(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声に含まれる吸気音を検出する装置であって、
入力された音声信号に対し発話が行われている区間である発話区間を検出する発話区間検出手段と、
吸気音及び非吸気音のそれぞれについて音響モデルを格納する音響モデル格納手段と、
入力された前記音声信号について、前記吸気音及び非吸気音の各音響モデルを参照して、吸気音候補を決定する吸気音候補決定手段と、
前記吸気音候補の特徴ベクトルを抽出する特徴量抽出手段であって、前記吸気音候補単体の情報である単体情報を前記特徴ベクトルの１要素として抽出する単体情報抽出手段と、前記吸気音候補を含む前記発話区間との関係、該吸気音候補の前後の吸気音候補との関係又はその両方に関する前記吸気音候補のコンテキスト情報を、前記特徴ベクトルの他の１要素として抽出するコンテキスト情報抽出手段とを含む前記特徴量抽出手段と、  
前記吸気音候補を、該吸気音候補の前記特徴ベクトルに基づき、吸気音と非吸気音とのいずれか一方に分類するための分類基準情報を格納する分類基準情報格納手段と、
前記吸気音候補の前記特徴ベクトルを入力し、前記吸気音候補を前記分類基準情報に基づき吸気音と非吸気音のいずれか一方に分類する分類手段と
を含む、装置。  
【請求項２】
前記コンテキスト情報抽出手段が抽出する前記吸気音候補のコンテキスト情報は、前記発話区間内における前記吸気音候補の時間的な位置を示す情報を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コンテキスト情報抽出手段が抽出する前記吸気音候補のコンテキスト情報は、前記吸気音候補と、該吸気音候補に先行する又は該吸気音候補の後続の吸気音候補との時間間隔を示す情報を更に含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記コンテキスト情報抽出手段が抽出する前記吸気音候補のコンテキスト情報は、前記発話区間内の吸気音候補の個数を示す情報を更に含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記吸気音候補の時間的な位置に関する情報は、前記吸気音候補が前記発話区間内において、発話開始直後の位置、発話終了直前の位置、及びそれ以外の位置のいずれに位置するかを示す情報である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記単体情報抽出手段により抽出される単体情報は、該吸気音候補の零交差数、パワー、及び吸気行動に伴い吸気音前後に観測される無音区間に関する情報のうちの少なくとも１つを含む、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
学習用の音声信号を入力として前記吸気音候補決定手段により求められた学習用の吸気音候補に対して前記単体情報抽出手段により抽出された単体情報と、前記学習用の吸気音候補に対して前記コンテキスト情報抽出手段により求められたコンテキスト情報と、吸気音又は非吸気音のいずれであるかを示す、前記学習用の音声信号のフレームごとのラベル情報とを用いて、前記学習用の前記吸気音候補の前記コンテキスト情報と前記単体情報とを素性とした機械学習により、前記学習用の吸気音候補を吸気音と非吸気音とのいずれか一方に分類するための分類基準情報を求める学習手段を更に含む、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
前記機械学習は、サポートベクターマシーン、ニューラルネットワーク、条件付確率場、最近傍識別器のうちの１による機械学習である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記音響モデルは、ガウス混合モデル（GaussianMixture Model）又はラプラス分布である、請求項４に記載の装置。
【請求項１０】
音声に含まれる吸気音をコンピュータによって検出する方法であって、
入力された音声信号に対し発話が行われている区間である発話区間を検出するステップと、
吸気音及び非吸気音のそれぞれについて音響モデルを記憶する音響モデル記憶装置から各音響モデルを読み出すステップと、
入力された前記音声信号について、前記吸気音及び非吸気音の各音響モデルを参照して、吸気音候補を決定するステップと、
前記吸気音候補に対し、前記吸気音候補単体の情報である単体情報を、前記吸気音候補の特徴ベクトルの１要素として抽出するステップと、
前記吸気音候補に対し、該吸気音候補を含む発話区間との関係、該吸気音候補の前後の吸気音候補との関係、又はその両方に関する前記吸気音候補のコンテキスト情報を、前記特徴ベクトルの他の１要素として抽出するステップと、
前記吸気音候補を、該吸気音候補の前記特徴ベクトルに基づき、吸気音と非吸気音とのいずれか一方に分類するための分類基準情報を記憶する分類基準情報記憶装置から前記分類基準情報を読み出すステップと、
前記吸気音候補の前記特徴ベクトルを入力し、前記吸気音候補を前記分類基準情報に基づき吸気音と非吸気音のいずれか一方に分類するステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
コンピュータによって音声に含まれる吸気音を検出するためのプログラムであって、該プログラムは、前記コンピュータに、
入力された音声信号に対し発話が行われている区間である発話区間を検出するステップと、
吸気音及び非吸気音のそれぞれについて音響モデルを記憶する音響モデル記憶装置から各音響モデルを読み出すステップと、
入力された前記音声信号について、前記吸気音及び非吸気音の各音響モデルを参照して、吸気音候補を決定するステップと、
