JPS58125098A

JPS58125098A - パタンマツチング装置

Info

Publication number: JPS58125098A
Application number: JP57007081A
Authority: JP
Inventors: 藤本　好司; 次男高橋; 栗野　清道; 秀司森
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-01-20
Filing date: 1982-01-20
Publication date: 1983-07-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明はバタンマツチング装置（二係り、詳しくは、音
声のごとく特徴ベクトルの時系列として表現される２個
のバタンを比較し、その類似性を評価する尺度すなわち
類似度を計算する装置の改良（′″−関する。

標準の音声バタンと入力の音声バタンとの類似度を用い
て認識を行なう音声認識装置において、標準音声と入力
音声の発声速度の相違を吸収するために、動的計画法（
Ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　）を利用し
た時間軸正規化マツチング法が良く用いられる。さらに
最近では、このＤ　Ｐ　（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｐｒ。

ｇｒａｒｒｙｎｉｎｇ）マツチングに対して、マツチン
グ領域を限定する傾斜制限が導入され、これによって、
入力音声バタンの時間軸に対して、連続的にマツチング
を行ない類似性を計算できる連続ＤＰマツチングが提案
されている（特開昭５５−２２０５　）。

この連続ＤＰマツチングは、離散発声の単語音声だけで
なく連続発声の単語音声を認識することができる。すな
わら、人力バタンの任意の時間における類似度を連続的
に求めることができるので、入力バタンの部分系列と標
準パタンとのマツチングを取ることができ、これ（−よ
って、連続発声の音声認識が可能となる。しかしながら
、従来の傾斜制限を適用した連続ＤＰマツチング法では
、漸化式の計算のために、過去に計算した結電を多数保
持しておく必要があり、これをハードウェアにて実現す
る際には、大容緻の作業用メモリが必要になるという欠
点があった。

本発明の目的は、バタンマツチング装置（−おける正規
化類似度を計算する漸化式を変形することにより、記憶
しなければならない計算値の数を削減し、作業用レジス
タあるいはメモリの容量を大幅（二節約することにある
。

正規化類似度を計算する順化式において、積分量ｇ（ｉ
、ｊ）の漸化式は先に計算済みのｄ　（ｋ。

ｔ）　　　ｇ　　（ｍ、　　　ｎ　　）　　ｌ　　　（
ｉ　　−Ｋ＜ｋ、　　　ｍ（ｉ、　　　ｊ−Ｌ＜ｚ、ｎ
＜Ｊ）を変数とする荷重和で与えられるが、本発明はこ
の順化式を隣接する添字の変数から構成される部分和に
分解し、これを繰上、げて、ｇ（ｉ、　Ｊ）の計算と同
時に計算することにより、保持しておかなければならな
い変数の数を削減するものである。

一般に音声バタンは特徴ベクトルの時系列として、Ａ＝１１．、爪２’ｌ”’ｌ帽、　・＝　ａＶＩ（１１
のように表現される。こ５で、ａｉは音声の時間点１に
おける特命を示すベクトルで、ｆｆ１ｉ＝（ａｔｉ　、　ａ２ｉ　＋　−ａｐｉ　＋　
・−ａｐｉ　）　　　１２１のように表わされる。ａｐ
ｌとしては、−例としてＰチャイ、ルのバンドパスフィ
ルタの一つの出力と考えることができる。

（１）式のように表現される音声バタンＡを入力バタン
とし、標準バタンをＢ−Ｎ）１．ｂ２．・・、ｂｊ、・・・Ｔｏ　Ｊ　　　
　　　（３１として、ＡとＢの類似度を連続ＤＰマツチ
ングによｔ）求めることを考える。いま例として、数字
゛２゜３．４”（／旧ｓａｎ　ｙｏｎ　／）の連続発声
ハタンヲ人カバタンＡとし、数字の”３″″（／Ｓａｎ
／）の発声バタンを標準パタンＢとする。

