情報処理学会 音声言語情報処理研究会 研究報告
2000-SLP-32-16, Vol.2000, No.64, pp.81-86, July 2000.

音 声 言 語 情 報 処 理 32–16（ ２０００． ７． １５）

音声補完: “TAB” on Speech
後藤 真孝

伊藤 克亘

速水 悟

電子技術総合研究所{goto, kito, hayamizu}@etl.go.jp
あらまし

本稿では，ユーザがある単語を最後まで思い出せずに断片だけを発話しても，システム側がその続きを補って入力することを可能にする「音声補完」という新しい音声インタフェース機能を提案する．既にテキストインタフェースでは，ファイル名の入力等で補完の概念が広く受け入れられているが，音声では効果的な補完機能は提案されていなかった．
我々は，ユーザが単語発声途中で有声休止 (母音の引き延ばし ) をおこなうと，それに続く補完候補の一覧を見ることができるインタフェースを構築し，労力をかけずに自発的に補完機能を呼び出しながら音声入力することを可能にする．実際に，有声休止検出機能と補完候補作成可能な音声認識機能を備えたシステムを実装して運用し，音声補完の有用性を確認した．

Speech Completion: “TAB” on Speech
Masataka Goto

Katunobu Itou

Satoru Hayamizu

Electrotechnical Laboratory
1-1-4 Umezono, Tsukuba, Ibaraki 305-8568 Japan
Abstract

This paper describes a novel speech interface function called speech completion, which enables a user

to input a word by completing a word fragment uttered by the user. Although the concept of completion has been
widely accepted in text-based interfaces, eﬀective completion for speech has not been proposed. We enable a user to
invoke completion intentionally and eﬀortlessly by building an interface that displays candidates of completion when
a ﬁlled pause is uttered (a vowel is lengthened) during a word. In our experience with a system that includes a ﬁlled
pause detector and a speech recognizer capable of listing completed words, the eﬀectiveness of the speech completion
was conﬁrmed.

1

はじめに

いやすくすることを目的とする．
補完 (completion) の概念は，テキストインタフェー

音声対話が，我々人間にとって快適で優れた情報交スでは既に広く受け入れられている．例えば，tcsh や換手段である一つの理由は，対話相手が様々な形でbash など の UNIX シェルや，Emacs/Mule など のテ

自分の発話や思考の手助けをしてくれるからである．

キストエディタは，ファイル名やコマンド 名の補完機

人間同士の音声対話では，話者がある単語を最後ま能を提供している．特に，コマンド 行の補完機能は，で思い出せず，その途中に言い淀むことがある．すると対話相手はしばしば ，話者の言いたいことを推測

1970 年代初頭には既に複数のシステムに導入されていた 1) ．こうした補完機能では，ユーザが補完機能をして候補を提示することで，話者が思い出すのを手呼び出すキー (以下，補完ト リガーキー (completion-

助けしてくれる．例えば，話者が「音声補完」というtrigger key) と呼ぶ) を押したときに，途中までタイ

単語全体を思い出せず「おんせいー」と言い淀むと，プされた単語の断片の続きが補われる．この補完トリ

対話相手が「音声補完？」と問いかけて手助けをしてガーキーには，慣例として “TAB” キーが用いられくれる．これは，発話された単語の断片の続きを補うることが多い．他にも，Netscape Communicator やことで，話者が述べようとしている単語全体の候補をInternet Explorer などの WWW ブラウザでは，URL

提示している，つまり，単語を補完していると見なす

等の自動補完 (autocompletion) 機能が導入されていことができる．本研究は，このような補完による手助る．これは，ユーザがタイプしている最中に，システ

けという概念を音声入力の枠組みに導入することで，ム側が補完候補一覧を次々と提示していく機能であ

音声認識を中心とした音声インタフェースをより使る．ここでは，以上のようなテキストを対象とした補−81−

完を総称して，テキスト 補完と呼ぶ．テキスト補完

音声補完の方式には，テキスト補完と同様に，補は，入力したい名前がうろ覚えで正確に思い出せな

完トリガーキーによる補完と，発声中に次々と補完候

い場合に有効なだけでなく，名前が長い場合や複雑な補を出すような自動補完の二つが考えられる．しか文字列の場合に，すべてをタイプしなくても入力がし ，音声で自動補完をしようとしても，発話した断可能であるという点でも優れている．

