(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された音声信号をサンプリングして周囲騒音レベルを検出する背景ノイズサンプリング手段と、
この背景ノイズサンプリング手段により検出された周囲騒音レベルに基づいて入力された音声信号の音声検出レベルを設定するレベル設定手段とを備え、
前記背景ノイズサンプリング手段は認識開始信号により周囲騒音レベルの検出を開始し、
前記レベル設定手段は認識終了信号により音声検出レベルを予め設定した初期値に設定し、
前記背景ノイズサンプリング手段は、
前記認識開始信号の受信以後の経過時間を計測するタイマ手段と、
このタイマ手段による経過時間の計測開始時に予め設定した周囲騒音レベルの最大値を周囲騒音レベルの移動平均として設定する最大値設定手段と、
入力された音声信号をサンプリングするサンプリング手段と、
このサンプリング手段によりサンプリングされた音声信号の各サンプリング値に基づき周囲騒音レベルを算出する周囲騒音レベル算出手段と、
前記タイマ手段により計測された時間が予め設定した所定の時間内にあるとき、当該予め設定した所定の時間の半分の時間内に前記周囲騒音レベル算出手段により２個ずつ算出された周囲騒音レベルと前記最大値設定手段により設定された周囲騒音レベルの最大値に基づき周囲騒音レベルの移動平均を算出し、前記予め設定した所定の時間の経過後には前記周囲騒音レベル算出手段により１個ずつ算出された周囲騒音レベルと前記最大値設定手段により設定された周囲騒音レベルの最大値に基づき周囲騒音レベルの移動平均を算出する移動平均算出手段とを備え、
この移動平均算出手段により算出された移動平均を周囲騒音レベルとして設定することを特徴とする音声認識装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声認識装置に係わり、特に、非定常騒音の多い環境下においても使用できる音声認識装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音声認識装置において音声区間を正しく検出することは、音声認識性能を向上させる上で極めて重要である。従来、音声認識装置において音声区間の検出を行う場合、入力信号のレベルを使う方法が一般的である。すなわち、音声区間を検出するためにあるしきい値を設定し、入力信号のレベルがそのしきい値を越えた部分を音声区間とみなすという方法である。しかしながら、この方法では周囲騒音レベルが極端に変化した場合、音声区間を正しく検出できないという問題を生じた。
【０００３】
そこで、周囲騒音を常にサンプリングし、ある一定時間毎の移動平均により周囲騒音レベルを求める方法が、例えば、特公昭６３−２９７５４号公報において提案された。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特公昭６３−２９７５４号公報において提案された方法においては、周囲騒音レベルが極端に変化した場合でも正しく音声区間の検出ができるが、周囲騒音レベルを演算するＣＰＵが常に動作しているため、無駄な電力を消費して、電力損失を引き起こすという問題を生じる。また、ＣＰＵが高速動作しているため、ノイズの発生の原因にもなるという問題も生じる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、周囲騒音のレベルを必要時だけ算出し、無駄な電力の消費およびノイズの発生を抑制するものであって、本発明の構成上の第１の特徴は、入力された音声信号をサンプリングして周囲騒音レベルを検出する背景ノイズサンプリング手段と、背景ノイズサンプリング手段により検出された周囲騒音レベルに基づいて入力された音声信号の音声検出レベルを設定するレベル設定手段とを備え、背景ノイズサンプリング手段は認識開始信号により周囲騒音レベルの検出を開始し、レベル設定手段は認識終了信号により音声検出レベルを予め設定した初期値に設定する。