前記吸気音候補に対し、前記吸気音候補単体の情報である単体情報を、前記吸気音候補の特徴ベクトルの１要素として抽出するステップと、
前記吸気音候補に対し、該吸気音候補を含む発話区間との関係、該吸気音候補の前後の吸気音候補との関係、又はその両方に関する前記吸気音候補のコンテキスト情報を、前記特徴ベクトルの他の１要素として抽出するステップと、
前記吸気音候補を、該吸気音候補の前記特徴ベクトルに基づき、吸気音と非吸気音とのいずれか一方に分類するための分類基準情報を記憶する分類基準情報記憶装置から前記分類基準情報を読み出すステップと、
前記吸気音候補の前記特徴ベクトルを入力し、前記吸気音候補を前記分類基準情報に基づき吸気音と非吸気音のいずれか一方に分類するステップと
を実行させる、前記プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声に含まれる吸気音を検出するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来知られている音声区間検出（Voice ActivityDetection: VAD）では、パワーや零交差数等の音声特徴量に基づいて入力音声から発話が行われた区間が検出される。検出された音声区間の情報は、音声認識における認識単位の切り出しや、音声からテキストデータを書き起こす作業における発話単位の区切りとして利用される。
【０００３】
しかし従来手法のVADでは、実行環境ごとに閾値の調整が必要であり、ＳＮ比が低い環境では性能が著しく悪化する。また、従来手法のVADは、ポーズに含まれる無音フレームや無音区間の情報を利用するため（例えば、特許文献１参照）、話者が多数の文を連続して発話する場合、即ち無音区間がない又は非常に短いような場合は、音声認識処理や認識結果の表示に適合しない長さの音声セグメントが、認識単位又は発話単位として生成されてしまう。この現象は、吸気音そのものが振幅の大きい信号として入力される電話音声や、接話マイクの利用時によく見受けられる。
【０００４】
上記のような問題を解決するため、特許文献２は、ポーズ検出部によって検出されたポーズの中で、最も信頼性の高いポーズにより入力音声信号を分割し、分割の結果、短期記憶が可能な所定の時間以上または所定の文字数以上である部分については、次に信頼性の高いポーズにより入力音声信号を分割し、分割の結果、短期記憶が可能な所定の時間以上または所定の文字数以上である部分については、次の次に信頼性の高いポーズにより入力音声信号を分割するか、または予め決定された時間若しくは文字数で機械的に分割する技術を開示する。
【０００５】
また、特許文献３は、入力された音声信号の低域成分を抽出して信号レベルを一定化するレベル補正手段と、レベル補正後の音声信号に対して遅延信号と元の信号とを加算する遅延加算を行って短スピーチ部分を広げる短スピーチ補償手段と、短スピーチ補償がされた後の音声信号から通常の速度におけるスピーチの変動特性を示す特定周波数成分を抽出する特定周波数成分抽出手段と、抽出された特定周波数成分のエンベロープ信号または平均レベル信号を求め、求められたエンベロープ信号または平均レベル信号に対して所定のスライスレベルを設定してスピーチ区間とポーズ区間とを検出するスピーチ／ポーズ区間検出手段とを備えるスピーチ／ ポーズ区間検出装置を開示する。
【０００６】
また、特許文献４は、一つないし複数の短時間音声パワーと、音声波を分析することにより得られるスペクトル包絡に関係付けられるパラメータベクトルと、これと同種のパラメータでスペクトルが平坦なパラメータベクトルとのベクトル間距離と、音声のピッチ周期をほぼカバーする範囲内での音声波の自己相関の最大値とをニューラルネットワークに入力し、その出力によって有音／休止区間の判定を行う手法を開示する。
【０００７】
また、特許文献５は、単語の表記および発音を記憶した単語データベースと、単語間の接続情報を含む文法を記憶した文法データベースと、少なくとも２チャネルで入力された対話音声について、主発話を行っているチャネルのポーズの位置を検出するポーズ検出部と、主発話を行っていないチャネルの確認応答の位置を検出する確認応答検出部と、前記確認応答の位置を基点として前後一定区間に存在する前記ポーズを抽出することにより、前記主発話の境界候補を抽出する境界候補抽出部と、前記抽出された境界候補で分割される発話について、前記単語データベースおよび前記文法データベースを参照して最適となる発話単位に分割して単語列を出力する認識部を有する対話音声を発話単位に分割する装置を開示する。
【０００８】
また、非特許文献１は、ポピュラー音楽の歌唱におけるマイク収録されたブレス(吸気、息継ぎ) 音について、その位置を自動検出するために、MFCCといったスペクトル包絡に基づく特徴量を利用し、HMM（Hidden Markov Model）を用いたブレス検出法を開示する。なお、非特許文献１には、音声認識分野においては、ブレス位置が自然な区切り箇所であることについて指摘がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１８４０８７号公報
【特許文献２】特開２００４−２１２７９９号公報
【特許文献３】特開２００６−３５０２４６号公報
【特許文献４】特開平１１−２４６９２号公報
【特許文献５】特開２００８−１６４６４７号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】中野  倫靖、外３名、「無伴奏歌唱におけるブレスの音響特性と自動検出」、日本音響学会講演論文集、２００８年３月、P.２６５−２６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、特許文献１の技術では、無音フレームや無音区間を利用してポーズを検出するため、話者が連続して発話する場合、即ち無音区間がない又は非常に短いような場合は、長い音声セグメントが認識単位又は発話単位として生成されてしまう。
