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JP5385876B2 - Speech segment detection method, speech recognition method, speech segment detection device, speech recognition device, program thereof, and recording medium - Google Patents
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JP5385876B2 - Speech segment detection method, speech recognition method, speech segment detection device, speech recognition device, program thereof, and recording medium - Google Patents

Speech segment detection method, speech recognition method, speech segment detection device, speech recognition device, program thereof, and recording medium Download PDF

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本発明はマイク等から入力された音信号中の音声区間を判定する音声区間検出方法及び音声区間検出装置、並びに、音声区間検出方法によって同定される音声区間の音声認識方法及び音声認識装置、そのプログラム及び記録媒体に関する。   The present invention relates to a speech segment detection method and speech segment detection device for determining a speech segment in a sound signal input from a microphone or the like, a speech recognition method and speech recognition device for a speech segment identified by the speech segment detection method, and the like The present invention relates to a program and a recording medium.

マイク等で収録した音信号をディジタル化して送信する技術や、音信号を単語や文字の系列に変換する音声認識技術がある。ここで、一般に入力された音信号には対象とする人が話している音声区間と、対象とする人の話していない非音声区間がある。そして、音声通信や音声認識技術において、非音声区間が不要となる場合がある。ここで、対象とする人とは、マイクに向かって話す発話者や、音声認識の対象となる音声を話す人などを指すものとする。従って、非音声区間には、無音や雑音だけでなく、対象とする人以外の音声(周囲の話し声など)も含まれる場合がある。   There is a technique for digitizing and transmitting a sound signal recorded by a microphone or the like, and a voice recognition technique for converting the sound signal into a sequence of words or characters. Here, generally, the input sound signal includes a voice section in which the target person is speaking and a non-speech section in which the target person is not speaking. In voice communication and voice recognition technology, a non-voice section may be unnecessary. Here, the target person refers to a speaker who speaks into a microphone, a person who speaks a voice to be subjected to voice recognition, and the like. Therefore, the non-speech section may include not only silence and noise but also speech other than the target person (such as surrounding speech).

音声区間を同定できれば、音声通信では音声区間のみを伝送すればよいので伝送する情報量を削減できる。また、音声認識の前処理として利用すれば、非音声区間を認識することに起因する認識誤りを避けることができる。つまり、非音声区間には雑音や対象とする人以外の人の音声等が含まれることがあるため、非音声区間を音声認識すると雑音や他人の音声を、対象とする人の音声と誤って認識し、誤った認識結果を得る場合がある。なお、音信号から音声区間を同定することを音声区間検出(VAD: Voice Activity Detection)と呼ぶ。   If the voice section can be identified, it is only necessary to transmit the voice section in voice communication, so the amount of information to be transmitted can be reduced. Moreover, if it is used as preprocessing for speech recognition, recognition errors caused by recognizing non-speech intervals can be avoided. In other words, since the non-speech section may contain noise, the voice of a person other than the target person, etc., when the non-speech section is recognized as a voice, the noise or the voice of the other person is mistaken for the target person's voice. It may recognize and get an incorrect recognition result. Note that identifying a voice section from a sound signal is called voice section detection (VAD: Voice Activity Detection).

図1は、従来の一般的な音声区間検出装置10の構成を示す。音声区間検出装置10は、マイク等から音信号x(k)を取得する音声入力部11と、ある決められた時間間隔(以後フレームと呼ぶ)ごとに音声か非音声かを判定する音声/非音声判定部13と、音声/非音声区間判定の結果yを出力する結果出力部15とからなる。   FIG. 1 shows a configuration of a conventional general speech segment detection device 10. The voice section detection device 10 has a voice input unit 11 that acquires a sound signal x (k) from a microphone or the like, and a voice / non-voice that determines whether the voice is voice or non-voice at certain time intervals (hereinafter referred to as frames). The voice determination unit 13 and the result output unit 15 that outputs the result y of the voice / non-speech segment determination.

また、図2は、音声区間検出を利用した従来の音声認識装置20の構成例を示している。音声認識部24では、音声/非音声判定部13から音声区間の音信号のみを受け取り、音声認識処理を行う。結果出力部25は、その認識結果y'を出力する。   FIG. 2 shows a configuration example of a conventional speech recognition apparatus 20 that uses speech segment detection. The voice recognition unit 24 receives only the sound signal of the voice section from the voice / non-voice judgment unit 13 and performs voice recognition processing. The result output unit 25 outputs the recognition result y ′.

音声区間検出において音声/非音声判定を行う方法としては、例えば、次に示すような方法がある。非特許文献1には、信号の状態遷移を定義した音声信号区間推定方法が開示されている。この方法では、入力される音信号が時間経過とともに音声状態及び非音声状態を遷移する信号であるとみなす。音声状態及び非音声状態の状態遷移は、入力される音信号が音声状態に属する確率及び非音声状態に属する確率を基準として決定される。そして、音声状態に属する音信号のみを出力する。なお、音声状態及び非音声状態の構成は適応的に行われる。   As a method for performing speech / non-speech determination in speech section detection, for example, there are the following methods. Non-Patent Document 1 discloses a speech signal section estimation method that defines signal state transitions. In this method, an input sound signal is regarded as a signal that transitions between a voice state and a non-voice state as time passes. The state transition between the voice state and the non-voice state is determined based on the probability that the input sound signal belongs to the voice state and the probability that it belongs to the non-voice state. And only the sound signal which belongs to an audio | voice state is output. The configuration of the voice state and the non-voice state is performed adaptively.

非特許文献1の方法では、基本的に入力される音信号に対して、フレームごとに音声区間か非音声区間かを判定するので、極端に短い音声区間または非音声区間が推定されることがある。そこで、必要に応じて、音声/非音声判定の結果に対してエラー訂正処理を行ってもよい。エラー訂正処理とは、例えば以下のような処理である。音声/非音声判定により音声とみなされたフレームがSduraitonフレーム以上継続すれば、音声区間として確定する。また、非音声とみなされたフレームがNduraitonフレーム以上継続すれば、非音声区間として確定する。さらに、音声区間中に存在する短い非音声区間が検出された場合、非音声区間の継続長がPauseフレーム以下なら、該当区間を音声区間とみなす。 In the method of Non-Patent Document 1, since it is determined for each input frame whether a speech period or a non-speech period for each frame, an extremely short speech period or non-speech period may be estimated. is there. Therefore, error correction processing may be performed on the voice / non-voice determination result as necessary. The error correction process is, for example, the following process. If a frame regarded as voice by voice / non-voice judgment continues for S duraiton frames or more, it is determined as a voice section. Also, if a frame regarded as non-speech continues for N duraiton frames or more, it is determined as a non-speech interval. Further, when a short non-speech segment existing in the speech segment is detected, if the duration of the non-speech segment is equal to or shorter than the Pause frame, the corresponding segment is regarded as a speech segment.

一方、複数の人が話す会話から得られる音信号から、対象とする複数の人の各々について音声区間を検出する技術(以下「Diarization」という)や、対象とする複数の人の各々の音声区間を音声認識することで、誰が何を話したかを認識する技術がある。   On the other hand, a technology for detecting a voice section for each of a plurality of target persons from sound signals obtained from a conversation spoken by a plurality of persons (hereinafter referred to as “Diarization”), and a voice section of each of a plurality of target persons There is a technology that recognizes who spoke what by voice recognition.

マイクが一つの場合(シングルチャネル)のDiarizationとしては、例えば、非特許文献2にあるように、入力された音信号を、各々の話者が話した区間に分割する方法がある。これは、まず入力音信号を適当な長さ(例えば1秒間)のブロックに区切り、各ブロックの各フレームについての音声特徴量(例えば、MFCC)を用いて、各ブロックのモデル(混合正規分布GMM)のモデルパラメタを計算する。次に、各ブロックについて、隣接するブロック同士を結合するか否かを、例えばΔBIC等の情報量基準を用いて判定する。情報量規準にΔBICを用いる場合、ΔBICが負となる場合は結合し、正となる場合は結合しないものとする。この手順を全てのブロックに対して何度も繰り返す。最終的に全てのブロック結合においてΔBICが正となった所で得られている各ブロックが、各話者の音声区間に対応する。   For example, as described in Non-Patent Document 2, there is a method of dividing an input sound signal into sections spoken by each speaker, as a diarization when there is one microphone (single channel). This is done by first dividing the input sound signal into blocks of appropriate length (for example, 1 second), and using the speech feature value (for example, MFCC) for each frame of each block, the model of each block (mixed normal distribution GMM). ) Model parameters. Next, for each block, whether or not adjacent blocks are to be combined is determined using an information criterion such as ΔBIC. When ΔBIC is used for the information criterion, it is assumed that ΔBIC is combined when it is negative, and is not combined when it is positive. This procedure is repeated many times for all blocks. Finally, each block obtained when ΔBIC becomes positive in all the block combinations corresponds to the voice section of each speaker.

マイクが複数の場合(複数チャネル)のDiarizationについては、音声信号の到来方向情報を用いた方法がある(非特許文献3参照)。これは、各フレームにおいてチャネル間位相差を計算し、同一の位相差を持つフレームを同じ方向から音声が到来しているフレームであると考える。そして、同一の位相差を持つフレームを、ある単一話者の音声区間と判定する。   As for Diarization when there are a plurality of microphones (multiple channels), there is a method using arrival direction information of an audio signal (see Non-Patent Document 3). This is because a phase difference between channels is calculated in each frame, and a frame having the same phase difference is considered to be a frame in which sound comes from the same direction. Then, a frame having the same phase difference is determined as a voice section of a single speaker.

また、複数の人が話す会話の音声区間検出を行う場合、図3に示すように、音源分離技術によって会話の各話者の音声をそれぞれ強調した分離音信号に分ける音源分離部32を設けて、各話者の分離音信号の音声区間を検出する方法もある。そして、音声認識部23において、各分離音信号の音声区間に対して音声認識を行う。このような構成とすることで、複数の人が同時に話した場合でも分離されたそれぞれの音信号を認識するため比較的高い精度の音声認識結果y'nを得ることができる。但し、y'nは話者nの音声認識結果を表す。なお、通常、複数の人の音声が混在する音信号を分離せずにそのまま音声認識すると、その認識精度は極めて低くなる。音源分離方法としては、例えば特許文献1記載のビームフォーミングによる方法を用いることができる。 In addition, when detecting a speech section of a conversation spoken by a plurality of people, as shown in FIG. 3, a sound source separation unit 32 is provided that separates the speech of each speaker of the conversation into separated sound signals by sound source separation technology. There is also a method for detecting the speech section of the separated sound signal of each speaker. Then, the voice recognition unit 23 performs voice recognition on the voice section of each separated sound signal. With such a configuration, even when a plurality of people speak at the same time, the separated sound signals are recognized, so that a relatively high accuracy speech recognition result y ′ n can be obtained. Here, y ′ n represents the speech recognition result of speaker n. Normally, if a voice signal in which a plurality of human voices are mixed is recognized as it is without separation, the recognition accuracy is extremely low. As a sound source separation method, for example, a method by beam forming described in Patent Document 1 can be used.

特開2008−203474号公報JP 2008-203474 A

藤本雅清,石塚健太郎,加藤比呂子,”音声と雑音両方の状態遷移過程を有する雑音下音声区間検出”,情報処理学会研究報告, 2006年,2006巻,136号(SLP−64)、pp.13-18Masayoshi Fujimoto, Kentaro Ishizuka, Hiroko Kato, "Detection of noisy speech segments with both state transition processes of speech and noise", Information Processing Society of Japan, 2006, 2006, 136 (SLP-64), pp.13 -18 C. Wooters and M. Huijbregts, “The ICSI RT07s Speaker Diarization System”, proceedings of CLEAR2007 and RT2007, 2007, pp.509-519,C. Wooters and M. Huijbregts, “The ICSI RT07s Speaker Diarization System”, proceedings of CLEAR2007 and RT2007, 2007, pp.509-519, S. Araki, M. Fujimoto, K. Ishizuka, H. Sawada, and S. Makino, "Speaker indexing and speech enhancement in real meetings / conversations", ICASSP2008, 2008, pp.93-96S. Araki, M. Fujimoto, K. Ishizuka, H. Sawada, and S. Makino, "Speaker indexing and speech enhancement in real meetings / conversations", ICASSP2008, 2008, pp.93-96

非特許文献1〜3の何れの方法においても、雑音や対象とする人以外の音声を含むような音信号から、対象とする人の音声区間を正確に検出することは難しい。そのため、そのような音信号の各フレームにおける音声区間/非音声区間の判定値は多くの誤りを含む傾向がある。よって、前述のエラー訂正処理を行っても誤った音声区間を検出してしまうという問題があった。特に、音声の話し始めや話し終りの部分では音声区間であるにもかかわらず非音声区間と判定されてしまうことがあるため、音声区間の前後が途切れた音声を音声認識すると致命的な認識誤りに繋がるという問題があった。   In any of the methods described in Non-Patent Documents 1 to 3, it is difficult to accurately detect the speech section of the target person from noise signals including noise and sounds other than the target person. For this reason, the determination value of the speech section / non-speech section in each frame of such a sound signal tends to include many errors. Therefore, there is a problem that an erroneous speech section is detected even if the error correction process described above is performed. In particular, since the beginning and end of speech may be determined as a non-speech segment even though it is a speech segment, a fatal recognition error will occur when speech with speech breaks before and after the speech segment is recognized. There was a problem of being connected to.

また、音源分離によって対象とする人の音声を強調したとしても、対象とする人以外の音声を完全に消すことは難しい。そのため複数の人が話す会話から得られる音信号から音声区間を正しく検出するのは困難な場合が多いという問題があった。さらに、消し残りを含む部分を誤って音声区間と判定して音声認識を行うと多数の挿入誤りが生じるという問題があった。   Moreover, even if the voice of the target person is emphasized by sound source separation, it is difficult to completely erase the voice other than the target person. Therefore, there is a problem that it is often difficult to correctly detect a voice section from a sound signal obtained from a conversation spoken by a plurality of people. Furthermore, there is a problem that a large number of insertion errors occur when a portion including the unerased part is erroneously determined as a speech section and speech recognition is performed.

本発明は、雑音や対象とする人以外の音声を含むような音信号から、対象とする人の音声区間を正確に検出する音声区間検出方法及び装置を提供し、さらに、それらの音声区間検出方法及び装置を用いて、単語誤り率が低い音声認識方法及び音声認識装置を提供することを目的とする。また、それらのプログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。   The present invention provides a speech section detection method and apparatus for accurately detecting a speech section of a target person from noise signals including noise and voices other than the target person, and further detects the speech sections. It is an object of the present invention to provide a speech recognition method and speech recognition apparatus with a low word error rate using the method and apparatus. Moreover, it aims at providing those programs and a recording medium.

