, 본 발명의 방법은, 음성 인식 시스템에 적용되는 음성 인식 방법에 있어서, 사용자에게 안내 음성을 출력하고 외부로부터 신호를 입력받아 외부 입력 신호에 포함되어 있는 상기 안내 음성에 따른 반향 성분을 제거하는 제1단계; 상기 안내 음성에 따른 반향 성분이 제거된 신호로부터 사용자의 음성 입력이 시작되었는지를 검사하는 제2단계; 및 상기 제2단계의 검사 결과에 따라 상기 제1단계부터 반복 수행하거나 안내 음성 출력과 반향 성분 제거를 중지하고 사용자의 음성 입력을 인식하여 인식 결과를 사용자에게 출력하는 제3단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the method of the present invention, in the speech recognition method applied to the speech recognition system, outputs a guide voice to the user and receives a signal from the outside to remove the echo component according to the guide voice included in the external input signal First step; A second step of checking whether a voice input of a user is started from a signal from which an echo component according to the guide voice is removed; And a third step of repeatedly performing the first step according to the test result of the second step or stopping the removal of the guide voice output and the echo component and recognizing the user's voice input and outputting the recognition result to the user. It features.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment according to the present invention;
제4도는 본 발명에 따른 음성 인식 시스템의 일실시예 구성도로서, 21은 적응 반향 제거부, 22는 끝점 검출부, 23은 음성 인식부, 24는 제어부, 25는 음성 합성부를 각각 나타낸다.4 is a diagram illustrating an embodiment of a speech recognition system according to the present invention, in which 21 represents an adaptive echo canceller, 22 represents an endpoint detector, 23 represents a speech recognizer, 24 represents a controller, and 25 represents a speech synthesizer.
그 구체적인 구성을 살펴보면, 적응 반향 제거부(21)는 음성합성부(25)에서 사용자에게 출력되는 안내 음성과 사용자의 음성을 입력받아 사용자의 음성에 포함되어 있는 안내 음성에 따른 반향을 제거하여 끝점 검출부(22)로 출력한다. 즉 안내 음성을 사용자에게 들려주면서 이것을 적응 반향 제거부(21)에 기준 신호로 사용하여 음성 입력 신호에 섞여 있는 안내 음성의 반향 성분을 제게한다.Looking at the specific configuration, the adaptive echo cancellation unit 21 receives the guidance voice output to the user and the user's voice from the speech synthesis unit 25 to remove the echo according to the guidance voice included in the user's voice end point It outputs to the detection part 22. That is, the guide voice is heard to the user and used as the reference signal to the adaptive echo canceller 21 to provide the echo component of the guide voice mixed with the voice input signal.
좀 더 구체적으로 살펴보면, 안내 음성 신호를 r(t)라고 하고, 음성 입력 신호를 x(t)라고 하면, x(t)에는 사용자의 음성 s(t)와 r(t)의 반향 성분인 r'(t)가 섞여 있다. 따라서, x(t)에서 적응 필터(adaptive filter)의 출력인 y(t)를 뺀 적응 반향 제거부(21)의 출력 e(t)는 다음 수학식과 같이 표시할 수 있다.In more detail, when the guide voice signal is called r (t) and the voice input signal is called x (t), x (t) includes r, which is an echo component of the user's voice s (t) and r (t). '(t) is mixed. Therefore, the output e (t) of the adaptive echo canceller 21 obtained by subtracting y (t) which is the output of the adaptive filter from x (t) may be expressed as in the following equation.
여기에서, 적응 필터가 음성 합성부(25)의 출력 r(t)에 따라 r'(t)-y(t) 성분이 최소화되게 동작하여서, 적응 반향 제거부(21)의 출력 e(t)는 사용자의 입력 s(t)와 비슷하게 된다. 이렇게 하여 안내 음성의 반향이 제거된다.Here, the adaptive filter operates so that the r '(t) -y (t) components are minimized according to the output r (t) of the speech synthesis section 25, so that the output e (t) of the adaptive echo cancellation section 21 is performed. Will be similar to the user's input s (t). In this way, the echo of the guide voice is eliminated.
