(57)【要約】【課題】声の高低等の影響を排除したＭＦＣＣ特徴量を得ることのできる音声特徴量算出装置を提供する。【解決手段】制御部は、取得した音声信号から複数のフレーム信号を切り出し（ステップＳ２０１）、各フレーム信号に対し、高域強調処理を行う（ステップＳ２０２）。次に、ハミング窓を用いて、各フレーム信号の両端における信号の不連続性を最小限にし（ステップＳ２０３）、高速フーリエ変換処理を行って、各フレーム信号の周波数スペクトルを算出する（ステップＳ２０４）。続いて、各フレーム信号について、ケプストラム分析の手法に基づいたピッチ除去処理を行う（ステップＳ２０５）。それから、フィルタバンク処理（ステップＳ２０６）、離散コサイン変換処理（ステップＳ２０７）を行うことで、ピッチ成分を除去したフレーム信号毎のＭＦＣＣ特徴量が得られる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号を取得する音声取得手段と、
取得した前記音声信号について、所定長のフレーム信号毎のＭＦＣＣ特徴量を算出するＭＦＣＣ特徴量算出手段と、を備え、
該ＭＦＣＣ特徴量算出手段は、前記ＭＦＣＣ特徴量の算出過程において、当該フレーム信号からピッチ成分を除去するピッチ除去処理を行う、
ことを特徴とする音声特徴量算出装置。
【請求項２】
前記ＭＦＣＣ特徴量算出手段は、ケプストラム分析を用いて前記ピッチ除去処理を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の音声特徴量算出装置。
【請求項３】
前記ＭＦＣＣ特徴量算出手段は、前記ＭＦＣＣ特徴量の算出過程において、当該フレーム信号の周波数スペクトルを算出した後、前記ピッチ除去処理を行う、
ことを特徴とする請求項２に記載の音声特徴量算出装置。
【請求項４】
音声取得手段が、音声信号を取得するステップと、
ＭＦＣＣ特徴量算出手段が、所得した前記音声信号について、所定長のフレーム信号毎のＭＦＣＣ特徴量を算出するステップと、を有し、
前記ＭＦＣＣ特徴量を算出するステップにおいて、前記ＭＦＣＣ特徴量算出手段は、当該フレーム信号からピッチ成分を除去するピッチ除去処理を行う、
ことを特徴とする音声特徴量算出方法。
【請求項５】
コンピュータを、
音声信号を取得する音声取得手段、
取得した前記音声信号について、所定長のフレーム信号毎のＭＦＣＣ特徴量を算出するＭＦＣＣ特徴量算出手段、として機能させる音声特徴量算出プログラムであって、
前記ＭＦＣＣ特徴量算出手段は、前記ＭＦＣＣ特徴量の算出過程において、当該フレーム信号からピッチ成分を除去するピッチ除去処理を行う、
ことを特徴とする音声特徴量算出プログラム。
【請求項６】
音声データベースと、
入力された音声信号について、所定長のフレーム信号毎のＭＦＣＣ特徴量を算出する第１のＭＦＣＣ特徴量算出手段と、
前記音声データベースから読み出した照合対象の音声信号について、所定長のフレーム信号毎のＭＦＣＣ特徴量を算出する第２のＭＦＣＣ特徴量算出手段と、
前記第１のＭＦＣＣ特徴量算出手段の算出結果と、前記第２のＭＦＣＣ特徴量算出手段の算出結果と、に基づいて、前記入力された音声信号と、前記照合対象の音声信号とが、音声内容について一致するか否かを判定する照合手段と、
該照合手段の判定結果を出力する出力手段と、を備え、
前記第１のＭＦＣＣ特徴量算出手段及び前記第２のＭＦＣＣ特徴量算出手段のそれぞれは、前記ＭＦＣＣ特徴量の算出過程において、当該フレーム信号からピッチ成分を除去するピッチ除去処理を行う、
ことを特徴とする音声認識装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声特徴量算出装置、音声特徴量算出方法及び音声特徴量算出プログラム並びに音声認識装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
音声認識処理における音声信号の特徴量の算出では、ケプストラム領域の特徴量であるＭＦＣＣ（Mel Frequency Cepstrum Coefficient）を用いるのが一般的である（非特許文献１参照）。ＭＦＣＣ特徴量では、発声された内容（「あ」や「い」等）によって似通った数値となることから、その数値同士のマッチングによって、発声内容の推定を行う。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】鹿野清宏、外４名、「ＩＴ Ｔｅｘｔ 音声認識システム」、第１版、オーム社、２００１年５月、ｐ．１−１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のＭＦＣＣ特徴量の算出では、話者の発声時の声の高さや強さについても算出したＭＦＣＣ特徴量の値に反映されていた。このため、例えば、同一の話者による同一の発声内容同士の照合であっても、マッチングしない（即ち、音声内容が一致しない）という現象も起こり得た。したがって、ＭＦＣＣ特徴量を用いた音声認識において、更なる精度の向上が求められているのが実状である。