上記の課題を解決するために、本発明に係る音声区間検出技術は、音信号を所定の長さのフレームごとに取り出し、そのフレームの音信号を解析し、そのフレームの音信号に対象とする話者の音声が含まれるか否かを判定し、判定結果を音声/非音声判定値として求め、音信号の中に含まれる認識単位の系列と、各認識単位の発話時間情報とを求め、音声/非音声判定ステップにおいて得られるフレームごとの音声/非音声判定値と、音声認識ステップにおいて得られる認識単位の系列及び各認識単位の発話時間情報とを受け取って、認識単位の発話時間に対応するフレームの音声/非音声判定値の集計値の大小に基づいて、認識単位ごとに対象とする話者によって発話されたか否かを判定する。   In order to solve the above problems, the speech section detection technology according to the present invention extracts a sound signal for each frame of a predetermined length, analyzes the sound signal of the frame, and targets the sound signal of the frame. It is determined whether or not the voice of the speaker is included, the determination result is determined as a voice / non-voice determination value, the sequence of recognition units included in the sound signal, and the utterance time information of each recognition unit, Receives speech / non-speech judgment value for each frame obtained in speech / non-speech judgment step, recognition unit sequence and speech time information of each recognition unit obtained in speech recognition step, and corresponds to speech time of recognition unit It is determined whether or not an utterance has been made by the target speaker for each recognition unit based on the sum of the voice / non-voice determination values of the frames to be recognized.

また、対象とする複数の話者の音声を含む音信号から音声区間検出する場合には、対象とする複数の話者の音声を含む音信号を所定の長さのフレームごとに取り出し、そのフレームの音信号を解析し、そのフレームの音信号に対象とする各話者の音声が含まれているか否かを判定し、判定結果を音声/非音声判定結果として求め、対象とする複数の話者の音声を含む音信号を用いて、各話者の音声を強調した複数の分離音信号を生成し、分離音信号の中に含まれる認識単位の系列と、各認識単位の発話時間情報とを求め、音声/非音声判定ステップにおいて得られる各話者のフレームごとの音声/非音声判定値と、音声認識ステップにおいて得られる各話者の認識単位の系列及び各認識単位の発話時間情報とを受け取って、各話者の認識単位の発話時間に対応するフレームの音声/非音声判定値の集計値の大小に基づいて、認識単位ごとにその話者によって発話されたか否かを判定する。   In addition, when detecting a speech section from a sound signal including a plurality of target speakers, a sound signal including a plurality of target speakers is extracted for each frame of a predetermined length, and the frame The sound signal of the frame is analyzed, it is determined whether the sound signal of the target speaker is included in the sound signal of the frame, the determination result is obtained as a sound / non-speech determination result, and a plurality of target stories A plurality of separated sound signals in which each speaker's voice is emphasized using a sound signal including a person's voice, a sequence of recognition units included in the separated sound signal, speech time information of each recognition unit, and And a speech / non-speech determination value for each frame of each speaker obtained in the speech / non-speech judgment step, a sequence of recognition units of each speaker and speech time information of each recognition unit obtained in the speech recognition step, Receive each speaker's recognition unit Based on the magnitude of the aggregate value of the audio / non-speech decision value of the frame corresponding to the speech time, determines whether or not spoken by the speaker for each recognition unit.

本発明は、音声区間であるか否かを音声認識結果の認識単位ごとの発話時間における音声/非音声判定値の集計値に基づいて判定するため、音声/非音声判定値に多少の誤りがあっても、それら誤りの影響を低減し、より正確に音声区間を検出できるという効果を奏する。   Since the present invention determines whether or not it is a speech section based on the total value of the speech / non-speech determination value in the utterance time for each recognition unit of the speech recognition result, there are some errors in the speech / non-speech determination value. Even if it exists, there exists an effect that the influence of these errors is reduced and a speech section can be detected more accurately.

音声区間検出装置10の構成図。The block diagram of the audio | voice area detection apparatus 10. FIG. 音声認識装置20の構成図。The block diagram of the speech recognition apparatus 20. FIG. 音声認識装置30の構成図。The block diagram of the speech recognition apparatus 30. FIG. 音声区間検出装置100、音声認識装置100’の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the audio | voice area detection apparatus 100 and the speech recognition apparatus 100 '. 音声区間検出装置100、音声認識装置100’の処理フローを示す図。The figure which shows the processing flow of the audio | voice area detection apparatus 100 and the speech recognition apparatus 100 '. 音声/非音声判定部130の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the audio | voice / non-audio | voice determination part 130. FIG. 音声認識部140の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the speech recognition part 140. FIG. 認識グラフを説明するための図。The figure for demonstrating a recognition graph. 認識単位発話判定部150の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the recognition unit utterance determination part 150. FIG. 音声区間検出装置200、音声認識装置200’の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the audio | voice area detection apparatus 200 and the audio | voice recognition apparatus 200 '. 音声区間検出装置200、音声認識装置200’の処理フローを示す図。The figure which shows the processing flow of the audio | voice area detection apparatus 200 and the speech recognition apparatus 200 '. 音声区間検出装置300の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the audio | voice area detection apparatus 300. FIG. 音声区間検出装置400の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the audio | voice area detection apparatus 400. 音声区間検出装置500の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the audio | voice area detection apparatus 500. FIG. 音声認識装置200’の実験状況を説明するための図。The figure for demonstrating the experimental condition of the speech recognition apparatus 200 '.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

<音声区間検出装置100>
図4及び図5を用いて実施例1に係る音声区間検出装置100を説明する。
<Audio section detection device 100>
The speech segment detection apparatus 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

音声区間検出装置100は音声入力部110と音声/非音声判定部130と音声認識部140と認識単位発話判定部150と結果出力部160を備える。以下、音声区間検出装置100の処理概要を説明する。   The speech section detection apparatus 100 includes a speech input unit 110, a speech / non-speech determination unit 130, a speech recognition unit 140, a recognition unit utterance determination unit 150, and a result output unit 160. Hereinafter, an outline of processing of the speech section detection apparatus 100 will be described.

音声入力部110では、マイク等により収録したアナログ音信号x(k)をディジタル音信号x(u)に変換して、音声/非音声判定部130及び音声認識部140に送る。但し、kは連続時間を、uは離散時間を表す。   The voice input unit 110 converts the analog sound signal x (k) recorded by a microphone or the like into a digital sound signal x (u) and sends it to the voice / non-voice judgment unit 130 and the voice recognition unit 140. However, k represents continuous time and u represents discrete time.

音声/非音声判定部130では、音声入力部110から受け取ったディジタル音信号x(u)からフレームごとに、そのフレームの時間長に対応する振幅値系列x(t)を取り出す。但し、tはフレーム番号、及び、そのフレームに対応する時刻を表す。さらに音声/非音声判定部130は、例えば非特許文献1の方法で、フレームごとに、話している対象の人の音声か否かを示す音声/非音声判定値d(t)を出力する。   The voice / non-voice judgment unit 130 extracts, for each frame, the amplitude value series x (t) corresponding to the time length of the frame from the digital sound signal x (u) received from the voice input unit 110. However, t represents a frame number and the time corresponding to the frame. Furthermore, the voice / non-voice determination unit 130 outputs, for example, the voice / non-voice determination value d (t) indicating whether or not the voice of the person who is talking for each frame by the method of Non-Patent Document 1.

音声認識部140では、音声入力部110から受け取ったディジタル音信号x(u)に最も適合する認識単位vr(単語、文字、音素等)の系列v={v1,v2,…,vR}を求める。但し、r=1,2,…,Rとする。このとき得られた各認識単位vrの発話時間情報(例えば、フレーム番号を単位として与えられる開始時刻b(vr)と終了時刻e(vr))も同時に求める。なお、発話時間情報の系列をbe={(b(v1),e(v1)),(b(v2),e(v2)),…, (b(vR),e(vR))}と表す。 In the speech recognition unit 140, a sequence v = {v 1 , v 2 ,..., V of a recognition unit v r (word, character, phoneme, etc.) that best matches the digital sound signal x (u) received from the speech input unit 110. R } is requested. Here, r = 1, 2,..., R. Speech time information obtained at this time each recognition unit v r was (e.g., start time given frame number as a unit b (v r) and the end time e (v r)) is also determined at the same time. Note that the sequence of utterance time information is be = {(b (v 1 ), e (v 1 )), (b (v 2 ), e (v 2 )), ..., (b (v R ), e ( v R ))}.

認識単位発話判定部150では、音声認識部140から受け取った各認識単位vrとその発話時間情報ber=(b(vr),e(vr))に対応する音声/非音声判定値d(t)の集計値s(vr)(平均値等)の大小に基づいて、認識単位vrごとに対象とする人によって発話されたか否かを判定する。音声/非音声判定値の集計値s(vr)は In the recognition unit utterance determination unit 150, a speech / non-speech determination value corresponding to each recognition unit v r received from the speech recognition unit 140 and its utterance time information be r = (b (v r ), e (v r )). Based on the magnitude of the total value s (v r ) (average value, etc.) of d (t), it is determined whether or not an utterance is made by a target person for each recognition unit v r . The total value s (v r ) of the voice / non-voice judgment value is

Figure 0005385876
として計算する。この集計値がある閾値TX1より大きい場合、認識単位vrが発話されたと判定する。w(・)は任意の窓関数である。例えば、w(・)=1のような関数にすれば、式(1)は以下のように表され、
Figure 0005385876
Calculate as If greater than the threshold TX 1 with this aggregate value, it determines that the recognition unit v r is spoken. w (•) is an arbitrary window function. For example, if a function such as w (·) = 1 is used, formula (1) is expressed as follows:

Figure 0005385876
s(vr)は、時刻b(vr),e(vr)間のd(t)の平均値になる。
Figure 0005385876
s (v r ) is an average value of d (t) between times b (v r ) and e (v r ).

認識単位vrの発話判定値s(vr)がある閾値TX1以上の場合に、vrの開始時刻b(vr)と終了時刻e(vr)の間は音声区間であると判定し、TX1未満の場合は時刻b(vr),e(vr)の間は非音声区間であると判定する。認識単位発話判定部150は、判定結果g(vr)を出力する。例えば、vrが音声区間であると判定した場合には、g(vr)=1とし、vrが非音声区間であると判定した場合には、g(vr)=0として、出力する。 It determined that when the recognition unit v r of the speech decision value s (v r) is a threshold TX 1 or with, between the v r start time b (v r) and the end time e (v r) is a speech segment However, if it is less than TX 1 , it is determined that it is a non-speech interval between times b (v r ) and e (v r ). The recognition unit utterance determination unit 150 outputs a determination result g (v r ). For example, when it is determined that v r is a voice interval, g (v r ) = 1 is set. When v r is determined to be a non-voice interval, g (v r ) = 0 is set and output. To do.

結果出力部160は、判定結果g(vr)が音声区間であることを表す場合には、認識単位vrに対応する発話時間情報(b(vr),e(vr))または対応する音信号x(b(vr),e(vr))を出力する。 When the determination result g (v r ) represents a speech section, the result output unit 160 utters time information (b (v r ), e (v r )) corresponding to the recognition unit v r or the correspondence. Output sound signal x (b (v r ), e (v r )).

以下、各部の処理内容を説明する。   Hereinafter, the processing content of each part is demonstrated.

<音声入力部110>
音声入力部110は、例えば、マイクの出力信号や外部記憶装置より読み出される信号やネットワークから受信した信号等を入力するための入力インタフェースである。音声入力部110は、入力された音信号x(k)を、A/D変換器により、ディジタル音信号x(u)に変換して出力する(s110)。例えば、音声入力部110は、マイク等により得られるアナログ音信号x(k)を一定時間間隔でサンプリングして、音信号の振幅値x(u)(以下「ディジタル音信号」という)の系列に変換する。例えば、16kHzでサンプリング(標本化)し、16bitで量子化する場合は、音声入力部110は、1/16000秒ごとに音信号の振幅値を取り出し、各振幅値に対し、16bitの整数、すなわち-32768〜+32767の何れかの値を割り当てる。
<Voice input unit 110>
The audio input unit 110 is an input interface for inputting, for example, a microphone output signal, a signal read from an external storage device, a signal received from a network, or the like. The voice input unit 110 converts the input sound signal x (k) into a digital sound signal x (u) by an A / D converter and outputs the digital sound signal x (u) (s110). For example, the audio input unit 110 samples an analog sound signal x (k) obtained by a microphone or the like at regular time intervals, and generates a series of amplitude values x (u) of sound signals (hereinafter referred to as “digital sound signals”). Convert. For example, when sampling (sampling) at 16 kHz and quantizing at 16 bits, the audio input unit 110 extracts the amplitude value of the sound signal every 1/16000 seconds, and for each amplitude value, an integer of 16 bits, that is, Assign a value between -32768 and +32767.

<音声/非音声判定部130>
音声/非音声判定部130は、ディジタル音信号x(u)を所定の長さのフレームごとに取り出し、そのフレームの音信号x(t)を解析し、そのフレームの音信号x(t)に対象とする話者iの音声が含まれるか否かを判定し、判定結果を音声/非音声判定値d(t)として求める(s130)。但し、tは、音声/非音声判定部130で用いられるフレーム番号を表す。
例えば、音声/非音声判定部130は、図6に示すように、音声/非音声を識別するための音響特徴量を抽出する特徴抽出部131と、抽出した特徴量を用いて、対応するフレームの音信号x(t)が音声か非音声かを識別する識別部133とから構成される。
<Voice / non-voice determination unit 130>
The voice / non-voice determination unit 130 extracts the digital sound signal x (u) for each frame having a predetermined length, analyzes the sound signal x (t) of the frame, and converts it into the sound signal x (t) of the frame. It is determined whether or not the speech of the target speaker i is included, and the determination result is obtained as a speech / non-speech determination value d (t) (s130). Here, t represents a frame number used in the voice / non-voice judgment unit 130.
For example, as shown in FIG. 6, the speech / non-speech determination unit 130 uses a feature extraction unit 131 that extracts an acoustic feature amount for identifying speech / non-speech and a corresponding frame using the extracted feature amount. And an identification unit 133 for identifying whether the sound signal x (t) is voice or non-voice.

(特徴抽出部131)
特徴抽出部131では、音声入力部110から出力されたディジタル音信号x(u)からフレームごとに、そのフレームの時間長に対応する振幅値のサンプル系列x(t)を取り出す。例えば入力されたディジタル音信号x(u)を時間軸方向に一定時間幅(シフト幅)で始点を移動させながら、一定時間長(フレーム長)のディジタル音信号x(u)をフレームとして切り出す。なお、フレーム単位のディジタル音信号をx(t)と表す。例えば1024サンプル点(時間長はサンプリング周波数が16,000 Hzの場合、64msに相当)の音信号を、512サンプル点(同様に時間長は32msに相当)ずつ始点を移動させながら切り出す。
(Feature extraction unit 131)
The feature extraction unit 131 extracts, for each frame, a sample series x (t) of amplitude values corresponding to the time length of the frame from the digital sound signal x (u) output from the audio input unit 110. For example, the digital sound signal x (u) having a fixed time length (frame length) is cut out as a frame while moving the start point of the input digital sound signal x (u) with a fixed time width (shift width) in the time axis direction. A digital sound signal in units of frames is represented as x (t). For example, a sound signal of 1024 sample points (the time length is equivalent to 64 ms when the sampling frequency is 16,000 Hz) is cut out while moving the start point by 512 sample points (also the time length is equivalent to 32 ms).

