JPS592954B2 - パタンルイジドケイサンソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、音声パタン等で代表される時系列パタン間の
類似度を算出する装置の改良に関するもフ０ のである
。

従来この種のパタン類似度計算装置を利用した音声認識
装置は、まず利用者にあらかじめ認識対象とする単語（
数字、地名等）をひと通り発声させ、単語毎の音声パタ
ンを標準パタンとして装置ク５ 内に記憶させる。

次に、入力される未知単語音声（入力パタンと呼ぶ）に
対して、各標準パタンとの間で比較操作（パタンマッチ
ング）を行ない、両者の一致の度合（パタン類似度）を
調べ、最大一致の得られる標準パタンを決定し、これと
同じ３０単語に属すると判定する。この場合パタン変動
の主な要因は発声速度の変動である。その結果、音声パ
タンは時間軸方向に非線形に伸縮する。このため入力パ
タンと標準パタンの間で単なる距離を計算したのでは正
確なパタンマッチングが行なえ３５ず、認識誤りが多い
。従つて、音声パタンのように時間軸方向の伸び縮みの
はげしいパタン間のマッチングを行なう場合、上述のマ
ッチング方法では充分精度のよい類似度を得ることが困
難であり、何らかの方法によりこの変動の影響を除去し
てやる必要が生ずる。この件に関しては時系列パタンの
時間軸変動を非線形変換で近似し、パタン間の時間軸の
ずれの影響を除去しながらパタン間の類似度を決定する
方式が考えられ、この方式を能率よくかつ精度よく実現
する方法として動的計画法（以下ＤＰと略す）を利用し
時間軸の変動を正規化した類似度を算出するＤＰマツチ
ング法が考えられている。以下ＤＰマツチング法を公知
文献（日本音響学会誌ＶＯＬ２７，腐９，１９７１，Ｐ
４８３〜Ｐ４９Ｏ「動的計画法を利用した音声の時間正
規化に基づく連続単語認識」）に従つてバタンとしては
音声パタンを例にとり簡単に説明する。音声パタンは一
般に特徴ベクトルの時系列として表現される。特徴ベク
トルとしては、例えば１６チヤンネルの周波数分析フイ
ルタ（スペクトル分析装置）の出力をある時点で時間標
本化したものを考えることができる。音声バタンＡを入
力パタンとし、音声パタンＢをそれと別の標準パタンと
すると、と表現される〇 ここで、特徴ベクトルＡｉとＢｊの対応づけをｉ＝ｉ（
ｊ）で示すとき、Ａ．５Ｂのパタン間類似度を▲ １
υ 轟 鳳 鳳り′ 』 − 具と
定義する。

この方法は音声速度の変動に対して安定な尺度であると
されている。すなわち、時間軸１，ｊの対応を最適に定
めて、ＡｉとＢｊとの距離の総和を最小として、バタン
間の類似度を、パタン全体にわたる上記距離の平均の最
小値として定義す？この最小化問題は、次に示すＤＰに
よつて扱える問題となる。

但し、ｄ（１，ｊ）はＡｉとＢｊの距離である。

すなわちとして、（４）式を順次計算し、 Ａの部分パタンＡｌを として、ｇ（１，Ｊ）を得る０これをｌ＋Ｊで除すこと
により、Ａｌ．！：Ｂの類似度をとして算出する方法で
ある〇ここで、ｌ＝とすることでパタン間類似度Ｓ（Ａ
，Ｂ）が算出できる。