また、上述の背景ノイズサンプリング手段は、認識開始信号の受信以後の経過時間を計測するタイマ手段と、このタイマ手段による経過時間の計測開始時に予め設定した周囲騒音レベルの最大値を周囲騒音レベルの移動平均として設定する最大値設定手段と、入力された音声信号をサンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング手段によりサンプリングされた音声信号の各サンプリング値に基づき周囲騒音レベルを算出する周囲騒音レベル算出手段と、タイマ手段により計測された時間が予め設定した所定の時間内にあるとき、当該予め設定した所定の時間の半分の時間内に周囲騒音レベル算出手段により２個ずつ算出された周囲騒音レベルと最大値設定手段により設定された周囲騒音レベルの最大値に基づき周囲騒音レベルの移動平均を算出し、上記予め設定した所定の時間の経過後には周囲騒音レベル算出手段により１個ずつ算出された周囲騒音レベルと最大値設定手段により設定された周囲騒音レベルの最大値に基づき周囲騒音レベルの移動平均を算出する移動平均算出手段とを備え、移動平均算出手段により算出された移動平均を周囲騒音レベルとして設定するものである。
【０００８】
【発明の作用・効果】
上記のように構成した本発明においては、認識開始信号により背景ノイズサンプリング手段は周囲騒音レベルの検出を開始し、認識終了信号によりレベル設定手段は音声検出レベルを予め設定した初期値に設定するようにしているので、必要時だけにプロセッサが作動して周囲騒音レベルを算出することになるので、無駄な電力の損失を防止できるようになるとともに、プロセッサの高速動作に伴うノイズの発生も防止できるようになる。
また、認識開始に伴い動作するタイマの計測開始時には最大値設定手段により予め設定した周囲騒音レベルの最大値を周囲騒音レベルの移動平均として設定するので、認識開始時に突然大きな背景騒音が入力されても、この大きな背景騒音を音声として誤認識することが防止でき、認識率が向上する。また、移動平均算出手段により、予め設定した所定の時間内に周囲騒音レベル算出手段により算出された各周囲騒音レベルに基づき周囲騒音レベルの移動平均を算出するので、正確に音声認識することが可能になるとともに、静かな環境であるのに使用者に大声を出させるような負担を軽減できるようになる。
【００１０】
さらに、タイマ手段により計測された時間が予め設定した所定の時間内にあるとき、予め設定した所定の時間の半分の時間内に周囲騒音レベル算出手段により２個ずつ算出された周囲騒音レベルと最大値設定手段により設定された周囲騒音レベルの最大値に基づき周囲騒音レベルの移動平均を算出するようにしているので、短時間の内に移動平均を算出することが可能となり、音声認識開始時に音声の語頭も確実に切り出せるようになり、認識率が格段に向上する。また、上記予め設定した所定の時間の経過後には周囲騒音レベル算出手段により１個ずつ算出された周囲騒音レベルと最大値設定手段により設定された周囲騒音レベルの最大値に基づき周囲騒音レベルの移動平均を算出するので、正確に音声認識することが可能になるとともに、静かな環境であるのに使用者に大声を出させるような負担を軽減できるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図に基づいて本発明の音声認識装置の一実施の形態を説明する。図１は本発明の音声認識装置の一実施の形態の回路ブロック図である。図１において、音声認識装置は、後述する音声認識処理を行う音声認識部１０と、音声と周囲騒音を取り込み音声レベルを出力するマイクロフォン２０と、音声認識を開始させるときに押下して認識開始信号を出力する認識開始スイッチ３０とから構成している。
【００１２】
音声認識部１０は、マイクロフォン２０より取り込まれた周囲騒音レベルの平均パワーを、例えば、所定の時間毎の移動平均により求める背景ノイズサンプリング部１１と、背景ノイズサンプリング部１１より送られてきた周囲騒音レベルに所定のオフセット量を加算して、この加算された値を音声区間の音声検出レベルとして設定するレベル設定部１２と、予め登録した音声の特徴量データが格納されている標準パターン１５とを備えている。