次に特徴抽出部131では、切り出されたディジタル音信号x(t)に対して高速フーリエ変換を行い、周波数領域の音信号x(f,t)を算出する。   Next, the feature extraction unit 131 performs fast Fourier transform on the extracted digital sound signal x (t) to calculate a frequency-domain sound signal x (f, t).

さらに、特徴抽出部131では、周波数領域の音信号x(f,t)を用いて、P次元のメルフィルタバンク分析(例えばP=12)を適用し、フレームtのP次元の対数メルスペクトルを要素に持つ音響特徴ベクトルOt={ot,0,ot,1,…,ot,P-1}を算出し、特徴抽出部131の出力とする。この際、フレームのサンプル点や音響特徴ベクトルの次元数Pは入力される音信号の特徴に応じて適宜変更して良い。 Further, the feature extraction unit 131 applies a P-dimensional mel filter bank analysis (for example, P = 12) using the frequency-domain sound signal x (f, t), and calculates the P-dimensional log mel spectrum of the frame t. The acoustic feature vector O t = {o t, 0 , o t, 1 ,..., O t, P−1 } of the element is calculated and used as the output of the feature extraction unit 131. At this time, the sample point of the frame and the dimension P of the acoustic feature vector may be appropriately changed according to the feature of the input sound signal.

(識別部133)
識別部133では、まず入力音声の音声特徴ベクトルOtと、別途用意した音声と非音声の確率モデル、例えば混合正規分布モデル(GMM: Gaussian Mixture Model)との尤度bj(Ot)を次式のように計算する。
(Identification part 133)
The identification unit 133 first calculates the likelihood b j (O t ) between the speech feature vector O t of the input speech and a separately prepared speech and non-speech probability model, for example, a mixed normal distribution model (GMM: Gaussian Mixture Model). Calculate as follows:

Figure 0005385876
但し、jはGMMの種別を表し、j=0のとき非音声モデルとし、j=1のとき音声モデルとする。kはGMMに含まれる正規分布の番号であり、k=1,2,…,Kとし、wj,kはK番目の正規分布の混合重みを、μj,k,lは平均値を、σ2 j,k,lは分散値を表す。なお、確率モデル(GMM)は事前になんらかの学習データを用いて学習しておいても良く、オンラインで逐次的に推定、更新を行っても良い。図示しないGMM記憶部に、確率モデル(GMM)を記憶しておき、識別部133は、GMM記憶部を参照して、上述の尤度bj(Ot)を計算する。
Figure 0005385876
However, j represents the type of GMM, and when j = 0, it is a non-voice model, and when j = 1, it is a voice model. k is the number of the normal distribution included in the GMM, k = 1,2, ..., K, w j, k is the mixing weight of the Kth normal distribution, μ j, k, l is the average value, σ 2 j, k, l represents a variance value. Note that the probability model (GMM) may be learned in advance using some learning data, or may be estimated and updated sequentially online. A probability model (GMM) is stored in a GMM storage unit (not shown), and the identification unit 133 refers to the GMM storage unit and calculates the above-described likelihood b j (O t ).

次に識別部133では、それぞれのモデルの尤度比L(t)を次式により計算する。   Next, the identification unit 133 calculates the likelihood ratio L (t) of each model by the following equation.

Figure 0005385876
αt,j=(αt-1,0a0,jt-1,1a1,j)bj(Ot) (5)
但し、αt,jは前向き確率であり、ai,jは非音声状態H0及び音声状態H1への状態遷移確率であり、iは遷移前の状態番号、jは遷移後の状態番号であり、ai,0+ai,1=1を満たす(状態番号0は非音声状態を、状態番号1は音声状態をそれぞれ示す)。なお、t=0のとき初期値として前向き確率αt,jを以下のように設定する。
Figure 0005385876
α t, j = (α t-1,0 a 0, j + α t-1,1 a 1, j ) b j (O t ) (5)
Where α t, j is the forward probability, a i, j is the state transition probability to the non-voice state H 0 and the voice state H 1 , i is the state number before the transition, and j is the state number after the transition. And satisfies a i, 0 + a i, 1 = 1 (state number 0 indicates a non-speech state and state number 1 indicates a speech state). Note that the forward probability α t, j is set as follows as an initial value when t = 0.

αt,0=1 (6)
αt,1=0 (7)
次に識別部133では、尤度比L(t)を用いて、フレームtが音声状態に属するか非音声状態に属するかを判定する。識別部133は、尤度比L(t)の値を音声/非音声の判定値d(t)として出力してもよい。また、識別部133では、別途設定する閾値TH2以上のときに、フレームtが音声状態に属すると判断して音声/非音声の判定値d(t)=1として出力し、閾値TH2未満であれば、フレームtが非音声状態に属すると判断してd(t)=0として出力してもよい。閾値TH2の値は、事前に固定された値に決定しておいても、入力される音信号の特徴に応じて適応的に決定しても良い。
α t, 0 = 1 (6)
α t, 1 = 0 (7)
Next, the identification unit 133 determines whether the frame t belongs to a voice state or a non-voice state using the likelihood ratio L (t). The identification unit 133 may output the value of the likelihood ratio L (t) as the speech / non-speech determination value d (t). In addition, the identification unit 133 determines that the frame t belongs to the audio state when the threshold TH 2 is set separately or higher, and outputs the audio / non-audio determination value d (t) = 1, which is less than the threshold TH 2 If so, it may be determined that frame t belongs to the non-speech state and output as d (t) = 0. The value of the threshold TH 2 may be determined in advance or may be determined adaptively according to the characteristics of the input sound signal.

<音声認識部140>
音声認識部140は、音信号x(u)の中に含まれる認識単位の系列vと、各認識単位viの発話時間情報b(vi)、e(vi)とを求める(s140)。
<Voice recognition unit 140>
Speech recognition unit 140, the sequence v of recognition units included in the sound signal x (u), speech time information b of each recognition unit v i (v i), obtaining an e (v i) (s140) .

例えば、図7に示すように音声認識部140は、特徴抽出部141と認識部143と音響モデル記憶部145と認識グラフ記憶部147とを備える。   For example, as illustrated in FIG. 7, the speech recognition unit 140 includes a feature extraction unit 141, a recognition unit 143, an acoustic model storage unit 145, and a recognition graph storage unit 147.

(特徴抽出部141)
特徴抽出部141では、音声入力部110から出力されたディジタル音信号x(u)からフレームごとに、そのフレームの時間長に対応する振幅値のサンプル系列x(t')を取り出す。但し、t'は音声認識部140で用いられるフレーム番号を表す。
(Feature extraction unit 141)
The feature extraction unit 141 extracts, for each frame, a sample series x (t ′) of amplitude values corresponding to the time length of the frame from the digital sound signal x (u) output from the audio input unit 110. However, t ′ represents a frame number used in the speech recognition unit 140.

次に特徴抽出部141では、切り出されたディジタル音信号x(t')に対して高速フーリエ変換を行い、周波数領域の音信号x(f,t')を算出する。   Next, the feature extraction unit 141 performs fast Fourier transform on the extracted digital sound signal x (t ′), and calculates the sound signal x (f, t ′) in the frequency domain.

さらに、特徴抽出部141では、周波数領域の音信号x(f,t')を用いて、P'次元の音声特徴ベクトルO't'={o't',0,o't',1,…,o't',P'-1}を算出し、特徴抽出部141の出力とする。この際、フレームのサンプル点や音声特徴ベクトルは音声/非音声判定部130内の特徴抽出部131と同一であるとは限らず、異なるものであってもよい。例えば、音声特徴ベクトルとしては、短い時間区間(例えば10ミリ秒)ごとに音信号を分析することにより得られるメルケプストラム(mel-frequency cepstral coefficients、MFCCと呼ばれる)、デルタMFCC、LPCケプストラム、対数パワー等がある。次に、特徴抽出部141は、フレームごとに得られた音声特徴ベクトルO't'を、時間の順序に沿って、順に認識部143に入力する。 Further, the feature extraction unit 141 uses the sound signal x (f, t ′) in the frequency domain to generate a P′-dimensional speech feature vector O ′ t ′ = {o ′ t ′, 0 , o ′ t ′, 1 ,..., O ′ t ′, P′−1 } are calculated and output as the output of the feature extraction unit 141. At this time, the frame sample points and the speech feature vectors are not necessarily the same as the feature extraction unit 131 in the speech / non-speech determination unit 130, and may be different. For example, speech feature vectors include mel cepstrum (called mel-frequency cepstral coefficients (MFCC)), delta MFCC, LPC cepstrum, logarithmic power obtained by analyzing a sound signal every short time interval (eg, 10 milliseconds). Etc. Next, the feature extraction unit 141 inputs the speech feature vector O ′ t ′ obtained for each frame to the recognition unit 143 in order along the time order.

(認識部143)
認識部143では、音素等の音声的特徴の雛形を表す音響モデルを記憶した音響モデル記憶部145と発音や文法等の制約を表す認識グラフを記憶した認識グラフ記憶部147とを参照しながら、入力された音声特徴ベクトルO't'の系列に最も適合する認識単位vr(単語、文字、音素等)の系列vを求める。このとき得られた各認識単位vrの発話時間情報、すなわち開始時刻b(vr)と終了時刻e(vr)も同時に求める。
(Recognition unit 143)
The recognition unit 143 refers to an acoustic model storage unit 145 that stores an acoustic model that represents a model of a phonetic feature such as a phoneme, and a recognition graph storage unit 147 that stores a recognition graph that represents constraints such as pronunciation and grammar. A sequence v of recognition units v r (words, characters, phonemes, etc.) that best fits the sequence of input speech feature vectors O ′ t ′ is obtained. The speech time information of each recognition unit v r obtained at this time, that is, the start time b (v r ) and the end time e (v r ) are also obtained at the same time.

例えば、認識部143は処理を開始してから何個の音声特徴ベクトルO't'を読み込んだかをフレーム番号として記憶しておき、音声認識の結果として得られる各認識単位vrは、音声特徴ベクトルO't'の系列のどのフレーム番号から開始してどのフレーム番号で終了したか、という情報が得られる。この各認識単位vrの開始フレーム番号と終了フレーム番号を、各認識単位の開始時刻b(vr)と終了時刻e(vr)とする。 For example, the recognition unit 143 stores, as a frame number, how many speech feature vectors O ′ t ′ have been read since the start of processing, and each recognition unit v r obtained as a result of speech recognition is a speech feature. Information indicating which frame number in the sequence of the vector O ′ t ′ starts and which frame number ends is obtained. Let the start frame number and end frame number of each recognition unit v r be the start time b (v r ) and end time e (v r ) of each recognition unit.

(音響モデル記憶部145)
音響モデル記憶部145には、音響モデルとして、例えば、音声固定単位(例えば音素)の標準的な音声特徴ベクトルまたはその分布が記憶されている。
(Acoustic model storage unit 145)
The acoustic model storage unit 145 stores, as an acoustic model, for example, a standard speech feature vector of a speech fixed unit (for example, phoneme) or its distribution.

認識部143は、音響モデル記憶部145に記憶された音響モデルを参照し、音声固定単位と入力された音声特徴ベクトルO't'との類似度を、例えば、その音声固定単位に属する標準的な音声特徴ベクトルの分布によって計算される音声特徴ベクトルO't'の確率密度の対数値として求める。音響モデルを用いた方法としては、例えば、音声固定単位の音声特徴ベクトル時系列の集合を確率・統計理論に基づいてモデル化する隠れマルコフモデル法(Hidden Markov Model、以後HMMと呼ぶ)等がある(参考文献1参照)。
[参考文献1]中川聖一著、「確率モデルによる音声認識」、社団法人電子情報通信学会、1988年
The recognizing unit 143 refers to the acoustic model stored in the acoustic model storage unit 145, and determines the similarity between the speech fixed unit and the input speech feature vector O ′ t ′ , for example, a standard belonging to the speech fixed unit. It is obtained as a logarithmic value of the probability density of the speech feature vector O ′ t ′ calculated by the distribution of various speech feature vectors. As a method using an acoustic model, for example, there is a Hidden Markov Model method (hereinafter referred to as HMM) that models a set of speech feature vector time series in a fixed speech unit based on probability / statistical theory. (See Reference 1).
[Reference 1] Seiichi Nakagawa, “Speech Recognition by Stochastic Model”, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 1988

(認識グラフ記憶部147)
認識グラフ記憶部147には、例えば、重み付き有限状態トランスデューサを用いて構成された認識グラフが記憶される。なお、単語発音辞書や言語モデルを重み付き有限状態トランスデューサ(英訳 Weighted Finite-State Transducer: WFST)によって記述し、それらを合成して一つの重み付き有限状態トランスデューサを構成する方法は、例えば、参考文献2に記載されている。
[参考文献2]M.Mohri, F.Pereira, M.Riley著, “Weighted finite-state transducers in speech recognition”, Computer Speech and Language, 2002,Vol.16, No.1, pp.69-88
(Recognition graph storage unit 147)
In the recognition graph storage unit 147, for example, a recognition graph configured using a weighted finite state transducer is stored. In addition, a method of describing a word pronunciation dictionary and a language model with a weighted finite state transducer (English translation Weighted Finite-State Transducer: WFST) and composing them to form one weighted finite state transducer is, for example, a reference. 2.
[Reference 2] M.Mohri, F.Pereira, M.Riley, “Weighted finite-state transducers in speech recognition”, Computer Speech and Language, 2002, Vol.16, No.1, pp.69-88

以下、認識グラフについて説明する。音声認識用の認識グラフの個々のアーク(エッジ、リンク、枝等とも呼ぶ)には、一般に、HMMの一つの状態を示すラベルが付与される。HMMの状態は、ある音素のその音素内におけるおおまかな位置(例えば、前半、中盤、後半)に対応する音声固定単位であり、各状態は音声特徴ベクトルの確率密度分布(例えば、多次元混合正規分布)を持っている。   Hereinafter, the recognition graph will be described. In general, a label indicating one state of the HMM is assigned to each arc (also referred to as an edge, a link, a branch, or the like) of a recognition graph for speech recognition. The state of the HMM is a speech fixed unit corresponding to the approximate position (for example, the first half, the middle, and the second half) of a certain phoneme in each phoneme, and each state is a probability density distribution (for example, multidimensional mixed normal) of a speech feature vector. Distribution).

