(57)【要約】  【課題】本人か詐称者かを正しく判定できる割合（照合率）を向上させた話者照合装置を提供すること。  【解決手段】照合パタン作成部１は、数字単位スコア評価部１０による評価結果に基づき、本人か詐称者かの判別が困難な数字を捨て、新たな数字に入れ替えて連続数字の照合パタンを作成してユーザに提示する。パタン依存精度予測・閾値設定部９は、照合パタンを構成する数字を元に精度予測と閾値設定を行う。数字単位スコア評価部１０は、ユーザにより発声された音声と予め登録された音声との間において数字ごとに求めた類似度を、数字ごとの精度評価関数で評価する。話者判定部８は、パタン依存精度予測・閾値設定部９により設定された閾値を用いて照合パターンについての類似度を判定する。数字連鎖単位で入れ替えを行うこともできる。  【選択図】図１
2005084613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続数字からなる照合パタンをユーザに提示し、ユーザにより発声された音声と予め登録された音声との類似度を算出して話者照合を行う話者照合装置において、
照合パタンを構成する数字を元に精度予測と閾値設定を行うパタン依存精度予測・閾値設定部と、
ユーザにより発声された音声と予め登録された音声との間において数字ごとに求めた類似度を、数字ごとの精度評価関数で評価する数字単位スコア評価部と、
前記数字単位スコア評価部による評価結果に基づき、本人か詐称者かの判別が困難な数字を別の数字に入れ替えることによって新たな連続数字からなる照合パタンを作成する照合パタン作成部と、
前記パタン依存精度予測・閾値設定部により設定された閾値を用いて、ユーザにより発声された音声と予め登録された音声との間において照合パターンについて求めた類似度を判定する判定部とを備えたことを特徴とする話者照合装置。
【請求項２】
連続数字からなる照合パタンをユーザに提示し、ユーザにより発声された音声と予め登録された音声との類似度を算出して話者照合を行う話者照合装置において、
照合パタンを構成する数字連鎖を元に精度予測と閾値設定を行うパタン依存精度予測・閾値設定部と、
ユーザにより発声された音声と予め登録された音声との間において数字連鎖ごとに求めた類似度を、数字連鎖ごとの精度評価関数で評価する数字単位スコア評価部と、
前記数字単位スコア評価部による評価結果に基づき、本人か詐称者かの判別が困難な数字連鎖を別の数字連鎖に入れ替えることによって新たな連続数字からなる照合パタンを作成する照合パタン作成部と、
前記パタン依存精度予測・閾値設定部により設定された閾値を用いて、ユーザにより発声された音声と予め登録された音声との間において照合パターンについて求めた類似度を判定する判定部とを備えたことを特徴とする話者照合装置。
【請求項３】
前記パタン依存精度予測・閾値設定部は、照合パタンを構成する数字あるいは数字連鎖ごとに予め求められた本人および詐称者の類似度のスコア分布に基づいて精度予測と閾値設定を行うことを特徴とする請求項２または３に記載の話者照合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、話者照合装置に関し、特に、連続数字パタンを用いたテキスト指定型話者照合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本人か詐称者かを音声で判定するための話者照合技術として、連続数字パタンからなる照合パタンを用いたテキスト指定型話者照合および複数の照合パタンを用いた話者照合がある。
【０００３】
連続数字パタンからなる照合パタンを用いたテキスト指定型話者照合では、連続数字からなる照合パタンをユーザに提示し、ユーザにより発声された音声と予め登録された音声との類似度を算出して話者照合を行う。照合の度に異なる照合パタンをシステム側から指定するので、録音された本人の音声による詐称を防ぐことができる。
【０００４】
