(57)【要約】【課題】精度の高い話者認識を行うとともに話者モデルとの距離算出を容易にする。【解決手段】フレーム切出し手段２１において、音声波形データをシフト間隔Ｔでフレーム幅Ｌのフレームに順次切出し特徴ベクトル生成手段２２に出力する。フレーム切出し手段から切出されたフレームにおけるピッチの有無をピッチ検出手段２３で検出する。フレーム切出し手段は、ピッチ検出結果に応じてシフト間隔Ｔ及びフレーム幅Ｌを変更する。すなわち、無声音区間に対して音声周波が存在する有声音区間のシフト間隔Ｔ及びフレーム幅Ｌが短くなるように変更する。特徴ベクトル生成手段は各フレームの音声波形データを特徴ベクトルに変換し次段の距離計算手段２４に出力する。距離計算手段は特徴ベクトル系列と話者モデル記憶手段２５に記憶されている話者モデルとの距離を計算し、次段の認識手段２６に出力する。認識手段は、距離計算手段からの距離データと予め設定された閾値とを比較して話者認識を行う。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声を入力する音声入力手段と、この音声入力手段で入力された音声波形データを、設定されたシフト間隔で設定されたフレーム幅のフレームに切出すフレーム切出し手段と、このフレーム切出し手段が切出したフレームの音声波形データを特徴ベクトルに変換する特徴ベクトル生成手段と、前記フレーム切出し手段が切出したフレームにおける声帯周波の有無を検出するピッチ検出手段と、予め話者モデルを記憶した話者モデル記憶手段と、前記特徴ベクトル生成手段から生成された特徴ベクトルと前記話者モデル記憶手段に記憶した話者モデルとの距離から話者認識を行う認識手段とを具備し、
前記フレーム切出し手段は、前記ピッチ検出手段が声帯周波を検出した時にはシフト間隔が短くなるように設定することを特徴とする話者認識装置。
【請求項２】
フレーム切出し手段は、ピッチ検出手段が声帯周波を検出した時にはシフト間隔が短くなるように設定するとともにフレーム幅が短くなるように設定することを特徴とする請求項１記載の話者認識装置。
【請求項３】
フレーム切出し手段は、声帯周波の周波数に応じて設定するフレーム幅を変更することを特徴とする請求項２記載の話者認識装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声を入力して話者を認識する話者認識装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に話者認識においては、入力された音声を１０ｍｓｅｃ程度のシスト間隔で長さ３０ｍｓｅｃ程度のフレームに切出し、そのフレーム毎に求まる各種個人性特徴量を全有声音区間全域にわたって特徴ベクトル列として抽出し、この抽出された特徴ベクトル列を、例えばＶＱ歪法やＨＭＭ法などの比較手法により評価して話者認識を行うようになっている。
また、最近では、音声の個人性を認識するうえで有声音区間のみでなく、無声音区間も利用するものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
松井知子、古井貞煕著、電子情報通信学会技術報告書ＳＰ９０−２６、「音源・声道特徴を用いたテキスト独立形話者認識」、電子情報通信学会、Ｊｕｎｅ  １９９０，ｐｐ．５５−６２
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、話者認識を行う場合に特徴量に起因した重み付けを行うことが知られているが、このような重み付けを有声音区間と無声音区間の両方を利用するものに適用した場合、分割するフレーム長を一定にしてフレームを切出しながら有声音区間は勿論、無声音区間にも重み付けを行うが、有声音区間に対しては例えば無声音区間の２倍の重み付けを行うというような処理が施されることになる。しかしながら、無声音区間も有声音区間も切出すフレーム長を一定にしたのでは、有声音区間における分析が粗くなる。そして、粗くなった分を、重み付けを与えて対処しているが、このような処理では十分な話者認識ができない。また、分析した結果と予め設定されている話者モデルとの距離を算出する場合に、その都度重み付けの処理を行わなければならず処理が面倒であった。
本発明は、精度の高い話者認識ができ、しかも話者モデルとの距離算出が容易にできる話者認識装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、音声を入力する、例えばマイクロホンなどからなる音声入力手段と、この音声入力手段で入力された音声波形データを、設定されたシフト間隔で設定されたフレーム幅のフレームに切出すフレーム切出し手段と、このフレーム切出し手段が切出したフレームの音声波形データを特徴ベクトルに変換する特徴ベクトル生成手段と、フレーム切出し手段が切出したフレームにおける声帯周波の有無を検出するピッチ検出手段と、予め話者モデルを記憶した話者モデル記憶手段と、特徴ベクトル生成手段から生成された特徴ベクトルと話