그런데, 적응 반향 제거부(21)는 상당한 계산량이 필요하며, 적응 반향 제거부(21)이 출력 e(t)가 사용자의 음성 입력 신호 s(t)와 완전히 같지는 않고 약간의 왜곡이 있는 문제점이 있다. 이것을 해결하기 위하여 끝점 검출부(22)를 적응 방향 제거부(21)와 연동시킨다. 즉, 적응 방향 제거부(21)의 출력 e(t)를 끝점 검출부(22)의 입력으로 받아들여서 음성 입력이 시작되었는지를 검사한다. 짧은 순간 순간마다 현재 음성이 시작되었는지를 판단하는데, 이것을 실시간으로 계속 수행하면 실제 음성이 시작되는 순간을 즉시 찾을 수 있다. 이렇게 음성 입력의 시각을 찾으면 끝점 검출부(22)는 음성 입력을 제어부(24)와 음성 인식부(23)로 출력한다.However, the adaptive echo canceller 21 requires a considerable amount of computation, and the adaptive echo canceller 21 has a problem that the output e (t) is not exactly the same as the voice input signal s (t) of the user and there is a slight distortion. have. In order to solve this problem, the end point detection section 22 is interlocked with the adaptive direction removal section 21. In other words, the output e (t) of the adaptive direction removal unit 21 is taken as an input of the end point detection unit 22 to check whether or not the voice input has started. Every few moments, it is determined whether the current voice has started. If you continue to do this in real time, you can immediately find the moment when the actual voice starts. When the time of the voice input is found in this way, the endpoint detector 22 outputs the voice input to the controller 24 and the voice recognition unit 23.
제어부(24)는 끝점 검출부(22)로부터 음성 입력 신호를 입력받으면 더 이상 안내 음성을 출력할 필요가 없으므로 음성을 합성하여 사용자에게 안내 음성을 제공하는 음성 합성부(25)의 동작을 정지시킨다. 또한, 이때부터는 안내 음성의 반향이 없어지므로 적응 반향 제거부(21)의 동작도 정지시키고, 음성 입력 신호 x(t)를 그대로 끝점 검출부(22)에서 사용한다. 또한, 음성 인식부(23)를 동작시켜 음성 입력을 인식하여 인식 결과를 사용자에게 출력하도록 한다. 이렇게 하면 전체 시스템의 계산량이 적절히 분배된다. 즉, 음성이 시작되기 전에는 음성 합성부(25), 적응 반향 제거부(21) 및 끝점 검출부(22)가 동작을 하며, 음성 입력이 시작된 후부터는 끝점 검출부(22)와 음성 인식부(23)가 동작을 하게 된다. 이렇게 계산량이 분배되면 실시간으로 동작하는 시스템을 만들기가 쉬워진다. 또한, 음성이 시작된 후부터는 음성 입력 신호를 그대로 사용해도 되므로 음성 입력 신호의 왜곡도 없어지게 된다.When the controller 24 receives the voice input signal from the endpoint detector 22, the controller 24 no longer outputs the guide voice, and thus, stops the operation of the voice synthesizer 25 that synthesizes the voice and provides the guide voice to the user. In addition, since the echo of the guide voice disappears from this time, the operation of the adaptive echo canceller 21 is also stopped, and the voice input signal x (t) is used by the endpoint detector 22 as it is. In addition, the voice recognition unit 23 is operated to recognize the voice input and output the recognition result to the user. This will properly distribute the computation of the overall system. That is, before the voice starts, the voice synthesizer 25, the adaptive echo canceler 21, and the endpoint detector 22 operate. After the voice input starts, the endpoint detector 22 and the voice recognizer 23 operate. It will work. This distribution of calculations makes it easy to build a system that works in real time. In addition, since the voice input signal may be used as it is after the voice starts, the distortion of the voice input signal is also eliminated.
제5도는 본 발명에 따른 음성 인식 방법의 일실시예 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating an embodiment of a speech recognition method according to the present invention.
음성 인식 시스템은 사용자에게 안내 음성을 출력하고 외부로부터 어떤 신호를 입력받아(51) 적응 반향 제거부(21)를 사용하여 입력 신호 x(t)에 포함되어 있는 안내 음성의 반향 성분 r'(t)를 제거한다(52). 이후, 끝점 검출기(22)는 안내 음성의 반향 성분이 제거된 적응 반향 제거부(21)의 출력 e(t)로부터 사용자의 음성 입력이 시작되었는지를 검사한다(53,54).The speech recognition system outputs a guide voice to a user, receives a signal from the outside (51), and uses the adaptive echo canceller 21 to generate an echo component r '(t) of the guide voice included in the input signal x (t). ) Is removed (52). Thereafter, the endpoint detector 22 checks whether the user's voice input is started from the output e (t) of the adaptive echo canceller 21 from which the echo component of the guide speech is removed (53, 54).