複数の照合パタンを用いた話者照合では、単一の発声で本人か詐称者か判定するのが困難な場合に異なる照合パタンを提示して再発声を促し、複数の発声（より多くの音声情報）を用いて判定ができるため、本人か詐称者かを正しく判定できる割合（照合率）を高めることができる。
【０００５】
図８は、従来の話者照合装置のブロック図であり、この話者照合装置では、連続数字パタンからなる照合パタンを用いるとともに、本人か詐称者かを正しく判定できる割合（照合率）を高めるために複数の照合パタンを用いている。照合パタン作成部１は、連続数字からなる照合パタンを作成し、ユーザに提示して照合パタンを発声するように促す。提示された照合パタンに従ってユーザが発声（音声入力）すると、音声認識部２は、音声認識モデル３を用いてその発声内容を認識する。
【０００６】
認識結果照合部４は、音声認識部４での認識結果が照合パタンと一致するか否かを判定する。ここで、ユーザが照合パターンと異なる音声を誤って入力すると、認識結果は棄却され、また、録音された本人の音声を用いて本人になりすまして音声入力しても、認識結果が照合パタンと一致することは殆どないので、認識結果は棄却される。
【０００７】
認識結果が照合パタンと一致していれば、本人スコア計算部５は、照合時の発声と登録話者モデル６として以前に登録された本人の音声とのスコア（類似度）を計算する。スコアの計算に際しては背景話者モデル７を用いて背景話者の影響が除かれる。本人スコア計算部５におけるスコア計算の代表的な手法としては、ＨＭＭ（Hidden Markov Model：隠れマルコフモデル）法、ＧＭＭ（Gaussian Mixture density Model：ガウス混合分布モデル）法、ＤＰマッチング法などがある。
【０００８】
話者照合判定部８は、本人スコア計算部５で求められたスコアを本人受理用および他人棄却用の２種類の閾値を用いて判定する。すなわち、本人スコア計算部５で求められたスコアをＳ、本人受理用の閾値をＳａｃｃ、他人棄却用の閾値をＳｒｅｊとすると、Ｓ≧Ｓａｃｃならば、ユーザは本人であるとして受理し、Ｓ＜Ｓｒｅｊならば、ユーザは本人でないとして棄却し、Ｓｒｅｊ≦Ｓ＜Ｓａｃｃならば、本人か詐称者かの判別が困難であるとして、照合パタン作成部１に対してユーザに再照合のための照合パタンを提示するように指示する。再照合に際しては、登録されている数字がランダムに連結されて新たな照合パタンが作成される。
【０００９】
図９は、２種類の閾値Ｓａｃｃ、Ｓｒｅｊを用いた判定における受理／棄却／再発声の関係を、横軸をスコアＳとし、縦軸をスコア分布（頻度）として示している。同図から明らかなように、Ｓ＜Ｓｒｅｊの場合にはユーザは詐称者であるとみることができ、Ｓ≧Ｓａｃｃの場合にはユーザは本人であるとみることができる。また、Ｓｒｅｊ≦Ｓ＜Ｓａｃｃの場合にはユーザが本人であるか詐称者であるかを高い確率で判別できないので、ユーザに再発声を促す。
【００１０】
テキスト指定型話者照合および複数の照合パタンを用いた話者照合については、下記非特許文献１〜４に記載されている。
【非特許文献１】松井 古井:“テキスト指定型話者認識”信学論D-2 J79-D-2 No.5 pp.647-656(1996)
【非特許文献２】内部 黒岩 樋口:“数字を用いた話者照合方式の検討”信学技法,SP98-68,pp.1-8(1998)
【非特許文献３】加藤 清水 “連続数字のパタン指定方式による話者照合精度の改善効果”音講論,2002秋,pp129-130(2002)