【０００５】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、声の高低等、音声内容との関係が乏しい情報の影響を排除したＭＦＣＣ特徴量を得ることのできる音声特徴量算出装置、音声特徴量算出方法及び音声特徴量算出プログラム並びに音声認識装置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】
【０００６】
本発明に係る音声特徴量算出装置は、
音声信号を取得する音声取得手段と、
取得した前記音声信号について、所定長のフレーム信号毎のＭＦＣＣ特徴量を算出するＭＦＣＣ特徴量算出手段と、を備え、
該ＭＦＣＣ特徴量算出手段は、前記ＭＦＣＣ特徴量の算出過程において、当該フレーム信号からピッチ成分を除去するピッチ除去処理を行う、ことを特徴とする。
【０００７】
上記の音声特徴量算出装置において、好ましくは、前記ＭＦＣＣ特徴量算出手段は、ケプストラム分析を用いて前記ピッチ除去処理を行う。
【０００８】
上記の場合、前記ＭＦＣＣ特徴量算出手段は、前記ＭＦＣＣ特徴量の算出過程において、当該フレーム信号の周波数スペクトルを算出した後、前記ピッチ除去処理を行うのがさらに好ましい。
【０００９】
本発明に係る音声特徴量算出方法は、
音声取得手段が、音声信号を取得するステップと、
ＭＦＣＣ特徴量算出手段が、所得した前記音声信号について、所定長のフレーム信号毎のＭＦＣＣ特徴量を算出するステップと、を有し、
前記ＭＦＣＣ特徴量を算出するステップにおいて、前記ＭＦＣＣ特徴量算出手段は、当該フレーム信号からピッチ成分を除去するピッチ除去処理を行う、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る音声特徴量算出プログラムは、
コンピュータを、
音声信号を取得する音声取得手段、
取得した前記音声信号について、所定長のフレーム信号毎のＭＦＣＣ特徴量を算出するＭＦＣＣ特徴量算出手段、として機能させる音声特徴量算出プログラムであって、
前記ＭＦＣＣ特徴量算出手段は、前記ＭＦＣＣ特徴量の算出過程において、当該フレーム信号からピッチ成分を除去するピッチ除去処理を行う、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る音声認識装置は、
音声データベースと、
入力された音声信号について、所定長のフレーム信号毎のＭＦＣＣ特徴量を算出する第１のＭＦＣＣ特徴量算出手段と、
前記音声データベースから読み出した照合対象の音声信号について、所定長のフレーム信号毎のＭＦＣＣ特徴量を算出する第２のＭＦＣＣ特徴量算出手段と、
前記第１のＭＦＣＣ特徴量算出手段の算出結果と、前記第２のＭＦＣＣ特徴量算出手段の算出結果と、に基づいて、前記入力された音声信号と、前記照合対象の音声信号とが、音声内容について一致するか否かを判定する照合手段と、
該照合手段の判定結果を出力する出力手段と、を備え、
前記第１のＭＦＣＣ特徴量算出手段及び前記第２のＭＦＣＣ特徴量算出手段のそれぞれは、前記ＭＦＣＣ特徴量の算出過程において、当該フレーム信号からピッチ成分を除去するピッチ除去処理を行う、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、音声内容との関係が乏しい情報の影響を排除したＭＦＣＣ特徴量を得ることができ、音声認識の精度向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る音声認識装置の構成を示すブロック図である。
【図２】音声認識処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】ＭＦＣＣ特徴量算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】フレーム信号の切り出しについて説明するための図である。
【図５】ピッチ除去処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る音声認識装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
本実施形態に係る音声認識装置１は、図１に示すように、制御部１１と、記憶部１２と、音声ＤＢ（データベース）１３と、音声インタフェース部１４と、マイクロフォン１５と、スピーカ１６と、入力部１７と、表示部１８と、を備える。これらの各部は、システムバス１９により相互に接続されている。システムバス１９は、命令やデータを転送するための伝送経路である。
【００１６】
制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、主記憶装置等で構成され（何れも図示せず）、音声認識装置１の各部を制御するとともに、記憶部１２に格納されている所定のプログラムに基づいて後述する各処理を実行する。
【００１７】
記憶部１２は、例えば、読み書き可能な不揮発性の半導体メモリやハードディスクドライブ等から構成される。記憶部１２には、制御部１１が算出したＭＦＣＣ特徴量が格納され、また、制御部１１が実行する種々の動作プログラムや音声認識処理に必要な様々なデータが記憶されている。
【００１８】