認識部143が、仮説の累積重みに加える音声特徴ベクトルO't'とアークのラベルに対応する状態の確率密度分布を用いて確率密度を計算し、得られた確率密度の対数値を音声特徴ベクトルO't'とアークのラベルとの類似度として算出する。なお、各アークのラベルに対応する状態の確率密度分布は、音響モデル記憶部145に記憶されている。 The recognition unit 143 calculates the probability density using the speech feature vector O ′ t ′ added to the hypothetical cumulative weight and the probability density distribution of the state corresponding to the arc label, and the logarithmic value of the obtained probability density is used as the speech feature. It is calculated as the similarity between the vector O ′ t ′ and the arc label. The probability density distribution of the state corresponding to each arc label is stored in the acoustic model storage unit 145.

音声認識のための認識グラフは、音素や単語の並び方などの規則を有向グラフで表したもので、音素や単語の連鎖確率(の対数値)を重みとしてアークに付与し、音素や単語の音響パターンやその分布関数を表すラベル(例えば音素/a/の音声特徴ベクトルを表す分布関数を指す)を対応する各アークに割り当てる。また、音素や単語の並び方のルールに従って始点ノードと終点ノードも設定する。   The recognition graph for speech recognition is a directed graph representing rules such as phoneme and word arrangement. The phoneme and word chain patterns (logarithm values) are given to the arc as weights, and the phoneme and word acoustic patterns. And a label representing the distribution function (for example, a distribution function representing a phoneme / a / speech feature vector) is assigned to each corresponding arc. In addition, a start point node and an end point node are also set according to the rules of phoneme and word arrangement.

例えば、認識グラフは図8のように構成されている。始点ノードは黒丸、終点ノードは二重丸、それら以外のノードは丸で表されている。ノードを結ぶアークにラベルが付与されており、音素名とその音素内での位置を表すような表記になっている。例えば、a2は音素aのHMMの2番目の状態の確率密度分布を指すものとする。   For example, the recognition graph is configured as shown in FIG. The start node is indicated by a black circle, the end node is indicated by a double circle, and the other nodes are indicated by circles. A label is given to the arc connecting the nodes, and the phoneme name and the position in the phoneme are indicated. For example, a2 indicates the probability density distribution of the second state of the HMM of phoneme a.

認識部143は、認識グラフを参照し、入力された音声特徴ベクトルO't'の系列に対して、各音声特徴ベクトルO't'と各アークに対応付けられたラベルの類似度の累積値が最も高くなる認識グラフ中の経路を見つける。入力された音声特徴ベクトルO't'とラベルとの類似度は、ラベルに対応する分布関数にその音声特徴ベクトルO't'を入力したときの値として計算される。 The recognizing unit 143 refers to the recognition graph, and for each input speech feature vector O ′ t ′ series, the cumulative value of the similarity between the speech feature vectors O ′ t ′ and the labels associated with the arcs. Find the path in the recognition graph that has the highest. The similarity between the input speech feature vector O ′ t ′ and the label is calculated as a value when the speech feature vector O ′ t ′ is input to the distribution function corresponding to the label.

また、図8中、“a1:赤”のように”:”で二つのラベルが書いてあるときは、ラベルと音声特徴ベクトルO't'の類似度は”:”の前のa1に基づいて計算し、”:”の後の”赤”は、このアークを通る経路が選ばれたときに、認識結果となるラベル(認識単位)である。図8の例では、上を通る経路と下を通る経路があり、上を通る経路が選ばれたときは、“赤です”が認識結果となり、下を通る経路が選ばれたときは、“青です”が認識結果となる。 In addition, in FIG. 8, when two labels are written with “:” like “a1: red”, the similarity between the label and the speech feature vector O ′ t ′ is based on a1 before “:”. The “red” after the “:” is a label (recognition unit) that is a recognition result when a route passing through this arc is selected. In the example of FIG. 8, there are a route that passes through and a route that passes below. When a route that passes above is selected, “red” is the recognition result, and when a route that passes below is selected, “ “Blue” is the recognition result.

(認識部143の処理内容)
認識部143は、まず初期設定として、探索する経路の初期仮説として、長さ0の経路で始端ノードに到達した仮説を一つ生成し、その仮説のスコアに0を与え、現在の仮説リストに追加する。次に、認識部143は、音声特徴ベクトルO't'を一つ読み込むごとに、現在の仮説リストに含まれる各々の仮説の到達した最後のノードから遷移可能な各アークに対し、その各アークとその遷移先のノードを当該仮説に付加して経路を伸ばすことで新たな仮説を生成し、アークの重みと、直前に読み込んだ音声特徴ベクトルO't'と当該アークのラベルとの類似度を当該仮説のスコアに加算した値をその新たな仮説のスコアとして与え、新たな仮説リストに追加する。次に、認識部143は、現在の仮説リストを空にして、新たな仮説リストに含まれる全ての仮説を現在の仮説リストに移し、次の音声特徴ベクトルO't'を読み込んで同様の処理を繰り返す。なお、計算量を削減するために、現在の仮説リストでスコアが相対的に小さい仮説は現在の仮説リストから削除しても良い。
(Processing content of the recognition unit 143)
First, as an initial setting, the recognition unit 143 generates, as an initial hypothesis of a route to be searched, one hypothesis that has reached the start node on a zero-length route, gives 0 to the hypothesis score, to add. Next, each time one speech feature vector O ′ t ′ is read, the recognizing unit 143 applies each arc to each arc that can transition from the last node reached by each hypothesis included in the current hypothesis list. A new hypothesis is generated by extending the path by adding a node to the hypothesis and the transition destination node, and the similarity between the arc weight and the voice feature vector O ′ t ′ read immediately before and the label of the arc Is added to the new hypothesis list as a score of the new hypothesis. Next, the recognition unit 143 empties the current hypothesis list, moves all hypotheses included in the new hypothesis list to the current hypothesis list, reads the next speech feature vector O ′ t ′ , and performs similar processing. repeat. In order to reduce the calculation amount, a hypothesis having a relatively small score in the current hypothesis list may be deleted from the current hypothesis list.

そして、認識部143は、音声特徴ベクトルO't'の系列を最後まで読み終えた時点で、現在の仮説リストの中で最もスコアの高い仮説の経路上の認識単位の系列v=(v1,v2,…,vR)を出力する。但し、Rは認識単位の系列中に含まれる認識単位の個数を表す。 Then, when the recognition unit 143 has read the sequence of the speech feature vector O ′ t ′ to the end, the recognition unit sequence v = (v 1) on the path of the hypothesis having the highest score in the current hypothesis list. , v 2 , ..., v R ). Here, R represents the number of recognition units included in the series of recognition units.

また、認識部143は、以下の方法により、各認識単位vrの発話時間情報b(vr)、e(vr)を求め、認識単位の系列vに対応する発話時間情報の系列be=((b(v1),e(v1)),(b(v2),e(v2)),…(b(vR),e(vR)))を出力する。認識部143は、最もスコアの高い仮説の経路上の認識単位の系列vに含まれる認識単位vrがその経路上の始端ノードから何回目の遷移で通ったアークに付与されているかを調べ、その認識単位vrの開始時刻をフレーム番号b(vr)として取得する。その経路上の各認識単位vrの開始時刻が分かれば、各開始時刻の直前のフレーム番号が、その経路上の直前の認識単位vr-1の終了時刻を表すフレーム番号となる。そこで、認識部143は、開始時刻をフレーム番号b(vr)の直前のフレーム番号を、直前の認識単位vr-1の終了時刻をフレーム番号b(vr-1)として取得する。なお、系列vの最後の認識単位vRの終了時刻e(vR)は、最後に処理したフレーム番号として取得する。 The recognizing unit 143 obtains utterance time information b (v r ) and e (v r ) of each recognition unit v r by the following method, and a sequence of speech time information corresponding to the recognition unit sequence v = ((b (v 1 ), e (v 1 )), (b (v 2 ), e (v 2 )),... (b (v R ), e (v R ))) are output. The recognizing unit 143 checks the number of transitions from the start node on the path to which the recognition unit v r included in the recognition unit sequence v on the hypothetical path with the highest score is assigned, and The start time of the recognition unit v r is acquired as the frame number b (v r ). If the start time of each recognition unit v r on the path is known, the frame number immediately before each start time becomes the frame number representing the end time of the recognition unit v r−1 immediately before the start time. Therefore, the recognizing unit 143 acquires the start time as the frame number immediately before the frame number b (v r ), and the end time of the immediately previous recognition unit v r−1 as the frame number b (v r−1 ). Note that the end time e (v R ) of the last recognition unit v R of the sequence v is acquired as the last processed frame number.

<認識単位発話判定部150>
認識単位発話判定部150は、音声/非音声判定部130において得られるフレームごとの音声/非音声判定値d(t)と、音声認識部140において得られる認識単位の系列v及び各認識単位の発話時間情報の系列beとを受け取って、各認識単位vrの発話時間情報b(vr),e(vr)に対応するフレームの音声/非音声判定値d(t)の集計値(平均値等)s(vr)の大小に基づいて、認識単位ごとに対象とする話者によって発話されたか否かを判定する(s150)。
<Recognition unit utterance determination unit 150>
The recognition unit utterance determination unit 150 includes a speech / non-speech determination value d (t) for each frame obtained by the speech / non-speech determination unit 130, a recognition unit sequence v obtained by the speech recognition unit 140, and each recognition unit. A sequence be of utterance time information is received, and the sum of voice / non-voice determination values d (t) of frames corresponding to the utterance time information b (v r ) and e (v r ) of each recognition unit v r ( Average value or the like) Based on the magnitude of s (v r ), it is determined for each recognition unit whether or not the target speaker has spoken (s150).

図9は、音声認識部140からR個の認識単位vrが得られたときの、認識単位発話判定部150における処理手順を表している。まず、r=1,S=0,t=b(vr)とし初期設定を行う(s150a、s150b)。次に、開始時刻b(vr)から終了時刻e(vr)までに含まれる各フレームについて、w(t-b(vr))d(t)を求め、全て加算したSを得る(s150c、s150d,s150e)。Sは以下の式により表される。 FIG. 9 shows a processing procedure in the recognition unit utterance determination unit 150 when R recognition units v r are obtained from the speech recognition unit 140. First, initial setting is performed by setting r = 1, S = 0, t = b (v r ) (s150a, s150b). Next, w (tb (v r )) d (t) is obtained for each frame included from the start time b (v r ) to the end time e (v r ), and S is obtained by adding all (s150c, s150d, s150e). S is represented by the following equation.

Figure 0005385876
さらに、得られた値Sを、対応するフレーム数e(vr)-b(vr)+1で除算することにより、集計値s(vr)を求める(s150f)。つまり、r番目の認識単位vrについて音声/非音声判定値の集計値s(vr)を式(1)に従って計算する。その集計値s(vr)が閾値TX1以上であれば(s150g)、vrが音声区間であるとの判定結果g(vr)(例えば、g(vr)=1)を出力する(s150h)。その集計値s(vr)が閾値TX1未満であれば(s150g)、vrが非音声区間であるとの判定結果g(vr)(例えば、g(vr)=0)を出力する(s150i)。s150b〜s150iを全ての認識単位に対して繰り返し行う(s150j、s150k)。
Figure 0005385876
Further, the obtained value S is divided by the corresponding number of frames e (v r ) −b (v r ) +1 to obtain a total value s (v r ) (s150f). That is, the total value s (v r ) of the voice / non-voice judgment value is calculated according to the equation (1) for the r-th recognition unit v r . If the total value s (v r ) is greater than or equal to the threshold value TX 1 (s150g), a determination result g (v r ) (for example, g (v r ) = 1) is output that v r is a voice interval. (S150h). If the total value s (v r ) is less than the threshold value TX 1 (s 150 g), a determination result g (v r ) (for example, g (v r ) = 0) is output that v r is a non-speech segment. (S150i). s150b to s150i are repeated for all recognition units (s150j, s150k).

音声/非音声判定値の集計値は、前述のように式(1)によって計算する。前述の通り、窓関数w(・)=1とすることで認識単位vrの発話判定値s(vr)は時刻b(vr)、e(vr)間の音声/非音声判定値d(t)の平均値になる(式(1’)参照)。一方、窓関数w(・)を認識単位vrの発話時間の中央(つまり(b(vr)+e(vr))/2)に向かって大きな値を取るような関数にしても良い。例えば、平均値が(b(vr)+e(vr))/2のガウス分布を窓関数w(・)としても良い。 The total value of the voice / non-voice judgment value is calculated by the equation (1) as described above. As described above, by setting the window function w (•) = 1, the speech determination value s (v r ) of the recognition unit v r is the voice / non-voice determination value between the times b (v r ) and e (v r ). This is the average value of d (t) (see equation (1 ′)). On the other hand, the window function w (•) may be a function that takes a large value toward the center of the speech time of the recognition unit v r (that is, (b (v r ) + e (v r )) / 2). . For example, a Gaussian distribution with an average value of (b (v r ) + e (v r )) / 2 may be used as the window function w (•).

また、b(vr)を実際の開始時刻よりも小さく、e(vr)を実際の終了時刻よりも大きくすることで、当該認識単位vrの周囲の音声/非音声判定値d(t)を考慮しても良い。逆に、b(vr)を実際の開始時刻よりも大きく、e(vr)を実際の終了時刻よりも小さくすることで、当該認識単位の前部や後部の音声/非音声判定値d(t)を無視しても良い。 Also, by setting b (v r ) smaller than the actual start time and e (v r ) larger than the actual end time, the voice / non-voice judgment value d (t around the recognition unit v r is determined. ) May be considered. Conversely, by making b (v r ) larger than the actual start time and e (v r ) smaller than the actual end time, the speech / non-speech determination value d at the front or rear of the recognition unit (t) may be ignored.

但し、音声/非音声判定部130で用いられるフレームの時間長と音声認識部140で用いられているフレームの時間長が異なる場合は、フレーム番号が同じであっても異なる時間を指し示すことになるので補正が必要である。以下、補正方法を説明する。例えば、音声認識部140のフレーム番号t’を音声/非音声判定部130で用いられるフレーム番号tに変換し、式(1)において変換したtを用いる。変換式を以下に表す。   However, when the time length of the frame used in the voice / non-voice determination unit 130 and the time length of the frame used in the voice recognition unit 140 are different, the different time is indicated even if the frame number is the same. Therefore, correction is necessary. Hereinafter, the correction method will be described. For example, the frame number t ′ of the speech recognition unit 140 is converted into the frame number t used by the speech / non-speech determination unit 130, and t converted in Equation (1) is used. The conversion formula is shown below.