【非特許文献４】加藤 清水 “連続数字のパタン指定方式による時期差データに対する話者照合精度の改善”音講論,2003春,pp105-106(2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、従来の話者照合装置における話者照合判定部は、Ｓｒｅｊ≦Ｓ＜Ｓａｃｃと判定した場合、照合パタン作成部１に対してユーザに再照合のための照合パタンを提示するように指示し、照合パタン作成部１は、再度、連続数字パタンを作成して第２発声をユーザに促す。しかしながら、第２発声のために作成される照合パタンは、単に数字をランダムに連結することによって得られるものであるため、そのような照合パタンを提示してユーザに第２発声、第３発声を促して再照合したとしても本人か詐称者かを正しく判定できる割合（照合率）が十分に高くなることは期待できないという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、ユーザの発声の特徴に応じて、本人か詐称者かを正しく判定できる割合（照合率）が十分に高くなることが期待できる照合パタンを自動的に作成し、本人か詐称者かを正しく判定できる割合（照合率）を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、連続数字からなる照合パタンをユーザに提示し、ユーザにより発声された音声と予め登録された音声との類似度を算出して話者照合を行う話者照合装置において、照合パタンを構成する数字（あるいは数字連鎖）を元に精度予測と閾値設定を行うパタン依存精度予測・閾値設定部と、ユーザにより発声された音声と予め登録された音声との間において数字（あるいは数字連鎖）ごとに求めた類似度を、数字（あるいは数字連鎖）ごとの精度評価関数で評価する数字単位スコア評価部と、前記数字単位スコア評価部による評価結果に基づき、本人か詐称者かの判別が困難な数字（あるいは数字連鎖）を別の数字（あるいは数字連鎖）に入れ替えることによって新たな連続数字からなる照合パタンを作成する照合パタン作成部と、前記パタン依存精度予測・閾値設定部により設定された閾値を用いて、ユーザにより発声された音声と予め登録された音声との間において照合パターンについて求めた類似度を判定する判定部とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記パタン依存精度予測・閾値設定部は、照合パタンを構成する数字（あるいは数字連鎖）ごとに予め求められた本人および詐称者の類似度のスコア分布に基づいて精度予測と閾値設定を行うものとすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ユーザにより発声された音声と予め登録された音声との間において数字（あるいは数字連鎖）ごとに類似度を求め、この類似度の評価結果から、本人か詐称者かの判別が困難な数字（あるいは数字連鎖）を別の数字（あるいは数字連鎖）に入れ替えて新たな照合パターンを作成するので、ユーザが再発声を行う場合に、指定された照合パターンに従うことによって本人か詐称者かを正しく判定できる割合（照合率）が十分に高くなることが期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明について説明する。図１は、本発明に係る話者照合装置の一実施形態を示すブロック図であり、図８と同一あるいは同等部分には同じ符号を付してある。
【００１７】
図１が図８と異なるのは、パタン依存精度予測・閾値設定部９と数字単位スコア評価部１０が新たに追加され、本人スコア計算部５が数字ごとのスコア（類似度）を求め、このスコアを数字単位スコア評価部１０に出力し、照合パタン作成部１が数字単位スコア評価部１０での評価結果にしたがって照合パタンを作成する点である。その他の部分は、図７と同様であるので、以下では主として、照合パタン作成部１、本人スコア計算部５、パタン依存精度予測・閾値設定部９、および数字単位スコア評価部１０について説明する。
【００１８】
照合パタン作成部１は、ユーザに発声させる照合パタン（連続数字パタン）を作成するが、ユーザに再発声を促す時には、後述の数字単位スコア評価部１０で得られた本人らしさまたは詐称者らしさの評価結果に基づいて本人か詐称者かの判別が困難であるとされた数字を別の数字に入れ替えて新たな照合パタンを作成する。
【００１９】