片を認識する時点で既に曖昧性が大きいため，テキ補完機能は，近年，テキストインタフェース以外でスト補完と同じような精度で適切な候補を提示し続も導入され始めている．例えばペン入力では，予測ペ

けることはできず，自動補完機能自体が煩わしくなっや POBox などの自動補完てしまう可能性が高い☆1 ．つまり，音声の自動補完機能を持ったインタフェースが提案されている．しかは不適切な機能となりやすい．そこで，音声補完の場

し，音声入力インタフェースでは，音声入力中に自然合には，ユーザが候補を見たいと思うタイミングで，ン入力インタフェース

2)

3)に補完機能を呼び出す手段がなかったこともあって，自発的に補完機能を呼び出せることが重要となる．使

効果的な補完機能はこれまで提案されていなかった．

いやすい音声補完を実現するためには，ど のように

本稿では，
「 音声補完 (speech completion) 」という補完機能を呼び出すか，つまり音声における補完ト

新しい音声インタフェース機能を提唱し ，ユーザがリガーキー (“TAB” キー) を何にするかが鍵となる．

音声入力中に言い淀む (有声休止をおこなう) と計算本研究では，言い淀み現象の一つである有声休止

機が補完候補を提示して手助けをしてくれるインタ(ﬁlled pause) に補完トリガーキーの役割を担わせる

フェースを提案する．以下の章では，まず 2 章で音声ことで，ユーザが自分の意志で，労力をかけずに補補完の概念を述べ，3 章で我々が構築した音声補完機

完機能を呼び出すことを可能にする．補完トリガー

能を持つ音声入力インタフェースを紹介する．次に，キーとして，音声入力中に有声休止をおこなうこと4 章で具体的な実現手法について説明し，5 章でシスは，人間 (特に日本人) にとって極めて自然である．実テムの実装とその動作結果を示す．最後に，6 章でま際，人間同士の対話でも，有声休止は似た役割で用いとめを述べる．

られることがあり，話者は，次の単語を思い出すまでの間，時間を稼ぐために有声休止を用いたり，場合に

2

音声補完

よっては対話相手の助けを期待しながら有声休止を用いたりする．

「音声補完」とは，計算機システムに対する音声入力中に，ユーザが補完機能を呼び出すことができる
ようにするための新たな音声入力インタフェース機能の総称である．ユーザが発話した断片をシステム側が補完してくれることで，以下のような利点が得られる．

音声補完の対象には，単語や文節，文章など様々なレベルが考えられるが，本稿では以下，単語のみを取り上げて議論する．つまり，単語補完機能に論点を絞り，有声休止としては，単語の途中の母音の引き延ばしだけを対象とする．ただし，ここでの単語は，文法上の 1 単語ではなく，音声認識システムの単語辞書上• 記憶補助

(言語モデル上) の 1 単語とする．したがって，例えば入力したい内容がうろ覚えでも，途中まで思い「宇多田ヒカル」のような姓名が一つの単語として登出して発声することができれば ，システム側の録されているときに，「 うただー」と「だ 」の音で有手助けにより入力することが可能になる．

声休止をおこなうと，「 宇多田ヒカル」が補完候補の• 省力化一つとして得られる．

入力したい内容が長くて複雑なときに，その内容を特定するのに十分な部分まで発声するだけ

3で，システム側が残りを補完して入力すること

タフェース

ができる．

• 心理的抵抗の低減

我々が今回構築した音声補完機能付き音声入力イ

従来の音声インタフェースの多くが，ユーザ側にすべての音を最後まで丁寧に発声することを強いていたのに対し ，音声補完では，途中まで発声するだけで入力できるため，心理的抵抗が少なく使いやすい．