【００１３】
また、音声認識部１０は、レベル設定部１２にて設定した音声検出レベルとマイクロフォン２０より出力された音声レベルとを比較して、所定の時間内に音声レベルが音声検出レベル以上となったとき音声の始端としこの始端から所定の時間内に音声検出レベル以下となったとき音声の終端として音声区間のデータを検出する音声区間検出部１３と、認識開始スイッチ３０からの認識開始信号を受信して背景ノイズサンプリング部１１、レベル設定部１２、音声区間検出部１３を制御するタイミング制御部１４と、音声区間検出部１３より送出された音声区間のデータより音声の特徴量を算出して標準パターン１５に格納されている音声の特徴量データと比較して最も類似している音声の番号を認識結果として出力する照合部１６とを備えている。
【００１４】
上記のように構成した本実施の形態による音声認識装置の動作を説明する。
（１）音声認識の動作
図２は上述のタイミング制御部１４の動作を示すフローチャートである。なお、タイミング制御部１４はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されており、この処理のプログラムは予めＲＯＭに格納されている。図２において、ステップ１００にて処理動作を開始すると、認識開始スイッチ３０の押下に伴い発生する認識開始信号の受信を待ち受ける。タイミング制御部１４が認識開始信号を受信すると、ステップ１０２にて「ＹＥＳ」と判定してステップ１０４に進む。
【００１５】
ステップ１０４にて、タイミング制御部１４は背景ノイズサンプリング部１１にサンプリング開始信号を送出する。すると、レベル設定部１２は、後述する背景ノイズサンプリング部１１の周囲騒音レベル算出の動作に基づいて算出された周囲騒音レベルＬａｖｒに所定のオフセット量ΔＬを加算して音声区間検出レベル（Ｌａｖｒ＋ΔＬ）を設定する。ついで、レベル設定部１２は音声区間検出レベルの設定が完了した旨の設定完了信号をタイミング制御部１４に送出する。
【００１６】
ついで、タイミング制御部１４はレベル設定部１２からの設定完了信号を受信すると、ステップ１０６にて「ＹＥＳ」と判定して、次のステップ１０８に進む。ステップ１０８に進むと、タイミング制御部１４は音声区間検出部１３に音声区間検出開始信号を送出する。すると、音声区間検出部１３はレベル設定部１２にて設定された音声区間検出レベル（Ｌａｖｒ＋ΔＬ）と、マイクロフォン２０より入力された音声のパワーとを比較して、マイクロフォン２０より入力された音声のパワーが所定の時間の間、音声区間検出レベル（Ｌａｖｒ＋ΔＬ）以上となる音声区間を検出する。
【００１７】
ここで、音声区間検出部１３が音声区間を検出すると、この検出した音声区間のデータを照合部１６に送出する。すると、照合部１６は音声区間検出部１３より送られてきた音声区間のデータより特徴量を算出し、この算出した特徴量データと標準パターン１５に予め格納されている音声の特徴量データとを比較して、最も類似している音声の番号を認識結果として出力する。認識結果を出力すると同時に、照合部１６は認識を終了した旨の認識終了信号をタイミング制御部１４に送出する。
【００１８】
タイミング制御部１４は照合部１６より送出された認識終了信号を受信すると、ステップ１１０にて「ＹＥＳ」と判定し、次のステップ１１２にて背景ノイズサンプリング部１１および音声区間検出部１３に停止信号を送出する。ついで、ステップ１１４に進み、タイミング制御部１４はレベル設定部１２にリセット信号を送出して、音声区間検出レベルを所定の初期値に設定するとともに、ステップ１０２に戻り、認識開始信号を待ち受け状態にする。
【００１９】
（２）周囲騒音レベル算出の動作