【００１２】
特許文献２の技術は、信頼性の高いポーズにより入力音声信号を分割した結果長い発話が残った場合には、信頼性の低いポーズにより更なる分割が行うか、または予め決定された時間若しくは文字数で機械的に分割する。そのため、特許文献２の技術によれば、誤ってポーズと判断された位置または不自然な位置で発話が分割される可能性がある。
【００１３】
特許文献３の技術は、音声パワー値の適当な周波数範囲の抽出とレベル補償など各種の補正処理を行ってポーズ部分を検出するが、検出に使用する情報は主としてパワー情報であるため、話者が連続して発話する場合に非常に長いセグメントが認識単位又は発話単位として生成されてしまうという問題に対処できない。
【００１４】
特許文献４の技術は、音声の短時間パワー以外にスペクトル包絡に関係付けられたパラメータベクトルのその平坦特性のベクトルとのベクトル誤差および一定時間内の音声波の自己相関最大値を用いることにより、背景雑音が有音／休止区間判定に及ぼす影響を軽減することを可能とする。しかし、この技術は、発話を適切な位置で分割するというものではないため、話者が連続して発話する場合に非常に長いセグメントが認識単位又は発話単位として生成されてしまうという問題に十分に対処できない。
【００１５】
特許文献５の技術は、対話音声を処理の対象としており、話者の内容に呼応して確認を行う確認応答の存在を前提とする。そのため、そのような確認応答の情報が得られない場合は、話者が連続して発話する場合に非常に長いセグメントが認識単位又は発話単位として生成されてしまうという問題に対処できない。
【００１６】
一方、非特許文献１の技術は、上述した複数の特許文献のように、ポーズ、即ち、音のない無音区間を検出対象とするのではなく、吸気音という音のある位置を検出対象とする。吸気音の位置は、音声認識分野において自然な区切り箇所であることが指摘されており、また、吸気音は、話者が多数の文を連続して発話する場合、即ち、無音区間が検出できないような場合でも分割するに適切な位置に存在することが多く、検出可能である。
【００１７】
音声認識分野における従来の吸気音の検出方法は、非特許文献１に記載されるように、特徴量をケプストラムとしたGMM (混合ガウス分布モデル) ベースの識別であり、93%の検出率を達成している。しかし、吸気音はスペクトルの形状が雑音や子音の/s/と似ていることから、判定誤り、即ち、湧き出し誤りが多く発生し、湧き出し誤りも含めた指標でみると低い性能に留まる。なお、非特許文献１が開示する吸気音の検出方法は対象を歌唱音声とし、通常の会話では見られないような特徴的な吸気音を検出対象とするため、会話等の一般的な音声における吸気音の全てに対応できるわけではない。
【００１８】
この発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、話者が連続して発話する場合、即ち無音区間がない又は非常に短いような場合に、長い音声セグメントが認識単位又は発話単位として生成されてしまうといった問題を、発話の分割位置として吸気音を利用することにより解決することを目的とする。より具体的には、本発明は、音声信号における吸気音を、高い検出率で、かつ、精度よく検出することのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、音声に含まれる吸気音を検出する装置であって、入力された音声信号に対し発話が行われている区間である発話区間を検出する発話区間検出手段と、吸気音及び非吸気音のそれぞれについて音響モデルを格納する音響モデル格納手段と、入力された前記音声信号について、前記吸気音及び非吸気音の各音響モデルを参照して、吸気音候補を決定する吸気音候補決定手段と、前記吸気音候補の特徴ベクトルを抽出する特徴量抽出手段であって、前記吸気音候補単体の情報である単体情報を前記特徴ベクトルの１要素として抽出する単体情報抽出手段と、前記吸気音候補を含む前記発話区間との関係、該吸気音候補の前後の吸気音候補との関係又はその両方に関する前記吸気音候補のコンテキスト情報を、前記特徴ベクトルの他の１要素として抽出するコンテキスト情報抽出手段とを含む前記特徴量抽出手段と、前記吸気音候補を、該吸気音候補の前記特徴ベクトルに基づき、吸気音と非吸気音とのいずれか一方に分類するための分類基準情報を格納する分類基準情報格納手段と、前記吸気音候補の前記特徴ベクトルを入力し、前記吸気音候補を前記分類基準情報に基づき吸気音と非吸気音のいずれか一方に分類する分類手段とを含む、装置を提供する。
【００２０】
好ましくは、前記コンテキスト情報抽出手段が抽出する前記吸気音候補のコンテキスト情報は、前記発話区間内における前記吸気音候補の時間的な位置を示す情報を含む。
【００２１】
より好ましくは、前記吸気音候補の時間的な位置に関する情報は、前記吸気音候補が前記発話区間内において、発話開始直後の位置、発話終了直前の位置、及びそれ以外の位置のいずれに位置するかを示す情報である。
【００２２】
また好ましくは、前記コンテキスト情報抽出手段が抽出する前記吸気音候補のコンテキスト情報は、前記吸気音候補と、該吸気音候補に先行する又は該吸気音候補の後続の吸気音候補との時間間隔を示す情報を含む。    
【００２３】
また好ましくは、前記コンテキスト情報抽出手段が抽出する前記吸気音候補のコンテキスト情報は、前記発話区間内の吸気音候補の個数を示す情報を含む。
【００２４】
また好ましくは、前記単体情報抽出手段により各吸気音候補で独立に抽出される単体情報は、該吸気音候補の零交差数、パワー、及び吸気行動に伴い吸気音前後に観測される無音区間に関する情報のうちの少なくとも１つを含む。
【００２５】