音声補完機能付き音声入力イン

ンタフェースの機能を説明する．ユーザは，以下のよ☆1 テキストの自動補完の場合には，部分文字列が確実に与えられていくため，ユーザが望まないときに候補を提示しても，比較的妥当な範囲に候補を絞り込むことが可能である．それでも，ユー
ザの意志とは無関係に不適切な候補が提示されると，煩わしく感じられるという問題が起きている．

−82−

を見て，最後に「すたーず」と言って確定できる．な
発話を受付
有声休止を
含まない発話

お，この例に示したように，単語中の長母音 (「おーる」の /o-/ ) では音声補完が呼び出されず，意図的

有声休止を
含む発話

「うただひかる」に有声休止した箇所でのみ呼び出されるようにする「うただー」

１．宇多田ヒカル
補完候補を表示２．上原多香子
３．MR.DYNAMITE （番号付き）

必要がある．
「次」「次の」「次の候補」
他の候補がある場合

候補の番号を言って選択

単語の続きを
言って選択

「１番」

「ひかる」

実現方法

4

3 章のインタフェースを構築するには，有声休止開

単語全体を
言って選択
「うただひかる」

選択結果を表示 １．宇多田ヒカル

始点を決定する有声休止検出部と，単語の途中までの発声を認識して補完候補を作成する音声認識部を実現しなければならない．さらに，インタフェース全体の状態管理をするインタフェース管理部と，補完候補

音声認識結果を確定一覧や認識結果を提示する画面表示部も必要となる．
以下，これらを順に説明する．

図 1: 音声補完の操作の流れ

4.1
うに有声休止を用いて音声補完しながら，単語を入力することができる (図 1)．

有声休止検出部

音声補完では，有声休止を高い精度でリアルタイ
ムに検出することが重要である．しかも，任意の単1. 単語の発声途中で母音を引き延ばすと，既に発語中の母音の引き延ばしを検出する必要があるため，声された断片から始まる補完候補 (単語) の一覧

トップダウン情報を使わない言語非依存な検出をしが，番号付きで即座に表示される．

なければならない．そのような要件を満たす検出手(ex. 「 うただー」と入力すると，「 1. 宇多田ヒカ
ル , 2. 上原多香子, 3. MR.DYNAMITE 」のよ

所のリアルタイム検出手法を用いる．本手法は，自由

うに補完候補が表示される．)

発声音声の対話コーパスに対して，再現率 0.76，適合

2. 補完候補が多くて画面に入りきらないときには，「次の候補」というマークが表示される．その場
合，
「 次」
「次の」
「次の候補」のいずれかを言う

法として，我々が文献 4),5) で提案した，有声休止箇

率 0.70 の性能を持つ 6) ．再現率と適合率のトレード
オフは調整でき，今回の目的に合うように適合率を高く設定することも可能である．

ことで，他の候補を見ることができる．補完候

本手法は，有声休止が持つ二つの音響的特徴 (基本補が不適切なとき，あるいは別の単語を入力し周波数の変動が小さい，スペクトル包絡の変形が小たくなったときは，次の 3. の選択をせずに別のさい) をボトムアップな信号処理によって検出する．

発話に移ってもよい．

以下では，音響的特徴の推定方法を示した後に，有3. ユーザは候補一覧を見ながら，以下の 3 通りの方法で補完候補を選択できる．

(a) 候補の番号を言って選択する．
(ex. 「 1 番」か「 1 」と言う．)

声休止開始点を決定する方法を述べる．この結果は，次の音声認識部へと出力される．

4.1.1

基本周波数の推定

入力信号中で最も優勢な高調波構造の基本周波数(b) 単語の続きを読み上げて選択する．

を，音声の基本周波数として推定する．そのために，(ex. 「ひかる」と言う．)(c) 単語全体を頭から読み上げて選択する．

時刻 t ☆2 において周波数 F が基本周波数となる可∞
能性 PF 0 (F, t) = −∞ p(x; F ) Ψp (x, t) dx を評価す

(ex. 「 うただひかる」と言う．)