本人スコア計算部５は、数字ごとに求めたスコアを数字単位スコア評価部１０に出力する。数字ごとのスコアは、登録話者モデル６と背景話者モデル７を用いて数字区切りごとに照合を行うことにより求めることができ、照合パターンについてのスコアとは照合する区切りの単位が異なるだけである。
【００２０】
パタン依存精度予測・閾値設定部９は、照合パタンを構成する数字ごとの本人ならびに詐称者のスコア分布のパラメータを数字単位スコア評価部１０に出力する。数字ごとの本人ならびに詐称者のスコア分布は予め求めておくことができる。
【００２１】
図２は、数字ごとに集計した本人ならびに詐称者のスコア分布の一例を示す特性図である。μｉ，ｄ、σｉ，ｄはそれぞれ、本人のスコア分布における平均値、分散であり、μｃ，ｄ、σｃ、ｄはそれぞれ、詐称者のスコア分布における平均値、分散でありまた、ＳＥＥＲ，ｄは、誤受理率ＦＡＲｄと誤棄却率ＦＲＲｄとが等しい等誤り率ＥＥＲｄとなる閾値である。これらのパラメータ（平均値，分散）および等誤り率と等誤り率を与える閾値は数字ｄによって異なるので、ｄ下付きで表記する。
【００２２】
本人および詐称者のスコア分布をそれぞれ正規分布として近似すると、閾値ＳＥＥＲ，ｄと等誤り率ＥＥＲｄは、下記の式（１）、（２）で与えられる。
【００２３】
【数１】
2005084613.tif 000003
【００２４】
【数２】
2005084613.tif 000004
【００２５】
また、パタン依存精度予測・閾値設定部９は、予め求められた数字ごとの本人ならびに詐称者のスコア分布を組み合わせて照合パタンに関する本人ならびに詐称者のスコア分布を推定し、それらのスコア分布から照合パタンに依存する閾値ＳＥＥＲ，ｚと等誤り率ＥＥＲｚとを推定する。
【００２６】
数字単位スコア評価部１０は、数字ごとのスコアと数字ごとのスコア分布のパラメータ（μｃ，ｄ、μｉ，ｄ、σｃ，ｄ、σｉ，ｄ）とを入力とし、照合パタンを構成する数字ごとに、本人らしさまたは詐称者らしさの評価を行う。この評価結果は、上述のように、照合パタン作成部１での照合パタンの作成する際に利用される。
【００２７】
話者照合判定部８は、本人受理用および他人棄却用の２種類の閾値Ｓａｃｃ、Ｓｒｅｊを用いて判定を行うが、これらの閾値Ｓａｃｃ、Ｓｒｅｊも照合パタンに使用される数字によって異なる。閾値Ｓａｃｃ、Ｓｒｅｊは、パタン依存精度予測・閾値設定部９で推定された、照合パタンに関するスコア分布に従って設定される。
【００２８】
次に、照合パタン作成部１、パタン依存精度予測・閾値設定部９、および数字単位スコア評価部１０の具体的構成について説明する。
【００２９】
図３は、照合パタン作成部１の一例を示すブロック図である。照合パタン作成部１には、数字単位スコア評価部１０から数字ごとの本人らしさの評価結果が入力される。数字（連鎖）取捨選択部１１は、評価結果が0.5に近い数字を捨て、別の新たな数字に入れ替えるように照合パタン生成部１２に指示する。照合パタン生成部１２は、この指示にしたがって登録発声パタンから新たな数字をピックアップし、これを残されている数字に付加して再照合時の照合パタンとする。ここでピックアップする数字は、捨てられた数字以外の任意の数字を任意の順序で選択することができる。
【００３０】
図４は、数字（連鎖）取捨選択部１１における数字（連鎖）の入れ替えの一例の説明図である。まず、照合パタン作成部１は、ユーザに第１発声目の照合パタン、例えば“1 2 3 4”を提示する。ユーザは、この照合パタンにしたがって音声入力する。
【００３１】
第１発声目の照合パタンについてのスコアＳがＳｒｅｊ≦Ｓ＜Ｓａｃｃ（図９参照）あり、数字単位スコア評価部１０で得られた各数字についての本人らしさの評価結果がそれぞれ、0.45、0.55、0.65、0.60であったとすると、数字（連鎖）取捨選択部１１は、再照合時の照合パタンとして、本人らしさの評価結果が0.50に近い数字、すなわち本人か詐称者かの判別が困難な数字を捨て、新たな数字に入れ替えて連続数字を作成する。
【００３２】