図３は上述の背景ノイズサンプリング部１１の動作を示すフローチャートである。なお、背景ノイズサンプリング部１１は、例えば、ディジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）より構成されており、この処理のプログラムは予めこのプロセッサに格納されている。図３において、背景ノイズサンプリング部１１はタイミング制御部１４から送出されたサンプリング開始信号を受信すると、ステップ２００にて処理動作を開始する。
【００２０】
ステップ２００にて処理動作を開始すると、ステップ２０２にてタイマ動作を開始（Ｔｃ＝０とセットする）させるとともに、周囲騒音レベルの移動平均値Ｌａｖｒを予め設定した最大値Ｌｍａｘにセット（Ｌａｖｒ0＝Ｌｍａｘ）（図４参照）し、マイクロフォン２０より入力された信号のサンプリングを開始する。なお、サンプリング周期は、例えば１００μｓに設定されている。ここで、周囲騒音レベルの最大値Ｌｍａｘは、例えば、１番地〜ｎ番地までのレジスタにそれぞれ書き込まれている。
【００２１】
ついで、ステップ２０４にて、所定の時間（例えば２０ｍｓ）内に入力された音声の各サンプリング値の２乗和を求め、この求めた２乗和を周囲環境騒音レベルＬｎ1として算出するとともに、Ｌｍａｘが書き込まれた１番地と（（ｎ／２）＋１）番地の２個のレジスタのデータを算出した周囲環境騒音レベルＬｎ1に書き換える。ついで、ステップ２０６に進み、ステップ２０２にて動作させたタイマ時間（Ｔｃ）が予め設定した時間（Ｔａｖｒ（例えば２００ｍｓ））（図４参照）に達したか否かの判定を行う。ここで、タイマ時間（Ｔｃ）が予め設定した時間（Ｔａｖｒ）以内（Ｔｃ≦Ｔａｖｒ）の場合、ステップ２０８に進む。
【００２２】
ステップ２０８に進むと、予め設定した時間の１／２（Ｔａｖｒ／２）時間以内に算出してレジスタに書き込まれた周囲環境騒音ＬｍａｘとＬｎ1との移動平均値Ｌａｖｒ1（図４参照）を算出する。
【００２３】
ついで、ステップ２１２において、ステップ２０８にて算出した周囲騒音レベルの移動平均値Ｌａｖｒ1をレベル設定部１２に送出し、タイミング制御部１４より停止信号を受信しない場合は、ステップ２１４にて「ＮＯ」と判定して、ステップ２０４に戻り、ステップ２０４にて、上述と同様にして入力された音声の各サンプリング値の２乗和を求め、この求めた２乗和を周囲環境騒音レベルＬｎ2として算出するとともに、Ｌｍａｘが書き込まれた２番地と（（ｎ／２）＋２）番地の２個のレジスタのデータを算出した周囲環境騒音レベルＬｎ2に書き換える。ついで、ステップ２０８にて上述と同様にして、予め設定した時間の１／２（Ｔａｖｒ／２）時間以内に算出してレジスタに書き込まれた周囲環境騒音レベルＬｍａｘ、Ｌｎ1、Ｌｎ2の移動平均値Ｌａｖｒ2を算出する。
【００２４】
同様にして、ステップ２０４に戻り、ステップ２０４にて、入力された音声の各サンプリング値の２乗和を求め、この求めた２乗和を周囲環境騒音レベルＬｎ3として算出するとともに、Ｌｍａｘが書き込まれた３番地と（（ｎ／２）＋３）番地のレジスタのデータを算出した周囲環境騒音レベルＬｎ3に書き換える。ステップ２０８にて上述と同様にして、予め設定した時間の１／２（Ｔａｖｒ／２）時間以内に算出してレジスタに書き込まれた周囲環境騒音レベルＬｍａｘ、Ｌｎ1、Ｌｎ2、Ｌｎ3の移動平均値Ｌａｖｒ3を算出する。
【００２５】
同様の処理を繰り返してステップ２０４にてｉ回目のＬｎiを算出するとともに、Ｌｍａｘが書き込まれたｉ番地と（ｎ／２）+ｉ番地の２個のレジスタのデータを算出した周囲環境騒音レベルＬｎiにそれぞれ１個ずつ書き換える。ステップ２０８にて上述と同様にして、予め設定した時間の１／２（Ｔａｖｒ／２）時間以内に算出してレジスタに書き込まれた周囲環境騒音レベルＬｎ1、Ｌｎ2、Ｌｎ3・・・Ｌｎi、Ｌｍａｘの移動平均値Ｌａｖｒiを算出する。
【００２６】