この場合、第１図に示すように（５）式は（１，ｊ）に
許容される範囲を限定するものであり、以下では文献に
従つて、整合窓と称し、ＮＷで示す。

すなわち、ある一定の数ｒに対してである。

また、ｊが一定で、かつ窓ＮＷに含まれる（１，ｊ）の
集合を第ｊ段という。

（８）式の具体的な計算方法として、（４）式の漸化式
は同一段内ではｉの増加する方向に整合窓ＮＷに関し順
次計算し、その後で第（』＋１）段に移る方法で実行す
る。

このようにして第Ｊ段までの実行後には（８）式のｇ（
１，Ｊ）：（Ｊ−ｒ≦′≦Ｊ＋ｒ）はすべて求まり、（
８）式の類似度Ｓ（Ａｌ，Ｂ）を計算することができる
。以上がＤＰマツチング法による時間正規化類似度算出
のアルゴリズムである。

この方式を具体的装置により実行する場合、特）願昭４
５−１１４１４９（特公昭５０−１９２２７）「パタン
類似度計算装置山Ｃｌ濾されるごとく、特に（４）式の
漸化式の算出に関し、いま第Ｊ段の漸化式を実行しよう
とすると、（４）式から解るように一段前の漸化式の値
、すなわち第（ｊ−１）段の値ｇ（１，ｊ−１）をｉに
関し、ｊ−ｒ−１≦ｉ≦ｊ＋ｒ−１で示される、整合窓
内に関してＮＷ個記憶している前値記憶回路が必要とな
り、また、第（ｊ＋１）段を処理する場合、同様に第ｊ
段の漸化式の値ｇ（１，ｊ）：（ｊ−ｒ≦ｉ≦ｊ＋ｒ）
を使用するために、現在実行しようとする段、すなわち
第ｊ段の漸化式の値ｇ（１，ｊ）をｊゴ≦ｉ≦ｊ＋ｒで
示されるＮＷ個記憶して卦くための現値記憶回路との二
つの記憶回路が必要となる。

さらに、第ｊ段の漸化式実行後、第（Ｊ＋１）段の漸化
式を実行する場合、実行に先だつて、第（ｊ−１）段の
値を記憶している前値記憶回路の内容を、段ｊ段の値を
記憶している現値記憶回路の内容により更新してやる必
要がある。

上述のごとく、二つの記憶回路から構成される漸化式計
算部は装置が複雑かつ大型になるという欠点があり、ま
た漸化式を実行する際に前もつて記憶回路の内容を更新
する動作のために処理速度が低下するという欠点があつ
た。

本発明の目的は、土述の欠点を除去し、（４）式の漸化
式処理を、簡単な回路構成により、かつ高速に実行させ
るパタン類似度計算装置を提供することにあるｏ本発明
の特徴とするところは、漸化式処理に関し、漸化式の値
ｇ（１，ｊ）を記憶する記憶回路を卜組だけ有し、ｊを
一定とし、そのｊで定まるｉの最小の値を上記記憶回路
の記憶番地ｎの最下位に対応させ、値ｇ（１−１，ｊ）
を（ｎ−１播地から、値ｇ（１，ｊ−１）を（ｎ＋１）
番地から、値ｇ（１−１，ｊ−１）をｎ番地から読み出
し、結果の値ｇ（１，ｊ）をｎ番地に記憶できるように
構成しｎまたはｉをｊにより定まる最大値まで順次増加
させることにより、一定のｊに関しての漸化式の計算を
高速にな卦かつ矛盾なく実行させることにある。

以下、本発明の一実施例を例にとつて図面により詳しく
説明する。

第２図は本発明に係るパタン類似度計算装置の一実施例
の構成図である。１は、ある１，Ｊに関して、入力端子
Ａ，ＢよりＡｉ，ｂｊを入力とし、（６）式に従いベク
トル間の距離ｄ（１，ｊ）あるいは２ｄ（１，ｊ）を信
号線ｃに出力する距離計算部である。

２は（４）式の漸化式計算を一段分実行する漸化式計算
部であり、６は漸化式の値を一段分記憶するＮＷ個の記
憶区画を有するＡ１からＡＮＷまでの番地付けされた記
憶回路である。

