JP7208846B2 - Acoustic feature quantity conversion device, acoustic feature quantity conversion method, and acoustic feature quantity conversion program - Google Patents
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Description
本発明は、音響特徴量変換装置、音響モデル学習装置、音響認識装置、音響特徴量変換方法、および音響特徴量変換プログラムに関する。 The present invention relates to an acoustic feature conversion device, an acoustic model learning device, an acoustic recognition device, an acoustic feature conversion method, and an acoustic feature conversion program.
例えば特許文献1には、音響モデルを学習するための学習データが不足している場合であっても、音響認識において実用レベルの性能を確保するために、擬似的な学習データを生成することで、音響認識の対象とするタスク(以下、認識対象タスクと呼ぶ)に対して音響モデルを適応させる技術が開示されている。ここで、認識対象タスクとは、元々の音響モデルに対して、音源の物理的な状態、音1の伝達環境、雑音タイプなどの音響的特徴が異なるタスクである。
For example, in
一般的に、音響認識の性能は、認識対象タスクの複雑さに対する学習データの網羅性に依存する。タスクの複雑さとは、音源の物理的な状態、音の伝達環境、雑音タイプなどの前述の音響的特徴がとりうる多様な変化がどれだけ複雑かということである。 In general, the performance of acoustic recognition depends on the completeness of training data with respect to the complexity of the task to be recognized. The complexity of the task is how complex the various changes that the aforementioned acoustic features such as the physical state of the sound source, sound transmission environment, noise type, etc. can take.
つまり、認識対象タスクの学習データが不足している場合、そのまま音響モデルを認識対象タスクに適応させたとしても、十分な認識精度を得られない場合が多い。そこで、通常は、十分な種類の音響条件で学習データの収録を行ったうえで、それらの学習データをデータ拡張によって水増しすることで、所望の網羅性を有した学習データ群を形成し、この学習データ群を用いて音響モデルを適応させることが行われている。 In other words, when the training data for the recognition target task is insufficient, it is often the case that sufficient recognition accuracy cannot be obtained even if the acoustic model is adapted to the recognition target task as it is. Therefore, usually, after recording training data under a sufficient number of acoustic conditions, the training data is padded by data augmentation to form a training data group with the desired comprehensiveness. Training data sets are used to adapt acoustic models.
しかしながら、上述の従来技術のように、所望の網羅性を有した学習データ群を形成するには、多大な経済的、時間的コストを要する。また、所望の網羅性を有した学習データ群は、膨大なデータストレージ容量を要し、また、認識対象タスクに対する音響モデルの適応に多大な計算時間を要する。加えて、音響モデルは、認識対象タスクの複雑さに応じて複雑となり、データストレージ容量、および学習にかかる計算時間が増大する。 However, like the above-described conventional technique, forming a learning data group with desired comprehensiveness requires a great deal of economic and time costs. Moreover, a learning data group with desired comprehensiveness requires a huge data storage capacity, and a large amount of computation time is required for adaptation of the acoustic model to the recognition target task. In addition, the acoustic model becomes more complex depending on the complexity of the task to be recognized, increasing the data storage capacity and computational time required for training.
すなわち、十分な音響認識精度を確保するために所望の網羅性を有した学習データ群は、データ量が多く、データセットの収録に時間および労力を要し、膨大なデータストレージ容量を要し、学習モデルが複雑となるために学習時間が増大するという問題がある。 In other words, a learning data group having the desired comprehensiveness to ensure sufficient acoustic recognition accuracy has a large amount of data, requires time and effort to record the data set, and requires a huge data storage capacity. Since the learning model becomes complicated, there is a problem that the learning time increases.
本発明は、上述の課題を考慮してなされたものであり、少量の学習データであっても、十分な音響認識精度を得ることを1つの目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and has an object to obtain sufficient acoustic recognition accuracy even with a small amount of learning data.
かかる課題を解決するため本発明においては、1つの手段として、音響特徴量変換装置は、音響信号取得部によって取得された音響信号から、対象の機器を音源とする音響信号を分離する音源分離部と、前記音源分離部によって分離された音響信号から音響特徴量を抽出する音響特徴量抽出部と、音響特徴量規格化部または音響特徴量拡張部と、を有する。前記音響特徴量規格化部は、前記機器を音源とする音響信号と前記機器の稼動パラメータとの相関に基づく音響特徴量規格化モデルを用いて、稼動パラメータ取得部によって取得された前記機器の稼動パラメータをもとに、前記音響特徴量抽出部によって抽出された音響特徴量から、前記機器の特定の稼動パラメータのときの音響特徴量である規格化音響特徴量を生成する。前記音響特徴量拡張部は、前記機器を音源とする音響信号と前記機器の稼動パラメータとの相関に基づく音響特徴量拡張モデルを用いて、稼動パラメータ取得部によって取得された前記機器の特定の稼動パラメータをもとに、前記音響特徴量抽出部によって抽出された音響特徴量から、前記機器の任意の稼動パラメータのときの音響特徴量である拡張後音響特徴量を生成する。 In order to solve this problem, in the present invention, as one means, the acoustic feature value conversion device includes a sound source separation unit that separates an acoustic signal whose sound source is the target device from the acoustic signal acquired by the acoustic signal acquisition unit. , an acoustic feature quantity extraction unit for extracting an acoustic feature quantity from the acoustic signal separated by the sound source separation unit, and an acoustic feature quantity normalization unit or an acoustic feature quantity extension unit. The acoustic feature amount normalization unit uses an acoustic feature amount normalization model based on a correlation between an acoustic signal having the equipment as a sound source and an operation parameter of the equipment to operate the equipment acquired by the operation parameter acquisition unit. Based on the parameters, a normalized acoustic feature quantity is generated from the acoustic feature quantity extracted by the acoustic feature quantity extraction unit, which is the acoustic feature quantity at the time of the specific operating parameter of the device. The acoustic feature amount extension unit uses an acoustic feature amount extension model based on a correlation between an acoustic signal having the equipment as a sound source and an operation parameter of the equipment to determine the specific operation of the equipment acquired by the operation parameter acquisition unit. Based on the parameters, an expanded acoustic feature quantity is generated from the acoustic feature quantity extracted by the acoustic feature quantity extracting unit, which is the acoustic feature quantity at the time of any operating parameter of the device.
本発明によれば、例えば、少量の学習データであっても、十分な音響認識精度を得ることができる。 According to the present invention, for example, even with a small amount of learning data, sufficient acoustic recognition accuracy can be obtained.
以下、図面に基づき、本発明の実施例を詳述する。本明細書において、各図面の同一参照番号は、同一あるいは類似の構成または処理を示し、後出の実施例の説明では既出の実施例との差分のみを説明し、後出の説明が省略される場合がある。また、各実施例および各変形例は、本発明の技術思想の範囲内かつ整合する範囲内で一部または全部を組合せることができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. In this specification, the same reference numbers in each drawing indicate the same or similar configuration or processing, and in the description of the embodiments described later, only the differences from the previously described embodiments will be described, and the description later will be omitted. may occur. Further, each embodiment and each modification can be combined in whole or in part within the scope of the technical idea of the present invention and within the scope of matching.
以下の実施例では、認識対象タスクとなる機器の稼動パラメータと、観測される入力音響信号の間に相関関係があることを利用することで、稼動パラメータをもとに音響信号の特徴量データの規格化を行う。ここで、機器とは、例えば、モータやプレス機などである。また、稼動パラメータには、例えば、機器の稼動速度や、動作周期、圧力、流量などの物理量に限らず、機器の制御信号といった、機器に取り付けたセンサや制御装置などから得られるパラメータも含まれる。 In the following examples, by utilizing the fact that there is a correlation between the operating parameters of the device that is the task to be recognized and the observed input acoustic signal, feature amount data of the acoustic signal is extracted based on the operating parameters. Standardize. Here, the device is, for example, a motor, a press machine, or the like. The operating parameters are not limited to physical quantities such as the operating speed, operating cycle, pressure, and flow rate of the equipment, but also include parameters obtained from sensors and control devices attached to the equipment, such as equipment control signals. .
そして、認識対象タスクにおける学習データが、十分な認識精度で音響モデルを学習するのに十分な量が得られない場合を想定しており、少量の学習データであっても識別精度を向上させ、データセットの収録に必要な時間および労力を削減し、必要なデータストレージ容量を削減し、機械学習のモデルを軽量化し、学習時間を削減する。以下の実施例では、概して、以下の(1)~(5)の流れで音響信号の特徴量データの規格化、音響モデルの学習、および音響認識を行う。 Assuming that the amount of training data in the recognition target task is not sufficient to train the acoustic model with sufficient recognition accuracy, we improve the recognition accuracy even with a small amount of training data, Reduce the time and effort required to record datasets, reduce the amount of data storage required, lighten machine learning models, and reduce training time. In the following embodiments, the normalization of the feature amount data of the acoustic signal, the learning of the acoustic model, and the acoustic recognition are generally performed according to the following flow of (1) to (5).