また好ましくは、前記音声に含まれる吸気音を検出する装置は、学習用の音声信号を入力として前記吸気音候補決定手段により求められた学習用の吸気音候補に対して前記単体情報抽出手段により抽出された単体情報と、前記学習用の吸気音候補に対して前記コンテキスト情報抽出手段により求められたコンテキスト情報と、吸気音又は非吸気音のいずれであるかを示す、前記学習用の音声信号のフレームごとのラベル情報とを用いて、前記学習用の前記吸気音候補の前記コンテキスト情報と前記単体情報とを素性とした機械学習によって、前記学習用の吸気音候補を吸気音と非吸気音とのいずれか一方に分類するための分類基準情報を求める学習手段を更に含む。
【００２６】
より好ましくは、前記機械学習は、サポートベクターマシーン、ニューラルネットワーク、条件付確率場、及び最近傍識別器のうちの１による機械学習である。
【００２７】
また好ましくは、前記音響モデルは、ガウス混合モデル（GaussianMixture Model）、又はラプラス分布である。
【００２８】
以上、音声に含まれる吸気音を検出する装置として本発明を説明したが、本発明は、プロセッサと記憶領域を備えたコンピュータの計算処理によって音声に含まれる吸気音を検出する方法、及びプロセッサと記憶領域を備えたコンピュータによって実行される、音声に含まれる吸気音を検出するプログラムとして把握することもできる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、最初に音響モデルを用いて吸気音の候補を決定し、その後、吸気音候補を吸気音と非吸気音の２クラスに分類する、２段階構成を採用する。このため、本発明によれば、吸気音候補の決定段階において吸気音の可能性あるものを吸気音候補として検出して吸気音の検出率を高めると同時に、その後の２クラス分類において吸気音ではないものを除外することにより吸気音の検出精度を上げることが可能となる。更に本発明によれば、従来吸気音の特徴量として知られている、零交差数やパワーのように吸気音ごとに独立に求まる吸気音単体の情報のみならず、吸気音候補を含む発話区間との関係等、吸気音のコンテキスト情報をも２クラス分類のための特徴量として利用するので、吸気音の検出精度がより一層上がる。本発明のその他の効果については、各実施の形態の記載から理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態による音声に含まれる吸気音を検出する装置を実現するのに好適なコンピュータのハードウェア構成の一例を示した図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る吸気音検出装置２００の機能構成を示す
【図３】図３は、発話区間内における吸気音候補の時間的な位置を示す情報を抽出する処理の流れの一例を示す。
【図４】図４（ａ）は、吸気音候補と、該吸気音候補の後続の吸気音候補との時間間隔を示す情報を抽出する処理の流れの一例を示す。図４（ｂ）は、吸気音候補と、該吸気音候補に先行する吸気音候補との時間間隔を示す情報を抽出する処理の流れの一例を示す。
【図５】図５は、学習時における吸気音検出装置２００による処理の流れの一例を示す。
【図６】図６は、テスト時における吸気音検出装置２００による処理の流れの一例を示す。
【図７】図７は、吸気音検出の正解率と精度とを、従来方式と本発明とで比較した表の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００３２】
図１は、本発明を実施するためのコンピュータ１００の例示的なハードウェア構成を示す。図１においてマイク１０５付近で発生した音は、マイク１０５によってアナログ信号としてＡ／Ｄ変換器１１０に入力され、そこでＣＰＵ１２５が処理可能なディジタル信号に変換される。
【００３３】
なお、本発明による処理は、ディジタル信号に変換された音声に対してリアルタイムに行ってよい。しかし以下では、本発明による処理はオフラインで行うものとして説明し、ディジタル信号に変換された音声は後述する外部記憶装置１１５に一旦格納するものとする。
【００３４】
外部記憶装置１１５やＲＯＭ１２０は、オペレーティング・システムと協働してＣＰＵ１２５に命令を与え、本発明を実施するための吸気音検出プログラムを含む複数のコンピュータ・プログラムのコードや各種データを記録することができる。そして外部記憶装置１１５やＲＯＭ１２０に格納された複数のコンピュータ・プログラムは各々ＲＡＭ１３０にロードされることによってＣＰＵ１２５により実行される。なお、外部記憶装置１１５は、ＳＣＳＩコントローラなどのコントローラ（図示しない）を経由してバス１４５へ接続されている。
【００３５】
コンピュータ・プログラムは圧縮し、また複数に分割して複数の媒体に記録することもできる。なお、ＣＰＵ１２５が、Ａ／Ｄ変換器１１０又は外部帰国装置１１５から渡されるディジタル信号に対して、吸気音検出プログラムにより行う処理の詳細は後述する。
【００３６】
コンピュータ１００はまた、視覚データをユーザに提示するための表示装置１３５を含む。表示装置１３５は、グラフィックスコントローラ（図示しない）を経由してバス１４５へ接続されている。コンピュータ１００は、通信インタフェース１４０を介してネットワークに接続し、他のコンピュータ等と通信を行うことが可能である。
【００３７】
上記説明した構成要素は例示であり、そのすべての構成要素が本発明の必須構成要素となるわけではない。同様に本発明を実施するためのコンピュータ１００は、キーボードやマウスのような入力デバイス、スピーカー等の他の構成要素を含むことも可能であることは言うまでもない。
【００３８】
図２は、本発明の実施形態に係る吸気音検出装置２００の機能構成を示す。本発明の実施形態に係る吸気音検出装置２００の機能構成は、大きく、入力音声から漏れなく吸気音を検出するために吸気音候補を決定する第１処理部２０２と、吸気音候補から検出誤りを除外して絞り込みを行い、吸気音を決定する第２処理部２０４とに分かれる。
