(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号を予め定められた時間長のフレームに分割し、音声の特徴量を計算する音響特徴量計算器と、予め定められた基準に沿って音声を複数の状態に分類し、分類された状態毎に音響特徴量を保持している音響特徴量辞書と、入力された音声の音響特徴量と音響特徴量辞書の状態毎に尤度を計算する尤度計算器と、音声認識対象語を前述の状態を使って記述した認識語彙辞書と、先に計算した尤度計算結果を入力し認識語彙辞書の中から音声認識結果を計算する認識辞書検索器とを備える音声認識装置であって、音響特徴量の時間的な変化量を計算する変化量計算器と、複数のフレームに渡って前記変化量計算器で計算された変化量を蓄積する変化量メモリーと、前記複数のフレームの中から変化量の大きいものから予め定められた数のフレーム数を選択して、選択されたフレームのみ尤度計算を実行し、選択されなかったフレームに対しては、すでに計算された尤度の値を使うように制御する尤度計算フレーム選択器を備えることを特徴とする音声認識装置。
【請求項２】
前記尤度計算器は、尤度計算を省略したフレームの区間に対し、直前に計算した尤度と次に計算する尤度の平均の値を計算出力することを特徴とする請求項１に記載の音声認識装置。
【請求項３】
前記尤度計算器は、尤度計算を省略したフレームの区間に対し、直前に計算した尤度と次に計算する尤度の傾斜値を計算出力することを特徴とする請求項１に記載の音声認識装置。
【請求項４】
前記尤度計算器は、最後に尤度計算したフレームの次のフレームの尤度を計算し得られた結果をその後に続く尤度計算しないフレーム期間の尤度として出力することを特徴とする請求項１に記載の音声認識装置。
【請求項５】
前記尤度計算器は、最後に尤度計算したフレームの次のフレーム及びその次に尤度計算するフレームの直前のフレームの尤度を計算し、その間のフレームに対し、両者の平均値又は傾斜値を計算出力することを特徴とする請求項１に記載の音声認識装置。
【請求項６】
コンピュータを請求項１乃至５いずれかに記載の音声認識装置として機能させるためのプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声認識装置及び記録媒体に関し、詳しくは、入力された音響特徴量と音響特徴量辞書との間の尤度の計算において認識精度を落とすことなく負荷を軽減できる音声認識装置及び記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に、従来の一般的な音声認識装置の構成を示しており、音声の入力端子１０１、音響特徴量計算器１０２、尤度計算器１０３、音響特徴量辞書１０４、認識辞書検索器１０５、認識語彙辞書１０６、認識結果出力端子１０７で構成されている。
【０００３】
音声信号は入力端子１０１から入力され、予め定められた時間長（例えば１０ｍｓ）のフレームに分割され、フレーム毎に入力音声の特徴量を音響特徴量計算器１０２で計算する。音声認識で用いる特徴量としては、例えばパワースペクトルの形状を表現する帯域フィルターバンク出力やケプストラムパラメータなどが用いられている。
【０００４】
フレーム毎に計算された入力音声の音響特徴量に対し、予め作成された音響特徴量辞書１０４を用いて、音響特徴量辞書１０４の全ての状態毎に尤度計算器１０３によって尤度を計算する。
ここで尤度とは、入力音声の音響特徴量が、音響特徴量辞書の各状態の音響特徴量にどれだけ似ているかを表す指標値で、音響特徴量としてケプストラムを用いた場合は、入力音声のケプストラムと音響特徴量辞書の各状態毎に保持されているケプストラムとのケプストラム距離などが用いられている。
【０００５】
音響特徴量辞書１０４は、音声を予め定められた状態（単位）で分割し、状態毎に音響特徴量を保持している。音声の単位である状態の例としては、音素（例えば、‘ａ’、‘ｔ’）や、或いは時間的に前後の音素環境を考慮した３つ組音素（例えば、‘ａ；ｋ；ａ’、‘ｔ；ａ；ｋ’）、更に一つの音素を時間的に分割した単位を用いる方法がある。状態の数は単位の選び方によって変化し、音素を単位とした場合は数十、３つ組音素を単位に取れば数百程度の個数になる。
例えば、音響特徴量辞書が２５６の要素から構成されており、発声が１秒であれば１０ｍｓの分析周期で分析すれば１００フレームの音響特徴量が算出され、結局２５６×１００の尤度表が計算される。
【０００６】