Figure 0005385876
ここで、Dは音声/非音声判定部130におけるフレーム時間長、Hは音声認識部140におけるフレーム時間長を表す。但し、式(8)で求めたtが整数にならない場合は、tの近傍の整数に対応するフレーム番号の音声/非音声判定値を用いて補間しても良い。例えば、tの近傍の2点のフレーム番号の音声/非音声判定値を用いて、以下のように線形補間する。
Figure 0005385876
Here, D represents the frame time length in the speech / non-speech determination unit 130, and H represents the frame time length in the speech recognition unit 140. However, when t obtained by Expression (8) does not become an integer, interpolation may be performed using the speech / non-speech determination value of the frame number corresponding to the integer in the vicinity of t. For example, linear interpolation is performed as follows using speech / non-speech determination values of two frame numbers in the vicinity of t.

d~(t)=d(τ(t))+(t-τ(t))×(d(τ(t)+1)-d(τ(t))) (9)
ここで、τ(t)はtの小数点以下を切り捨てた整数である。このようにして得られた値d~(t)を、式(1)において、d(t)の代わりに用いても良い。
d ~ (t) = d (τ (t)) + (t-τ (t)) × (d (τ (t) +1) -d (τ (t))) (9)
Here, τ (t) is an integer obtained by rounding down the decimal part of t. The values d to (t) obtained in this way may be used instead of d (t) in equation (1).

認識単位発話判定部150は認識単位vrの発話判定値s(vr)がある閾値TX1以上の場合に、vrの開始時刻b(vr)と終了時刻e(vr)の間は音声区間であると判定してg(vr)=1を出力し、TX1未満の場合は時刻b(vr)、e(vr)の間は非音声区間であると判定してg(vr)=0を出力する。 During the recognition unit utterance determination unit 150 recognition unit v r of the speech decision value s (v r) in the case of the threshold TX 1 or more there is, v start time of r b (v r) and the end time e (v r) Determines that it is a voice interval and outputs g (v r ) = 1.If it is less than TX 1 , it determines that it is a non-voice interval between times b (v r ) and e (v r ). Output g (v r ) = 0.

<結果出力部160>
結果出力部160は、判定結果g(vr)に応じて、音声区間の検出結果を出力する(s160)。検出結果として、g(vr)=1に対応するvrの音信号x(b(vr),e(vr))を出力してもよいし、vrの発話時間情報(開始時刻b(vr)と終了時刻e(vr))を出力してもよい。なお、x(b(vr),e(vr))は、開始時刻b(vr)から始まり終了時刻e(vr)で終わるディジタル音信号を表す。
<Result output unit 160>
The result output unit 160 outputs the detection result of the speech section according to the determination result g (v r ) (s160). As a detection result, a sound signal x (b (v r ), e (v r )) of v r corresponding to g (v r ) = 1 may be output, or speech time information (start time) of v r b (v r ) and end time e (v r )) may be output. Note that x (b (v r ), e (v r )) represents a digital sound signal that starts from the start time b (v r ) and ends at the end time e (v r ).

結果出力部160は、例えば、スピーカへの音信号を出力するための出力インタフェースである。例えば、結果出力部160は、音声区間検出装置100で検出した音信号を出力する場合には、g(vr)=1に対応する認識結果vrのディジタル音信号x(b(vr),e(vr))をD/A変換器によりアナログ音信号に変換してスピーカに出力する。 The result output unit 160 is an output interface for outputting a sound signal to a speaker, for example. For example, when outputting the sound signal detected by the speech section detection device 100, the result output unit 160 outputs the digital sound signal x (b (v r )) of the recognition result v r corresponding to g (v r ) = 1. , e (v r )) is converted into an analog sound signal by a D / A converter and output to a speaker.

なお、ディジタル音信号x(u)、フレームの音信号x(t)、音声/非音声判定値d(t)、音声認識結果vr、発話時間情報(b(vr),e(vr))、判定結果g(vr)は各処理過程において、図示しない記憶部に対応付けて記憶しておいてもよい。 Digital sound signal x (u), frame sound signal x (t), voice / non-voice judgment value d (t), voice recognition result v r , speech time information (b (v r ), e (v r )), The determination result g (v r ) may be stored in association with a storage unit (not shown) in each processing step.

<効果>
このような構成とすることによって、音声区間であるか否かを音声認識結果の認識単位ごとの発話時間における音声/非音声判定値の集計値に基づいて判定するため、音声/非音声判定値に多少の誤りがあっても、それら誤りの影響を低減し、より正確に音声区間を検出できる。
<Effect>
With such a configuration, since it is determined based on the total value of the speech / non-speech determination value at the utterance time for each recognition unit of the speech recognition result, it is determined whether the speech / non-speech determination value. Even if there are some errors, it is possible to reduce the influence of these errors and to detect the speech section more accurately.

<変形例1>
本発明の音声区間検出方法を音声認識に用いる場合について説明する。図5及び図6を用いて、音声認識装置100’を説明する。音声認識装置100’は、実施例1と同様の構成を有する。但し、結果出力部160’の処理内容が異なる。
<Modification 1>
A case where the speech segment detection method of the present invention is used for speech recognition will be described. The speech recognition apparatus 100 ′ will be described with reference to FIGS. The speech recognition apparatus 100 ′ has the same configuration as that of the first embodiment. However, the processing contents of the result output unit 160 ′ are different.

結果出力部160’は、認識単位発話部150において対象とする話者によって発話されたと判定された認識単位vrを、その対象とする話者の音声認識結果として出力する(s160’)。つまり、音信号x(u)や発話時間情報(b(vr),e(vr))を出力するのではなく、認識結果vrを出力することで、音声認識装置として機能する。 The result output unit 160 ′ outputs the recognition unit v r determined to be uttered by the target speaker in the recognition unit utterance unit 150 as a speech recognition result of the target speaker (s160 ′). That is, instead of outputting the sound signal x (u) and the utterance time information (b (v r ), e (v r )), it functions as a voice recognition device by outputting the recognition result v r .

結果出力部160は、例えば、ディスプレイにテキストデータを出力するための出力インタフェースである。例えば、結果出力部160は、音声認識装置100’で認識した認識結果を出力する場合には、g(vr)=1に対応する認識結果vrを出力する。 The result output unit 160 is an output interface for outputting text data to a display, for example. For example, when outputting the recognition result recognized by the speech recognition apparatus 100 ′, the result output unit 160 outputs the recognition result v r corresponding to g (v r ) = 1.

このような構成とすることで、音声認識部140の出力から、認識単位発話判定部150で音声区間と判定された認識単位vrだけを認識結果として選択して出力することができる。音声認識部140では、音声区間検出なしで音声認識を行うため、音声の話し始めや話し終りの部分が非音声区間と判定されてしまう検出誤りの影響を受けることがない。そのため、従来の音声区間検出の誤りに起因する音声認識誤りを避けることができるという効果を奏する。 With such a configuration, it is possible to select and output only the recognition unit v r determined as a speech section by the recognition unit utterance determination unit 150 from the output of the speech recognition unit 140 as a recognition result. Since the speech recognition unit 140 performs speech recognition without detecting a speech section, the speech recognition unit 140 is not affected by a detection error that determines that the beginning or end of speech is a non-speech segment. Therefore, there is an effect that it is possible to avoid a speech recognition error caused by a conventional speech segment detection error.

<その他の変形例>
音声区間検出装置100にディジタル音信号が入力される場合(例えば、マイク等の収音装置においてA/D変換が行われたり、外部記憶装置やネットワークを介してディジタル音声信号を受け取る場合)、音声入力部110においてA/D変換を行わなくともよい。
<Other variations>
When a digital sound signal is input to the sound section detection device 100 (for example, when A / D conversion is performed in a sound collection device such as a microphone or a digital sound signal is received via an external storage device or a network) The input unit 110 may not perform A / D conversion.

また、結果出力部160は、外部記憶装置に書き出す信号やネットワークへ送信する信号等を出力するための出力インタフェースでもよい。   The result output unit 160 may be an output interface for outputting a signal to be written to an external storage device, a signal to be transmitted to a network, or the like.

<音声区間検出装置200>
図10及び図11を用いて実施例2に係る音声区間検出装置200を説明する。音声区間検出装置200は、音声入力部210と、音源分離部220と、音声/非音声判定部230と、音声認識部240と、認識単位発話判定部250と、結果出力部260とを備える。音声区間検出装置200は、音源分離技術を併用して、複数の人が話す場合の各人の音声区間を検出する。本実施例では、音声信号の到来方向情報を用いた音源分離技術を用いる。以下、各部の処理内容を説明する。
<Audio section detection device 200>
A speech segment detection apparatus 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. The speech section detection apparatus 200 includes a speech input unit 210, a sound source separation unit 220, a speech / non-speech determination unit 230, a speech recognition unit 240, a recognition unit utterance determination unit 250, and a result output unit 260. The voice section detection apparatus 200 detects a voice section of each person when a plurality of people speak using a sound source separation technique together. In this embodiment, a sound source separation technique using arrival direction information of a voice signal is used. Hereinafter, the processing content of each part is demonstrated.

<音声入力部210>
音声入力部210は、入力された複数の音信号x1(k), x2(k),…, xM(k)を、A/D変換器により、それぞれディジタル音信号x1(u), x2(u),…, xM(u)に変換して出力する(s210)。但し、Mは音信号を収録する際に用いたマイクの個数を表す。
<Voice input unit 210>
The sound input unit 210 converts the input sound signals x 1 (k), x 2 (k),..., X M (k) into digital sound signals x 1 (u) by an A / D converter, respectively. , x 2 (u),..., x M (u) and output (s210). Here, M represents the number of microphones used when recording sound signals.

<音源分離部220>
音源分離部220は、対象とする複数の話者の音声を含むディジタル音信号x1(u), x2(u),…, xM(u)を用いて、例えば特許文献1のビームフォーミングにより、各話者の音声を強調した複数の分離音信号z~1, z~2,…, z~Nを生成し(s220)、音声認識部240に出力する。但し、Nは対象とする話者の人数を表す。例えば、音源分離部220は、到来方向推定部221と分離音信号生成部223を有する。
<Sound source separation unit 220>
The sound source separation unit 220 uses the digital sound signals x 1 (u), x 2 (u),..., X M (u) including the voices of a plurality of target speakers, for example, beam forming in Patent Document 1. Accordingly, a plurality of separating sound signal emphasizing a sound of each speaker z ~ 1, z ~ 2, ..., and generates a z ~ N (s220), and outputs to the voice recognition unit 240. N represents the number of target speakers. For example, the sound source separation unit 220 includes an arrival direction estimation unit 221 and a separated sound signal generation unit 223.

(到来方向推定部221)
到来方向推定部221は、複数のディジタル音信号x1(u), x2(u),…, xM(u)を所定の長さのフレームごとに取り出し、そのフレームの音信号x1(t), x2(t),…, xM(t)に対して高速フーリエ変換を行い、周波数領域の音信号x1(f,t), x2(f,t),…, xM(f,t)を算出する。
(Arrival direction estimation unit 221)
The arrival direction estimation unit 221 extracts a plurality of digital sound signals x 1 (u), x 2 (u),..., X M (u) for each frame of a predetermined length, and the sound signal x 1 ( t), x 2 (t), ..., x M (t) is subjected to fast Fourier transform, and the frequency domain sound signal x 1 (f, t), x 2 (f, t), ..., x M Calculate (f, t).

到来方向推定部221は、全てのマイクペアmm'について、GCC-PHAT法を適用し(参考文献3参照)、以下の式により、音声の到来時間差(TDOA)推定する。
[参考文献3]C.H.Knapp and G.C.Carter, “The generalized correlation method for estimation of time delay”, IEEE Trans. Acoust. Speech and Signal Processing, 1976, vol.24, no. 4, pp. 320-327
The arrival direction estimation unit 221 applies the GCC-PHAT method to all microphone pairs mm ′ (see Reference 3), and estimates the arrival time difference (TDOA) of speech by the following equation.
[Reference 3] CHKnapp and GCCarter, “The generalized correlation method for estimation of time delay”, IEEE Trans. Acoust. Speech and Signal Processing, 1976, vol.24, no. 4, pp. 320-327

Figure 0005385876
但し、m=1,2,…,M、m'=1,2,…,M、m≠m'とする。全てのマイクペアmm'におけるTDOAの推定値τmm'(t)を並べたベクトルをτ(t)とする。
Figure 0005385876
Here, m = 1, 2,..., M, m ′ = 1, 2,..., M, m ≠ m ′. Let τ (t) be a vector in which the estimated values τ mm ′ (t) of TDOA in all microphone pairs mm ′ are arranged.

次に、到来方向推定部221は、到来時間差の推定値を並べたベクトルτ(t)とマイクの座標を表す行列Dより、音声信号の到来方向q(t)を推定する(s211)(参考文献4参照)。
[参考文献4]S. Araki, H. Sawada, R. Mukai and S. Makino, "DOA estimation for multiple sparse sources with normalized observation vector clustering", ICASSP2006, 2006, Vol. 5, pp.33-36
Next, the arrival direction estimation unit 221 estimates the arrival direction q (t) of the speech signal from the vector τ (t) in which the estimated arrival time difference values are arranged and the matrix D representing the microphone coordinates (s211) (reference) Reference 4).
[Reference 4] S. Araki, H. Sawada, R. Mukai and S. Makino, "DOA estimation for multiple sparse sources with normalized observation vector clustering", ICASSP2006, 2006, Vol. 5, pp.33-36

Figure 0005385876
ここで、cは音速、は一般化逆行列、Dは各マイクの座標ベクトル(この実施例では2次元とする)を並べた行列である。式(11)を以下の式(11')によって正規化する。
Figure 0005385876
Here, c is the speed of sound, is a generalized inverse matrix, and D is a matrix in which coordinate vectors of each microphone (in this embodiment, two-dimensional) are arranged. Expression (11) is normalized by the following expression (11 ′).

Figure 0005385876
なお、到来方向q(t)は、時刻tに到来している音声の方位角をθ(t)とすると、q(t)=[cosθ(t) sinθ(t)]である。
Figure 0005385876
The arrival direction q (t) is q (t) = [cos θ (t) sin θ (t)], where θ (t) is the azimuth angle of the voice arriving at time t.

次に、到来方向推定部221は、q(t)=[cosθ(t) sinθ(t)]から得られる方向情報θ(t)をクラスタリングし、音声がある範囲の方向から到達する時刻tの集合Tnを得る。例えば、n=1,2,…,N、Δはある範囲を示す値とし、θ-Δ≦θ(t)<θ+Δを満たす時刻tの集合をTnとする。なお、θnは話者nのいる方向を表す。到来方向推定部221は、Tnを分離音信号生成部223に出力する。 Next, the arrival direction estimation unit 221 clusters the direction information θ (t) obtained from q (t) = [cos θ (t) sin θ (t)], and at the time t when the voice reaches from a certain range direction. Get the set T n . For example, n = 1, 2,..., N and Δ are values indicating a certain range, and a set of time t satisfying θ n −Δ ≦ θ (t) <θ n + Δ is defined as T n . Note that θ n represents the direction in which the speaker n is present. The arrival direction estimation unit 221 outputs T n to the separated sound signal generation unit 223.