例えば、本人らしさの評価結果が0.45、0.55の“1 2”を捨て、新たに“5 6”を加えて第発２声目の照合パタン“3 4 5 6”を作成する。したがって、照合パタン作成部１は、第２発声目の照合パタンとして“3 4 5 6”をユーザに提示することになる。第３発声目以降の再発声についても同様である。
【００３３】
図５は、パタン依存精度予測・閾値設定部９の一例を示すブロック図である。パタン依存精度予測・閾値設定部９には、照合パタン作成部１で作成された照合パタンが入力される。本人・詐称者スコア分布予測部９１は、予め求められた数字ごとのスコア分布のパラメータ（μｃ，ｄ、μｉ，ｄ、σｃ，ｄ、σｉ，ｄ）９２用いて照合パタンに関する本人ならびに詐称者のスコア分布を推定する。精度予測・閾値設定部９３は、本人・詐称者スコア分布予測部９１で推定された、照合パタンに関する本人ならびに詐称者のスコア分布に基づいて照合パタンに対する閾値を求め、この閾値を話者照合判定部８に出力する。なお、図示しないが、パタン依存精度予測・閾値設定部９は、数字ごとの本人ならびに詐称者のスコア分布のパラメータ（μｃ，ｄ、μｉ，ｄ、σｃ，ｄ、σｉ，ｄ）を数字単位スコア評価部１０に出力する。
【００３４】
照合パタンに関するスコア分布は、正規分布の再生性から求められる。例えば、照合パタンｚが４種類の変数ｓ，ｔ，ｕ，ｖ（４桁の数字）で構成されるとき、照合パタンｚに関するスコア分布ｓｚは、構成要素ｓｓ，ｓｔ，ｓｕ，ｓｖの相加平均で近似され、下記式（３）で求められる。
【００３５】
【数３】
2005084613.tif 000005
【００３６】
このとき、照合パタンｚに関する本人のスコア分布ｓｚの平均値μｃ，ｚと分散Ｖｃ，ｚは、下記式（４）、（５）で求められる。
【００３７】
【数４】
2005084613.tif 000006
【００３８】
【数５】
2005084613.tif 000007
【００３９】
また、照合パタンｚに関する詐称者のスコア分布ｓｚの平均値μｉ，ｚと分散Ｖｉ，ｚは、下記式（６）、（７）で求められる。
【００４０】
【数６】
2005084613.tif 000008
【００４１】
【数７】
2005084613.tif 000009
【００４２】
以上の変数を用いて、照合パタンに関するスコア分布ｓｚにおける等誤り率ＥＥＲｚと該等誤り率を与える閾値ＳＥＥＲ，ｚは、下記式（８）、（９）で与えられる。
【００４３】
【数８】
2005084613.tif 000010
【００４４】
【数９】
2005084613.tif 000011
【００４５】
図６は、数字単位スコア評価部１０の一例を示すブロック図である。数字単位スコア評価部１０は、本人スコア計算部５からの数字ごとのスコアＳとパタン依存精度予測・閾値設定部９のからの数字ごとのスコア分布のパラメータ（μｃ，ｄ、μｉ，ｄ、σｃ，ｄ、σｉ，ｄ）９２とを入力とし、照合パタンを構成する数字ごとに、本人らしさまたは詐称者らしさの評価を行う。
【００４６】
スコアＳは数字ごとに分布の範囲（平均値と分散）が異なるため、数字ごとのスコア分布の範囲（平均値と分散）のばらつきを正規化した本人らしさの評価尺度を次のように定める。
平均値μ、分散σ２の正規分布の確率密度関数を下記式（１０）とすると、新たな本人らしさの評価尺度Ｑｄを下記式（１１）のとおり定義できる。
【００４７】
【数１０】
2005084613.tif 000012
【００４８】
【数１１】
2005084613.tif 000013
【００４９】
ここで、Ｑｄは、０＜Ｑｄ＜１を満たし、０に近いほど詐称者らしく、１に近いほど本人らしい。また、０．５付近では本人か詐称者かの判別が難しいといえる。数字単位スコア評価部１０は、数字ごとにＱｄを求め、その結果を照合パタン作成部１に渡す。
【００５０】