る．p(x; F ) は基本周波数が F の高調波成分を通過選択すると，その候補は強調表示され，音声認識結果として確定される．

させるフィルタ関数，Ψp (x, t) は周波数成分のパワー分布関数である．PF 0 (F, t) は各高調波構造が相対的

音声補完は，一つの単語を入力中に，繰り返し 呼
び出すことが可能である．例えば，「 サザンオールス
ターズ」を入力するときに，「 さざんー」で候補一覧を見た後，「 おーるー」でさらに絞り込まれた候補一覧にどれくらい優勢かを表すため，基本周波数 FF 0 (t)は FF 0 (t) = argmaxF PF 0 (F, t) で求まる．
☆2
現在の実装では，16 kHz / 16 bit で A/D 変換し，フレーム
シフト 10 msec (160 点) をすべての処理の時間単位とする．

−83−

スペクト ル包絡の推定

4.1.2

Blankey jet city

実環境でロバストに包絡を推定するために，FF 0 (t)aの高調波構造上にある局所的な情報だけを利用する．
まず，FF 0 (t) の整数倍の周波数を中心とするガウスroot

分布で重み付けしながら，その近傍の最大パワーをbg

検出することで，各高調波成分のパワーを求める．次

r

a
e

r

a
o

N
q

Black flysi

Break all daybfGravity

leaf

node

に，隣接する成分のパワーの間を直線補間してスペ
top Nseed hypotheses whena filled pause is detected

クトル包絡を求める．有声休止を検出するためには，包絡の大局的な変形を捉えた方が良いため，包絡を粗い周波数分解能でリサンプリングし，低い方から nother hypotheses whena filled pause is detectedentry nodetable

(1 ≤ n ≤ Nmax ) 点目の周波数におけるスペクトル包
絡 Env(n, t) を求める．最後に，呼気による AM 変

Blankey jet city

調の影響を除去するために Env(n, t) を正規化する．

a

N
q

a
o

b
f

Black flysr

有声休止開始点の決定

4.1.3

root

有声休止を検出するための二つの特徴量として，基本周波数の変動量 Af (t) とスペクトル包絡の変形量bgrGravity

leaf

node

As (t) を求める．これらは，FF 0 (t) と Env(n, t) の過去一定期間の対数スケール上での変化を，最小自乗法
で直線近似した直線の傾き bf (n), bs (n) と近似誤差

errf (n), errs (n) を用いて，Af (t) = |bF 0 |，As (t) =
1 Nmax
1 Nmax
2
2
b
(n)
err
(n)
のよ
s
n=1 s
n=1
Nmax
Nmax
うに定義され る．そして，有声休止らし さ (有声休
止と判定する信頼度) Pf p (t) を ，Af (t)，As (t) のSf (t)，Ss (t) に短時間平均 基づ いて ，Pf p (t) =(R Sf (t) + (1−R) Ss (t))2
exp −と定義する．R は特W2徴に対する重み付けを決める定数，W は変動・変形の考慮範囲を決める定数である．
最終的に，Pf p (t) が十分高い値をとり続けるときに，話者が有声休止をおこなっていると判定する．具体的には，条件 Pf p (t) > e−1 を満たし続ける限り Pf p (t)を累積加算して累積値を求め，それが一定の閾値よentry nodetable

add temporary
entry nodes

speech completion seeds
nodes traced
for speech completion

図 2: 木構造の単語辞書における有声休止開始点での仮説(上段) と音声補完候補の作成・エントリノードテーブルへの追加 (下段)の候補」等) の認識用辞書を使用する．その際，単語ごとに音声補完を可能とするかど うかを指定することで，補完が不要な単語に対する誤動作を未然に防ぐことができる．
音声認識部は，以下の 2 種類の結果をインタフェー
ス管理部へと出力する．

• 入力対象の単語あるいはインタフェース操作用
語の認識結果り大きくなった時刻を有声休止開始点とする．この閾
値を十分高く設定することで，今回の目的に合った誤無声区間で区切られた発話単位ごとに認識処理

検出 (false alarm) の少ない検出が実現できる．

をおこない，発話終了時点で，尤度の高いもの

音声認識部 (補完候補作成)