(1)認識対象タスクとなる機器から発せられる入力音響信号と、この機器の稼動パラメータとの間に相関があることを前提とし、入力音響信号と稼動パラメータとからそれぞれ抽出した音響特徴量を、機器の任意の稼動パラメータをもとに規格化した規格化後音響特徴量に変換する変換器を生成する。ここで、稼動パラメータは、例えば、機器の稼動速度や、流量、圧力、またはその他の物理量である。
(2)生成した変換器を用いて、学習データを規格化後音響特徴量に変換する。
(3)変換した規格化後音響特徴量を用いて、音響モデルを学習する。
(4)学習した音響モデルを用いて、音響認識器を生成する。
(5)生成した変換器を用いて、入力音響信号を規格化後音響特徴量に変換し、音響認識器を用いて、入力音響信号の音響認識を行う。
(1) Assuming that there is a correlation between an input acoustic signal emitted from a device serving as a task to be recognized and an operating parameter of this device, acoustic features extracted from the input acoustic signal and the operating parameter are A transducer is generated that converts the standardized acoustic feature value based on an arbitrary operating parameter of the device. Here, the operating parameters are, for example, the operating speed of equipment, flow rate, pressure, or other physical quantities.
(2) Using the generated converter, the learning data is converted into the normalized acoustic feature quantity.
(3) Learning an acoustic model using the converted normalized acoustic feature amount.
(4) Generate an acoustic recognizer using the trained acoustic model.
(5) Using the generated transducer, the input acoustic signal is converted into a normalized acoustic feature amount, and acoustic recognition of the input acoustic signal is performed using the acoustic recognizer.
実施例1では、認識対象タスクとなる機器から観測される入力音響信号と、この機器の稼動パラメータの間に相関が存在するとき、その相関を利用して、入力音響信号と稼動パラメータから、入力音響信号を特定の稼動パラメータに規格化された規格化後音響特徴量に変換する。相関の一例は、機器の稼動速度に応じて音響信号のスペクトルピークが上昇するなどである。また、変換された規格化後音響特徴量からなる学習データをもとに音響モデルの学習を行い、音響特徴量変換装置によって変換された規格化後音響特徴量を音響モデルによって認識する。 In the first embodiment, when there is a correlation between an input acoustic signal observed from a device serving as a task to be recognized and an operating parameter of this device, the correlation is used to extract an input from the input acoustic signal and the operating parameter. Acoustic signals are converted into normalized acoustic features normalized to specific operating parameters. An example of a correlation is an increase in the spectral peaks of an acoustic signal as a function of equipment operating speed. Further, an acoustic model is trained based on learning data composed of the converted normalized acoustic feature quantity, and the acoustic model recognizes the normalized acoustic feature quantity converted by the acoustic feature quantity conversion device.
<実施例1の音響特徴量変換装置、音響モデル学習装置、音響認識装置の構成>
図1は、実施例1の音響特徴量変換装置、音響モデル学習装置、および音響認識装置の機能構成図を例示する図である。図1では、音響モデル学習装置2および音響認識装置3が、音響特徴量変換装置1を共有する構成を図示している。しかし、図1は、あくまで説明の便宜のために過ぎず、音響モデル学習装置2および音響認識装置3は、それぞれ別の音響特徴量変換装置1を含む別装置であってもよい。あるいは、図1に示すように、音響モデル学習装置2および音響認識装置3は、音響特徴量変換装置1を共有する別装置もしくは一体装置であってもよい。
<Structures of Acoustic Feature Transformation Apparatus, Acoustic Model Learning Apparatus, and Acoustic Recognition Apparatus of
FIG. 1 is a diagram exemplifying a functional configuration diagram of an acoustic feature quantity conversion device, an acoustic model learning device, and an acoustic recognition device according to the first embodiment. FIG. 1 illustrates a configuration in which the acoustic model learning device 2 and the acoustic recognition device 3 share the acoustic feature
実施例1の音響特徴量変換装置1は、図1に示すように、音源分離部12、音響特徴量抽出部13、および音響特徴量規格化部14を含む。図1に示す音響信号取得部10は、後述のように、認識対象タスクとなる機器が発する音を収集するマイクロホンなどの集音装置である。稼動パラメータ取得部11は、後述のように、認識対象タスクとなる機器の稼動パラメータを取得する。
The acoustic feature
図1では、音響特徴量変換装置1は、音源分離部12、音響特徴量抽出部13、および音響特徴量規格化部14のすべてを含む場合を例示するが、音源分離部12および音響特徴量抽出部13のいずれか、あるいは両方を含まない構成とすることもできる。また、図1では、音源分離部12の出力が音響特徴量抽出部13へと入力され、音響特徴量抽出部13の出力が音響特徴量規格化部14へと入力される構成を例示するが、音源分離部12の出力を音響特徴量規格化部14へと入力し、音響特徴量規格化部14の出力を音響特徴量抽出部13の入力とすることもできる。
FIG. 1 illustrates the case where the acoustic feature
また、実施例1の音響モデル学習装置2は、図1に示すように、音響特徴量変換装置1の各構成部に加えて、規格化後音響特徴量記憶部21、音響モデル学習部15、および音響モデル記憶部22を含む。なお、規格化後音響特徴量記憶部21および音響モデル記憶部22の少なくとも一方は、音響モデル学習装置2から独立した記憶部として構成されていてもよい。
Further, as shown in FIG. 1, the acoustic model learning device 2 of the first embodiment includes, in addition to each component of the acoustic feature
また、実施例1の音響認識装置3は、図1に示すように、音響特徴量変換装置1の各構成部に加えて、音響認識部16を含む。
Further, the acoustic recognition device 3 of Example 1 includes a
<実施例1の音響特徴量変換処理>
図2は、実施例1の音響特徴量変換処理フローを例示する図である。実施例1の音響特徴量変換処理は、音響特徴量変換装置1によって、音響特徴量変換の際に実行される。
<Acoustic Feature Quantity Conversion Processing of
FIG. 2 is a diagram exemplifying the acoustic feature quantity conversion processing flow of the first embodiment. Acoustic feature quantity conversion processing of the first embodiment is executed by the acoustic feature
図2において、先ず、ステップS10では、音響特徴量変換装置1は、音響信号取得部10を介して入力音響信号が入力され、稼動パラメータ取得部11を介して稼動パラメータ、例えば稼動速度などのデータが入力される。入力音響信号は、単一あるいは複数のマイクロホンなどの集音装置によって取得される。このとき、入力音響信号は、マイクロホンなどを用いてリアルタイムに取得されてもよいし、例えばコンピュータやボイスレコーダなどの録音機器を用いてハードディスクドライブなどの記憶装置に録音したデータをもってオフラインで取得されてもよい。
In FIG. 2, first, in step S10, the acoustic feature
また、稼動パラメータについては、例えば、認識対象タスクとなる機器に備え付けられたセンサなどによって得られるものや、機器の制御装置が出力する制御信号から得られるものや、操作者によって入力されるものや、プログラムや装置などによって音響信号などの他の観測値から推定可能なものであってもよい。さらに、稼動パラメータについては、稼動速度のほか、例えば、圧力、流量、温度などの、機器の稼動状態を示す物理量に限らず、機器の稼動状態を目標に向けて制御する制御信号や、制御パラメータなどでもよい。 Further, the operation parameters are obtained, for example, from sensors installed in the equipment that is the task to be recognized, from control signals output by the control device of the equipment, and from input by the operator. , can be estimated from other observed values such as acoustic signals by a program or device. In addition to the operating speed, the operating parameters are not limited to physical quantities that indicate the operating state of the device, such as pressure, flow rate, and temperature. etc.