次に、入力音声の発声が終了した時点で、認識語彙辞書１０６を用いて、認識辞書検索器１０５で発声内容を検索する。認識語彙辞書とは、認識対象となる語を前述した認識の単位で記述したものである。例えば「赤」を、上記説明の中で例示した三つ組み音素の単位で表現すると、‘−；ａ；ｋ’，‘ａ；ｋ；ａ’，‘ｋ；ａ；−’と表される。ここで‘−’は、無音状態を表す。
上記で計算された各状態毎の尤度の時系列が、認識対象語彙の内、どの語がもっともらしいかを検索する手法に、隠れマルコフモデルやビタビ検索の技術が使われている（「音声・音情報のディジタル信号処理」昭晃堂，ｐ．４２−７９参照）。
【０００７】
以上で説明したように、従来技術の音声認識装置においては、入力信号の全てのフレームに対して尤度計算を行っており、そのため、計算量が多いという問題があった。この問題に対処する方法として、特開平２―２３９２９１号公報には、音声の音響特徴量の変化量を時間的に調べ、その動的な特徴量が多い時点或いは極大となる点のフレームに対してのみ尤度計算するようにした技術が開示されている。これによって音素境界位置の候補数を絞り込むと共に、尤度計算量を削減することを意図している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
高い音声認識率を得るためには、短時間に音響特徴量が変化する破裂音などの情報を精度良く分析することと、音響特徴量辞書も音素環境を考慮して多くの状態数に分割することが望ましい。分析間隔が早くなり音響特徴量辞書の状態が多いと、尤度計算量が非常に多くなり、上記のように認識装置の実現コストが高くなるという問題が生ずる。
【０００９】
この問題を解決するために提案された前記特開平２−２３９２９１号公報の技術の場合、音素の句切り目を検出することを目的とし、瞬間的に変化の大きなフレーム或いは極大点のフレームの尤度を求めているため、安定した特徴量区間での尤度が算出できないという問題がある。さらにまた、音声によっては変化量が小さかったり、極大点が現れず、音響特徴量の変化が検知できず、尤度を求めることができない。結果として上記従来技術では、変化量が小さな区間で尤度計算を省略することにより、実際の尤度からかけ離れ、音声認識精度の低下につながるという問題があった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、尤度計算の負荷を軽減するとともに、音声認識の精度を上げることを可能にした音声認識装置及び記録媒体を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の音声認識装置は、音声信号を予め定められた時間長のフレームに分割し、音声の特徴量を計算する音響特徴量計算器と、予め定められた基準に沿って音声を複数の状態に分類し、分類された状態毎に音響特徴量を保持している音響特徴量辞書と、入力された音声の音響特徴量と音響特徴量辞書の状態毎に尤度を計算する尤度計算器と、音声認識対象語を前述の状態を使って記述した認識語彙辞書と、先に計算した尤度計算結果を入力し認識語彙辞書の中から音声認識結果を計算する認識辞書検索器とを備えるものであって、音響特徴量の時間的な変化量を計算する変化量計算器と、複数のフレームに渡って前記変化量計算器で計算された変化量を蓄積する変化量メモリーと、その中から変化量の大きいものから予め定められた数のフレーム数を選択して、選択されたフレームのみ尤度計算を実行し、選択されなかったフレームに対しては、すでに計算された尤度の値を使うように制御する尤度計算フレーム選択器を備えるものである。
【００１３】
これにより、フレーム内の計算量の最大値をある一定量に抑えて、実時間処理装置に適した構成とすることができる。
また、前記尤度計算器は、尤度計算を省略したフレームの区間に対し、直前に計算した尤度と次に計算する尤度の平均の値を計算出力することで、変化量が小さな区間で尤度計算を省略しながら尤度を近似解として求めることができる。
また、前記尤度計算器は、尤度計算を省略したフレームの区間に対し、直前に計算した尤度と次に計算する尤度の傾斜値を計算出力することで、変化量が小さな区間で尤度計算を省略しながら尤度を近似解として求めることができる。
【００１４】
また、前記尤度計算器は、最後に尤度計算したフレームの次のフレームの尤度を計算し得られた結果をその後に続く尤度計算しないフレーム期間の尤度として出力することで、変化量が少なくなった尤度を用いて音声認識の精度を上げることが可能となる。
また、前記尤度計算器は、最後に尤度計算したフレームの次のフレーム及びその次に尤度計算するフレームの直前のフレームの尤度を計算し、その間のフレームに対し、両者の平均値又は傾斜値を計算出力することで、変化量が少なくなった尤度を用いて音声認識の精度を上げることが可能となる。