【００３９】
吸気音検出装置２００は、学習時には、学習用の音声信号を入力として受け付ける。第１処理部２０２は、学習用の音声信号に対し、吸気音及び非吸気音の各音響モデルを用いて吸気音候補を決定する。第２処理部２０４は、学習用の音声信号から決定された吸気音候補に対し、教師データ、即ち、吸気音又は非吸気音のいずれであるかを示すラベル情報を用いて機械学習を行い、吸気音候補を吸気音と非吸気音とのいずれか一方に分類するための分類基準情報を求める。
【００４０】
吸気音検出装置２００は、テスト時には、テスト用の音声信号を入力として受け付ける。第１処理部２０２は、テスト用の音声信号に対し、吸気音及び非吸気音の各音響モデルを用いて吸気音候補を決定する。第２処理部２０４は、テスト用の音声信号から決定された吸気音候補に対し、学習時に求めた分類基準情報を使用して、該吸気音候補を吸気音と非吸気音とのいずれか一方に分類する。
【００４１】
より詳細には、第１処理部２０２は、発話区間検出部２０５と、吸気音及び非吸気音の音響モデル格納部３１０と、吸気音候補決定部２１５とを含む。また、第２処理部２０４は、特徴量抽出部２２０と、スイッチ２３２と、ラベル情報格納部２３５と、学習部２４０と、分類基準格納部２４５と、分類部２５０とを含む。特徴量抽出部２２０は更に単体情報抽出部２２５と、コンテキスト情報抽出部２３０とを含む。スイッチ２３２は、学習時には学習部２４０側に、テスト時には分類部２５０側へ倒される。以下に各部の詳細を説明する。
【００４２】
発話区間検出部２０５は、入力された音声信号に対し発話が行われている区間である発話区間を検出する。検出した発話区間の情報は、その開始時刻と終了時刻とからなる情報として、後述する吸気音候補決定部２１５及び特徴量抽出部２２０に渡される。発話区間の検出は、従来手法により行ってよい。例えば、一定のレベルを超える振幅又はパワースペクトルの強度が一定数Ａ１を超えたときを発話区間の開始位置とし、値が一定数Ｂ１（Ａ１≧Ｂ１）以下になったときを発話区間の終了位置として発話区間を検出してよい。
【００４３】
これに代えて発話区間検出部２０５は次のようにして発話区間の検出を行ってよい。まず、発話区間検出部２０５に入力される音声信号は、図２において図示しない前処理部により、ケプストラム特徴量と、その時間方向の変動を表現する動的特徴量とからなる特徴ベクトルに変換されているものとする。ケプストラム特徴量は、音声信号波形のパワースペクトルの対数のフーリエ変換として定義される。一例として、前処理部は、ディジタル信号に変換された音声信号を入力し、これをハニング窓、ハミング窓などの適当な方法でフレーム化した後、離散フーリエ変換によりパワースペクトルを求め、離散コサイン変換を通じてケプストラム特徴量を取得してよい。前処理部は、フレーム化の後に高域強調処理を行ったり、パワースペクトルを求めた後２４チャンネルの帯域通過フィルタを適用したりしてもよい。  
【００４４】
発話区間検出部２０５は、上記のようにして求められた音声特徴ベクトルを入力として受け付け、事前に学習された音声／非音声モデルに対する尤度の比較によって、発話区間を検出してよい。
【００４５】
吸気音及び非吸気音の音響モデル格納部２１０は、吸気音及び非吸気音のそれぞれについて音響モデルを格納する。音響モデルは、ガウス混合モデル（GaussianMixture Model: GMM）やラプラス分布等の統計モデルであってよい。以下の説明では音響モデルはGMMであるとする。吸気音及び非吸気音に対応する各GMMは、一例として、上述したケプストラム特徴量と、その時間方向の変動を表現する動的特徴量とからなるフレーム毎の特徴ベクトルを入力とし、吸気音又は非吸気音のいずれのフレームであるかを示すラベル情報を用いてGMMを学習することにより求めてよい。GMMの構成及び学習方法は、公知の技術（例えば、鹿野清宏、外４名、「ITText  音声認識システム」、オーム社を参照）であり、本発明の要旨ではないのでこれ以上の説明は省略する。
【００４６】
吸気音候補決定部２１５は、入力された音声信号について発話区間ごと、音響モデル格納部２１０に格納されている吸気音及び非吸気音の各音響モデルを参照して、吸気音候補を決定する。決定された吸気音候補の情報は、その開始時刻と終了時刻とからなる情報として、後述する特徴量抽出部２２０に渡される。より具体的には、吸気音候補決定部２１５は、上述した前処理により処理されたフレーム毎の特徴ベクトルを入力として受け付け、吸気音GMMに対する尤度と、非吸気音GMMに対する尤度とを求めて、両尤度を比較することにより、吸気音候補のフレームを決定する。
【００４７】
これに加えて、吸気音候補決定部２１５は、更に次の処理を行うことにより、最終的な吸気音候補のフレームを決定してよい。即ち、例えば２０フレーム程度のバッファを用意し、バッファ内の吸気音候補のフレーム数が一定数Ａ２を超えたときを吸気音候補のフレーム開始位置とし、値が一定数Ｂ２（Ａ２≧Ｂ２）以下になったときを吸気音候補のフレーム終了位置として決定してよい。
【００４８】
特徴量抽出部２２０は、吸気音候補決定部２１５から受け取った吸気音候補の情報と、発話区間検出部２０５から受け取った発話区間の情報とに基づいて、各発話区間について、入力された音声信号から、吸気音候補の開始時刻から終了時刻までの区間（以下、単に吸気音候補区間という）ごとに該吸気音候補を表現する一つの特徴ベクトルを抽出する。なお、ここでいう特徴ベクトルとは、上述した前処理部により求められる特徴ベクトルとは異なるものであり、後述する学習部２４０及び分類部２５０の入力として利用するものである。以下の説明では、特徴量抽出部２２０において抽出される特徴ベクトルを、前処理部により求められる特徴ベクトルと区別するために絞り込み用特徴ベクトルと呼ぶことにする。