4.2

から上位 Nresult 個の認識結果を出力する．

• 音声補完候補

音声認識部では，音声入力と有声休止検出部の結果を受け取り，有声休止開始点において音声補完候補

有声休止開始点で生成する補完候補を尤度の高の一覧を作成する．ここでは，連続音声認識システム

いものから番号付けし，上位 Nchoice 個を出力すを拡張して実現した．以下に説明するシステ

る．この出力は発話終了を待たずにおこなう．各

ムは，単語発声を補完するシステムであるが，連続音候補には，音素列上でどこまで発声されたかと

声中の単語を補完することも同じ枠組で可能である．

いう情報も付与される．

7)

niNja

本システムは単語辞書として，入力対象の単語辞

単語辞書は，図 2 のように木構造で保持される．こ書 (人名等) 以外に，インタフェース操作用語の単語辞の辞書を用いた認識処理では，辞書の根から，フレー

書，つまり候補番号 (数字) と他候補の表示指示 (「次ム同期で枝別れに応じて仮説を増やして，ノード を−84−

葉の方向へたどっていく．図中のくさび形のマークがされた部分の色を変えて各候補を表示する．候補の仮説をあらわす．これらの仮説は一定数以上にならな個数が，ウィンド ウ内に表示可能な上限 (Nwindow 個)

いように，フレームごとに枝刈りされる．

を越えた場合には，「 次の候補」のマークも表示する．

有声休止開始点になると，その時点で有効な仮説から補完候補を生成する．辞書が木構造で表現されてそして，3 章の操作の流れに従いながら，次の発話の認識結果に応じて以下のように動作する．

いるため，補完に必要な情報は，その時点での仮説に

1. 他候補の表示指示の場合対応するノード からたどれる候補をすべて生成する

次の Nwindow 個の候補を表示する．

ことで得られる．このたどり始めるノードを補完候補

2. 表示中の候補番号・単語と同一の場合のシード と呼ぶ．例えば，図 2 下段の一番上の黒い丸

選択候補を強調表示し，認識結果として確定する．

がシード であるとすると，補完候補は “Blankey jet

3. 上記以外の場合

city” と “Black ﬂys” になる．現在の実装では，尤度の高い順に上位 Nseed 個のシード を選び ，それらの補完候補ウィンド ウを消去し ，新たな発話として処理する．

尤度の高いものから，合計 Nchoice 個を上限として補ただし ，音声認識部の 認識結果とし ては ，上位完候補を作成する．同時に，そこまでに認識した音素列を求めることにより，各候補においてどこまで

Nresult 個を受け取るため，何位の結果を用いるべき発声されたかを調べる．なお，図 2 上段の “Break all

かを検討する必要がある．通常発話では，単に 1 位のday” につながるパス上の /e/ と /i/ の部分の仮説のように，異なるノードから同一の候補が作成されるこ結果を用いれば良いが，音声補完候補が表示されているときの発話では，上記の 1. と 2. の選択操作に該当とがある．もしそれらがシードに選ばれた場合には，する結果を，尤度が多少低くても優先すべきである．

重複する補完候補を削除する．

そこで，上位 Npriority 個以内に選択操作に該当する

単語の続きを言っても選択できるようにするため結果があった場合には，それを採用する．単語の続きには，単語の途中からの認識を可能にする必要があを言って選択する場合，その発声が単語辞書上の別のる．そのために，認識を開始する根を登録するエン単語と近いとそちらの尤度が高くなってしまうこと

ト リノード テーブルを導入する．通常の単語の頭かがあるため，上記の優先処理は特に重要となる．

らの認識では，図 2 上段のように，このテーブルには辞書の根だけが登録されている．単語の途中から

5認識を開始したい場合には，図 2 下段のように，補完候補のシード を根としてこのテーブルに一時的に追加する．これらの追加エントリは，有声休止を伴う発話の次の発話まで有効とする．追加エントリは，
有声休止後の続きの音素列だけを言えば認識されるが，認識結果としては，その単語全体をインタフェー
ス管理部へと出力する．