このようにして、ステップ２０４からステップ２１４までの処理を繰り返しているうちに、タイマ時間（Ｔｃ）が予め設定した時間（Ｔａｖｒ（例えば２００ｍｓ））の１／２に達すると、ステップ２０４にてｊ回目のＬｎjを算出するとともに、Ｌｍａｘが書き込まれたｎ／２番地と、ｎ番地の２個のレジスタのデータを算出した周囲環境騒音レベルＬｎjに書き換える。ステップ２０８にて上述と同様にして、予め設定した時間の１／２（Ｔａｖｒ／２）時間以内に算出してレジスタに書き込まれた周囲環境騒音レベルＬｎ1、Ｌｎ2、Ｌｎ3、Ｌｎi、Ｌｎjとの移動平均値Ｌａｖｒjを算出する。
【００２７】
このようにして、ステップ２０４からステップ２１４までの処理を繰り返しているうちに、タイマ時間（Ｔｃ）が予め設定した時間（Ｔａｖｒ（例えば２００ｍｓ））に達すると、ステップ２０４にてｋ回目のＬｎkを算出するとともに、Ｌｎjが書き込まれたｎ番地のレジスタのデータを、算出した周囲環境騒音レベルＬｎkに書き換え、ステップ２０６にて「ＹＥＳ」と判定して、予め設定した時間（Ｔａｖｒ）内に算出された周囲環境騒音レベルＬｎ1〜Ｌｎkとの移動平均値Ｌａｖｒkをステップ２１０にて算出する。
【００２８】
同様な処理を繰り返して、ステップ２０４にてｌ回目のＬｎlを算出するとともに、Ｌｎ1〜Ｌｎjが書き込まれた１〜（ｎ／２）番地のレジスタのデータおよびＬｎj+1〜Ｌｎkが書き込まれた（（ｎ／２）＋１）〜ｎ番地のデータを、算出した周囲環境騒音レベルＬｎlに１個ずつ逐次書き換え、ステップ２０６にて「ＹＥＳ」と判定して、予め設定した時間（Ｔａｖｒ）内に算出された周囲環境騒音レベルから移動平均値Ｌａｖｒlをステップ２１０にて算出する。
【００２９】
ついで、ステップ２１２において、ステップ２１０にて算出した周囲騒音レベルの移動平均値Ｌａｖｒlをレベル設定部１２に送出し、タイミング制御部１４より停止信号を受信すると、ステップ２１４にて「ＹＥＳ」と判定して、ステップ２１６にて周囲騒音レベル算出の処理を終了する。
【００３０】
上述のように構成した本実施の形態においては、認識開始スイッチ３０の押下に伴い発生する認識開始信号により、タイミング制御部１４は背景ノイズサンプリング部１１を動作させ、背景ノイズサンプリング部１１は周囲騒音レベルの検出を開始する。また、タイミング制御部１４から送出された認識終了信号によりレベル設定部１２は音声検出レベルを予め設定した初期値に設定するようにしているので、必要時だけにプロセッサが作動して周囲騒音レベルを算出することになるので、無駄な電力の損失を防止できるようになるとともに、プロセッサの高速動作に伴うノイズの発生も防止できるようになる。
【００３１】
また、認識開始に伴い動作するタイマの計測開始時には、ステップ２０２にて予め設定した周囲騒音レベルの最大値Ｌｍａｘを周囲騒音レベルの移動平均Ｌａｖｒとして設定するので、認識開始時に突然大きな背景騒音が入力されても、この大きな背景騒音を音声として誤認識することが防止でき、認識率が向上する。また、ステップ２１０にて、予め設定した所定の時間Ｔａｖｒ内にステップ２０４にて１個ずつ算出された周囲騒音レベルＬｎに基づき周囲騒音レベルの移動平均を算出するので、正確に音声認識することが可能になるとともに、静かな環境であるのに使用者に大声を出させるような負担を軽減できるようになる。
【００３２】
さらに、タイマにより計測された時間が予め設定した所定の時間Ｔａｖｒ内においては、ステップ２０８にて、予め設定した所定の時間の半分の時間Ｔａｖｒ／２内に２個ずつ算出された周囲騒音レベルＬｎと周囲騒音レベルの最大値Ｌｍａｘに基づき周囲騒音レベルの移動平均を算出するようにしているので、短時間の内に移動平均を算出することが可能となり、音声認識開始時に音声の語頭も確実に切り出せるようになり、認識率が格段に向上する。
【００３３】
【実施例】