音声ＤＢ１３は、例えば、読み書き可能な不揮発性の半導体メモリやハードディスクドライブ等から構成され、音声信号と音素列ラベルからなる音声コーパスを記憶する。
【００１９】
音声インタフェース部１４は、マイクロフォン１５及びスピーカ１６と、制御部１１との間のデータ授受のためのインタフェース処理を行う。
【００２０】
入力部１７は、キーボード、キーパッド、タッチパッドやマウス等の入力デバイスから構成され、ユーザからの操作入力を受け付け、受け付けた信号を制御部１１に送出する。表示部１８は、ＣＲＴや液晶モニタ等の表示デバイスにより構成され、制御部１１による指令の下、文字や画像等の情報を表示する。なお、入力部１７及び表示部１８をタッチパネルで具現化してもよい。
【００２１】
続いて、以上のように構成された音声認識装置１によって実行される音声認識処理について、図２乃至図５を参照して説明する。
【００２２】
図２は、音声認識処理の手順を示すフローチャートである。音声認識処理は、音声認識処理を開始させるための指令が、ユーザによって入力部１７を介して入力され、その旨の操作信号を制御部１１が受け取ることで開始される。音声認識処理が開始されると、制御部１１は、音声入力の待ち状態となる（ステップＳ１０１）。
【００２３】
ユーザにより、マイクロフォン１５を介して音声が入力されると（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、制御部１１は、ＭＦＣＣ特徴量算出処理を実行して、入力音声のＭＦＣＣ特徴量を算出する（ステップＳ１０２）。図３は、ＭＦＣＣ特徴量算出処理の手順を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って、ＭＦＣＣ特徴量算出処理を詳細に説明する。
【００２４】
先ず、制御部１１は、フレーム化処理を行う。具体的には、制御部１１は、図４に示すように、入力音声を所定の時間長（例えば、２５ｍｓｅｃ）且つ所定のシフト幅（例えば、１０ｍｓｅｃ）で区切り、複数のフレーム信号を切り出す（ステップＳ２０１）。そして、各フレーム信号に対し、高域強調（プリエンファシス）処理を行う（ステップＳ２０２）。これにより、スペクトルの傾斜が平坦化される。
【００２５】
次に、ハミング窓を用いて、各フレーム信号の両端における信号の不連続性を最小限にする（ステップＳ２０３）。
【００２６】
続いて、高速フーリエ変換処理を行い（ステップＳ２０４）、各フレーム信号の周波数スペクトルを算出する。そして、制御部１１は、各フレーム信号について、ピッチ除去処理を行う（ステップＳ２０５）。ピッチ除去処理は、各フレーム信号からピッチ成分（基本周波数成分）を除去する処理であり、本実施形態では、ケプストラム分析の手法を用いて行う。このピッチ除去処理について、以下、図５のフローチャートを参照して説明する。
【００２７】
先ず、制御部１１は、算出した各フレーム信号の周波数スペクトルを対数軸に変換する（ステップＳ３０１）。そして、その結果得られた値に対して、逆フーリエ変換処理を行う（ステップＳ３０２）。これにより、各フレーム信号についてのケプストラムが得られる。ここで得られる各フレーム信号のケプストラムにおいては、低ケフレンシー部にスペクトル包絡の情報が含まれ、高ケフレンシー部には、ピッチ成分が含まれるように分離されているものと考えられる。
【００２８】
そこで、制御部１１は、ピッチ成分（即ち、高ケフレンシー部分）を除去するため、低ケフレンシー部分に窓をかけ（リフタリング処理）（ステップＳ３０３）、低ケフレンシー部分のみをフーリエ変換し（ステップＳ３０４）、対数スペクトル包絡を求める。
【００２９】
制御部１１は、指数関数を用いて、上述のようにして求めた各フレーム信号毎の対数スペクトル包絡を周波数スペクトルに再変換し（ステップＳ３０５）、本処理（ピッチ除去処理）を終了する。
【００３０】
以上のピッチ除去処理が終了すると、図３のフローチャートに戻り、制御部１１は、ピッチ除去処理（即ち、ケプストラム分析）の結果に対して、フィルタバンク処理を施す（ステップＳ２０６）。そして、制御部１１は、フィルタバンク処理の結果得られたＬ個の帯域におけるパワーを離散コサイン変換する（ステップＳ２０７）。これにより、入力音声について、ピッチ成分を除去したフレーム信号毎のＭＦＣＣ特徴量が得られる。
【００３１】
図２のフローチャートに戻り、次に、制御部１１は、音声ＤＢ１３から照合対象となる音声信号を所定の順番で読み出す（ステップＳ１０３）。そして、制御部１１は、音声ＤＢ１３から読み出した照合対象音声信号のＭＦＣＣ特徴量を算出する（ステップＳ１０４）。ここで、制御部１１は、上述した入力音声についてのＭＦＣＣ特徴量算出処理（図３参照）と同様にして、照合対象音声信号のＭＦＣＣ特徴量を算出する。
【００３２】
続いて、制御部１１は、算出したそれぞれのＭＦＣＣ特徴量に基づいて、入力音声と、当該照合対象音声信号とが一致するか否かの照合（マッチング）処理を行う（ステップＳ１０５）。ここでの照合処理は、ＭＦＣＣ特徴量を用いた音声認識における周知の手法を採用する。
【００３３】