음성 입력의 시작을 검사한 결과, 사용자의 음성 입력이 시작되지 않았으면, 상기 안내 음성을 출력하고 외부 신호를 입력받는 과정(51)부터 반복 수행한다.As a result of checking the start of the voice input, if the user's voice input is not started, the process repeats the process 51 of outputting the guide voice and receiving an external signal.
만약, 음성 입력의 시작을 검사한 결과, 사용자의 음성 입력이 시작되었으면, 더 이상 안내 음성을 출력할 필요가 없으므로 안내 음성 출력을 중지하고, 안내 음성의 출력 중단에 따라 반향 성분을 제거하는 동작도 중지한다. 또한, 사용자의 음성 입력을 인식하여 인식 결과를 사용자에게 출력한다(55).If the user's voice input has been started as a result of checking the start of the voice input, the user does not need to output the guide voice anymore, and thus stops the guide voice output and removes the echo component when the guide voice is stopped. Stop it. In operation 55, the voice input of the user is recognized and the recognition result is output to the user.
한편, 본 발명의 다른 적용예를 살펴보면 다음과 같다.On the other hand, look at another application example of the present invention.
일반적으로 음성 인식 시스템은 인식 결과가 틀릴 수도 있기 때문에 일단 사용자의 음성을 인식한 후에 이 결과가 맞는지 확인하는 과정을 거치게 된다.In general, since the recognition result may be incorrect, the voice recognition system recognizes the user's voice and then checks whether the result is correct.
종래의 음성 인식 시스템은 이러한 확인을 위하여 사용자에게 ＯＯＯ 이 맞습니까?라고 물어보고, 이에 대하여 사용자로부터 예 또는 아니오의 응답을 다시 입력받아서 처리하였다.The conventional voice recognition system asks the user, "OK" for this confirmation, and responds with a response of "yes" or "no" from the user.
그러나, 이러한 방법은 번거로울 뿐만이 아니라, 다시 입력된 예,아니오에 대한 음성 인식도 부정확할 수 있는 문제점이 있었다.However, this method is not only cumbersome, but also has a problem in that voice recognition for re-entered Yes or No is incorrect.
여기에, 본 발명의 방법을 사용하면, 인식 결과를 확인할 필요없이 바로 그 인식결과에 다른 정보를 들려줄 수가 있다. 사용자는 그 내용이 원하는 것이면 계속 들으면 되고, 원하는 것이 아니면 다시 원하는 발성을 하면 시스템은 이 음성을 받아들여서 처리할 수 있게 된다.In addition, using the method of the present invention, it is possible to give other information to the recognition result without having to confirm the recognition result. The user can keep listening if the content is what he wants, and if he wants to speak again, the system can accept and process this voice.
상기와 같은 본 발명은, 음성 입력 시간이 틀려서 발생하는 오인식을 상당히 줄일 수 있고, 사용자가 안내 음성을 끝까지 들을 필요가 없이 안내 음성이 나오고 있는 중간에도 자유롭게 발성할 수 있게 되어서 편하고 빠른 처리가 가능하고, 이러한 기능을 인식 결과에 따른 안내음을 들려줄 때도 적용하면 음성 인식 시스템의 사용을 더욱 편리하게 할 수 있으며, 사용자와의 대화 구성을 편리하게 할 수 있는 효과가 있다.The present invention as described above, can significantly reduce the misunderstanding caused by the wrong voice input time, the user can speak freely in the middle of the guidance voice without the need to listen to the guidance voice to the end, it is possible to be comfortable and fast processing In addition, when such a function is applied to the user to hear the guidance sound according to the recognition result, the use of the voice recognition system can be made more convenient, and the conversation with the user can be made easier.
또한, 본 발명은, 제어부를 통하여 계산량을 분배하므로서, 실시간으로 동작하는 시스템을 만들 수 있고, 음성이 시작된 후부터는 음성 입력 신호를 그대로 사용해도 되므로 음성 입력 신호의 왜곡도 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can create a system that operates in real time by distributing a calculation amount through a control unit, and since the voice input signal may be used as it is after the voice starts, the distortion of the voice input signal can be reduced.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary knowledge.
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