【００４９】
より具体的には、特徴量抽出部２２０は、吸気音候補単体の情報である単体情報を絞り込み用特徴ベクトルの１要素として抽出する単体情報抽出部２２５を含む。特徴量抽出部２２０はまた、吸気音候補のコンテキスト情報を、絞り込み用特徴ベクトルの他の１要素として抽出するコンテキスト情報抽出部２３０を含む。なお、吸気音候補のコンテキスト情報は、吸気音候補と、該吸気音候補を含む発話区間との関係、該吸気音候補の前後の吸気音候補との関係、又はその両方に関するものである。
【００５０】
単体情報抽出部２２５が吸気音候補ごとに独立して抽出する単体情報は、各吸気音候補区間の零交差数、パワー、及び吸気行動に伴う前後の無音区間に関する情報のうちの少なくとも１つを含む。好ましくは、単体情報抽出部２２５は、吸気音候補区間の零交差数の絶対値ではなく、吸気音候補区間の零交差回数と非吸気音候補区間の零交差回数の比若しくは差分を、零交差情報として抽出する。このようにして取得される零交差情報は、吸気音の誤検出を防止するのに役立つ。
【００５１】
また好ましくは、単体情報抽出部２２５は、平均音素継続長以下の短い窓幅で、吸気音候補の前後の無音区間の情報を抽出し、無音区間に関する情報とする。これは、吸気音の前後の無音区間は非常に短くあいまいであることから、無音区間の情報として信頼のおける領域の情報を利用するためである。一例として、単体情報抽出部２２５は、吸気音候補区間の始端から、先行Ｎフレーム（例えばＮ＝５）内の無音フレームの数と、吸気音候補区間の終端から、後続Ｍフレーム（例えばＭ＝３）内の無音フレームの数を、吸気音候補の前後の無音区間の情報として取得する。
【００５２】
また好ましくは、単体情報抽出部２２５は、吸気音候補の後半部分の平均パワーを抽出し、パワーに関する情報とする。これは、吸気音のパワーの変遷は、全体的に上がり調子、即ち、後半ほど音が大きい傾向にあるからである。
【００５３】
コンテキスト情報抽出部２３０は、吸気音候補のコンテキスト情報として、発話区間内における吸気音候補の時間的な位置、即ち、出現位置を示す情報を抽出する。発話中に行われる呼吸のタイミングは人それぞれである。しかし、吸気音と発話区間の関係をみると、吸気音が発話開始直後や発話終了直前付近に出現する確率は非常に低いということが観測結果から明らかになった。つまり、発話開始または終了付近に吸気音が検出された場合、それは検出誤りである可能性が高いといえる。そこで本発明では、発話区間内における吸気音候補の出現位置を、吸気音候補の絞り込み用特徴ベクトルの１要素として利用する。
【００５４】
より好ましくは、コンテキスト情報抽出部２３０は、発話区間内において吸気音候補が、発話開始直後の位置、発話終了直前の位置、及びそれ以外の位置のいずれにおいて出現するかを示す情報を抽出する。例えば、発話区間を次のように（１）〜（３）の３つの領域に分割し、それぞれの領域に対して抽出すべき特徴量Ｆ（ｔ）の値を割り当てる。
（１）発話区間開始時刻＜ｔ＜発話区間開始時刻＋ｎ秒、Ｆ（ｔ）＝1
（２）発話区間開始時刻＋ｎ秒＜ｔ＜発話区間終了時刻−ｍ秒、Ｆ（ｔ）＝0
（３）発話区間終了時刻−ｍ秒＜ｔ＜発話区間終了時刻、Ｆ（ｔ）＝２
ここで、ｔは吸気音候補の出現位置を示し、ｎ及びｍの値は例えば１秒である。
【００５５】
図３は、上記のように取り決めた場合における、吸気音候補の出現位置情報の抽出処理の流れの一例を示すフローチャートである。処理はステップ３００で開始し、コンテキスト情報抽出部２３０は、吸気音候補の出現位置ｔが上記（１）〜（３）のいずれの領域に属するかを判定する。吸気音候補の出現位置は、吸気音候補区間の中間の時刻ｔを代表時刻と見なして利用してよい。吸気音候補の出現位置が発話区間の先頭付近である場合、コンテキスト情報抽出部２３０は発話区間内における吸気音候補の時間的な位置情報Ｆ（ｔ）として値１を抽出する（ステップ３０５）。  
【００５６】
吸気音候補の出現位置が発話区間の中盤である場合、コンテキスト情報抽出部２３０は発話区間内における吸気音候補の時間的な位置情報Ｆ（ｔ）として値０を抽出する（ステップ３１０）。吸気音候補の出現位置が発話区間の終了付近である場合、コンテキスト情報抽出部２３０は発話区間内における吸気音候補の時間的な位置情報Ｆ（ｔ）として値２を抽出する（ステップ３１５）。そして処理を終了する。
【００５７】
コンテキスト情報抽出部２３０はまた、吸気音候補のコンテキスト情報として、吸気音候補と、該吸気音候補に先行する又は該吸気音候補の後続の吸気音候補との時間間隔を示す情報を抽出する。発話の内容や心理的な状況にもよるが、通常、息継ぎは数秒の間隔をおいて行われる。例えば１秒程度の短い間隔で息継ぎが行われることは稀であるが、従来の吸気音の検出手法では、そのように非常に短い間隔で吸気音が検出されることもあった。そこで本発明では、吸気音候補と、該吸気音候補に先行する又は後続の吸気音候補との時間間隔を、吸気音候補の絞り込み用特徴ベクトルの１要素として利用する。
【００５８】
図４（ａ）は、後続の吸気音候補との時間間隔を抽出する処理の流れの一例を示すフローチャートである。処理はステップ４００で開始し、コンテキスト情報抽出部２３０は、処理対象の吸気音候補が現在処理中の発話区間内に含まれる最後の吸気音候補であるか否かを判定する。最後の吸気音候補でない場合（ステップ４００：ＮＯ）、コンテキスト情報抽出部２３０は、後続の吸気音候補の検出時間を取得する（ステップ４０５）。ここで吸気音候補の検出時間は、吸気音候補区間の中間の時刻ｔを代表時刻と見なして利用してよい。続いてコンテキスト情報抽出部２３０は、処理対象の吸気音候補と後続の吸気音候補の検出出時間の差分を算出し、後続の吸気音候補との時間間隔を示す情報を抽出する（ステップ４１０）。
【００５９】