続いて、ステップS11では、音源分離部12は、例えば、雑音や残響および認識対象タスクの機器以外の音源からの音といった雑音が含まれた、ステップS10で入力された入力音響信号から、認識対象タスクの機器から発せられる音響信号のみを抽出および分離した分離後音響信号を算出する。
Subsequently, in step S11, the sound
続いて、ステップS12では、音響特徴量抽出部13は、ステップS11で算出されたアナログの分離後音響信号から、ディジタルの音響特徴量を算出する。このとき算出される音響特徴量は、例えば、スペクトログラム、メル特徴量、メルケプストラム特徴量などである。
Subsequently, in step S12, the acoustic feature
続いて、ステップS13では、音響特徴量規格化部14は、稼動パラメータをもとに音響特徴量規格化モデルの初期化を行う。具体的には、音響特徴量規格化部14は、機器の稼動時に発せられる音響信号と稼動パラメータの間に相関があることを利用し、音響特徴量と機器の稼動パラメータのデータとから、稼動パラメータで規格化された規格化特徴量を算出する。このとき利用する音響信号と稼動パラメータの相関は、例えば、比例、反比例、二乗に比例など、単純な算術計算によって算出できる相関や、統計的な計算または機械学習によって求められる相関などが挙げられる。
Subsequently, in step S13, the acoustic feature
ここで、稼動パラメータを稼動速度とする例で説明する。入力音響信号をs、入力稼動速度をx、規格化後音響信号をs´とすると、入力稼動速度xをもとに、入力音響信号sを、特定の稼動速度αのときの規格化後音響信号s´に規格化する音響特徴量規格化モデルFαは、例えば下記式(1)のように表される。 Here, an example in which the operating parameter is the operating speed will be described. Let s be the input sound signal, x be the input operating speed, and s′ be the normalized sound signal. The acoustic feature amount normalized model Fα normalized to the signal s′ is represented, for example, by the following equation (1).
このとき、規格化される際の特定の稼動速度は、例えば、操作者によって指定されるものや、学習データの稼動速度の分布から自動的に生成されるものなどである。また、この時の規格化は、速度についての無次元化などである。 At this time, the specific operating speed at the time of normalization is, for example, specified by the operator or automatically generated from the distribution of operating speeds of the learning data. Also, the standardization at this time is the non-dimensionalization of speed.
<実施例1の音響モデル学習処理>
図3は、実施例1の音響モデル学習処理フローを例示する図である。実施例1の音響モデル学習処理は、音響モデル学習装置2によって、音響モデル学習の際に実行される。図3におけるステップS10~S12は、図2と同様である。
<Acoustic model learning process of the first embodiment>
FIG. 3 is a diagram illustrating an acoustic model learning processing flow of the first embodiment; The acoustic model learning process of the first embodiment is executed by the acoustic model learning device 2 during acoustic model learning. Steps S10 to S12 in FIG. 3 are the same as in FIG.
図3において、ステップS12に続いてステップS14では、音響モデル学習装置2は、音響特徴量変換装置1を使用して生成された音響特徴量規格化モデルを用いて、ステップS10で入力された入力音響信号の音響特徴量規格化を行う。ステップS14において、音響特徴量規格化モデルによって規格化された規格化後音響特徴量は、規格化後音響特徴量記憶部21に記憶される。
In FIG. 3, in step S14 subsequent to step S12, the acoustic model learning device 2 uses the acoustic feature quantity normalized model generated using the acoustic feature
続いて、ステップS15では、音響モデル学習部15は、規格化後音響特徴量記憶部21に記憶された規格化後音響特徴量を学習データとして、音響モデルの学習を行う。学習には、例えば、混合ガウスモデルや、サポートベクトルマシン、ニューラルネットワークなどの公知の手法を用いる。音響モデル学習部15によって学習された音響モデルは、音響モデル記憶部22に記憶される。
Subsequently, in step S15, the acoustic
<実施例1の音響認識処理>
図4は、実施例1の音響認識処理フローを例示する図である。実施例1の音響認識処理は、音響認識装置3によって、音響認識の際に実行される。図4におけるステップS10~S12は、図2および図3と同様である。
<Acoustic Recognition Processing of
FIG. 4 is a diagram exemplifying the acoustic recognition processing flow of the first embodiment. The acoustic recognition processing of the first embodiment is executed by the acoustic recognition device 3 during acoustic recognition. Steps S10 to S12 in FIG. 4 are the same as in FIGS.
図4において、ステップS12に続いてステップS14では、音響認識装置3は、音響特徴量変換装置1を使用して生成された音響特徴量規格化モデルを用いて、図4のステップS10で入力された入力音響信号の音響特徴量規格化を行う。
In FIG. 4, in step S14 subsequent to step S12, the acoustic recognition device 3 uses the acoustic feature quantity normalized model generated using the acoustic feature
ステップS14に続いてステップS16では、音響認識部16は、音響特徴量変換装置1によって規格化された規格化後音響特徴量と音響モデル記憶部22に記憶された音響モデルを用いて識別を行う。
In step S16 following step S14, the
なお、図2に示した実施例1の音響特徴量変換処理、図3に示した実施例1の音響モデル学習処理、図4に示した実施例1の音響認識処理の処理フローのそれぞれで、ステップS13またはステップS14と、ステップS12とは、その実行順番が入れ替わりうる。その際、例えば、音源分離部12から出力される分離後音響信号は、音響特徴量規格化部14に入力され、例えば稼動速度により規格化された規格化後音響信号などが出力される。この規格化後音響信号は、音響特徴量抽出部13へと入力され、規格化後音響特徴量が算出される。
2, the acoustic model learning process of the first embodiment shown in FIG. 3, and the acoustic recognition process of the first embodiment shown in FIG. The execution order of step S13 or step S14 and step S12 can be interchanged. At this time, for example, the separated acoustic signal output from the sound
このように、実施例1によれば、認識対象タスクに関する学習データを十分に用意できない場合であっても、稼動パラメータによりデータの規格化を行うことで、データ量を実効的に増加させ、精度良い学習モデルの学習を行うことができる。また、識別時にも、同様のデータ規格化を行うことで、識別精度を向上させる。また、データセットの収録に必要な時間的、金銭的コストを削減し、必要なストレージ容量を削減し、機械学習のモデルを軽量化し、学習にかかる時間的コストを削減する。 As described above, according to the first embodiment, even if sufficient learning data for the recognition target task cannot be prepared, the data amount is effectively increased by normalizing the data using the operating parameters, and the accuracy is improved. A good learning model can be learned. Also, at the time of identification, similar data normalization is performed to improve identification accuracy. It also reduces the time and money costs required to record datasets, reduces the required storage capacity, makes machine learning models lighter, and reduces the time cost of training.
実施例2は、実施例1と比べて、音響特徴量変換装置の音源分離部および音響特徴量抽出部のそれぞれが、音響特徴量規格化部と同様に稼動パラメータを参照する点が異なる。 The second embodiment differs from the first embodiment in that the sound source separation unit and the acoustic feature amount extraction unit of the acoustic feature amount conversion device each refer to the operating parameters in the same manner as the acoustic feature amount normalization unit.
実施例1では、音響特徴量規格化部においてのみ稼動パラメータを参照していたが、音源分離部および音響特徴量抽出部でも稼動パラメータを参照して用いることで、さらに、データセットの収録に必要な時間的、金銭的コストを削減し、必要なストレージ容量を削減し、機械学習のモデルを軽量化し、学習にかかる時間的コストを削減することが可能になる。以下では、上述の実施例1との相違点を中心に述べる。 In the first embodiment, the operating parameters are referred to only in the acoustic feature amount normalization unit, but by referring to the operating parameters in the sound source separation unit and the acoustic feature amount extraction unit as well, it is possible to further increase the number of parameters necessary for data set recording. It is possible to reduce the time and money costs, reduce the required storage capacity, lighten the machine learning model, and reduce the time cost of learning. In the following, differences from the first embodiment described above will be mainly described.