上述の実施の形態にて説明した音声認識装置を携帯電話に適用した場合の一実施例を説明する。図５は本実施例の音声認識機能付き携帯電話の概略を示す図である。図５において、音声認識機能付き携帯電話は上述の図１の音声認識部１０と同様な構成の音声認識部４０と、音声と周囲騒音を取り込み音声レベルを出力するマイクロフォン５０と、音声認識を開始させるときに押下して認識開始信号を出力する認識開始スイッチを有するスイッチ操作部６０と、音声認識部４０により認識された認識結果に対応する使用者が予め登録した登録音声を出力する合成音出力部７０と、合成音出力部７０から出力された登録音声を音声として出力するスピーカ８０と、音声処理回路、送受信回路、アンテナ、アンテナ共用器、モデム等からなる通信部９０とから構成している。
【００３４】
本実施例の音声認識機能付き携帯電話の動作を説明する。なお、音声認識部４０の動作は上述の図１の音声認識部１０の動作と同様であるので、図１のブロック図および図２、図３のフローチャートに基づいて説明する。まず、この携帯電話の使用者が音声認識を使って電話をかける場合、予め自分の声で音声を登録しておく。音声が登録されると登録音声の特徴量が標準パターン１５（図１参照）に格納される。ここで、スイッチ操作部６０の認識開始スイッチ３０（図１参照）を押下すると、認識開始信号が音声認識部４０を介して合成音出力部７０に送出され、音声認識を促す音声、例えば「どうぞ」がスピーカ８０より発せられる。
【００３５】
同時に、認識開始スイッチ３０が押下されると、認識開始信号がタイミング制御部１４にも送出され、音声認識部４０は上述した周囲騒音レベル算出と音声認識動作を開始し、音声区間の検出が行われると特徴量を算出して、標準パターン１５に登録された標準パターンの番号を認識結果として合成音出力部７０に送出する。合成音出力部７０はこの認識結果に対応する登録音声をスピーカ８０より発する。ここで、使用者がスピーカ８０より発せられた登録音声が正しければ、スイッチ操作部６０の発信キーを押下することにより、登録音声に対応する電話番号の所に電話が発信されることとなる。
【００３６】
なお、使用者がスイッチ操作部６０の発信キーを押下することにより、タイミング制御部１４は背景ノイズサンプリング部１１および音声区間検出部１３に停止信号を送出し、これに伴い、背景ノイズサンプリング部１１および音声区間検出部１３は背景ノイズサンプリング動作および音声区間検出動作をそれぞれ停止させる。また、タイミング制御部１４はレベル設定部１２にリセット信号を送出して、音声区間検出レベルを所定の初期値にリセットする。
【００３７】
なお、本発明においては、反響の大きな部屋または車室内にて使用する音声認識装置においても有効である。例えば、音声認識装置が認識開始を促す合成音を出力する上述の実施例のような音声認識機能付き携帯電話においは、音声認識開始時の周囲騒音レベルの追従時間（上述のＴａｖｒ）を反響時間より長く設定すれば、反響音がマイクロフォンに回り込んでも誤認識することが防止できる。また、追従時間も、最初は所定の初期値に設定していても、２回目以降の音声認識時には、１回目の反響時間を計測することにより、最適な追従時間に変更することが可能となる。さらに、本発明は、音声認識時のみでなく、登録型音声認識装置の音声登録時においても、音声認識時と同様な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の音声認識装置の一実施の形態の回路ブロック図である。
【図２】  図１の音声認識動作を示すフローチャートである。
【図３】  図１の周囲騒音レベル算出の動作を示すフローチャートである。
【図４】  周囲騒音レベルと算出した移動平均を示す図である。
【図５】  本発明の音声認識装置を携帯電話に適用した実施例を示す図である。
【符号の説明】
１０…音声認識部、２０…マイクロフォン、３０…認識開始スイッチ、１１…背景ノイズサンプリング部、１２…レベル設定部、１３…音声区間検出部、１４…タイミング制御部、１５…標準パターン、１６…照合部
【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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