４は１の距離計算部の出力ｄ（１，ｊ），２ｄ（１，ｊ
）と６の記憶回路の出力との和を計算する加算回路であ
り、５はある一定の回数だけ、信号線Ｅから入力される
数値を逐次比較して、入力された数値のうち最小の値を
信号線Ｆに出力する最小値検出回路である。

かかる構成に卦いて、今、第ｊ段の漸化式を実行するこ
とを考えよう。

このとき第（ｊ−１）段の漸化式のＮＷ個の値ｇ（１，
ｊ−１）：ｊ−ｒ−１≦１≦ｊ＋，−１が６の記憶回路
に、整合窓の最小のｉの値と記憶番地の最下位を対応し
て記憶されているとする。第３図はＮＷ＝７（すなわち
ｒ＝３）としたときの６の記憶回路の内容を示して｝り
、６１は第（ｊ−１）段の実行後の状態を示しており、
６２は第ｊ段実行中および実行後の状態を示している０
以下ＮＷ＝７として説明していく。ここで、第ｊ段を実
行するとき、求める漸化式の値および第（ｊ−１）段の
値を次のように変換して考え、また（４）式における三
つの項と各々、第３図に卦いてパスａ、パスｂ、パスｃ
に対応して考える。

まずＧＡｌ（ｊ）を求める場合、６の記憶回路からは第
４図のＡｎに対応する番地の内容が順次読み出され、４
の加算回路に信号線Ｄを使い出力される。同時に信号線
Ｃには１の距離計算部より、第４図のサイクルＴｌｌの
間はｄ（ｊ−３，ｊ）が、サイクルＴｌ２にはｄ（ｊ−
３，ｊ）が、サイクルＴｌ３には２ｄ（ｊ−３，ｊ）が
出力され、加算が実行されることにより（４）式の漸化
式のｉ＝Ｊ−３，ｊ＝ｊの各項が計算される。各項に対
応した出力が信号線Ｅにより５の最小値検出回路に入力
される。

５の最小値検出回路では比較する回数を３にしておくと
サイクルＴｌ４にはパスＡ，パスＢ，パスｃのうち最小
の値が検出され、同時に６の記憶回路の第４図のＡ（ｎ
）で示されるＡ（１）番地に、書込み信号Ｗ／Ｒによつ
て記憶される。

この場合Ａ（１）番地にはＧＡｌ（ｊ−１）が記憶され
ているが以後の処理では使うことはない。これらの一連
の動作によりＧＡ，（ｊ）の値を求めることができる。

同様に、ＧＡ２（ｊ）の値も第４図のサイク）１／Ｔ２
ｌラＴ２２ラＴ２３２ｔ２４に対応して記憶番地Ａ（ｎ
）を第４図に示すごとく変化させることにより求めるこ
とができる。この場合、パスａでは第ｊ段の値を必要と
するが、ＧＡ，（Ｊ）を求める段階で、Ａ（１）番地に
はＧＡｌ（ｊ）が記憶されているので（４）式の計算を
矛盾なく実行できる。すなわち一般にＧＡＯ（１）の値
を求める場合は、第４図に示すごとく、パスａに対応し
てはＡ（ｎ−１）番地、パスｂに対応しては、Ａ（ｎ＋
１）番地、バスｃに対応してはＡ（ｎ）番地から、それ
ぞれ４の加算回路に出力することにより、サイクルＴｎ
４には、それらのうちの最小値が算出できＡ（ｎ）番地
に記憶される。以上述べた動作をｉの増加する方向に、
また同時にｎも増加させ順次動作させる。この場合、第
４図で番地Ａｎが境界点に｝いて、Ｏと８をとることが
あるが、その時には充分大きな数値を信号線Ｄに出力す
ることにすれば（４）式を矛盾なく実行できる。このよ
うにしてＮＷ（−７）回上記動作を実行することによつ
て、６の記憶回路には（４）式の第ｊ段に関する漸化式
の値がすべて記憶されんこれにより第（ｊ＋１）段の実
行の準備も同時に終了したことになる。またｊ＝１のと
きには、６の記憶回路には（３）式で示される初期値を
記憶させることにより、上記動作をｊ＝２から順次実行
しｊ＝Ｊの動作を終了後には、６の記憶回路には（８）
式で使用するｇ（１，Ｊ）：（Ｊゴ≦２≦Ｊ＋ｒ）がす
べて記憶される０この漸化式の値は信号線Ｇを介して出
力される。３は２の漸化式も計算部より、第Ｊ段目の漸
化式の値を信号線Ｇを介して入力し、（８）式に従つて
正規化し、最小値を類似度として信号線Ｈに出力する類
似度計算部である。