上記の照合処理の結果、両者が一致すると認められる場合（ステップＳ１０６；ＹＥＳ）、制御部１１は、表示部１８に当該照合対象音声信号に対応する仮名文字を表示する等して照合結果を表示出力し（ステップＳ１０７）、本処理を終了する。なお、照合結果として、当該照合対象音声信号に対応する音声をスピーカ１６から出力してもよい。
【００３４】
一方、照合処理の結果、両者が一致すると認められない場合（ステップＳ１０６；ＮＯ）、音声ＤＢ１３に未照合の音声信号が存在すれば（ステップＳ１０８；ＮＯ）、制御部１１は、次の照合対象となる音声信号を音声ＤＢ１３から読み出し（ステップＳ１０３）、上述した処理を繰り返し行う。
【００３５】
照合処理の結果、両者が一致すると認められない場合（ステップＳ１０６；ＮＯ）で、さらに、音声ＤＢ１３に未照合の音声信号が存在しない場合（ステップＳ１０８；ＹＥＳ）、制御部１１は、照合処理の結果として、入力音声に対応する音声信号が音声ＤＢ１３から検出されなかった旨を示すエラーメッセージ等を表示部１８やスピーカ１６を介して出力し（ステップＳ１０７）、本処理を終了する。
【００３６】
以上説明したように、本発明の本実施形態に係る音声認識装置１によれば、ピッチ成分を除去したＭＦＣＣ特徴量を算出することができる。そして、かかるＭＦＣＣ特徴量を用いて、入力音声と照合対象の音声信号との照合を行う。したがって、声の高低等、音素の情報（即ち、音声内容）との関係が乏しい情報の影響を排除した照合が行えるため、音声認識の精度向上が期待できる。
【００３７】
また、本実施形態に係る音声認識装置１では、上述したケプストラム分析に基づくピッチ除去処理（図５参照）を、従来のＭＦＣＣ特徴量算出過程における高速フーリエ変換処理と離散コサイン変換処理との間に実行する。このため、処理の効率化が図れ、ピッチを除去したＭＦＣＣ特徴量を、処理負荷を増大させることなく算出することが可能である。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。
【００３９】
上記実施形態の音声認識装置１は、ユーザが入力した音声のＭＦＣＣ特徴量と、音声ＤＢ１３から読み出した照合対象の音声信号のＭＦＣＣ特徴量とを算出し、両者を照合した結果を出力する音声認識機能を備えていた。つまり、音声認識装置１は、ピッチ成分を除去したＭＦＣＣ特徴量を算出する機能と、算出したＭＦＣＣ特徴量を用いて音声の照合を行い、その結果を表示する機能と、を備えていた。しかしながら、本発明の特徴は、ピッチ成分を除去したＭＦＣＣ特徴量を算出する点にあるため、音声の照合等を行う機能は必ずしも必要ではなく、本発明を、ピッチ成分を除去したＭＦＣＣ特徴量を算出する機能を備えた音声特徴量算出装置として具現化してもよい。この場合、他の装置が、かかる音声特徴量算出装置が算出したＭＦＣＣ特徴量を用いて音声の照合を行い、その結果を表示すればよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、制御部１１がプログラムを実行することによる論理的処理で、上述した各機能が実現されるものとしていたが、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアによって、上述した機能が実現されるようにしてもよい。
【００４１】
さらに、既存のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等を本発明に係る音声特徴量算出装置あるいは音声認識装置として機能させることも可能である。即ち、上述した制御部１１が実行したようなプログラムを、既存のＰＣ等に適用し、そのＰＣ等のＣＰＵ等がそのプログラムを実行することで、当該ＰＣ等を本発明に係る音声特徴量算出装置あるいは音声認識装置として機能させることが可能となる。
【００４２】
このようなプログラムの配布方法は任意であり、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto Optical Disk）、メモリカードなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよいし、インターネットなどの通信ネットワークを介して配布してもよい。
【００４３】
この場合、上述した本発明に係る機能を、ＯＳ（オペレーティングシステム）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などでは、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体等に格納してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１…音声認識装置、１１…制御部、１２…記憶部、１３…音声ＤＢ、１４…音声インタフェース部、１５…マイクロフォン、１６…スピーカ、１７…入力部、１８…表示部、１９…システムバス
【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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