また、本発明は、コンピュータを上記音声認識装置として機能させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、図７と同一機能のものは同一符号で示している。
図１は、本発明の音声認識装置の第１実施の形態を示している。図７の回路構成に対して、構成要素として新しく付け加わったのは、入力信号の特徴量の変化を計算する変化量計算器１０８と、入力信号の特徴量の変化量を元に尤度計算器の動作を制御する尤度計算制御器１０９である。
【００１６】
音声信号は入力端子１０１から入力され、予め定められた時間長（例えば１０ｍｓ）のフレームに分割される。フレーム毎に入力音声の特徴量を音響特徴量計算器１０２で計算する。特徴量としては例えばケプストラムを用いる。フレーム毎に算出された音響特徴量は、変化量計算器１０８と尤度計算器１０３に入力される。変化量計算器１０８は入力音声信号の特徴量変化を検出することを目的とし、例えば直前のフレームで計算された音響特徴量と、現在フレームの音響特徴量の差から変化量を算出する。入力音声信号の状態（例えば音韻）が変化するとスペクトル形状などの音響特徴量が変化し、特徴量の変化は大きい。しかし、定常的な母音区間などでは比較的安定した音響特徴量が継続し、音響特徴量の変化量は小さくなる。
【００１７】
音響特徴量としてケプストラムを用いた場合、変化量としては、例えば直前のフレームのケプストラムと、現在フレームのケプストラムとのケプストラム距離を用いる。また音声認識で用いる音響特徴量として、一般に動的特徴量と呼ばれる特徴量の時間的変化の情報を用いる手法がある（音響特徴としてケプストラムを用いている場合、デルタケプストラムと呼ぶ特徴量を用いている）。この場合は変化量としては、この動的特徴量の大きさを算出しても良い。変化量計算器１０８で計算された特徴量の変化量は、尤度計算制御器１０９に入力され、予め設定した判定閾値と比較する。
【００１８】
変化量計算機１０８で計算された特徴量の変化を尤度計算制御器１０９の判定閾値と比較した結果、変化量が判定閾値より大きい場合と小さい場合とに分岐する。
変化量が判定閾値より大きい場合は、入力音声信号の状態変化が大きいので、尤度計算器１０３に音響特徴量計算器１０２で計算した入力信号の特徴量に対する尤度計算を実行させる。この場合の処理は従来と同様である。
【００１９】
次に、本発明の特徴となる処理の部分について述べる。変化量が判定閾値より小さい場合は、入力音声信号の状態があまり変化してないので、尤度計算結果も大きく変化しないことが予想される。この場合は尤度計算制御器１０９は、変化量が判定閾値より大きい場合とは異なる基準に基づいて尤度の値を求める。この基準は１個以上複数あってもよい。
【００２０】
例えば、尤度計算器１０３に対して、現在フレームの尤度計算を行わず、直前に計算した尤度計算結果を用いるという基準を適用する。音声信号には、破裂子音のように音響特徴量の変化が早い区間と、母音定常部のようにあまり変化しない区間がある。このように音響特徴量の変化が小さい区間で、尤度計算を行わないように制御することで計算量を削減できる。
上述したように、音響特徴量の変化が大きい区間で尤度の計算を行い、音響特徴量の小さい区間では尤度計算を行わないという基準に基づいて尤度計算を行う尤度計算制御の様子を図６に示している。
【００２１】
図６（Ａ）は入力音声信号のエネルギーを表しており、図６（Ｂ）は特徴量の変化量の大きさを表している。図６（Ｂ）の点線で示している閾値が変化量の判定閾値で、変化量がこの閾値より大きいフレームでは尤度計算を行い、閾値より小さいフレームでは最近に計算した尤度の値を用いる。図６（Ｃ）に尤度計算の実行状況を示している。目盛りの間隔がフレーム長を表しており、ｃの印が付いたフレームは、特徴量の変化量が判定閾値より大きく、尤度計算を実行したフレームであり、ｃの印の付いてないフレームは、尤度の値は直前に計算した尤度を用いるフレームである。
【００２２】
以降の処理は図７の従来技術で説明したものと同様で、入力音声の発声が終了した時点で、尤度計算を省略して求めた尤度表と認識語彙辞書１０６を用いて、認識辞書検索器１０５で発声内容を検索する。
図２は、本発明の音声認識装置の第２実施の形態を示している。第１実施の形態の図１に対して構成要素として新しく付け加わったのは、尤度計算制御器１０９の出力を入力し、変化量が小さい区間では尤度計算を間引いたフレーム間隔で計算するように制御する間引き計算制御器２０１のみである。第１実施の形態と異なる部分について以下に説明する。
【００２３】