<実施例2の音響特徴量変換装置、音響モデル学習装置、音響認識装置の構成>
図5は、実施例2の音響特徴量変換装置、音響モデル学習装置、および音響認識装置の機能構成図を例示する図である。実施例2の音響特徴量変換装置1Bは、図5に示すように、音源分離部17、音響特徴量抽出部18、および音響特徴量規格化部14を含む。
<Structures of Acoustic Feature Transformation Apparatus, Acoustic Model Learning Apparatus, and Acoustic Recognition Apparatus of Embodiment 2>
FIG. 5 is a diagram exemplifying a functional configuration diagram of an acoustic feature value conversion device, an acoustic model learning device, and an acoustic recognition device according to the second embodiment. The acoustic feature quantity conversion device 1B of Example 2 includes a sound
また、実施例2の音響モデル学習装置2Bは、図5に示すように、音響特徴量変換装置1Bの各構成部に加えて、規格化後音響特徴量記憶部21、音響モデル学習部15、および音響モデル記憶部22を含む。
Further, as shown in FIG. 5, the acoustic model learning device 2B of the second embodiment includes, in addition to each component of the acoustic feature quantity conversion device 1B, a normalized acoustic feature
また、実施例2の音響認識装置3Bは、図5に示すように、音響特徴量変換装置1Bの各構成部に加えて、音響認識部16を含む。
Further, as shown in FIG. 5, the acoustic recognition device 3B of the second embodiment includes a
実施例2では、音響特徴量変換装置1Bの音源分離部17および音響特徴量抽出部18において、稼動パラメータ取得部11から取得された稼動パラメータが参照される点が、実施例1と異なる点である。
The second embodiment differs from the first embodiment in that the sound
ここで、実施例2において、音源分離部17、音響特徴量抽出部18、および音響特徴量規格化部14のすべてにおいて稼動パラメータが参照される必要はなく、音源分離部17、音響特徴量抽出部18、および音響特徴量規格化部14のうち少なくとも1つ以上の処理部で稼動パラメータが参照されていればよい。
Here, in the second embodiment, all of the sound
音源分離部17、音響特徴量抽出部18、および音響特徴量規格化部14のそれぞれは、稼動パラメータを参照する場合には、後述するように、例えば機器を音源とする音響信号と機器の稼動パラメータとの相関関係に基づいて構成されたニューラルネットワークを用いたものであってもよい。
When referring to operation parameters, the sound
他方、音源分離部17は、稼動パラメータを参照しない場合には、実施例1の音源分離部12と同等の機能を含む処理部となる。また、音響特徴量抽出部18は、稼動パラメータを参照しない場合には、実施例1の音響特徴量抽出部13と同等の処理機能を含む処理部となる。
On the other hand, the sound
<実施例2の音響特徴量変換処理>
図6は、実施例2の音響特徴量変換処理フローを例示する図である。実施例2の音響特徴量変換処理は、音響特徴量変換装置1Bによって、音響特徴量変換の際に実行される。図6におけるステップS10は、図2と同様である。
<Acoustic Feature Transformation Processing of Embodiment 2>
FIG. 6 is a diagram exemplifying the acoustic feature quantity conversion processing flow of the second embodiment. Acoustic feature quantity conversion processing of the second embodiment is executed by the acoustic feature quantity conversion device 1B at the time of acoustic feature quantity conversion. Step S10 in FIG. 6 is the same as in FIG.
図6において、ステップS10に続いてステップS17では、音源分離部17は、ステップS10で取得された稼動パラメータをもとに音源分離を行う。具体的には、例えば同じ機種の機器が並んで動作していて、音源方向による音源分離が不可能な場合を考える。このとき、それぞれの機器が別々の稼動速度で動作している場合、音源となるそれぞれの機器の稼動速度と、それぞれの機器か発しうる音響信号の組合せ問題を解くことで、音源分離を行うことができる。音源分離を行う方法は、例えば、考えられる組合せすべてを試行する単純な繰り返し演算であったり、機械学習であったりなど、周知の方法を用いることができる。
In FIG. 6, in step S17 subsequent to step S10, the sound
ステップS17に続いてステップS18では、音響特徴量抽出部18は、ステップS10で取得された稼動パラメータを参照して音響特徴量の抽出を行う。具体的には、例えば、(A)バンドパスフィルタを設定する、(B)フィルタバンクを形成する、(C)フーリエ変換のパラメータを変更するなどである。
In step S18 following step S17, the acoustic feature
(A)バンドパスフィルタの設定について説明する。稼動速度が分かっている場合、どの周波数帯域に有効な特徴量が含まれているのかをある程度推定することができることを利用し、バンドパスフィルタを設定することができる。この時の稼動パラメータに対する有効な周波数帯域の推定は、例えば、人間が手動で設定したパラメータを用いたものや、単純な算術モデルによるもの、ニューラルネットワークを用いたものなどである。 (A) The setting of the bandpass filter will be explained. If the operating speed is known, the band-pass filter can be set by using the fact that it is possible to estimate to some extent which frequency band contains the effective feature amount. The effective frequency band estimation for the operating parameters at this time is, for example, using parameters set manually by humans, using a simple arithmetic model, using a neural network, or the like.
(B)フィルタバンクの形成について説明する。バンドパスフィルタの設定と同様に、稼動速度がわかっている場合、どの周波数帯域に有効な特徴量が含まれているのかをある程度推定することができることを利用し、任意の周波数帯域に注目するようなフィルタバンクを形成することができる。この時のフィルタバンクの形成は、例えば、人間が手動で設定したパラメータを用いたものや、単純な算術モデルによるものや、ニューラルネットワークを用いたものなどである。 (B) Formation of a filter bank will be described. As with the setting of the band-pass filter, if the operating speed is known, it is possible to estimate to some extent which frequency band contains the effective feature amount. filter bank can be formed. The formation of the filter bank at this time is, for example, one using parameters set manually by a person, one using a simple arithmetic model, one using a neural network, or the like.
(C)フーリエ変換のパラメータの変更について説明する。稼動パラメータに応じて有効な特徴量がどのように音響信号内に発生するか推定できることを利用し、例えば、窓サイズやシフト長などのフーリエ変換のパラメータを設定することができる。この時のパラメータは、例えば人間が手動で設定したパラメータを用いたものや、単純な算術モデルによるものや、ニューラルネットワークを用いたものなどである。 (C) Change of parameters for Fourier transform will be described. Using the fact that it is possible to estimate how effective features are generated in an acoustic signal in accordance with operating parameters, it is possible to set Fourier transform parameters such as window size and shift length, for example. The parameters at this time are, for example, those using parameters set manually by humans, those using a simple arithmetic model, those using a neural network, and the like.
上記(A)~(C)によって、例えば、雑音に対して頑健な音響識別が可能となり、また、音響信号の圧縮効率が向上するなど、実施例1で得られた効果に加えて、さらに、データセットの収録に必要な時間的、金銭的コストを削減し、必要なストレージ容量を削減し、機械学習のモデルを軽量化し、学習にかかる時間的コストを削減することができる。 With the above (A) to (C), in addition to the effects obtained in Example 1, such as, for example, robust sound identification against noise is possible, and the compression efficiency of the sound signal is improved, It can reduce the time and money costs required to record datasets, reduce the required storage capacity, make machine learning models lighter, and reduce the time costs required for learning.
ステップS18に続いてステップS19において、音響特徴量規格化部14は、音響特徴量規格化モデルの初期化を行う。音響特徴量規格化部14は、認識対象タスクとなる機器の稼動時に発せられる音響信号と稼動パラメータの間に相関があることを利用し、音響特徴量と機器の稼動パラメータのデータとから、稼動パラメータで規格化された規格化特徴量を算出する。
In step S19 following step S18, the acoustic feature
このとき、利用する音響信号と稼動パラメータの相関は、例えば、比例、反比例、二乗に比例など、単純な算術計算によって表現できる相関や、統計的な計算または機械学習によって求められる相関などが挙げられる。 At this time, the correlation between the acoustic signal to be used and the operating parameter includes, for example, correlation that can be expressed by simple arithmetic calculation such as proportionality, inverse proportion, and proportionality to the square, and correlation that can be obtained by statistical calculation or machine learning. .
例えば、入力音響信号をs、入力稼動パラメータをx、規格化後音響信号をs´とすると、入力稼動パラメータxをもとに、入力音響信号sを、特定の稼動パラメータαのときの規格化後音響信号s´に規格化する音響特徴量規格化モデルFαは、例えば下記式(2)のように表される。 For example, let s be the input acoustic signal, x be the input operating parameter, and s′ be the normalized acoustic signal. The acoustic feature amount normalization model Fα to be normalized to the post-acoustic signal s′ is represented, for example, by the following equation (2).
このとき、規格化される際の特定の稼動パラメータは、例えば、操作者によって指定されるものや、学習データの稼動パラメータの分布から自動的に生成されるものなどである。また、この時の規格化は、稼動パラメータについての無次元化などである。 At this time, the specific operating parameters to be normalized are, for example, specified by the operator or automatically generated from the distribution of the operating parameters of the learning data. In addition, the standardization at this time is the non-dimensionalization of the operating parameters.
<実施例2の音響モデル学習処理>
図7は、実施例2の音響モデル学習処理フローを例示する図である。実施例2の音響モデル学習処理は、音響モデル学習装置2Bによって、音響モデル学習の際に実行される。図7におけるステップS10、S17~S18は、図6と同様である。
<Acoustic model learning process of the second embodiment>
FIG. 7 is a diagram exemplifying the acoustic model learning processing flow of the second embodiment. The acoustic model learning process of the second embodiment is executed by the acoustic model learning device 2B during acoustic model learning. Steps S10 and S17 to S18 in FIG. 7 are the same as in FIG.