者モデル記憶手段に記憶した話者モデルとの距離から話者認識を行う認識手段とを備え、フレーム切出し手段は、ピッチ検出手段が声帯周波を検出した時にはシフト間隔が短くなるように設定することにある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は装置全体の構成を示すブロック図で、１は制御部本体を構成するＣＰＵ（中央処理装置）、２はこのＣＰＵ１が各部を制御するプログラムデータ等を格納したＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）、３はＣＰＵ１がデータ処理に使用するメモリや各種バッファメモリが設けられたＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）である。
【０００７】
また、４はＩ／Ｏポート、５は予め多数の話者モデルを記憶する話者モデル記憶手段等を設けたハードディスク装置、６はキーボード７からキー信号を取込むキーボードコントローラ、８はディスプレイ９のテキストや画像等の情報を表示させるディスプレイコントローラである。
前記ＣＰＵ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、Ｉ／Ｏポート４、ハードディスク５、各コントローラ６，８はバスライン１０を経由して互いに電気的に接続されている。
【０００８】
また、音声を取込むためのマイクロホン１１を設け、このマイクロホン１１は取込んだ音声を電気的アナログ信号に変換して出力し、次段の低域通過フィルタ１２に供給している。前記低域通過フィルタ１２は、入力されたアナログ信号から所定の周波数以上の周波数をカットして出力し、次段のＡ／Ｄ変換部１３に入力している。前記Ａ／Ｄ変換部１３は、入力されたアナログ信号を、所定のサンプリング周波数、量子化ビット数でデジタル信号に変換し音声波形データとして前記Ｉ／Ｏポート４に供給している。前記マイクロホン１１、低域通過フィルタ１２及びＡ／Ｄ変換部１３は、音声入力手段を構成している。
【０００９】
図２は、前記ＣＰＵ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、ハードディスク装置５の複合体により構成される機能ブロックで、フレーム切出し手段２１は、前記Ｉ／Ｏポート４から入力される音声波形データを、設定されたシフト間隔Ｔで設定されたフレーム幅Ｌのフレームに順次切出し、次段の特徴ベクトル生成手段２２に供給する。
【００１０】
ピッチ検出手段２３は、記フレーム切出し手段２１から切出されたフレームにおける音声周波の有無、すなわち、ピッチの有無を検出し、検出結果を前記フレーム切出し手段２１に出力する。前記フレーム切出し手段２１は、ピッチ検出手段２３による検出結果に応じて設定するシフト間隔Ｔ及びフレーム幅Ｌを変更するようになっている。すなわち、音声周波が存在しない無声音区間に対して音声周波が存在する有声音区間のシフト間隔Ｔ及びフレーム幅Ｌが短くなるように変更する。
【００１１】
前記特徴ベクトル生成手段２２は、順次入力される各フレームの音声波形データを、例えばケプストラム係数などの特徴ベクトルに変換し特徴ベクトル系列として、次段の距離計算手段２４に出力するようになっている。前記距離計算手段２４は、入力した特徴ベクトル系列と前記ハードディスク５に設けられた話者モデル記憶手段２５に記憶されている例えばコードブックなどの話者モデルとの距離を計算し、次段の認識手段２６に出力するようになっている。
前記認識手段２６は、距離計算手段２４からの距離データと予め設定された閾値とを比較して話者認識を行い、結果を、例えば前記ディスプレイ９に表示するようになっている。
【００１２】
図３は、図２の機能ブロックによる処理を示す流れ図で、先ず、Ｓ１にて、フレーム切出し手段２１はシフト間隔Ｔ及びフレーム幅Ｌを、無声音区間に対応するＴ０、Ｌ０に設定する。続いて、Ｓ２にて、フレーム切出し手段２１はＩ／Ｏポート４から取込んでＲＡＭ３のバッファメモリに一時格納した音声波形データを、設定されたシフト間隔Ｔ０で設定されたフレーム幅Ｌ０のフレームに順次切出す。
【００１３】
切出されたフレームの音声波形データに対してＳ３にて分析処理が行われ、また、Ｓ４にてピッチ検出手段２３によるピッチ検出が行われる。そして、ピッチ検出が行わなければ、すなわち、音声波形を検出しなければ、Ｓ５にて、音声の終端をチェックし、終端でなければ、Ｓ１に戻って処理を繰り返す。
【００１４】
また、ピッチ検出手段２３がピッチ検出を行うと、Ｓ６にて、ピッチ周波数ｆＰを抽出し、Ｓ７にて、シフト間隔ＴをＴ１に設定するとともにフレーム幅ＬをＦ（ｆＰ）に設定する。この場合、Ｔ１＜Ｔ０となり、また、Ｆ（ｆＰ）＜Ｌ０となる。Ｆ（ｆＰ）はピッチ周波数ｆＰからフレーム幅Ｌを求める関数であり、ピッチ検出を行ったときのフレーム幅Ｌはピッチ周波数ｆＰに応じて変化することを示している。