4.3

実装と結果
以上述べてきた音声補完機能付き音声入力インタ

フェースのプロトタイプシステムを実装した．日本のポピュラー音楽のヒットチャートから，曲名とアー
ティスト名のデータベースを作成し ，音声補完対象の単語辞書とした．本実装では，4.2 節の各定数をNresult = 5，Nchoice = 20，Nseed = 5，Nwindow = 5，
Npriority = 3 と設定した．これらは単語辞書の内容や規模，インタフェースの用途等に応じて調整する必要

インタフェース管理部・画面表示部がある．

音声補完候補の選択等のインタフェース全体とし効果的に負荷分散が可能で，拡張性が高くなるよての機能は，インタフェース管理部と画面表示部が提うに，本システムを構成する図 3 の 8 つの機能を，分供する．これらは密接に連携して動作するため，以下ではまとめて説明する．

音響信号入力有声休止検出部

基本的な動作として，まず，有声休止を含まない
通常発話の場合には，入力対象の認識結果を受け取って，尤度の相対的な大きさに比例した棒グラフ付きで結果の一覧を表示する．一方，有声休止をおこなっ

発話区間検出

音声認識部（補完候補作成）

ＬＰＣメルケプス
トラム係数計算

インタフェース
管理部

ＶＱコード符号化

画面表示部

た場合には，音声補完候補を受け取り，ポップアップ
式の補完候補ウィンド ウを出現させて，ウィンドウ内に候補一覧を表示する．その際，音素列上で既に発声−85−

図 3: システムを構成する 8 つのプロセス

6

おわりに
本稿では，発話された単語断片の続きを補うこと

でユーザの音声入力を手助けする「音声補完」という新しい音声インタフェース機能を提案した．有声休止(1) 「 うただー」と入力(2) 「だー」の有声休止中を補完トリガーキーとすることで，ユーザが自分の意志で，労力をかけずに自由に補完機能を呼び出せ，
補完して欲しくないときには一切干渉することがな
い実用的なインタフェースを実現できた．実際に，インタラクティブに音声入力可能なシステムを実装し，曲名とアーティスト名の入力で有用性を確認したが，これは住所入力や各種固有名詞の入力等の様々な局面にもすぐに適用できる．今後，音声入力インタフェー
スを構築する上で，音声補完は不可欠な機能の一つになることが予想される．

(3) 補完候補ウィンド ウが回転しながら登場

最後に今後の展望を述べる．従来の音声インタフ
ェースでは，音声認識を中心とした言語情報のモダリティーが主に利用されてきた．それに対して我々の音声補完では，有声休止のような，音声中に含まれる言語情報以外のモダリティーを積極的に利用して，(4) 「 1 番」と入力した直後(5) 1 番の候補が輝いて跳躍

より使いやすいインタフェースを実現した．これは，音声音響信号中の複数のモダリティーを活用した，一種のマルチモーダルインタフェースであると我々は捉えている．今後は，音声補完の対象を単語よりも長い単位に拡張していくと共に，音声補完を発端とした新たな音声インターフェース研究の方向性を探求していきたいと考えている．

謝 辞
連続音声認識システム niNja の改良や単語辞書作(6) 1 番の候補「宇多田ヒカル」が認識結果として確定

成等でご協力頂いた，秋葉 友良 氏に感謝する．

図 4: 音声補完中の画面表示例

参考文献

散環境で動作する別々のプロセスとして実装した．そのために，音声言語情報をネットワーク上で効率よく共有することを可能にするネットワークプロトコ
ル RVCP (Remote Voice Control Protocol) を設計し，それに基づいて実装した．RVCP は，RMCP (Remote

Music Control Protocol)8) を音声言語情報の伝送用に拡張したプロトコルである．
音声補完中の画面表示例を 図 4 に示す．本システ
ムを運用した結果，提案したインタフェースが実用的に機能し，ユーザが音声補完機能を呼び出しながら，
インタラクティブに単語入力できることを確認した．
音声補完機能は，使用するのが容易で訓練は不要であり，直感的で使いやすいインタフェースであることがわかった．特に，長い固有名詞を入力する際に，音声補完は非常に有効であった．

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−86−