図7において、ステップS18に続いてステップS20では、音響モデル学習装置2Bは、音響特徴量変換装置1Bを使用して生成された音響特徴量規格化モデルおよびステップS10で入力された稼動パラメータを用いて、ステップS10で入力された入力音響信号の規格化を行う。ステップS20において、音響特徴量規格化モデルによって規格化された規格化後音響特徴量は、規格化後音響特徴量記憶部21に記憶される。
In FIG. 7, in step S20 subsequent to step S18, the acoustic model learning device 2B uses the acoustic feature quantity normalized model generated using the acoustic feature quantity conversion device 1B and the operating parameters input in step S10. Then, the input acoustic signal input in step S10 is normalized. In step S<b>20 , the normalized acoustic feature amount normalized by the acoustic feature amount normalization model is stored in the normalized acoustic feature
ステップS20に続いてステップS15では、音響モデル学習部15は、規格化後音響特徴量記憶部21に記憶された規格化後音響特徴量を学習データとして、音響モデルの学習を行う。学習には、例えば、混合ガウスモデルや、サポートベクトルマシン、ニューラルネットワークなどの公知の手法を用いる。音響モデル学習部15によって学習された音響モデルは、音響モデル記憶部22に記憶される。
In step S15 following step S20, the acoustic
<実施例2の音響認識処理>
図8は、実施例2の音響認識処理フローを例示する図である。実施例2の音響認識処理は、音響認識装置3Bによって、音響認識の際に実行される。図8におけるステップS10、S17~S18は、図6および図7と同様である。
<Acoustic Recognition Processing of Embodiment 2>
FIG. 8 is a diagram exemplifying the acoustic recognition processing flow of the second embodiment. The acoustic recognition processing of the second embodiment is executed by the acoustic recognition device 3B during acoustic recognition. Steps S10, S17-S18 in FIG. 8 are the same as in FIGS.
図8において、ステップS18に続いてステップS20では、音響認識装置3Bは、音響特徴量変換装置1Bを使用して生成された音響特徴量規格化モデルを用いて、ステップS10で入力された稼動パラメータをもとに入力音響信号の規格化を行う。 In FIG. 8, in step S20 subsequent to step S18, the acoustic recognition device 3B uses the acoustic feature quantity normalized model generated using the acoustic feature quantity conversion device 1B to convert the operating parameters input in step S10 into Based on this, the input acoustic signal is normalized.
ステップS20に続いてステップS16では、音響認識部16は、音響特徴量変換装置1Bによって規格化された規格化後音響特徴量と、音響モデル記憶部22に記憶されている音響モデルを用いて識別を行う。
In step S16 subsequent to step S20, the
なお、図6に示した実施例2の音響特徴量規格化処理、図7に示した実施例2の音響モデル学習処理、図8に示した実施例2の音響認識処理の処理フローのそれぞれで、ステップS19またはステップS20と、ステップS18とは、実施例1と同様に、その実行順番が入れ替わりうる。その際、例えば、音源分離部17から出力される分離後音響信号は、音響特徴量規格化部14に入力され、稼動パラメータにより規格化された規格化後音響信号などが出力される。この規格化後音響信号は、音響特徴量抽出部18へと入力され、規格化後音響特徴量が出力される。
6, the acoustic model learning process of the second embodiment shown in FIG. 7, and the acoustic recognition process of the second embodiment shown in FIG. , step S19 or step S20, and step S18 can be changed in order of execution, as in the first embodiment. At this time, for example, the separated acoustic signal output from the sound
このように、実施例2によれば、認識対象タスクに関する学習データを十分に用意できない場合であっても、稼動パラメータによるデータの規格化に加えて、音源分離と音響特徴量抽出においても稼動パラメータを参照することで、より効果的に、識別精度を向上させ、データセットの収録に必要な時間的、金銭的コストを削減し、必要なストレージ容量を削減し、機械学習のモデルを軽量化し、学習にかかる時間的コストを削減する。 As described above, according to the second embodiment, even if sufficient learning data for a recognition target task cannot be prepared, in addition to normalizing data by operating parameters, operating parameters are also used for sound source separation and acoustic feature extraction. By referring to , it is possible to more effectively improve identification accuracy, reduce the time and money costs required for recording datasets, reduce the required storage capacity, reduce the weight of machine learning models, Reduce the time cost of learning.
実施例3は、実施例1~2と比較して、音響特徴量変換装置1Cにおいて、稼動パラメータを参照して、音響特徴量の規格化ではなく拡張を行う点が異なる。データ拡張を行うことで、データセットの網羅性を向上させ、学習した音響モデルの識別精度を向上させる。以下では、上述の実施例2との相違点を中心に述べる。
The embodiment 3 differs from the
<実施例3の音響特徴量変換装置、音響モデル学習装置、および音響認識装置の構成>
図9は、実施例3の音響特徴量変換装置、音響モデル学習装置、および音響認識装置の機能構成図を例示する図である。実施例3の音響特徴量変換装置1Cは、図9に示すように、音源分離部17、音響特徴量抽出部18、および音響特徴量拡張部19を含む。
<Structures of Acoustic Feature Transformation Apparatus, Acoustic Model Learning Apparatus, and Acoustic Recognition Apparatus of Embodiment 3>
FIG. 9 is a diagram exemplifying a functional configuration diagram of an acoustic feature value conversion device, an acoustic model learning device, and an acoustic recognition device according to the third embodiment. The acoustic feature quantity conversion device 1C of Example 3 includes a sound
また、実施例3の音響モデル学習装置2Cは、図9に示すように、音響特徴量変換装置1Cの各構成部に加えて、拡張後音響特徴量記憶部23、音響モデル学習部15、および音響モデル記憶部22を含む。
Further, as shown in FIG. 9, the acoustic model learning device 2C of the third embodiment includes, in addition to each component of the acoustic feature quantity conversion device 1C, an expanded acoustic feature
また、実施例3の音響認識装置3Cは、図9に示すように、音響特徴量変換装置1Cの各構成部に加えて、音響認識部16を含む。
Moreover, as shown in FIG. 9, the acoustic recognition device 3C of Example 3 includes a
実施例3では、音響特徴量変換装置1Cにおいて、音響特徴量拡張部19では、音響特徴量を規格化する代わりに、データ拡張している点が、実施例2と異なる点である。
The third embodiment is different from the second embodiment in that, in the acoustic feature quantity conversion apparatus 1C, the acoustic feature
ここで、実施例3において、音源分離部17、音響特徴量抽出部18、および音響特徴量拡張部19のすべてにおいて稼動パラメータが参照される必要はなく、音源分離部17、音響特徴量抽出部18、および音響特徴量拡張部19のうち少なくとも1つ以上の処理部で稼動パラメータが参照されていればよい。
Here, in the third embodiment, it is not necessary for all of the sound
音源分離部17、音響特徴量抽出部18、および音響特徴量拡張部19のそれぞれは、稼動パラメータを参照する場合には、後述するように、例えば機器を音源とする音響信号と機器の稼動パラメータとの相関関係に基づいて構成されたニューラルネットワークを用いたものであってもよい。
When referring to operation parameters, the sound
他方、音源分離部17は、稼動パラメータを参照しない場合には、実施例1の音源分離部12と同様の機能を含む処理部となる。また、音響特徴量抽出部18は、稼動パラメータを参照しない場合には、実施例1の音響特徴量抽出部13と同様の処理機能を含む処理部となる。また、音響特徴量拡張部19は、稼動パラメータを参照しない場合には、稼動パラメータを用いずにデータ拡張を行う処理部となる。
On the other hand, the sound
<実施例3の音響特徴量変換処理>
図10は、実施例3の音響特徴量変換処理フローを例示する図である。実施例3の音響特徴量変換処理は、音響特徴量変換装置1Cによって、音響特徴量変換の際に実行される。図10におけるステップS10、S17~S18は、図6と同様である。
<Acoustic Feature Transformation Processing of Embodiment 3>
FIG. 10 is a diagram exemplifying the acoustic feature quantity conversion processing flow of the third embodiment. Acoustic feature quantity conversion processing of the third embodiment is executed by the acoustic feature quantity conversion device 1C at the time of acoustic feature quantity conversion. Steps S10 and S17 to S18 in FIG. 10 are the same as in FIG.
図10において、ステップS18に続いてステップS21では、音響特徴量拡張部19は、音響特徴量抽出部18によって抽出された音響特徴量を用いて、音響特徴量を複数の稼動パラメータでの音響特徴量へと変換および拡張することで、拡張後音響特徴量群を生成する。音響特徴量拡張部19は、機器の稼動時に発せられる音響信号と稼動パラメータとの間には相関があることを利用する。
In FIG. 10, in step S21 subsequent to step S18, the acoustic feature
このとき利用する音響信号と稼動パラメータの相関は、例えば、比例、反比例、二乗に比例など、単純な算術計算によって表現できる相関や、統計的な計算または機械学習によって求められる相関などがあげられる。 Correlations between acoustic signals and operating parameters used at this time include, for example, correlations that can be expressed by simple arithmetic calculations such as proportionality, inverse proportions, and squared proportions, and correlations that can be obtained by statistical calculations or machine learning.