シフト間隔ＴをＴ１に設定し、フレーム幅ＬをＦ（ｆＰ）に設定すると、Ｓ２に戻って音声波形の切出しを行って処理を繰り返す。Ｓ５にて、音声の終端をチェックすると、Ｓ８にて予めＲＡＭ３に格納されているフレーム毎の距離に基づき認識処理を行い、認識結果を出力した後、この一連の処理を終了する。
【００１５】
Ｓ３の分析処理は、図４に示す処理になっている。すなわち、Ｓ３１にて、特徴ベクトル生成手段２２による特徴ベクトル生成処理を行い、Ｓ３２にて、距離計算手段２４による距離計算処理を行い、Ｓ３３にて、前記距離計算手段２４にて算出された１フレーム毎の距離をＲＡＭ３に格納する。
【００１６】
このような構成においては、マイクロホン１１から音声を入力すると、電気的アナログ信号に変換され、低域通過フィルタ１２で所定の周波数以上の周波数がカットされる。この場合、Ａ／Ｄ変換部１３におけるサンプリング周波数の１／２以上の周波数がカットされる。例えば、サンプリング周波数が１２ｋＨｚであれば、６ｋＨｚ以上の周波数がカットされる。低域通過フィルタ１２を通過したアナログ信号はＡ／Ｄ変換部１３において１２ｋＨｚのサンプリング周波数でサンプリングされデジタル信号に変換される。
【００１７】
フレーム切出し手段２１においてデジタル信号に変換された音声波形データは、シフト間隔Ｔでフレーム幅Ｌのフレームに順次切出される。そして、フレーム切出し手段２１で切出されたフレームにおけるピッチの有無がピッチ検出手段２３で検出され、フレーム切出し手段２１はピッチが検出されない状態とピッチが検出された状態とでシフト間隔ＴをＴ０からＴ１に、フレーム幅ＬをＬ０からＦ（ｆＰ）に変換する。例えば、シフト間隔Ｔが６ｍｓｅｃから３ｍｓｅｃに変換され、フレーム幅Ｌが２４ｍｓｅｃから１２ｍｓｅｃ前後に変換される。なお、１２ｍｓｅｃ前後としたのはピッチ周波数によって変化するためである。
【００１８】
すなわち、図５に示すように、入力音声波形１００に対して、フレーム１０１〜１０５として示すように、ピッチ検出が行われない区間においてはシフト間隔６ｍｓｅｃでシフトしながらフレーム幅２４ｍｓｅｃでフレームを切出し、ピッチ検出が行われると、フレーム１０６として示すようにフレーム幅２４ｍｓｅｃが１２ｍｓｅｃ前後に変換され、以降シフト間隔３ｍｓｅｃで順次シフトしながらフレーム幅が１２ｍｓｅｃ前後のフレームの切出しが行われる。
【００１９】
そして、順次切出されたフレームの音声波形データは特徴ベクトル生成手段２２により特徴ベクトル系列に変換され、距離計算手段２４にて特徴ベクトル系列と話者モデル記憶手段２５に記憶されている話者モデルとの距離が計算され、認識手段２６にて算出された距離データと閾値との比較が行われる。こうして話者認識が行われ、結果がディスプレイ９に表示される。
【００２０】
このように、入力音声波形をフレームに切出す場合に、ピッチを検出しない区間においてはシフト間隔Ｔ及びフレーム幅Ｌを大きくし、ピッチを検出した後はシフト間隔Ｔ及びフレーム幅Ｌを小さくするので、単位時間当たりのフレーム数は無声音区間に比べて有声音区間が相対的に多くなる。すなわち、有声音区間は無声音区間に比べて細かくフレームを切出すことになり、従って、話者認識における比重が大きくなり、重み付けを行った場合と同様、精度の高い話者認識ができる。
【００２１】
しかも、有声音区間についてはシフト間隔Ｔ及びフレーム幅Ｌを小さくして切出すフレーム数を多くして精度を高めているので、重み付けする場合に比べてより精度の高いピッチ検出ができ、しかも、面倒な重み付けを行う必要が無く話者モデルとの距離算出が容易にできる。
【００２２】
また、有声音区間におけるフレーム幅Ｌの設定を、ピッチ周波数ｆＰ、すなわち、声帯周波の周波数によって変化する関数Ｆ（ｆＰ）を使用して行っているので、有声音区間におけるフレーム幅Ｌを声帯周波数に応じて適切に設定することができ、声帯周波数に関係なくピッチ検出精度を維持できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、精度の高い話者認識ができ、しかも話者モデルとの距離算出が容易にできる話者認識装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る装置全体の構成を示すブロック図。
【図２】同実施の形態における要部構成を機能的に示すブロック図。
【図３】同実施の形態における要部処理を示す流れ図。
【図４】図３における分析処理の内容を示す流れ図。
【図５】同実施の形態における入力音声波形に対するフレーム切出しを説明するための図。
【符号の説明】
１…ＣＰＵ、１１…マイクロホン、１３…Ａ／Ｄ変換部、２１…フレーム切出し手段、２２…特徴ベクトル生成手段、２３…ピッチ検出手段、２４…距離計算手段、２５…話者モデル記憶手段、２６…認識手段。
【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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