以上の各計算部をＪ＝１からＪ＝Ｊまで順次動作させ、
漸化式処理に卦ける最小値検出動作を矛盾なく実行し、
２つのバタン間の類似度を算出する装置を実現できる。

以上、本発明を一実施例を用いて説明してきたが、これ
は本発明を限定するものではなく、例えばｉの最小値を
ｎの最士位に対応させ、ｉの増加につれて、ｎを減少さ
せることにより同様な漸化式処理を実現できる。

上述の説明から明らかなように、本発明はＤＰマツチン
グ方式による時間正規化類似度を算出する場合、漸化式
の処理を簡単な回路構成により、かつ高速に矛盾なく実
行させることができ、この方式のパタン類似度計算装置
の実現にあたり極めて有効な効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のバタン類似度計算装置における漸化式処
理を説明するための図である○第２図は本発明に係るパ
タン類似度計算装置の一実施例を示す構成図で、１は距
離ｄ（１，ｊ）を計算する距離計算部、２は漸化式計算
部、３は類似度計算部、４は加算回路、５は最小値検出
回路、６は記憶回路であり、Ａ（１），Ａ（２）・・・
，Ａ（ＮＷ）は記憶番地を表わしている。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ベクトルの系列ａ＿１、ａ＿２…、ａ＿ｉ、…、ａ
   ＿Ｉで表現されるパタンＡのある点のベクトルａ＿ｉと
   、同様にｂ＿１、ｂ＿２、…、ｂ＿ｊ、…、ｂ＿Ｊで表
   現されるパタンＢのある点のベクトルｂ＿ｊとの間の距
   離ｄ（ｉ、ｊ）を算出する距離計算部と、前記距離ｄ（
   ｉ、ｊ）の総和で表現されｉとｊの組合せに関する動的
   計画法の演算である漸化式の値ｇ（ｉ、ｊ）を、ｊを一
   定とした有限区間のｉの数だけ記憶する唯一組の記憶回
   路と、ｊを一定とし、前記有限区間のｉの最小の値を前
   記記憶回路の記憶番地ｎの最下位に対応させ、この記憶
   回路の記憶番地（ｎ−１）番地から漸化式の値ｇ（ｉ−
   １、ｊ）を、（ｎ＋１）番地から漸化式の値ｇ（ｉ、ｊ
   −１）を、ｎ番地から漸化式の値ｇ（ｉ−１、ｊ−１）
   を読み出し読み出された前記各値に各々前記距離ｄ（ｉ
   、ｊ）による重みを加算し、そのうちの最小の値をｇ（
   ｉ、ｊ）として前記記憶番地のｎ番地に記憶できるよう
   に構成され、ｎまたはｉを前記有限区間において順次増
   加させることにより一定のｊに関しての漸化式の計算を
   実行する漸化式計算部と、前記記憶回路の内容をｉ、ｊ
   により定められる数値により正規化し、その内の最小値
   を出力する類似度計算部とから構成され、パタンＢの長
   さＪにより設定される回数に従い、前記各計算部をｊの
   増加する方向に順次動作させて、パタンＡ、Ｂの間の類
   似度を算出することを特徴とするパタン類似度計数装置
   。