ここで、特定の稼動パラメータxのときの音響信号または音響特徴量をsxとすると、音響特徴量拡張モデルF´xによって、任意の稼動パラメータαのときの音響信号または音響特徴量sαは、下記式(3)のように示される。 Here, assuming that the acoustic signal or acoustic feature quantity at a specific operating parameter x is sx, the acoustic signal or acoustic feature quantity sα at an arbitrary operating parameter α is obtained by the acoustic feature quantity extension model F′x as follows: It is shown like Formula (3).
上記式(3)を用いることで、音響特徴量変換装置1Cにおいて、音響特徴量拡張部19は、音響特徴量抽出部18から出力された入力音響特徴量を、複数の任意の稼動パラメータでの音響特徴量へと変換および拡張し、拡張後音響特徴量群を生成する。
By using the above equation (3), in the acoustic feature quantity conversion device 1C, the acoustic feature
<実施例3の音響モデル学習処理>
図11は、実施例3の音響モデル学習処理フローを例示する図である。実施例3の音響モデル学習処理は、音響モデル学習装置2Cによって、音響モデル学習の際に実行される。図11におけるステップS10、S17~S18は、図10と同様である。
<Acoustic model learning process of the third embodiment>
FIG. 11 is a diagram exemplifying the acoustic model learning processing flow of the third embodiment. The acoustic model learning process of the third embodiment is executed by the acoustic model learning device 2C during acoustic model learning. Steps S10 and S17-S18 in FIG. 11 are the same as in FIG.
図11において、ステップS18に続いてステップS21では、音響モデル学習装置2Cは、音響特徴量変換装置1Cを使用して音響特徴量を複数の稼動パラメータでの音響特徴量へと変換および拡張する。例えば、稼動パラメータが稼動速度である場合、音響特徴量拡張部19は、音響特徴量抽出部18によって抽出された音響特徴量から、音響特徴量を複数の稼動速度での音響特徴量へと変換および拡張することで、拡張後音響特徴量群を生成し、拡張後音響特徴量記憶部23に記憶される。
In FIG. 11, in step S21 subsequent to step S18, the acoustic model learning device 2C uses the acoustic feature conversion device 1C to convert and expand the acoustic feature quantity into acoustic feature quantity with a plurality of operating parameters. For example, when the operating parameter is the operating speed, the acoustic feature
続いて、ステップS22では、音響モデル学習部15は、拡張後音響特徴量記憶部23に記憶された拡張後音響特徴量を学習データとして、音響モデルの学習を行う。学習には、例えば、混合ガウスモデルや、サポートベクトルマシン、ニューラルネットワークなどの公知の手法が用いられる。音響モデル学習部15によって学習された音響モデルは、音響モデル記憶部22に記憶される。
Subsequently, in step S22, the acoustic
<実施例3の音響認識処理>
図12は、実施例3の音響認識処理フローを例示する図である。実施例3の音響認識処理は、音響認識装置3Cによって、音響認識の際に実行される。図12におけるステップS10、S17~S18は、図10および図11と同様である。
<Acoustic Recognition Processing of Embodiment 3>
FIG. 12 is a diagram exemplifying the acoustic recognition processing flow of the third embodiment. The acoustic recognition processing of the third embodiment is executed by the acoustic recognition device 3C during acoustic recognition. Steps S10 and S17-S18 in FIG. 12 are the same as in FIGS.
図12において、ステップS21では、音響認識装置3Cは、音響特徴量変換装置1Cを使用して音響特徴量を複数の稼動パラメータでの音響特徴量へと変換および拡張する。具体的には、音響特徴量拡張部19は、音響特徴量抽出部18によって抽出された音響特徴量から、例えば稼動パラメータを稼動速度とした場合、音響特徴量を複数の稼動速度での音響特徴量へと変換および拡張することで、拡張後音響特徴量群が生成される。
In FIG. 12, in step S21, the acoustic recognition device 3C uses the acoustic feature quantity conversion device 1C to convert and expand the acoustic feature quantities into acoustic feature quantities with a plurality of operating parameters. Specifically, the acoustic feature
ステップS21に続いてステップS23では、音響認識部16は、音響特徴量変換装置1Cによって拡張された拡張後音響特徴量と、音響モデル記憶部22に記憶されている音響モデルとを用いて識別を行う。音響認識部16は、音響特徴量変換装置1によって拡張されたそれぞれの音響特徴量に対して識別を行い、その結果を統合することによって識別精度を向上させることが可能となる。
In step S23 subsequent to step S21, the
ここで、図10に示した実施例3の音響特徴量規格化処理、図11に示した実施例3の音響モデル学習処理、図12に示した実施例3の音響認識処理の処理フローのそれぞれで、ステップS18とステップS21とは、その実行順番が入れ替わりうる。その際、例えば、音源分離部17から出力される分離後音響信号は、音響特徴量拡張部19に入力され、稼動パラメータにより拡張された拡張後音響信号群が出力され、拡張後音響信号群が音響特徴量抽出部18に入力され、拡張後音響特徴量群が出力される。
10, the acoustic model learning process of the third embodiment shown in FIG. 11, and the acoustic recognition process of the third embodiment shown in FIG. The execution order of step S18 and step S21 can be interchanged. At that time, for example, the separated acoustic signal output from the sound
また、図11で示した実施例3の音響モデル学習処理、図12で示した実施例3の音響認識処理のそれぞれについて、音響特徴量の拡張を行っているが、必ずしも音響モデル学習装置2C、音響認識装置3Cの両方で音響特徴量の拡張が行われる必要はなく、音響モデル学習装置2C、音響認識装置3Cのうちの少なくとも1つ以上の装置内で音響特徴量の拡張が行われていればよい。 Further, although the acoustic feature quantity is expanded for each of the acoustic model learning process of the third embodiment shown in FIG. 11 and the acoustic recognition process of the third embodiment shown in FIG. It is not necessary to extend the acoustic features in both the acoustic recognition device 3C. At least one of the acoustic model learning device 2C and the acoustic recognition device 3C needs to extend the acoustic features. Just do it.
このように、実施例3によれば、認識対象タスクに関する学習データを十分に用意できない場合に、稼動パラメータによりデータの拡張を行うことでデータ量を水増しし、また、識別時にも同様のデータ拡張を行うことで、識別精度を向上させる。また、データセットの収録に必要な時間的、金銭的コストを削減する。 As described above, according to the third embodiment, when sufficient learning data for a task to be recognized cannot be prepared, the amount of data is padded by expanding the data using the operating parameters, and the same data expansion is performed at the time of identification. By performing, the identification accuracy is improved. It also reduces the time and money costs required to record datasets.
実施例4は、実施例1と比べて、複数の稼動パラメータを参照する音響特徴量変換装置と、その音響特徴量変換装置を用いた、音響モデル学習装置および音響認識装置を開示する。以下では、実施例1との相違点を中心に述べる。 Compared with the first embodiment, the fourth embodiment discloses an acoustic feature value conversion device that refers to a plurality of operating parameters, and an acoustic model learning device and an acoustic recognition device using the acoustic feature value conversion device. Differences from the first embodiment will be mainly described below.
機器の稼動時に発せられる音響信号と稼動パラメータとの間には相関があるという前提のもと、実施例1では、単一の稼動パラメータを参照していたのに比べ、実施例4では、音響特徴量変換装置が複数の稼動パラメータを参照することで、例えばより高い圧縮効率のデータ規格化などが可能となる。これによって、実施例4によれば、必要なストレージ容量の削減や、機械学習のモデルの軽量化、学習にかかる時間的コストの削減をよりいっそう図ることができる。 Based on the premise that there is a correlation between the acoustic signal emitted when the equipment is in operation and the operating parameter, in the first embodiment, a single operating parameter is referred to, whereas in the fourth embodiment, the acoustic By referring to a plurality of operating parameters by the feature conversion device, data standardization with higher compression efficiency, for example, becomes possible. As a result, according to the fourth embodiment, it is possible to further reduce the required storage capacity, reduce the weight of the machine learning model, and reduce the time cost required for learning.