(分離音信号生成部223)
分離音信号生成部223は、Tnを用いて、方向θnからの音声を強調する。なお、強調される音声を話者nの音声と考える。マイクロホンmで収録される音信号を周波数領域に変換した信号xm(f,t)を
(Separated sound signal generator 223)
The separated sound signal generation unit 223 emphasizes the sound from the direction θ n using T n . Note that the emphasized voice is considered as the voice of speaker n. A signal x m (f, t) obtained by converting the sound signal recorded by the microphone m into the frequency domain

Figure 0005385876
と表す。ここで、nは、時刻tで発話している話者の番号であり、zn(f,t)は話者nの音声信号の時間周波数表現であり、hmn(f)は話者nからマイクmまでの周波数応答を表す。また全てのマイクの入力を並べたベクトルX(f,t)=[x1(f,t), x2(f,t),…, xM(f,t)]T
X(f,t)=H(f)TZ(f,t)
Z(f,t)=[z1(f,t), z2(f,t),…, zN(f,t)]T
とする。なお、Tは転置を表し、H(f)はhmn(f)を(n,m)要素として持つ行列である。この行列H(f)をここでは混合行列と呼ぶ。分離音信号生成部223は、混合行列H(f)を推定し、その逆行列H~-1(f)を用いて分離音信号z~n(f,t)を求める(s223)。
Figure 0005385876
It expresses. Where n is the number of the speaker speaking at time t, z n (f, t) is the time frequency representation of the speech signal of speaker n, and h mn (f) is the speaker n Represents the frequency response from to m. Also, the vector X (f, t) = [x 1 (f, t), x 2 (f, t), ..., x M (f, t)] T , where all microphone inputs are arranged
X (f, t) = H (f) T Z (f, t)
Z (f, t) = [z 1 (f, t), z 2 (f, t),…, z N (f, t)] T
And T represents transposition, and H (f) is a matrix having h mn (f) as (n, m) elements. This matrix H (f) is called a mixing matrix here. Separated sound signal generation unit 223 estimates the mixing matrix H (f), determining the separated sound signals z ~ n (f, t) using the inverse matrix H ~ -1 (f) (s223 ).

Figure 0005385876
ここで混合行列の逆行列の推定値H~-1(f)は以下のように推定する。
Figure 0005385876
Here, the estimated value H ~ -1 (f) of the inverse matrix of the mixing matrix is estimated as follows.

Figure 0005385876
但し、E[]は、方向θnから音声が到来する時刻の集合Tに関して、平均値をとる操作を意味する。分離音信号生成部223は、求めた複数の分離音信号z~n(f,t)を音声認識部240へ出力する。
Figure 0005385876
However, E [] means an operation for taking an average value with respect to a set T n of times when voice comes from the direction θ n . The separated sound signal generation unit 223 outputs the obtained plurality of separated sound signals z to n (f, t) to the speech recognition unit 240.

<音声/非音声判定部230>
音声/非音声判定部230は、対象とする複数の話者の音声を含むディジタル音信号x1(u), x2(u),…, xM(u)を所定の長さのフレームごとに取り出し、そのフレームの音信号x1(t), x2(t),…, xM(t)を解析し、そのフレームの音信号x1(t), x2(t),…, xM(t)に対象とする各話者nの音声が含まれているか否かを判定し、判定結果を音声/非音声判定結果dn(t)として求め、認識単位発話判定部250に出力する(s230)。音声/非音声判定部230は、例えば、到来方向推定部231と判定部233を備える。
<Voice / non-voice determination unit 230>
The speech / non-speech determination unit 230 generates digital sound signals x 1 (u), x 2 (u),..., X M (u) including speech of a plurality of target speakers for each frame of a predetermined length. , And the sound signal x 1 (t), x 2 (t), ..., x M (t) of the frame is analyzed, and the sound signal x 1 (t), x 2 (t), ..., of the frame is analyzed. It is determined whether or not the speech of each target speaker n is included in x M (t), the determination result is obtained as a speech / non-speech determination result d n (t), and the recognition unit utterance determination unit 250 determines Output (s230). The voice / non-voice determination unit 230 includes, for example, an arrival direction estimation unit 231 and a determination unit 233.

(到来方向推定部231)
到来方向推定部231は、音源分離部220内の到来方向推定部231と同様の構成である。但し、フレーム時間長等は適宜設定してよい。本実施例では、音声/非音声判定部230と、音源分離部220及び音声認識部240で用いるフレーム時間長は同一のものとする。
(Arrival direction estimation unit 231)
The arrival direction estimation unit 231 has the same configuration as the arrival direction estimation unit 231 in the sound source separation unit 220. However, the frame time length and the like may be set as appropriate. In this embodiment, it is assumed that the frame time lengths used by the voice / non-voice judgment unit 230, the sound source separation unit 220, and the voice recognition unit 240 are the same.

到来方向推定部231において、複数のディジタル音信号x1(u), x2(u),…, xM(u)を所定の長さのフレームごとに取り出し、そのフレームの音信号x1(t), x2(t),…, xM(t)に対して高速フーリエ変換を行い、周波数領域の音信号x1(f,t), x2(f,t),…, xM(f,t)を算出する。 The arrival direction estimation unit 231 extracts a plurality of digital sound signals x 1 (u), x 2 (u),..., X M (u) for each frame of a predetermined length, and the sound signal x 1 ( t), x 2 (t), ..., x M (t) is subjected to fast Fourier transform, and the frequency domain sound signal x 1 (f, t), x 2 (f, t), ..., x M Calculate (f, t).

そして、到来方向推定部231は、式(10)、(11)、(12)を用いて、音声信号の到来方向q(t)=[cosθ(t) sinθ(t)]を推定し、さらにq(t)から得られる方向情報θ(t)をクラスタリングし、音声がある範囲の方向から到達する時刻tの集合Tnを得る(s231)。 Then, the arrival direction estimation unit 231 estimates the arrival direction q (t) = [cosθ (t) sinθ (t)] of the speech signal using Expressions (10), (11), and (12), and The direction information θ (t) obtained from q (t) is clustered to obtain a set T n of time t arriving from a certain direction of voice (s231).

(判定部233)
判定部233は、到来方向推定部231において求めた集合Tnを用いて、音声/非音声判定値dn(t)を
(Determination unit 233)
The determination unit 233 uses the set T n obtained by the arrival direction estimation unit 231 to calculate the speech / non-speech determination value d n (t).

Figure 0005385876
として求め(s233)、認識単位発話判定部150に出力する。つまり、時刻tが方向θnから音声が到来する時刻の集合Tに含まれる場合には、音声であると判定し、含まれない場合には、非音声であると判定する。
Figure 0005385876
(S233) and output to the recognition unit utterance determination unit 150. That is, when the time t is included in the set T n of times when sound arrives from the direction θ n , it is determined that the sound is sound, and when it is not included, it is determined that the sound is non-sound.

<音声認識部240>
音声認識部240は、音源分離部220から送られた複数の分離音信号z~n(f,t)を、それぞれ音声認識し(s240)、各分離音信号z~n(f,t)に対する音声認識結果を認識単位vn rの系列vn={vn 1, vn 2,…,vn R}として求め、認識単位発話判定部150に出力する。また、音声認識部240は、各認識単位vn rの発話時間情報b(vn r)、e(vn r)とを求め、発話時間情報の系列benを認識単位発話判定部250に出力する。音声認識の方法は実施例1と同様である。但し、入力は、音信号x(u)に代えて、フレームごとの各分離音信号z~n(f,t)を用い、各分離音信号z~n(f,t)に対して音声認識処理を行い、各話者ごとの認識単位vn rの系列vnと、対応する発話時間情報の系列benとを求める点が異なる。
<Voice recognition unit 240>
The voice recognition unit 240 recognizes each of the plurality of separated sound signals z to n (f, t) sent from the sound source separation unit 220 (s240), and responds to each separated sound signal z to n (f, t). The speech recognition result is obtained as a sequence v n = {v n 1 , v n 2 ,..., V n R } of the recognition unit v n r and is output to the recognition unit utterance determination unit 150. In addition, the speech recognition unit 240 obtains utterance time information b (v n r ) and e (v n r ) of each recognition unit v n r and sends the sequence be n of the utterance time information to the recognition unit utterance determination unit 250. Output. The voice recognition method is the same as that in the first embodiment. However, instead of the sound signal x (u), the input uses the separated sound signals z to n (f, t) for each frame, and the speech recognition is performed on the separated sound signals z to n (f, t). The difference is that processing is performed to obtain a sequence v n of recognition units v n r for each speaker and a sequence be n of corresponding speech time information.

<認識単位発話判定部250>
認識単位発話判定部250は、音声/非音声判定部230において得られる各話者のフレームごとの音声/非音声判定値dn(t)と、音声認識部240において得られる各話者の認識単位の系列vn及び発話時間情報の系列benとを受け取って、図9の処理手順を用いて、各話者nの認識単位vn rの発話時間b(vn r),e(vn r)に対応するフレームの音声/非音声判定値の集計値s(vn r)を求め、集計値s(vn r)の大小に基づいて、認識単位ごとにその話者によって発話されたか否かを判定する(s250)。認識単位発話判定部250は各話者の認識単位vn rの発話判定値s(vn r)がある閾値TX1以上の場合に、vn rの開始時刻b(vn r)と終了時刻e(vn r)の間は音声区間であると判定してg(vn r)=1を出力し、TX1未満の場合は時刻b(vn r)、e(vn r)の間は非音声区間であると判定してg(vn r)=0を出力する。処理内容は実施例1と同様である。但し、入力が、各話者の認識単位の系列vnと、発話時間情報の系列benである点と、判定結果が各話者毎の値g(vn r)である点が異なる。また、実施例1と同様に音声/非音声判定部230と、音源分離部220及び音声認識部240で用いるフレーム時間長は異なってもよく、その場合には、実施例1と同様に、フレーム番号の変換処理、補間処理を行えばよい。
<Recognition unit utterance determination unit 250>
The recognition unit utterance determination unit 250 recognizes each speaker's speech / non-speech determination value d n (t) obtained by the speech / non-speech determination unit 230 and each speaker's recognition obtained by the speech recognition unit 240. receiving a series bE n sequence v n and speech time information unit, using the processing procedure of FIG. 9, the speech time of the recognition units v n r of each speaker n b (v n r), e (v n r) to seek an aggregate value s of the audio / non-speech decision value of the frame corresponding (v n r), based on the magnitude of the aggregate value s (v n r), it is spoken by the speaker for each recognition unit It is determined whether or not (s250). When the recognition unit utterance determination unit 250 of the threshold TX 1 or there is a recognition unit of each speaker v n r utterance determination value s (v n r), and end v n r start time b (v n r) During time e (v n r ), it is determined that it is a voice interval and g (v n r ) = 1 is output, and when it is less than TX 1 , time b (v n r ), e (v n r ) Is determined as a non-speech interval, and g (v n r ) = 0 is output. The processing contents are the same as in the first embodiment. However, the difference is that the input is a sequence v n of recognition units for each speaker and a sequence be n of speech time information, and the determination result is a value g (v n r ) for each speaker. Also, the frame time length used in the voice / non-voice judgment unit 230, the sound source separation unit 220, and the voice recognition unit 240 may be different as in the first embodiment. Number conversion processing and interpolation processing may be performed.

<結果出力部260>
結果出力部260は、判定結果g(vn r)に応じて、音声区間の検出結果を出力する(s260)。検出結果として、g(vn r)=1に対応するvn rのディジタル音信号x(b(vn r), e(vn r))を出力してもよいし、vn rの発話時間情報(開始時刻b(vn r)と終了時刻e(vn r))を出力してもよい。
<Result output unit 260>
The result output unit 260 outputs the detection result of the speech section according to the determination result g (v n r ) (s260). As a detection result, a digital sound signal x (b (v n r ), e (v n r )) of v n r corresponding to g (v n r ) = 1 may be output, or v n r The utterance time information (start time b (v n r ) and end time e (v n r )) may be output.

<効果>
このような構成とすることによって、実施例1の効果に加え、対象とする複数の話者の音声を含むディジタル音信号から音声区間を検出することができるという効果を奏する。
<Effect>
With such a configuration, in addition to the effect of the first embodiment, there is an effect that a voice section can be detected from a digital sound signal including voices of a plurality of target speakers.

<変形例1>
本発明の音声区間検出方法を音声認識に用いる場合について説明する。図10及び図11を用いて、音声認識装置200’は、実施例2と同様の構成を有する。但し、結果出力部260’の処理内容が異なる。
<Modification 1>
A case where the speech segment detection method of the present invention is used for speech recognition will be described. 10 and 11, the speech recognition apparatus 200 ′ has the same configuration as that in the second embodiment. However, the processing content of the result output unit 260 ′ is different.

結果出力部260’は、認識単位発話部250において対象とする話者によって発話されたと判定された認識単位vn rを、その対象とする話者の音声認識結果として出力する(s260’)。つまり、音信号x(u)や発話時間情報(b(vn r),e(vn r))を出力するのではなく、認識結果vn rを出力することで、音声認識装置として機能する。 The result output unit 260 ′ outputs the recognition unit v n r determined to be uttered by the target speaker in the recognition unit utterance unit 250 as the speech recognition result of the target speaker (s260 ′). In other words, it does not output the sound signal x (u) or utterance time information (b (v n r ), e (v n r )) but functions as a voice recognition device by outputting the recognition result v n r To do.

このような構成とすることで、実施例1の変形例1と同様の効果を奏し、さらに、対象とする複数の話者の音声を含むディジタル音信号から音声認識することができる。   With such a configuration, the same effects as those of the first modification of the first embodiment can be obtained, and voice recognition can be performed from digital sound signals including a plurality of target speaker voices.

なお、以下に示す実施例3、実施例4及び実施例5においても同様に、音声区間検出装置300、400及び500を音声認識装置として機能させることができる。   Similarly, in the third, fourth, and fifth embodiments described below, the voice section detection devices 300, 400, and 500 can function as a voice recognition device.

また、音源分離部220における音源分離技術として、他の従来技術を用いてもよい。   Further, as a sound source separation technique in the sound source separation unit 220, another conventional technique may be used.

<音声区間検出装置300>
図12を用いて実施例3に係る音声区間検出装置300を説明する。音声区間検出装置300は、音声入力部210と、音源分離部320と、音声/非音声判定部330と、音声認識部240と、認識単位発話判定部250と、結果出力部260とを備える。音源分離部320と音声/非音声判定部330の処理内容が実施例2とは異なる。異なる部分についてのみ説明する。
<Audio section detection device 300>
A speech segment detection apparatus 300 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. The speech segment detection apparatus 300 includes a speech input unit 210, a sound source separation unit 320, a speech / non-speech determination unit 330, a speech recognition unit 240, a recognition unit utterance determination unit 250, and a result output unit 260. The processing contents of the sound source separation unit 320 and the voice / non-voice judgment unit 330 are different from those in the second embodiment. Only the different parts will be described.