母音など定常的な音響特徴量が複数のフレームに渡って継続する場合、隣接するフレームの音響特徴量の変化は小さいが、複数のフレームでは変化量が蓄積して変化量が大きくなるという場合がある。この場合は、尤度計算を行わないと認識率が低下する。そこで、第２実施の形態では、間引き計算制御器２０１は、尤度計算制御器１０９の出力を入力し、変化量が大きい区間では第１実施の形態と同様の方法で尤度計算器１０３に尤度計算を実行させる。
【００２４】
一方、尤度計算制御器１０９の出力の変化量が小さい区間では、処理フレーム数をカウントし、予め定められた間引きの間隔で間引いたフレームに対しては尤度計算器１０３で尤度計算を実行し、それ以外のフレームでは、尤度計算を行わず、直前に計算した尤度計算結果を用いるように制御する。
尤度計算制御の様子を図６（Ｄ）に示す。この例では間引き率２で制御しており、図６（Ｃ）と比べると、特徴量の変化量が判定閾値より小さい区間でも、２フレームに１回の割合で尤度計算を実行するようになっている。なお、間引き率は２に限定する必要はなく任意である。
【００２５】
図３は、本発明の音声認識装置の第３実施の形態を示している。図１に対して構成要素として新しく付け加わったのは、複数フレームの特徴量の変化量を記憶する変化量メモリー３０１と、この変化量メモリー３０１から、ある選択基準で尤度計算を行うフレームを選択する尤度計算フレーム選択器３０２である。以下、第１および第２実施の形態と異なる部分について説明する。
第１および第２実施の形態では、全ての入力フレームではなく、ある基準を満たしたフレームに対してのみ尤度計算を実行しており、処理全体としては計算量が削減する。しかしながら実時間処理する装置においては、予め定めた処理単位で計算量を一定に抑える必要がある。
【００２６】
第３実施の形態では、この課題に対処するために、予め定めた数（Ｍとする）のフレーム毎に処理を行い、このＭフレームの中から尤度計算を実行するフレーム（Ｎ、但しＮ＜Ｍ）を選択し、残りのフレームは最近に計算された尤度の値を用いるように制御する。
この選択の基準の例としては、変化量計算器１０８で計算された変化量をＭフレームに渡って変化量メモリー３０１記憶し、尤度計算フレーム選択器３０２は、そのＭ個の変化量の中で大きいものからＮフレーム選択する。
このように制御することで、Ｍフレーム内の計算量の最大値をある一定量に抑えられて、実時間処理装置に適した構成とすることができる。
【００２７】
図４は、本発明の音声認識装置の第４実施の形態を示している。該図における平均尤度計算器６０１は、図１乃至図３の尤度計算器１０３の代用をするものである。入力音声の特徴の変化量が閾値を越えるフレームでは従来通りの尤度計算を行い、計算を行った結果を平均尤度計算器６０１内のバッファメモリに蓄積する。このようにして得られた直前の尤度の値をＬとし、次に変化量が閾値を越え計算した尤度Ｎとすると、Ｌを計算したフレームとＮを計算したフレームとの間のフレームに対し（Ｌ＋Ｎ）／２の尤度を当てはめる。その他の処理は、第１〜第３実施の形態に準じる。
図６（Ｅ）に尤度計算制御の結果を示す。この結果は図６（Ｃ）に適用したもので、尤度を計算するのは図６（Ｃ）と同じとなっている。尤度計算を省略したフレームはその両端で求めた尤度の平均値になっている（図では煩雑になるのを避けるため最初の尤度無計算区間のみ記入している）。
【００２８】
図５は、本発明の音声認識装置の第５実施の形態を示している。該図における傾斜尤度計算器７０１は図１乃至図３の尤度計算器１０３の代用をするものである。入力音声の特徴の変化量が閾値を越えるフレームでは従来通りの尤度計算を行い、計算を行った結果を傾斜尤度計算器７０１内のバッファメモリに蓄積する。このようにして得られた直前の尤度の値をＬとし、次に変化量が閾値を越え計算した尤度Ｎとすると、Ｌを計算したフレームとＮを計算したフレームとの間のフレームの数Ｐをカウントし、これらＰ個のフレームに対しＬ＋（Ｎ−Ｌ）×ｍ／（Ｐ＋１）  （ｍは１からＰの整数）の傾斜尤度を当てはめる。その他の処理は、第１〜第３実施の形態に準じる。
【００２９】
図６（Ｆ）に尤度計算制御の結果を示す。この結果は図６（Ｃ）に適用したもので、尤度を計算するのは図６（Ｃ）と同じとなっている。尤度計算を省略したフレームはその両端で求めた尤度の傾斜配分値になっている（図では煩雑になるのを避けるため最初の尤度無計算区間のみ記入している）。
以上の第１実施の形態〜第５実施の形態のほか、以下のような実施の形態も可能である。
【００３０】