<実施例4の音響特徴量変換装置、音響モデル学習装置、および音響認識装置の構成>
図13は、実施例4の音響特徴量変換装置、音響モデル学習装置、および音響認識装置の機能構成図を例示する図である。実施例4の音響特徴量変換装置1Dは、図13に示すように、音源分離部12、音響特徴量抽出部13、音響特徴量規格化部112、音源データ記憶部24、音源モデル学習部113、および音源モデル記憶部25を含む。
<Structures of Acoustic Feature Transformation Apparatus, Acoustic Model Learning Apparatus, and Acoustic Recognition Apparatus of Embodiment 4>
FIG. 13 is a diagram exemplifying a functional configuration diagram of an acoustic feature value conversion device, an acoustic model learning device, and an acoustic recognition device according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 13, the acoustic feature quantity conversion device 1D of the fourth embodiment includes a sound
また、実施例4の音響モデル学習装置2Dは、図13に示すように、音響特徴量変換装置1Dの各構成部に加えて、規格化後音響特徴量記憶部21、音響モデル学習部15、および音響モデル記憶部22を含む。
Further, as shown in FIG. 13, the acoustic model learning device 2D of the fourth embodiment includes, in addition to each component of the acoustic feature quantity conversion device 1D, a normalized acoustic feature
また、実施例4の音響認識装置3Dは、図13に示すように、音響特徴量変換装置1Dの各構成部に加えて、音響認識部16を含む。
Further, as shown in FIG. 13, the acoustic recognition device 3D of Example 4 includes a
実施例4では、稼動パラメータ取得部110および稼動パラメータ取得部111のそれぞれから取得された2種類の稼動パラメータが、参照される。しかし、取得および参照される稼動パラメータは、2種類に限らず、少なくとも2種類以上の稼動パラメータが参照されていればよい。
In the fourth embodiment, two types of operating parameters acquired respectively from the operating
<実施例4の音響特徴量変換処理>
図14は、実施例4の音響特徴量変換処理フローを例示する図である。実施例4の音響特徴量変換処理は、音響特徴量変換装置1Dによって、音響特徴量規格化の際に実行される。図14におけるステップS10は、図2と概ね同様であり、稼動パラメータの取得元が複数である点が異なる。
<Acoustic Feature Transformation Processing of Embodiment 4>
FIG. 14 is a diagram exemplifying the acoustic feature quantity conversion processing flow of the fourth embodiment. The acoustic feature quantity conversion process of the fourth embodiment is executed by the acoustic feature quantity conversion device 1D when normalizing the acoustic feature quantity. Step S10 in FIG. 14 is generally the same as in FIG. 2, except that there are multiple sources for obtaining the operating parameters.
図14において、ステップS10に続いてステップS24では、音源分離部12は、例えば、雑音や残響および認識対象タスクの機器以外の音源からの音といった、雑音の含まれた入力音響信号から、認識対象タスクの機器から発せられる音響信号のみを抽出および分離し、分離後音響信号を算出する。このとき、音源分離部12は、例えば、実施例2で示したように、稼動パラメータを参照して、音源の分離を行うものなどであってもよい。
In FIG. 14, in step S24 subsequent to step S10, the sound
続いてステップS25では、音響特徴量抽出部13は、アナログの分離後音響信号から、ディジタルの音響特徴量を算出する。このとき、算出される音響特徴量は、例えば、スペクトログラムや、メル特徴量や、メルケプストラム特徴量などであってもよい。また、このとき、音響特徴量抽出部13は、例えば、実施例2で示したように、稼動パラメータを参照して、音源の分離を行うものなどであってもよい。音響特徴量抽出部13によって抽出された音響特徴量と、稼動パラメータ取得部110で取得された稼動パラメータAと、稼動パラメータ取得部111で取得された稼動パラメータBとが紐付けられ、音源データ記憶部24に記憶される。
Subsequently, in step S25, the acoustic feature
続いてステップS26では、音源モデル学習部113は、音源データ記憶部24に記憶された、音響特徴量抽出部13によって抽出された音響特徴量と、稼動パラメータ取得部110によって取得された稼動パラメータAと、稼動パラメータ取得部111によって取得された稼動パラメータBとを用いて、音源モデルの学習を行う。
Subsequently, in step S26, the sound source
具体的には、音源モデル学習部113は、機器の稼動時に発せられる音響信号と複数の稼動パラメータの間に相関があることを利用し、音響特徴量と機器の複数の稼動パラメータから、複数の稼動パラメータで音響特徴量を規格化するための音源モデルを生成する。このとき、利用する音響信号と稼動パラメータの相関は、例えば、統計的な計算や、機械学習によって求められる相関などが挙げられる。
Specifically, the sound source
ここで、例えば、入力音響信号をs、入力稼動パラメータAをxA、入力稼動パラメータBをxB、規格化後音響信号をs´とすると、入力稼動パラメータAと入力稼動パラメータBが、それぞれ特定の稼動パラメータαA、αBのとき、入力音響信号sを規格化後音響信号s´に規格化する音響特徴量規格化モデルFαA,αBは、下記式(4)のように表される。 Here, for example, if the input acoustic signal is s, the input operating parameter A is xA, the input operating parameter B is xB, and the normalized acoustic signal is s', then the input operating parameter A and the input operating parameter B are each given a specific Acoustic feature amount normalization models FαA and αB for normalizing the input acoustic signal s into the normalized acoustic signal s′ when the operating parameters are αA and αB are represented by the following equation (4).
このとき、規格化される特定の稼動パラメータは、例えば、操作者によって指定されるものや、学習データの稼動パラメータの分布から自動的に生成されるものなどである。また、音響特徴量規格化モデルでは、2つの稼動パラメータが参照されているが、必ずしも2つではなく、少なくとも2つ以上の稼動パラメータが参照されていればよい。このようにして生成された音響特徴量規格化モデルは、音源モデル記憶部25に記憶される。
At this time, the specific operating parameters to be standardized are, for example, those specified by the operator, those automatically generated from the distribution of the operating parameters of the learning data, and the like. In addition, although two operating parameters are referred to in the acoustic feature amount normalized model, it is not necessary to refer to two operating parameters as long as at least two or more operating parameters are referred to. The acoustic feature amount normalized model generated in this manner is stored in the sound source
<実施例4の音響モデル学習処理>
図15は、実施例4の音響モデル学習処理フローを例示する図である。図15におけるステップS10、S24~S25は、図14と同様である。
<Acoustic model learning process of the fourth embodiment>
FIG. 15 is a diagram exemplifying the acoustic model learning processing flow of the fourth embodiment. Steps S10 and S24 to S25 in FIG. 15 are the same as in FIG.
ステップS25に続いてステップS27では、音響モデル学習装置2Dは、音響特徴量変換装置1Dを使用して音響特徴量の規格化を行う。音響特徴量変換装置1Dの音響特徴量規格化部112は、稼動パラメータ取得部110で取得された稼動パラメータAと、稼動パラメータ取得部111で取得された稼動パラメータBと、音源モデル記憶部25に記憶された音響特徴量規格化モデルとを用いて、音響特徴量の規格化を行う。音響特徴量規格化部112によって、例えば、任意の稼動速度、圧力、外気温のときの音響特徴量が、指定された稼動速度、圧力、外気温のときの音響特徴量へと規格化された規格化後音響特徴量は、規格化後音響特徴量記憶部21に記憶される。
In step S27 following step S25, the acoustic model learning device 2D normalizes the acoustic feature quantity using the acoustic feature quantity conversion device 1D. The acoustic feature
ステップS27に続いてステップS15では、音響モデル学習部15は、規格化後音響特徴量記憶部21に記憶された規格化後音響特徴量を学習データとして、音響モデルの学習を行う。学習には、例えば、混合ガウスモデルや、サポートベクトルマシン、ニューラルネットワークなどの公知の手法を用いる。音響モデル学習部15によって学習された音響モデルは、音響モデル記憶部22に記憶される。
In step S15 following step S27, the acoustic
<実施例4の音響認識処理>
図16は、実施例4の音響認識処理フローを例示する図である。図16におけるステップS10、S24~S25は、図14および図15と同様である。
<Sound Recognition Processing of Example 4>
FIG. 16 is a diagram exemplifying the acoustic recognition processing flow of the fourth embodiment. Steps S10 and S24 to S25 in FIG. 16 are the same as in FIGS.