<音源分離部320>
音源分離部320は、対象とする複数の話者の音声を含むディジタル音信号x1(u), x2(u),…, xM(u)を用いて、各話者の音声を強調した複数の分離音信号z~1, z~2,…, z~Nを生成し、音声/非音声判定部330と音声認識部240に出力する。音源分離の手段としては、実施例2の方法と同様の方法を用いてもよい。
<Sound source separation unit 320>
The sound source separation unit 320 emphasizes the speech of each speaker using the digital sound signals x 1 (u), x 2 (u),..., X M (u) including the speech of a plurality of target speakers. a plurality of separated sound signals z ~ 1, z ~ 2 was, ..., and generates a z ~ N, and outputs the voice / non-voice determining unit 330 and a voice recognition unit 240. As a sound source separation means, a method similar to the method of the second embodiment may be used.

<音声/非音声判定部330>
音声/非音声判定部330は、分離音信号z~1(f,t), z~2(f,t),…, z~N(f,t)を解析し、そのフレームの音信号に対象とする各話者の音声が含まれているか否かを判定し、判定結果を音声/非音声判定結果として求める。判定方法は、実施例1の音声/非音声判定部130と同様である。但し、ディジタル音信号x(u)に代えて、各分離音信号z~1(f,t), z~2(f,t),…, z~N(f,t)を用いて、それぞれの信号から音声/非音声判定値dn(t)を求め、認識単位い発話判定部250に出力する。そのため、音声/非音声判定部330において、入力信号をフレームごとに取り出し、周波数領域へ変換する処理を行わなくともよい。
<Voice / non-voice determination unit 330>
The speech / non-speech determination unit 330 analyzes the separated sound signals z ~ 1 (f, t), z ~ 2 (f, t), ..., z ~ N (f, t) and converts them into the sound signal of the frame. It is determined whether or not the speech of each target speaker is included, and the determination result is obtained as a sound / non-voice determination result. The determination method is the same as that of the voice / non-voice determination unit 130 of the first embodiment. However, instead of the digital sound signal x (u), each separated sound signal z ~ 1 (f, t), z ~ 2 (f, t), ..., z ~ N (f, t) is used, respectively. The speech / non-speech determination value d n (t) is obtained from this signal and output to the recognition unit utterance determination unit 250. Therefore, the voice / non-voice judgment unit 330 does not have to perform a process of taking out an input signal for each frame and converting it to the frequency domain.

このような構成とすることで、実施例2と同様の効果を得ることができる。   By adopting such a configuration, the same effect as in the second embodiment can be obtained.

<音声区間検出装置400>
図13を用いて実施例4に係る音声区間検出装置400を説明する。音声区間検出装置400は、音声入力部210と、音源分離部420と、音声/非音声判定部430と、音声認識部240と、認識単位発話判定部250と、結果出力部260とを備える。音源分離部420と音声/非音声判定部430の処理内容が実施例2とは異なる。異なる部分についてのみ説明する。
<Audio section detection device 400>
A speech segment detection apparatus 400 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. The speech section detection apparatus 400 includes a speech input unit 210, a sound source separation unit 420, a speech / non-speech determination unit 430, a speech recognition unit 240, a recognition unit utterance determination unit 250, and a result output unit 260. The processing contents of the sound source separation unit 420 and the voice / non-voice judgment unit 430 are different from those in the second embodiment. Only the different parts will be described.

<音源分離部420>
音源分離部420内の到来方向推定部421は、Tnを分離音信号生成部223と音声/非音声判定部430に出力する。他の処理は実施例2と同様である。
<Sound source separation unit 420>
The arrival direction estimation unit 421 in the sound source separation unit 420 outputs T n to the separated sound signal generation unit 223 and the speech / non-speech determination unit 430. Other processes are the same as those in the second embodiment.

<音声/非音声判定部430>
音声/非音声判定部430は、方向θnから音声が到来する時刻の集合Tを受け取り、これを用いて、音声/非音声判定値dn(t)を
<Voice / non-voice determination unit 430>
The speech / non-speech determination unit 430 receives a set T n of times when speech arrives from the direction θ n , and uses this to set a speech / non-speech determination value d n (t).

Figure 0005385876
として求め、認識単位発話判定部150に出力する。つまり、時刻tが方向θnから音声が到来する時刻の集合Tに含まれる場合には、音声であると判定し、含まれない場合には、非音声であると判定する。
Figure 0005385876
And output to the recognition unit utterance determination unit 150. That is, when the time t is included in the set T n of times when sound arrives from the direction θ n , it is determined to be sound, and when it is not included, it is determined to be non-speech.

このような構成とすることで、実施例2と同様の効果を得ることができる。さらに、音源分離部420内の到来方向推定部420の出力値Tnを分離音信号生成部223と音声/非音声判定部430で利用することで、計算量を削減することができる。 By adopting such a configuration, the same effect as in the second embodiment can be obtained. Furthermore, by using the output value T n of the arrival direction estimation unit 420 in the sound source separation unit 420 in the separated sound signal generation unit 223 and the voice / non-voice determination unit 430, the amount of calculation can be reduced.

図14を用いて実施例5に係る音声区間検出装置500を説明する。音声区間検出装置500は、音声入力部210と、音源分離部220と、音声/非音声判定部530と、音声認識部240と、認識単位発話判定部250と、結果出力部260とを備える。音声/非音声判定部530の処理内容が実施例2とは異なる。異なる部分についてのみ説明する。   A speech segment detection apparatus 500 according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. The speech section detection apparatus 500 includes a speech input unit 210, a sound source separation unit 220, a speech / non-speech determination unit 530, a speech recognition unit 240, a recognition unit utterance determination unit 250, and a result output unit 260. The processing contents of the voice / non-voice judgment unit 530 are different from those in the second embodiment. Only the different parts will be described.

<音声/非音声判定部530>
音声/非音声判定部530は、対象とする複数の話者の音声を含むディジタル音信号x1(u), x2(u),…, xM(u)を所定の長さのフレームごとに取り出し、そのフレームの音信号x1(t), x2(t),…, xM(t)を解析し、そのフレームの音信号x1(t), x2(t),…, xM(t)に対象とする各話者nの音声が含まれているか否かを判定し、判定結果を音声/非音声判定結果dn(t)として求め、認識単位発話判定部250に出力する。
<Voice / non-voice determination unit 530>
The speech / non-speech determination unit 530 outputs digital sound signals x 1 (u), x 2 (u),..., X M (u) including the speech of a plurality of target speakers for each frame of a predetermined length. , And the sound signal x 1 (t), x 2 (t), ..., x M (t) of the frame is analyzed, and the sound signal x 1 (t), x 2 (t), ..., of the frame is analyzed. It is determined whether or not the speech of each target speaker n is included in x M (t), the determination result is obtained as a speech / non-speech determination result d n (t), and the recognition unit utterance determination unit 250 determines Output.

音声/非音声判定部530は、例えば、特徴抽出部531と識別部533を備える。特徴抽出部531は実施例1の音声/非音声判定部130内の特徴抽出部131と同様の構成である。但し、対象とする複数の話者の音声を含むディジタル音信号x1(u), x2(u),…, xM(u)を入力とするので、そのうちの1つのディジタル音信号x(u)を選択し、処理を行う点が異なる。 The voice / non-voice determination unit 530 includes, for example, a feature extraction unit 531 and an identification unit 533. The feature extraction unit 531 has the same configuration as the feature extraction unit 131 in the voice / non-voice determination unit 130 of the first embodiment. However, since the digital sound signals x 1 (u), x 2 (u),..., X M (u) including the voices of a plurality of target speakers are input, one digital sound signal x ( The difference is that u) is selected and processed.

(特徴抽出部531)
特徴抽出部531では、音声入力部210から出力されたディジタル音信号x1(u), x2(u),…, xM(u)から1つのディジタル音信号x(u)を選択する。そして、ディジタル音信号x(u)をフレームごとに分割し、そのフレームの時間長に対応する振幅値のサンプル系列x(t)を取り出す。次に特徴抽出部531では、切り出されたディジタル音信号x(t)に対して高速フーリエ変換を行い、周波数領域の音信号x(f,t)を算出する。
(Feature extraction unit 531)
The feature extraction unit 531 selects one digital sound signal x (u) from the digital sound signals x 1 (u), x 2 (u),..., X M (u) output from the sound input unit 210. Then, the digital sound signal x (u) is divided for each frame, and a sample series x (t) of amplitude values corresponding to the time length of the frame is taken out. Next, the feature extraction unit 531 performs fast Fourier transform on the extracted digital sound signal x (t) to calculate a frequency-domain sound signal x (f, t).

さらに、特徴抽出部531では、周波数領域の音信号x(f,t)を用いて、フレームtのP次元の対数メルスペクトルを要素に持つ音響特徴ベクトルOt={ot,0,ot,1,…,ot,P-1}を算出し、特徴抽出部531の出力とする。 Further, the feature extraction unit 531 uses the sound signal x (f, t) in the frequency domain, and an acoustic feature vector O t = {o t, 0 , o t having a P-dimensional log mel spectrum of the frame t as an element. , 1 ,..., O t, P−1 } are calculated and used as the output of the feature extraction unit 531.

(識別部533)
識別部533では、まず入力音声の音声特徴ベクトルOtと、別途用意した各話者の音声の確率モデルまたは非音声の確率モデル、例えば混合正規分布モデル(GMM: Gaussian Mixture Model)との尤度bj(Ot)を次式のように計算する。
(Identification part 533)
In the identification unit 533, first, the likelihood of the speech feature vector O t of the input speech and a separately prepared speech probability model or non-speech probability model of each speaker, for example, a mixed normal distribution model (GMM: Gaussian Mixture Model) b j (O t ) is calculated as follows:

Figure 0005385876
但し、n'はGMMの種別を表し、n'=0,1,…,Nであり、n'=0のとき非音声モデルとし、n'=1,2,…,Nのとき、それぞれ各話者の音声モデルとする。kはGMMに含まれる正規分布の番号であり、k=1,2,…,Kとし、wn',kはK番目の正規分布の混合重みを、μn',k,lは平均値を、σ2 n',k,lは分散値を表す。なお、非音声及び各話者の混合正規分布モデル(GMM)は、事前に非音声と各話者が発声した音声信号の音声特徴ベクトルを用いて学習し、用意しておく。図示しないGMM記憶部に、確率モデル(GMM)を記憶しておき、識別部533は、GMM記憶部を参照して、上述の尤度bn'(Ot)を計算する。
Figure 0005385876
However, n ′ represents the type of GMM, and n ′ = 0, 1,..., N. When n ′ = 0, a non-speech model is used, and when n ′ = 1, 2,. The speaker's voice model. k is the normal distribution number included in the GMM, k = 1,2, ..., K, w n ', k is the Kth normal distribution mixture weight, and μ n', k, l is the mean value Σ 2 n ′, k, l represents a variance value. Note that a mixed normal distribution model (GMM) of non-speech and each speaker is prepared by learning in advance using speech feature vectors of non-speech and speech signals uttered by each speaker. A probability model (GMM) is stored in a GMM storage unit (not shown), and the identification unit 533 refers to the GMM storage unit to calculate the above-described likelihood b n ′ (O t ).

次に識別部533では、以下の式により、フレームごとの音声/非音声判定値dn(t)を求める。 Next, the identification unit 533 obtains a voice / non-voice judgment value d n (t) for each frame by the following formula.

Figure 0005385876
つまり、話者nの音声モデルが、全ての音声モデル及び非音声モデルの中で、最大の尤度を与える場合には、その話者の音声であると判定し、dn(t)=1とし、それ以外の場合は、dn(t)=0とする。
Figure 0005385876
That is, when the speech model of speaker n gives the maximum likelihood among all speech models and non-speech models, it is determined that the speech is that speaker's speech, and d n (t) = 1 Otherwise, d n (t) = 0.

このような構成とすることで実施例2と同様の効果を得ることができる。   By adopting such a configuration, the same effect as in the second embodiment can be obtained.

<変形例>
本実施例では、対象とする複数の話者の音声を含むディジタル音信号x1(u), x2(u),…, xM(u)のうちの1つのディジタル音信号x(u)を選択し、処理を行っているが、全てのディジタル音信号x1(u), x2(u),…, xM(u)から、音声/非音声判定値dmn(t)を求め、その平均値を最終的な出力値dn(t)としてもよい。このような構成とすることで、1つのマイクを選択することで生じる偏りを防止することができる。
<Modification>
In this embodiment, the digital sound signals x 1, including a voice of a plurality of speakers of interest (u), x 2 (u ), ..., 1 single digital sound signal x of x M (u) (u) , And processing is performed, but the voice / non-voice judgment value d mn (t) is obtained from all the digital sound signals x 1 (u), x 2 (u), ..., x M (u). The average value may be used as the final output value d n (t). By adopting such a configuration, it is possible to prevent a bias caused by selecting one microphone.

また、対象とする複数の話者の音声を含むディジタル音信号x1(u), x2(u),…, xM(u)のうちの1つのディジタル音信号x(u)を選択し、非特許文献2記載の技術を用いて、情報量基準を利用して各話者の音声区間を判定し音声/非音声判定値dn(t)を求めてもよい。さらに、全てのディジタル音信号から、音声/非音声判定値を求め、その平均値を最終的な出力値dn(t)としてもよい。 The digital sound signals x 1, including a voice of a plurality of speakers of interest (u), x 2 (u ), ..., selects one of the digital sound signal x (u) of the x M (u) Using the technique described in Non-Patent Document 2, the speech / non-speech determination value d n (t) may be obtained by determining the speech section of each speaker using the information criterion. Furthermore, a speech / non-speech determination value may be obtained from all digital sound signals, and the average value may be used as the final output value d n (t).

なお、本実施例の本実施例の音声/非音声判定部530を用いる場合には、1つのディジタル音信号x(u)だけで、そのディジタル音信号x(u)に複数の話者の音声を含まれている場合にも、Diarizationを行うことができる。但し、このとき、音声認識部においても、複数の話者の音声を含むx(u)のみを用いて音声認識を行うものとする。   When the voice / non-voice determination unit 530 of the present embodiment is used, only one digital sound signal x (u) is used, and a plurality of speaker's voices are included in the digital sound signal x (u). Diarization can be performed even if it is included. However, at this time, the voice recognition unit also performs voice recognition using only x (u) including the voices of a plurality of speakers.