第１図は、この入力バタンＡと標準パタンＢの対応づけ
を示した図である。第１図に示すように、連続発声の場
合には、入力バタンのどの部分と標準パタンとか最も良
く整合するかを調べる。この整合は、入力バタンと標準
パタンの発声速度が異るので、音韻毎に伸縮させながら
整合を取る必要がある。これを行なうのが連続ＤＰマツ
チングで、第２図に示すように、１軸（二人カバタンＡ
を、Ｊ軸（＝標準バタンＢを配列し、点（Ｉｓ、１）よ
り点（ｌｚ、　Ｊ　）に至る点列について、例えばで定
義されろ歯と５１間の距離の総和を最小にする最適な点
列２０３を求めると同時に点（ｉＥ、Ｊ）における距離
の総和の最小値を求める。これを順化式で書くと次のよ
うになる。

ｇ（０，ｊ）＝ｇ（−１，ｊ）＝Ｍ　　ｊ＝１．・・・
、　Ｊ　＋５１ｇ（ｉ、１）二ｄ（Ｉ、１）　　　　ｌ
−１，・・、　Ｉ　＋６１この順化式から入力バタンＡ
と標準パタンＢどの時間正規化類似度ＳＡＢ＋’）はで与えられる。

とＸで、（８）式は、第３図ｔａ）に示すように、ｇ（
１−１，Ｊ−２）１ｇ（Ｉ−１，Ｊ−１）１ｇ（１−２
，Ｊ−１）のいずれか＼ら計算され、それに対応して３
つのぎ」算経路が存在する。この計算経路を継ぐと、第
２図の点（Ｉ　Ｓ、　ｌ　）から点（ｉｇ、　Ｊ）まで
の最適経路が求まる。この最適経路の通り得る範囲は、
第３図（ａ）より分るように、第２図の直線２０１と直
線２０２で囲まれる領域である。このように、（８）式
によって、最適経路の通り得る範囲を限定することを傾
斜制限という（第３図は、この傾斜４口１１限を示した
ものである）。したがって、傾斜制限を変更する場合に
は、（８）式の順化式を変更することになるが、いくつ
かの例を以下に示す。

（１０）式の経路は、第３図（ｂ）に対応する。

α１）式の経路は、第３図の（Ｃ）に対応する。

こ＼で、手記順化式の計算手順を考えると、へカバタン
である西は時間の経過に伴って逐次入力されてくるので
、認識をリアルタイムで行なうためには、必然的に、１
つの昆、が入力されると次の２１＋１が人力されるまで
にｊ＝１．２．・・、Ｊについて順次計算することにな
る。したがって、例えば（８）式、叫式の順化式を計ｐ
−するためには、計鼻済みのｇ（ｉ−２，Ｊ−１）、ｇ
（ｉ〜１．　ｊ−１）、　ｇ　（皇−１，Ｊ−２）、　
ｄ　（ｉ、　ｊ−１）、　ｄ　（ｉ−１，Ｊ）を記憶し
ておく必要がある。しかし、潅、が入力される毎にｇ（
ｉ、ｉ）をＪ−１，２，・・、Ｊについて計算するため
、ｇ（ｉ−２，ｊ−１）、　ｇ（ｉ−１，Ｊ−１１゜ｇ
（ｉ−１，Ｊ−２）、　ｄ（ｉ−１，Ｊ）については、
ｇ（’−２＋　Ｊ）＋　ｇ（’　　１＋　Ｊ）＋　ｄい
−１，Ｊ）の値を」−１，２，・・、Ｊについて、３］
個の値を記憶しておく必要がある。また、０］）式の漸
化式については、ｇ（’−３１Ｊ）ｌ　ｇ（’　　２＋
　Ｊ）Ｉ　ｇ（’　　１１　Ｊｕｌｄ（’　　Ｌ　Ｎ＋
ｄ（’　　１＋　４）＋Ｊ−１＋　２＋・・、Ｊの５］
個の値を記憶しておかなければならない。

さら（−１標準パタンは必ず２個以上存在し、各標準バ
タン毎（二上記の値を記憶しなければならないので、記
憶しておかなければならない値の数は、標準パタンの数
に比例して増大する。

この記憶しておかなければならない値の数を減らすには
、ｉ−３，ｉ−２，ｉ−１等の添字を持つ変数の数を減
らす必要がある。本発明では、（８）、ｉｌＧ、（ｌ］
）式の漸化式をｉ−１の添字しか含まない漸化式ｆ、い
＋　］）＋　ｆ２（’＋　Ｊ）＋・・に分解することに
より、記憶しなければならない値の数を削減する。