一方、処理対象の吸気音候補が現在処理中の発話区間内に含まれる最後の吸気音候補である場合（ステップ４００：ＹＥＳ）、コンテキスト情報抽出部２３０は、発話区間の終了時刻を取得する（ステップ４１５）。続いてコンテキスト情報抽出部２３０は、処理対象の吸気音候補と発話区間の終端の検出時間の差分を算出し、後続の吸気音候補との時間間隔を示す情報とする（ステップ４２０）。そして処理は終了する。
【００６０】
一方、図４（ｂ）は、先行する吸気音候補との時間間隔を抽出する処理の流れの一例を示すフローチャートである。処理はステップ４３０で開始し、コンテキスト情報抽出部２３０は、処理対象の吸気音候補が現在処理中の発話区間内に含まれる最初の吸気音候補であるか否かを判定する。最初の吸気音候補である場合（ステップ４３０：ＹＥＳ）、コンテキスト情報抽出部２３０は、発話区間の開始時刻を取得する（ステップ４３５）。続いてコンテキスト情報抽出部２３０は、処理対象の吸気音候補と発話区間の始端の検出時間の差分を算出し、先行する吸気音候補との時間間隔を示す情報とする（ステップ４４０）。続いてコンテキスト情報抽出部２３０は、処理対象の吸気音候補の検出時間を保持する（ステップ４４５）。
【００６１】
一方、処理対象の吸気音候補が現在処理中の発話区間内に含まれる最初の吸気音候補でない場合（ステップ４３０：ＮＯ）、コンテキスト情報抽出部２３０は、ステップ４４５において保持しておいた、現在の処理対象の吸気音候補に先行する吸気音候補の検出時間と、現在の処理対象の吸気音候補の検出時間の差を算出し、先行する吸気音候補との時間間隔を示す情報とする（ステップ４４０）。そして処理はステップ４４５へ進み、コンテキスト情報抽出部２３０は、現在の処理対象の吸気音候補の検出時間を保持する。そして処理は終了する。
【００６２】
コンテキスト情報抽出部２３０はまた、吸気音候補のコンテキスト情報として、発話区間内の吸気音候補の個数を示す情報を抽出する。息継ぎの回数は発話の長さによって異なる。しかし、吸気音の観測結果から、VADが出力する１発話内における吸気音の回数は、多くても０〜５回程度であることが分かった。従って、発話区間の長さに関わらず、１発話に対して検出される吸気音の回数が一般的に検出される回数よりも多すぎる場合、それは検出誤りである可能性が高いといえる。そこで本発明では、発話区間に含まれる吸気音候補の個数を、吸気音候補の絞り込み用特徴ベクトルの１要素として利用する。なお、発話区間に含まれる吸気音候補の個数のコンテキスト情報は、同じ発話区間に含まれる吸気音候補に対してはすべて同じ値となる。
【００６３】
特徴量抽出部２２０は、このようにして単体情報抽出２２５により求められた１以上の単体情報と、コンテキスト情報抽出部２３０により求められた１以上のコンテキスト情報とを要素とする特徴ベクトルを生成し、絞り込み用特徴ベクトルとして、学習時には学習部２４０へ、テスト時には分類部２５０へ渡す。
【００６４】
ラベル情報格納部２３５は、吸気音又は非吸気音のいずれであるかを示す、学習用の音声信号のフレームごとのラベル情報を格納する。このようなラベル情報は、人手で付与してよく、具体的には、学習用の音声信号の何秒から何秒までが吸気音であり、何秒から何秒までが非吸気音であるといった情報である。
【００６５】
学習部２４０は、学習用の音声信号を入力として吸気音候補決定部２１５により求められた吸気音候補について特徴量抽出部２２０により生成された絞り込み用特徴ベクトルと、ラベル情報格納部２３５から読み出した、学習用の音声信号のフレームごとのラベル情報を入力として受け付ける。そして、学習部２４０は、絞り込み用特徴ベクトル、即ち、学習用の吸気音候補の単体情報とコンテキスト情報とを素性とした機械学習により、学習用の吸気音候補を吸気音と非吸気音とのいずれか一方に分類するための分類基準情報を求める。ここで、吸気音候補区間の中間時刻がラベル情報において吸気音区間に含まれる場合、該吸気音候補の絞り込み用特徴ベクトルを吸気音用の学習データの一つとして扱う。一方、吸気音候補区間の中間時刻がラベル情報において非吸気音区間に含まれる場合は、その絞り込み用特徴ベクトルを非吸気音用の学習データの一つとして扱う。求められた分類基準情報は、分類基準情報格納部２４５に格納される。
【００６６】
上記機械学習は、サポートベクターマシーン（Support Vector Machine: SVM）、ニューラルネットワーク、条件付確率場、最近傍識別器のうちの１であってよい。以下の説明では、機械学習はSVMであるとする。SVMは、線形入力素子を利用して２クラスの識別器を構成する手法である。SVMでは、学習用データから、各データ点との距離が最大となる分離平面（超平面）を求めるという基準で、線形入力素子のパラメータが学習される。学習された線形入力素子のパラメータは、分類基準情報として、分類基準情報格納部２４５に格納される。SVM学習方法は、公知の技術（例えば、小野田崇、「サポートベクターマシーン」、オーム社を参照）であり、本発明の要旨ではないのでこれ以上の説明は省略する。
【００６７】
分類部２５０は、テスト用の音声信号を入力として吸気音候補決定部２１５により求められた吸気音候補について特徴量抽出部２２０により生成された絞り込み用特徴ベクトルとを入力として受け付ける。そして分類部２５０は、分類基準情報格納部２４５から読み出した分類基準情報に基づいて、吸気音候補を吸気音と非吸気音のいずれか一方に分類する。機械学習がSVMである場合、分類部２５０は、分類基準情報格納部２４５から線形入力素子のパラメータを読み出し、該パラメータを利用した２クラスの分類器として機能し、絞り込み用特徴ベクトルを入力して、吸気音候補を吸気音と非吸気音のいずれか一方に分類する。SVMの学習結果に基づく分類処理も公知技術であるため説明を省略する。詳細については、小野田崇、「サポートベクターマシーン」、オーム社を参照されたい。一例として、分類部２５０の出力は、吸気音候補の始端と終端の時間情報と、該吸気音候補が吸気音であるか否かを示す情報の組であってよい。