<プログラム及び記録媒体>
また、本発明による音声区間検出方法または音声認識方法をコンピュータプログラムで実装し、コンピュータからなる音声区間検出装置または音声認識装置を構成する。この場合はコンピュータに、目的とする装置(各種実施例で図に示した機能構成をもつ装置)として機能させるためのプログラム、またはその処理手順(各実施例で示したもの)の各過程をコンピュータに実行させるためのプログラムを、CD−ROM、磁気ディスク、半導体記憶装置などの記録媒体から、あるいは通信回線を介してそのコンピュータ内にダウンロードし、そのプログラムを実行させればよい。マイクで収録した音信号を入力として、本発明による音声区間検出方法または音声認識方法のコンピュータプログラムを実行し、その結果得られる音声区間だけを結果出力部を介してスピーカから再生したり、もしくは音声認識結果を結果出力部を介してディスプレイに表示しても良い。
<Program and recording medium>
Also, the speech segment detection method or speech recognition method according to the present invention is implemented by a computer program to constitute a speech segment detection device or speech recognition device comprising a computer. In this case, each process of a program for causing a computer to function as a target device (a device having the functional configuration shown in the drawings in various embodiments) or a processing procedure (shown in each embodiment) is processed by the computer. A program to be executed by the computer may be downloaded from a recording medium such as a CD-ROM, a magnetic disk, or a semiconductor storage device or via a communication line into the computer, and the program may be executed. The sound signal recorded by the microphone is used as an input, the computer program of the speech section detection method or speech recognition method according to the present invention is executed, and only the resulting speech section is reproduced from the speaker via the result output unit, or the sound You may display a recognition result on a display via a result output part.

<実験結果>
実施例2の変形例1の音声認識装置200’を用いて、図15に示す環境にて音声認識実験を行った。実験では音声入力部210で8つのマイクロホンを用い、図10に示す形態の音声認識装置200’を構成した。話者は4名であった。ここで行われた会話は、話者のうち1名がある題材についての発表と、他の話者が自由なタイミングで質問を行うことによる質疑応答である。
<Experimental result>
A voice recognition experiment was performed in the environment shown in FIG. 15 using the voice recognition device 200 ′ of the first modification of the second embodiment. In the experiment, the speech recognition unit 200 ′ having the configuration shown in FIG. There were 4 speakers. The conversation held here is an announcement about one subject among the speakers, and a question and answer session where other speakers ask questions at any time.

音源分離部220では8つのマイクロホンを、音声/非音声判定部230におけるDiarizationには、図15の中心の3つのマイクロホンを用いた。フレーム長は64ms、フレームシフトは32msとした。音声認識部240は、図7に示す形態の音声認識システムを使用した。音響モデルには、43種類の音素に対するHMMを用意し、音素ごとに3つの状態があり、各状態にはその音素のコンテキスト(前にある音素は何か、後ろに続く音素は何か)に応じて3064種類ある確率密度分布の内の一つが割り当てられている。認識グラフとして、10万単語の発音と、その10万単語中に含まれる単語の3単語連鎖確率の対数値をアークの重みとして持つ認識グラフを構成した。音声認識装置200’を用いて、参加者4名10分の会話音声を入力したときの音声認識結果の単語誤り率を以下の表に示す。ここで、単語誤り率とは、正解の文と認識結果とを比べたときの単語あたりの誤りの割合であり、通常次のように計算される。   The sound source separation unit 220 uses eight microphones, and the diarization in the voice / non-voice judgment unit 230 uses the three microphones in the center of FIG. The frame length was 64 ms and the frame shift was 32 ms. The speech recognition unit 240 used a speech recognition system having the form shown in FIG. The acoustic model has HMMs for 43 types of phonemes, and there are three states for each phoneme. Each state has its phoneme context (what is the phoneme in front and what is the phoneme that follows) Accordingly, one of 3064 probability density distributions is assigned. As a recognition graph, we constructed a recognition graph with the pronunciation of 100,000 words and the logarithmic value of the 3-word chain probability of the words contained in the 100,000 words as the weight of the arc. The following table shows the word error rate of the speech recognition result when the speech speech of four participants and 10 participants is input using the speech recognition apparatus 200 '. Here, the word error rate is a ratio of errors per word when the correct sentence is compared with the recognition result, and is usually calculated as follows.

Figure 0005385876
Figure 0005385876

置換誤り数は正解文の単語が認識結果の中で別の単語に認識された回数、挿入誤り数は正解文には存在しない単語が認識結果に挿入された回数、削除誤り数は正解文に含まれる単語が認識結果に含まれなかった回数を表している。単語誤り率が小さいほど、認識精度が高いことを意味する。 The number of replacement errors is the number of times the correct sentence word is recognized as another word in the recognition result, the number of insertion errors is the number of times a word that does not exist in the correct sentence is inserted into the recognition result, and the number of deletion errors is the correct sentence. This represents the number of times that the included word was not included in the recognition result. A smaller word error rate means higher recognition accuracy.

また、比較のために、従来の音声区間検出によって得られた各音声区間を音声認識した場合の単語誤り率も併せて示す。従来法の音声区間検出では、音響特徴量は、フレーム長64ms、シフト長32msで入力音声を切り出し、12次元の対数メルスペクトルベクトル(P'= 12)を抽出した。音声/非音声判定部230内の識別部においては、音声と非音声の確率モデルにGMMを用い、各GMMはそれぞれK = 32の正規分布を有する。各GMMは前述の非特許文献1に開示された方法を用いて逐次的に生成、更新を行う。更に前述のエラー訂正処理も適用している。   For comparison, the word error rate when each speech segment obtained by conventional speech segment detection is recognized is also shown. In the speech section detection of the conventional method, the acoustic features are extracted from the input speech with a frame length of 64 ms and a shift length of 32 ms, and a 12-dimensional log mel spectrum vector (P ′ = 12) is extracted. The identification unit in the speech / non-speech determination unit 230 uses a GMM as a probability model for speech and non-speech, and each GMM has a normal distribution of K = 32. Each GMM sequentially generates and updates using the method disclosed in Non-Patent Document 1 described above. Furthermore, the above-described error correction processing is also applied.

Figure 0005385876
単語誤り率を大幅に削減する効果があることが示された。また、単語誤り率が大幅に削減されたことから、音声区間検出の精度も改善されていることが分かる。
Figure 0005385876
It was shown that the word error rate is greatly reduced. Also, since the word error rate has been greatly reduced, it can be seen that the accuracy of speech segment detection is also improved.

100、200、300、400、500 音声区間検出装置
100’、200’ 音声認識装置
110、210 音声入力部
130、230、330、430、530 音声/非音声判定部
140、240 音声認識部
150、250 認識単位発話判定部
160、160’、260、260’ 結果出力部
220、320、420 音源分離部
100, 200, 300, 400, 500 Voice section detection device 100 ′, 200 ′ Voice recognition device 110, 210 Voice input unit 130, 230, 330, 430, 530 Voice / non-voice judgment unit 140, 240 Voice recognition unit 150, 250 recognition unit utterance determination unit 160, 160 ′, 260, 260 ′ result output unit 220, 320, 420 sound source separation unit

Claims (10)

音信号を所定の長さのフレームごとに取り出し、そのフレームの音信号を解析し、そのフレームの音信号に対象とする話者の音声が含まれるか否かを判定し、判定結果を音声/非音声判定値として求める音声/非音声判定ステップと、
前記音信号の中に含まれる認識単位の系列と、各認識単位の発話時間情報とを求める音声認識ステップと
前記音声/非音声判定ステップにおいて得られるフレームごとの音声/非音声判定値と、前記音声認識ステップにおいて得られる認識単位の系列及び各認識単位の発話時間情報とを受け取って、前記認識単位の発話時間に対応する前記フレームの音声/非音声判定値の集計値の大小に基づいて、認識単位ごとに対象とする話者によって発話されたか否かを判定する認識単位発話判定ステップと、
を有する音声区間検出方法。
A sound signal is extracted for each frame of a predetermined length, the sound signal of that frame is analyzed, it is determined whether or not the sound signal of the target speaker is included in the sound signal of that frame, and the determination result is determined as sound / A voice / non-voice determination step to be obtained as a non-voice determination value;
A speech recognition step for obtaining a sequence of recognition units included in the sound signal and speech time information of each recognition unit; a speech / non-speech determination value for each frame obtained in the speech / non-speech determination step; Receiving the series of recognition units and the speech time information of each recognition unit obtained in the speech recognition step, and based on the total value of the speech / non-speech determination value of the frame corresponding to the speech time of the recognition unit, A recognition unit utterance determination step for determining whether or not an utterance is made by a target speaker for each recognition unit;
A speech section detection method having
対象とする複数の話者の音声を含む音信号を所定の長さのフレームごとに取り出し、そのフレームの音信号を解析し、そのフレームの音信号に対象とする各話者の音声が含まれているか否かを判定し、判定結果を音声/非音声判定結果として求める音声/非音声判定ステップと、
前記対象とする複数の話者の音声を含む音信号を用いて、各話者の音声を強調した複数の分離音信号を生成する音源分離ステップと、
前記分離音信号の中に含まれる認識単位の系列と、各認識単位の発話時間情報とを求める音声認識ステップと
前記音声/非音声判定ステップにおいて得られる各話者のフレームごとの音声/非音声判定値と、前記音声認識ステップにおいて得られる各話者の認識単位の系列及び各認識単位の発話時間情報とを受け取って、各話者の前記認識単位の発話時間に対応する前記フレームの音声/非音声判定値の集計値の大小に基づいて、認識単位ごとにその話者によって発話されたか否かを判定する認識単位発話判定ステップと、
を有する音声区間検出方法。
A sound signal including the speech of a plurality of target speakers is extracted for each frame of a predetermined length, the sound signal of that frame is analyzed, and the sound signals of the target speakers are included in the sound signal of that frame. A voice / non-speech determination step for determining whether the determination result is a speech / non-speech determination result;
A sound source separation step for generating a plurality of separated sound signals that emphasize the voices of each speaker, using a sound signal including the voices of the plurality of speakers as targets;
Speech recognition step for obtaining a sequence of recognition units included in the separated sound signal and utterance time information of each recognition unit; speech / non-speech for each speaker frame obtained in the speech / non-speech determination step The determination value, the sequence of recognition units of each speaker obtained in the speech recognition step, and the speech time information of each recognition unit are received, and the speech / frame of the frame corresponding to the speech time of the recognition unit of each speaker is received. A recognition unit utterance determination step for determining whether or not an utterance is made by the speaker for each recognition unit, based on the magnitude of the total value of the non-voice determination values;
A speech section detection method having
請求項1または2記載の音声区間検出方法を用いた音声認識方法であって、
前記認識単位発話判定ステップにおいて、対象とする話者によって発話されたと判定された認識単位だけを、その対象とする話者の音声認識結果として出力する結果出力ステップを備える、
ことを特徴とする音声認識方法。
A speech recognition method using the speech section detection method according to claim 1 or 2,
In the recognition unit utterance determination step, a result output step of outputting only the recognition unit determined to be uttered by the target speaker as a speech recognition result of the target speaker is provided.
A speech recognition method characterized by the above.
音信号を所定の長さのフレームごとに取り出し、そのフレームの音信号を解析し、そのフレームの音信号に対象とする話者の音声が含まれるか否かを判定し、判定結果を音声/非音声判定値として求める音声/非音声判定部と、
前記音信号の中に含まれる認識単位の系列と、各認識単位の発話時間情報とを求める音声認識部と
前記音声/非音声判定部において得られるフレームごとの音声/非音声判定値と、前記音声認識部において得られる認識単位の系列及び各認識単位の発話時間情報とを受け取って、前記認識単位の発話時間に対応する前記フレームの音声/非音声判定値の集計値の大小に基づいて、認識単位ごとに対象とする話者によって発話されたか否かを判定する認識単位発話判定部と、
を有する音声区間検出装置。
A sound signal is extracted for each frame of a predetermined length, the sound signal of that frame is analyzed, it is determined whether or not the sound signal of the target speaker is included in the sound signal of that frame, and the determination result is determined as sound / A voice / non-voice determination unit to be calculated as a non-voice determination value;
A sequence of recognition units included in the sound signal, a speech recognition unit for obtaining speech time information of each recognition unit, a speech / non-speech determination value for each frame obtained in the speech / non-speech determination unit, Receiving a series of recognition units and speech time information of each recognition unit obtained in the speech recognition unit, and based on the total value of the speech / non-speech determination value of the frame corresponding to the speech time of the recognition unit, A recognition unit utterance determination unit that determines whether or not an utterance is made by a target speaker for each recognition unit;
A speech section detecting device having
対象とする複数の話者の音声を含む音信号を所定の長さのフレームごとに取り出し、そのフレームの音信号を解析し、そのフレームの音信号に対象とする各話者の音声が含まれているか否かを判定し、判定結果を音声/非音声判定結果として求める音声/非音声判定部と、
前記対象とする複数の話者の音声を含む音信号を用いて、各話者の音声を強調した複数の分離音信号を生成する音源分離部と、
前記分離音信号の中に含まれる認識単位の系列と、各認識単位の発話時間情報とを求める音声認識部と
前記音声/非音声判定部において得られる各話者のフレームごとの音声/非音声判定値と、前記音声認識部において得られる各話者の認識単位の系列及び各認識単位の発話時間情報とを受け取って、各話者の前記認識単位の発話時間に対応する前記フレームの音声/非音声判定値の集計値の大小に基づいて、認識単位ごとにその話者によって発話されたか否かを判定する認識単位発話判定部と、
を有する音声区間検出装置。
A sound signal including the speech of a plurality of target speakers is extracted for each frame of a predetermined length, the sound signal of that frame is analyzed, and the sound signals of the target speakers are included in the sound signal of that frame. A voice / non-voice determination unit that determines whether or not the determination result is obtained as a voice / non-voice determination result;
A sound source separation unit that generates a plurality of separated sound signals in which the voices of the speakers are emphasized using a sound signal including the voices of the plurality of speakers as the target;
A speech recognition unit for obtaining a sequence of recognition units included in the separated sound signal and speech time information of each recognition unit, and speech / non-speech for each speaker frame obtained in the speech / non-speech determination unit The determination value, the sequence of the recognition units of each speaker obtained in the speech recognition unit, and the speech time information of each recognition unit are received, and the voice / frame of the frame corresponding to the speech time of the recognition unit of each speaker is received. A recognition unit utterance determination unit that determines whether or not an utterance has been made by the speaker for each recognition unit, based on the magnitude of the aggregate value of the non-voice determination values;
A speech section detecting device having
請求項4または5記載の音声区間検出装置を用いた音声認識装置であって、
前記認識単位発話判定部において、対象とする話者によって発話されたと判定された認識単位だけを、その対象とする話者の音声認識結果として出力する結果出力部を備える、
ことを特徴とする音声認識装置。
A speech recognition device using the speech section detection device according to claim 4 or 5,
The recognition unit utterance determination unit includes a result output unit that outputs only the recognition unit determined to be uttered by the target speaker as a speech recognition result of the target speaker.
A speech recognition apparatus characterized by that.
請求項4または請求項5に記載の音声区間検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。 Program for causing a computer to function as the voice interval detection equipment according to claim 4 or claim 5. 請求項7記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the program according to claim 7 is recorded. 請求項6に記載の音声認識装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。  A program for causing a computer to function as the speech recognition apparatus according to claim 6. 請求項9記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。  A computer-readable recording medium on which the program according to claim 9 is recorded.
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