すなわら、（８）式は次のように分解する。

また、００）式は次のように分解する。

これら、（２）、０：１式では、ｇい−１，ｉ）、ｆ＋
（ｉ　−１、Ｊ）、　　Ｊ＝１．２．・・、Ｊの２］個
の値を記憶しておけば良＜　、［８１，Ｑ［１式に比べ
て２／３に減少する。

また、αη式については、次のように分解される。

このθ→式では、ｇい−１，ｊ）、　ｒｌ（ｉ−１１ｊ
）、　ｒ２（夏−１，Ｊ）、ｊ−１，２，・・、Ｊの３
ｄ個の値を記憶しておけば良＜、（１１）式に比べて記
憶しなければならない値の数は３１５に減少する。

以上の様に順化式を分解した時の計算経路を第４図に示
す。こメで、０２式が第４図（ａ）（−１０３式が第４
図（ｂ）に、（１→式が第４図（Ｃ）に対応する。

次に本発明の一実施例を０諦式の順化式を例に詳述する
。

第５図は＋４１　、　＋５１　、　＋６１　、　ＱＪ式
の計算を実現する・・−ドウエアの構成図である。第５
図において、５００は入カパタ：／Ａ＝　（ａｌｌ　、
　Ｊ２　、−　Ｊ　、　−５１）を計算する特徴抽出回
路で、時間の経過にともなって３１を逐次出力線５０１
より出力する。出力のタイミングは、５９０の制御部よ
り信号線５０３によって与えられる。５１０は標準パタ
ンＢ＝　（Ｔｏ、、　ｌ＋２゜・・、わ３．・・・ＩＩ
ＩＪ　）を記憶しておく記憶装置であり、ｂ、を逐次読
出し出力線５１１より出力する。該記憶装置５１０から
読出す番地およびタイミングは、制御信号線５１２を通
し制御部５９０より与えられる。

特徴抽出回路５００および記憶装置５１０からの２つの
出力は、ベクトル間類似度割算器５２０に入力され、（
４１式にもとづいて計算が行なわれ、黒とｌ）１間の類
似度ｄ（ｉ、Ｊ）を５２１に出力する。この出力のタイ
ミングは制御信号線５２２　Ｅより与えられる。ベクト
ル間類似度計算器５２０の出力は遅延レジスタ５２５に
入力され、次のＪまで記憶される。

すなりら、遅延レジスタ５２５の出力はｄい、」−１）
を与える。遅延レジスタ５２５の出力のタイミングは制
御信号線５２７によって力えられる。

ＯＲ，５７０は前に計算済みの積分１ｇ（ｉ−１，ｉ）
を記憶しておく汎用レジスタ（記憶装置）で、その読み
出すべきデータのアドレスおよび読出しのタイミングは
、制御信号線５７２によって与えられる。Ｇ　Ｒ５７０
より読出されたｇ（ｉ−ＬＪ）は遅延レジスタ５６０　
、５６５を順次経由し、ｇ（ｉ〜１．Ｊ−１）、ｇ（ｉ
〜１．ｊ−２）が出力線５６１　、５６６に各々出力さ
れる。出力のタイミングは、１制御信号５６２゜５６７
によって与えられる。一方、Ｆ’　Ｒ５８０は計算済み
のｆＩ（ｉ　　１．Ｊ）を記憶しておく汎用レジスタ（
記憶装置）で、その読み出すべき番地およびタイミング
は、信号線５８２によって与えられる。

このようにして得られたｄ（ｉ、　ｊ）、　ｄ　（ｉ、
　ｊ　−１）、　ｇ（ｉ　−Ｌ　」−１）＋　ｇ（ｉ−
１，ｊ−２）、　ｆｌ　（ｉ−１，Ｊ）はＧ演算器５３
０に入力され、（２）式によってｇ（ｉ、　ｊ　）が計
算され、出力線３１から汎用レジスタＧ　Ｒ５７０に格
納される。ｇ（ｉ、　ｊ）の格納番地はｇ（ｉ−１，ｊ
）を読み出した番地と同じである。