【００６８】
分類部２５０の出力情報は、音声認識における認識単位の切り出し情報や、音声からテキストデータを書き起こす作業における発話単位の区切り情報として利用してよい。また、特許文献５によれば、人間同士の会話において、聞き手（非発話者）は主発話者発声のポーズ区間で相槌をうつ傾向があるので、対話音声システムにおいて、ユーザ発話の吸気音検出タイミングを、システム側の相槌応答のタイミングとしてもよい。さらに、吸気音は音声認識にとって湧き出し誤りの原因になり得るため、分類部２５０の出力情報に従い、吸気音区間の音声信号をゼロ、もしくは非常に小さな値に置き換えてもよい。
【００６９】
次に図５を参照して、吸気音検出装置２００の動作を説明する。図５は、学習時における吸気音検出装置２００による処理の流れの一例を示す。処理はステップ５００より開始し、発話区間検出部２０５は、入力された学習用の音声信号に対し、発話が行われている区間である発話区間を検出する。続いて吸気音候補決定部２１５は、音響モデル格納部３１０から吸気音及び非吸気音のそれぞれの音響モデル（例えば、GMM）を読み出し、各音響モデルを参照して、検出された発話区間について、吸気音候補を決定する（ステップ５０５）。
【００７０】
続いて、特徴量抽出部２２０は、吸気音候補に対し、吸気音候補単体の情報である単体情報と、該吸気音候補を含む発話区間との関係又は該吸気音候補の前後の吸気音候補との関係又はその両方に関する吸気音候補のコンテキスト情報を抽出し、抽出した情報を要素とする特徴ベクトルを生成する（ステップ５１０）。
【００７１】
続いて学習部２４０は、ラベル情報格納部２３５から、吸気音又は非吸気音のいずれであるかを示す、学習用の音声信号のフレームごとのラベル情報を読み出し、該ラベル情報を用いて、上記特徴ベクトルのコンテキスト情報と単体情報とを素性とした機械学習（例えば、SVM）を行い、吸気音候補を吸気音と非吸気音とのいずれか一方に分類するための分類基準情報を求める（ステップ５１５）。学習部２４０は、求めた分類基準情報を分類基準格納部２４５に格納する（ステップ５２０）。そして処理は終了する。
【００７２】
図６は、テスト時における吸気音検出装置２００による処理の流れの一例を示す。処理が開始するステップ６００から特徴ベクトルを抽出するステップ６１０までは、図５に示した学習時の吸気音検出装置２００による処理の流れと同じであるため説明を省略する。ステップ６１０において、各吸気音候補について特徴量ベクトルが抽出されると、処理はステップ６１０へ進み、分類部２５０は、吸気音候補の特徴ベクトルを入力として受け付け、分類基準格納部２４５から読み出した分類基準情報に基づき、吸気音候補を、吸気音と非吸気音のいずれか一方に分類する。そして処理は終了する。
【００７３】
次に図７に示す実験結果を参照して、本発明が提案する吸気音検出の性能を検証する。図７に示す表は、吸気音検出実験における吸気音検出の正解率と精度とを、従来方式と本発明とで比較した結果を示す。実験では、音響モデルとしてGMMを、分類基準を求めるための機械学習としてSVMを利用した。また、GMM及びSVMの学習には、３．４２時間の電話音声データを使用し、テスト時には約２．１時間の電話音声データを使用した。なお、正解率は、吸気音のトータルの回数Ｎに対する正しく検出された吸気音の回数Ｎｃの比Ｎｃ／Ｎとして定義する。また、精度は、吸気音のトータルの回数Ｎに対する、正しく検出された吸気音の回数Ｎｃから間違って検出された吸気音の回数Ｎｆ除いた回数（Ｎｃ―Ｎｆ）の比（Ｎｃ―Ｎｆ）／Ｎとして定義する。
【００７４】
また、表中１行目において従来方式とは、GMMのみを用いた吸気音検出方法を意味する。また、２及び３行目において本発明とは、GMMを用いて吸気音候補を検出し、その後SVMを用いて吸気音候補の絞込みを行うという２段階構成を利用した吸気音検出方法を意味する。但し、２行目における本発明では、絞込み用特徴ベクトルとして、吸気音候補の単体情報のみを用いており、一方３行目における本発明では、絞込み用特徴ベクトルとして、吸気音候補の単体情報に加えてコンテキスト情報を用いている。なお、単体情報としては、どちらの場合も零交差数、パワー、及び前後の無音区間に関する情報を利用している。また、コンテキスト情報としては、発話区間内における吸気音候補の出現位置を示す情報、先行する吸気音候補との時間間隔を示す情報、発話区間内における吸気音候補の個数を示す情報を利用している。
【００７５】
まず従来方式の吸気音検出と本発明の２段階構成を利用した吸気音検出とでその性能を比較してみると、正解率に関してはほとんど差はない。しかし、精度に関しては本発明の２段階構成を利用した吸気音検出のほうが劇的によくなっており、SVMを用いた吸気音候補の絞込み効果が大きいことが分かる。更に、２段階構成を利用した吸気音検出で比較すると、絞込み用特徴ベクトルとして、吸気音候補の単体情報に加えてコンテキスト情報を利用することにより、精度が９５．７から９７．４％に上がっており（４０％のエラー削減）、その精度が大きく改善されていることが分かる。
【００７６】
以上、実施形態を用いて本発明の説明をしたが、本発明の技術範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記の実施形態に、種々の変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。従って、そのような変更または改良を加えた形態も当然に本発明の技術的範囲に含まれる。  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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