図２において、音響特徴量が閾値を越えないフレームの場合、第１実施の形態では最後に尤度計算して得られた値をこれらのフレームの尤度として用いるようにしている。音響特徴量が閾値を越えないフレームの尤度として最後に尤度計算した値の代わりに、最後に尤度計算した次のフレームの尤度を計算し、この値を用いるようにすることができる。これにより、音響特徴量が閾値を越えないフレームの尤度として特徴量の変化の大きい尤度でなく、変化量が少なく定常的になった尤度を用いることで音声認識の精度を上げることが可能となる。このようにして求めた尤度計算制御の結果を図４（Ｇ）に示している。
【００３１】
さらにまた、図４または図５において、音響特徴量が閾値を越えないフレームの場合、図６（Ｇ）の実施の形態では最後に尤度計算して得られ変化量が閾値を越えなくなった最初のフレームでも尤度の計算をしているが、次に変化量が閾値を越え尤度計算する一つ前の変化量が閾値を越えないフレームでも尤度の計算をする。この間のフレームに対し、これら閾値を越えないフレームの両端で計算した尤度の平均値あるいは傾斜値を当てはめる。なお、平均尤度値あるいは傾斜尤度値は実施例４、或いは実施例５で述べた方法に基づく。このようにして求めた尤度計算制御の結果を図６（Ｈ）に示す。
【００３２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
上記各実施の形態では入力音声の特徴量変化の小さい区間に対し単一の尤度計算制御基準を用いているが、例えば複数の基準を組み合わせても実施は可能である。
また、本発明は、コンピュータを上記音声認識装置として機能させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよく、例えば、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＩＣカード、ＲＡＭカード等のいかなるタイプの記録媒体であってもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば、音響特徴量の時間的な変化量を計算する変化量計算器と、計算された変化量を予め定められた閾値と比較し、閾値を越える場合と越えない場合で複数の基準を用いて尤度の値を計算出力する尤度計算制御器を備えたので、前記尤度計算制御器の制御により、入力音声の特徴量変化の大きい区間に対して尤度計算を実行し、変化の小さい場合は例えば、最近の計算された尤度の値を使うように制御し、あるいは、尤度計算を間引きするような制御が可能となり、認識率の劣化を小さく抑えて、計算量を削減することができる。
【００３４】
また、入力音声の特徴量変化の大きい区間に対して尤度を求めるだけでなく、入力音声の特徴量変化の小さい区間或いは安定区間に対しても近似的な尤度を割り当てることができるため、一貫した入力音声の認識ができる。また、入力音声の特徴量変化の大小にかかわらず尤度を出すことができるので、音声によっては変化量が小さかったり、極大点が現れ無い場合でも尤度を求めることができる。したがって、本発明によれば、変化量が小さな区間でも尤度計算を省略しながら尤度を近似解として求めることができるため、音声認識精度を低下させることなく計算量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の音声認識装置の第１実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の音声認識装置の第２実施の形態を示すブロック図である。
【図３】本発明の音声認識装置の第３実施の形態を示すブロック図である。
【図４】本発明の音声認識装置の第４実施の形態を示すブロック図である。
【図５】本発明の音声認識装置の第５実施の形態を示すブロック図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｈ）は尤度計算制御の説明図である。
【図７】従来技術の音声認識装置の実施例を説明する図。
【符号の説明】
１０１  入力端子
１０２  音響特徴量計算器
１０３  尤度計算器
１０４  音響特徴量辞書
１０５  認識辞書検索器
１０６  認識語彙辞書
１０７  認識結果出力端子
１０８  変化量計算器
１０９  尤度計算制御器
２０１  間引き計算制御器
３０１    変化量メモリー
３０２    尤度計算フレーム選択器
６０１    平均尤度計算器
７０１    傾斜尤度計算器
【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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