一方、ｇ　（ｉ−１，ｊ　−１）、　ｄ　（ｉ、　ｊ　
）はＦ演算器５４０に入力され、０才式によってｆ、い
、Ｊ）が計算され、出力線５４１から汎用レジスタＦ　
Ｒ５８０に格納される。ｆＩ（ｉ、ｊ）の格納番地もｆ
ｌ（’　　１．ｊ）を読み出した番地と同じ所である。

このようにして制御部５９０の制御のもとにｇ（ｉ、　
ｊ）、　ｒ、　（ｉ、　ｊ）が」（二ついて計算され、
Ｊ−Ｊとなった所で、ｇ（ｉ、Ｊ）は除算器５９５に人
力され、制御部５９０より出力線５９１経由で与えられ
るＪ−４−ｉＥ−ｉ５の値によって除算が行なわれ、（
９）式の正規化類似度ＳＡＢ　（ｉ）が出力線５６９に
出力゛される。

第６図にＧ演算器５３０の詳細図を示す。第５図で説明
したように、ベクトル間類似度計算器５２０、遅延レジ
スタ５２５の出力線５２１　、５２６は、各々ｄ（ｉｔ
　Ｊ）＋　ｄ　（ｉｔ　Ｊ−ｔ　）を与える。また、汎
用レジスタ５７０、遅延レジスタ５６０　、５６５の出
力線５７１　、５６１　、５６６は、各々ｇ（ｉ−１，
ｊ）、　ｇ（ｉ　−１、Ｊ−１）、ｇ（ｉ　−Ｌ　Ｊ−
２）を与え、汎用レジスタ５８０の出力線５８１はｆｌ
（’　　ＩＩＪ）を馬える。Ｇ演算器５３０は２倍乗算
器６００、加算器６０１　、６０２゜６０５および最小
値検出器６０４よりなる。２倍乗算器６００は遅延レジ
スタ５２５の出力であるｄ（’ＩＪ−１）を２倍し、２
ｄ（ｉ、ｊ−１）を出力する。加算器６０１はベクトル
間類似度計算器５２０の出力ｄ（１、Ｊ）と遅延レジス
タ５６０の出力ｇ（ｉ−Ｌｉ−１）を加算してｇ（ｉ−
１，Ｊ　　１）＋ｄ（１，Ｊ）を出力し、また、加算器
６０２は２倍乗算器６００の出力２ｄい＋ｊ−１）と遅
延レジスタ５６５の出力ｇ（ｉ−１，ｊ−２）を加算し
てｇ　（ｉ−１，ｊ−２Ｎ−２ｄ　（ｉ、ｊ−１）を出
力する。最小値検出器６０４は、加算器６０１のｇ　（
ｉ−１，Ｊ−１）＋ｄ　（ｉ、　ｊ　ｌと、加算器６０
２のｇい−１，」−２）＋２ｄ　（ｉ、　ｊ−１）と、
さらに汎用レジスタ５８０のｒ、（＋ｔ、、＋）との、
３人力から最小値を検出しで出力する回路である。

この最小値検出器６０４で得られた最小値とベクトル間
類似兜計算器５２０で計算されたｄ（ｉ、ｉ）を加算器
６０５で加算することにより、ｇ（ｉ、Ｊ）が求まる。

第７図はＦ演算器５４０の詳細図で゛、ベクトル間類似
度計算器５２０の出力ｄ（ｉ、Ｊ）を２倍乗算器７００
（二人力して２ｄ（ｉ、Ｊ）を得、該２倍乗算器７００
の出力２ｄ（ｉ、ｊ）と遅延レジスタ５６２の出力ｇ　
（ｉ　−１、ｊ　−１）を加算器７０１で加算すること
により、ｈ　（ｉ、　Ｊ）＝ｇ（ｉ−１，Ｊ−１）＋２
ｄ　（ｉ。

Ｊ）を求める。

以上説明した如く、本発明によれば、傾斜制限をもっＤ
Ｐマツチングにおいて、順化式を分解すること（二より
、記憶しておかなければならない変数の数を大巾（−減
らすことができるので、これを実現する場合（′″−−
必要業用記憶装置を大巾に削減することができろ。