なお、上記実施形態では、数字ごとに本人らしさを評価し、数字単位での入れ替えにより新たな照合パタンを作成するものとして説明したが、例えば２桁からなる数字連鎖を単位としてスコアを求め、予め求められた数字単位でのスコア分布から算出される数字連鎖単位でのスコア分布に基づいて本人らしさを評価し、数字連鎖単位での入れ替えを行って新たな照合パタンを作成するようにすることもできる。
【００５１】
また、上記実施形態では、式（１１）により本人らしさを評価したが、本人らしさの評価は、その他の評価関数で行うことができ、また、本人スコア計算部５で求められた数字（あるいは数字連鎖）ごとのスコアそのものを用いて行うこともできる。
【００５２】
図７は、従来方式（Ｑｄに依存しない第２発目照合パタンを用いる方式）と本発明（Ｑｄに依存する第２発目照合パタンを用いる方式）とで話者照合を行った実験結果を対比して示す。
【００５３】
ここでは、男性81名、女性74名の携帯電話音声を用いた。また、本人受理用の閾値Ｓｒｅｊ、他人棄却用の閾値Ｓａｃｃをそれぞれ、誤棄却率ＦＲＲ＝1.0％、誤受理率ＦＡＲ＝1.0％になるように設定し、６桁数字の照合パタンを用い、２桁連鎖保存４桁で数字の入れ替えを行った。ｎａ，（ｋ）、ｎｉ，（ｋ）は本人、詐称者のｋ回目の発生数、ｎａ，（ｋ）、ｎｒ（ｋ）はｋ回目の発声で受理された本人、棄却された詐称者の発生数を表す。
【００５４】
図７から、第１発声目で判定されずに再発声を行った本人11.5％、詐称者12.0％のうち、第２発声目で正しく判定された割合は、従来方式の本人5.8％、詐称者3.6％に対し、本発明では本人6.5％、詐称者4.3％であり、それぞれ0.7％ずつ増加していることが分かる。
【００５５】
本発明は、本人らしさを考慮して照合パタンを作成することにより、本人か詐称者かを正しく判定できる割合（照合率）を向上させることができるので、テレホンバンキングなどの電話サービスのための音声認証システム、インターネットや携帯インターネットにおける音声認証システムなどに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る話者照合装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】数字ごとに集計した本人ならびに詐称者のスコア分布の一例を示す特性図である。
【図３】照合パタン作成部の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明における数字（連鎖）の入れ替えの一例の説明図である。
【図５】パタン依存精度予測・閾値設定部の一例を示すブロック図である。
【図６】数字単位スコア評価部の一例を示すブロック図である。
【図７】従来方式と本発明とに従って話者照合を行った実験結果を対比して示す図である。
【図８】従来の話者照合装置のブロック図である。
【図９】２種類の閾値を用いた判定における受理／棄却／再発声の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・照合パタン作成部、２・・・音声認識部、３・・・音声認識モデル、４・・・認識結果照合部、５・・・本人スコア計算部、６・・・登録話者モデル、７・・・背景話者モデル、８・・・話者照合判定部、９・・・パタン依存・精度予測閾値設定部、１０・・・数字単位スコア評価部、１１・・・数字（連鎖）取捨選択部、１２・・・照合パタン生成部、１３・・・登録発声パタン、９１・・・本人・詐称者スコア分布推定部、９２・・・数字ごとのスコア分布のパラメータ、９３・・・精度予測・閾値設定部
【図１】
2005084613.tif 000014
【図２】
2005084613.tif 000015
【図３】
2005084613.tif 000016
【図４】
2005084613.tif 000017
【図５】
2005084613.tif 000018
【図６】
2005084613.tif 000019
【図７】
2005084613.tif 000020
【図８】
2005084613.tif 000021
【図９】
2005084613.tif 000022