【図面の簡単な説明】

第１図はへカバタンと標準バタンの対応づけを示す図、
第２図は連続ＤＰマツチングのマツチングパスとマツチ
ング範囲を示す図、第３図は傾斜制限を示す図、第４図
は本発明の漸化式を分解したときの計算経路を示す図、
第５図は本発明の一実施例の・・−ドウエア構成図、第
６図は第５図におけるＧ演算器の詳細図、第７図は第５
図における１７１演算器の詳細図である。５００・・特徴抽出回路、５１０・・標準バタン記憶装
置、５２０・ベクトル間類似度計算器、５２５・・遅延
レンスタ、５３０　、５４０　　・演算器、５６０　、
５６５・・遅延レジスタ、５７０　、５８０・・汎用レ
ジスタ、５９０・・・制御部、５９５・・除算器。代理人　弁理士　鈴　木　　　誠第１図第３図（（１）　　　　　　　　（ｂ）（Ｑ） ’ｊ（ｉ−ｔ、　Ｉ−ｉ） ′＋−、ト　　　　　も２６区才５図５デｂ

Claims

【特許請求の範囲】１、特徴量ａｌｉの系列として表現される第１のバタン
Ａと特徴量１＋ｊの系列として表現される第２のパタン
Ｂに対して、あらかじめ定められた順序により指定され
る浅ｌとｌｊの間の類似度ｄ（ｉ。Ｊ）を距離等の尺度により評価するベクトル間類似度計
算法が定義されており、このベクトル間類似度ｄ（ｉ、
ｊ）と、先に計算済みのｄ（ｋ、１）（ｉ−Ｋ（ｋ（ｉ
、ｊ−Ｌ（ｚ＜Ｊ）と、先に計算済みの積分量ｇ（ｍ、
ｎ）（ｉ−Ｋ＜ｍ＜ｉ　、ｊ−Ｌ＜ｎ＜ｊ　）の荷重和
を複数個計算し、その最小値（または最大値）を積分量
ｇ（ｉ、ｊ）として算出し、この積分量を正規化係数で
除してパタンＡとＢの時間正規化類似度を得るバタンマ
ツチング装置において、計算済み積分量ｇ（’−１＋　
ｎ）（ｎ−１＋　２１・・・、Ｎ）とｇ　（１，ｎ　＞
　（ｊ−Ｌ（ｎ（ｊ　＞を１若持する手段と、演算済み
の類似度ｄ（ｉ　−１゜ｔ）（ｔ＝１．２．・・・、Ｎ
）とｄ（ｉ、ｔｌｊ−Ｌ＜ｔ＜ｊ）を保持する手段と、
前記保持されている積分量ｇ（ｉ−１，ｎ＋とｇ　（’
　＋ｎ）と類似度ｄ　（ｉ−１，７）、ｄ　（ｉ、　ｔ
）から計算される順化式「］　（ｌｌ　Ｊｌ　ｌ　　ｆ
２（’。Ｊ）、・・、　ｆＪ　（’＋　Ｊ　）について計算済み
のｆ］　（’　　１＋　’Ｊ）＋　　ｆ２（’　　１＋
　Ｊ）、・・。ｆｈｌ（ｌ−１，」）を保持する手段と、前記保持され
ている類似度ｄ　（ｉ−１，ｔ）、ｄ（蔦。ｔ）とｒｒ　　（ｉ−１，Ｊ　　）　　（ｒ＜ｈ）から
計算されるｆｈ　（！　、　　Ｊ）　（ｈｔ　＋１＜１
１＜ｈｋ　）についてｆｈ　（ｉ−１，ｊ　）　（ｈｌ
＋１＜ｈ＜：ｈｋ　）を保持する手段と、新しく算出さ
れたｄ（ｌ、Ｊ）と各保持手段から読み出されるｇ（ｉ
−１，ｎ）（”＝ｉ＋　２１　　・＋　Ｎ）、ｇ　（ｉ
ｔ　ｎ　）＜Ｊ−Ｌ＜ｎ＜ｊ　）、ｄ　（ｉ−１，／＝
）（ｔ＝１．２゜・・　Ｎ）、ｄ　（ｉ、　ｔ）（ｊ　
−Ｌ＜：ｔ＜Ｊ　）およびｆｈ（１＜ｈ（ｈｋ）等の加
重和を複数個計算し、その最小値（または最大値）を積
分量ｇ（Ｉ、Ｊ）として算出する手段とを有しているこ
とを特徴とするバタンマツチング装置。