図16において、ステップS25に続いてステップS27では、音響認識装置3Dは、音響特徴量変換装置1Dを用いて音響特徴量の規格化を行う。音響特徴量変換装置1Dは、音響特徴量規格化部112において、稼動パラメータ取得部110で取得された稼動パラメータAと、稼動パラメータ取得部111で取得された稼動パラメータBと、音源モデル記憶部25に記憶された音響特徴量規格化モデルとを用いて、音響特徴量の規格化を行う。
In FIG. 16, in step S27 subsequent to step S25, the acoustic recognition device 3D normalizes the acoustic features using the acoustic feature conversion device 1D. Acoustic feature value conversion device 1D uses operating parameter A acquired by operating
ステップS27に続いてステップS16では、音響認識部16は、音響特徴量変換装置1Dによって規格化された規格化後音響特徴量と音響モデル記憶部22に記憶された音響モデルを用いて識別を行う。
In step S16 following step S27, the
ここで、図14に示した実施例4の音響特徴量規格化処理、図15に示した実施例4の音響モデル学習処理、図16に示した実施例4の音響認識処理の処理フローのそれぞれで、ステップS25と、ステップS26またはステップS27とは、その実行順番が入れ替わりうる。 14, the acoustic model learning process of the fourth embodiment shown in FIG. 15, and the acoustic recognition process of the fourth embodiment shown in FIG. The execution order of step S25 and step S26 or step S27 can be interchanged.
その際、例えば、音源分離部12から出力される分離後音響信号は、音源データ記憶部24に記憶されるとともに、音響特徴量規格化部112に入力される。音源モデルの学習は、音響信号に対して行われ、稼動パラメータにより規格化された規格化後音響信号が音響特徴量規格化部112から出力される。規格化後音響信号は、音響特徴量抽出部13に入力され、規格化後音響特徴量が出力される。
At this time, for example, the separated acoustic signal output from the sound
このように、実施例4によれば、認識対象タスクに関する学習データを十分に用意できない場合であっても、複数の稼動パラメータによりデータの規格化を行うことで、実効的なデータ量を拡張し、また、識別時にも同様のデータ規格化を行うことで、識別精度を向上させる。また、データセットの収録に必要な時間的、金銭的コストを削減し、必要なストレージ容量を削減し、機械学習のモデルを軽量化し、学習にかかる時間的コストを削減する。 As described above, according to the fourth embodiment, even if sufficient learning data regarding the recognition target task cannot be prepared, the effective amount of data can be expanded by standardizing the data using a plurality of operating parameters. In addition, by performing similar data standardization at the time of identification, identification accuracy is improved. It also reduces the time and money costs required to record datasets, reduces the required storage capacity, makes machine learning models lighter, and reduces the time cost of training.
<音響特徴量変換装置、音響モデル学習装置、および音響認識装置を実現するコンピュータ>
図17は、音響特徴量変換装置、音響モデル学習装置、および音響認識装置を実現するコンピュータを例示する図である。実施例1~4の音響特徴量変換装置1~1D、音響モデル学習装置2~2D、および音響認識装置3~3Dは、例えば、中央演算装置(CPU:Central Processing Unit)5300、主記憶装置(RAM:Random Access Memory)5400などを有する汎用または専用のコンピュータ5000に、音響特徴量変換処理、音響モデル学習処理、音響認識処理の各プログラムが読み込まれて構成された装置である。
<Computer Realizing Acoustic Feature Conversion Device, Acoustic Model Learning Device, and Acoustic Recognition Device>
FIG. 17 is a diagram illustrating a computer that implements the acoustic feature value conversion device, the acoustic model learning device, and the acoustic recognition device. Acoustic feature
コンピュータ5000は、例えば、主記憶装置5400と協働する中央演算装置5300の制御のもとで各処理を実行する。
The
コンピュータ5000は、中央演算装置5300、主記憶装置5400、入力装置5600(例えばキーボード、マウス、タッチパネル等)、および出力装置5700(例えば外部ディスプレイモニタに接続されたビデオグラフィックカード)が、メモリコントローラ5500を通して相互接続される。コンピュータ5000において、音響特徴量変換装置1~1D、音響モデル学習装置2~2D、および音響認識装置3~3Dを実現するための各プログラムがI/O(Input/Output)コントローラ5200を介してSSDやHDD等の外部記憶装置5800から読み出されて、中央演算装置5300および主記憶装置5400の協働により実行されることにより、音響特徴量変換装置1~1D、音響モデル学習装置2~2D、および音響認識装置3~3Dのそれぞれが実現される。
あるいは、音響特徴量変換装置1~1D、音響モデル学習装置2~2D、および音響認識装置3~3Dを実現するための各プログラムは、ネットワークインターフェース5100を介した通信により外部のコンピュータから取得されてもよい。音響特徴量変換装置1~1D、音響モデル学習装置2~2D、および音響認識装置3~3Dを実現するための各プログラムは、頒布可能な記憶媒体に格納され、読み取り装置によってこの記憶媒体から読み出されて取得されてもよい。
Alternatively, each program for realizing the acoustic feature
また、音響特徴量変換装置1~1D、音響モデル学習装置2~2D、および音響認識装置3~3Dの各処理部への入力、出力および処理の途中で算出されるデータは、例えば、主記憶装置5400へと格納され、必要に応じて他の処理にも用いられる。また、音響特徴量変換装置1~1D、音響モデル学習装置2~2D、および音響認識装置3~3Dの各処理部の少なくとも一部が集積回路などのハードウェアによって構成されていてもよい。
In addition, data calculated during input and output to each processing unit of the acoustic feature
また、音響モデル学習装置2~2Dが備える各記憶部は、RAMなどの主記憶装置5400や、ハードディスクや光ディスクやフラッシュメモリ(Flash Memory)のような補助記憶装置、またはデータベースのようなミドルウェアによって構成することができる。音響モデル学習装置2~2Dが備える各記憶部は、理論的な分割が行われていればよく、物理的にひとつの記憶装置に記憶されていてもよい。
Each storage unit provided in the acoustic model learning devices 2 to 2D is configured by a
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加や、削除、置換、統合、もしくは分散をすることが可能である。また実施例で示した各構成や各処理は、処理効率あるいは実装効率に基づいて適宜分散または統合してもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. In addition, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, replace, integrate, or distribute a part of the configuration of each embodiment. Further, each configuration and each process shown in the embodiment may be appropriately distributed or integrated based on processing efficiency or implementation efficiency.
1,1B,1C,1D:音響特徴量変換装置、2,2B,2C,3D:音響モデル学習装置、3,3B,3C,3D:音響認識装置、10:音響信号取得部、11,110,111:稼動パラメータ取得部、12,17:音源分離部、13,18:音響特徴量抽出部、14,112:音響特徴量規格化部、15:音響モデル学習部、16:音響認識部、19:音響特徴量拡張部、113:音源モデル学習部、21:規格化後音響特徴量記憶部、22:音響モデル記憶部、23:拡張後音響特徴量記憶部、24:音源データ記憶部、25:音源モデル記憶部、5000:コンピュータ 1, 1B, 1C, 1D: acoustic feature quantity conversion device, 2, 2B, 2C, 3D: acoustic model learning device, 3, 3B, 3C, 3D: acoustic recognition device, 10: acoustic signal acquisition unit, 11, 110, 111: operating parameter acquisition unit, 12, 17: sound source separation unit, 13, 18: acoustic feature amount extraction unit, 14, 112: acoustic feature amount standardization unit, 15: acoustic model learning unit, 16: acoustic recognition unit, 19 : Acoustic feature amount extension unit 113: Sound source model learning unit 21: Normalized acoustic feature amount storage unit 22: Acoustic model storage unit 23: Extended acoustic feature amount storage unit 24: Sound source data storage unit 25 : tone generator model storage unit, 5000: computer
Claims (8)
前記音源分離部によって分離された音響信号から音響特徴量を抽出する音響特徴量抽出部と、
音響特徴量規格化部または音響特徴量拡張部と、を有し、
前記音響特徴量規格化部は、
前記機器を音源とする音響信号と前記機器の稼動パラメータとの相関に基づく音響特徴量規格化モデルを用いて、稼動パラメータ取得部によって取得された前記機器の稼動パラメータをもとに、前記音響特徴量抽出部によって抽出された音響特徴量から、前記機器の特定の稼動パラメータのときの音響特徴量である規格化音響特徴量を生成し、
前記音響特徴量拡張部は、
前記機器を音源とする音響信号と前記機器の稼動パラメータとの相関に基づく音響特徴量拡張モデルを用いて、稼動パラメータ取得部によって取得された前記機器の特定の稼動パラメータをもとに、前記音響特徴量抽出部によって抽出された音響特徴量から、前記機器の任意の稼動パラメータのときの音響特徴量である拡張後音響特徴量を生成する
ことを特徴とする音響特徴量変換装置。 A sound source separation unit that separates an acoustic signal whose sound source is a target device from the acoustic signal acquired by the acoustic signal acquisition unit;
an acoustic feature extraction unit that extracts an acoustic feature from the acoustic signal separated by the sound source separation unit;
an acoustic feature normalization unit or an acoustic feature extension unit,
The acoustic feature amount normalization unit
The acoustic feature is obtained based on the operating parameter of the device acquired by the operating parameter acquisition unit using an acoustic feature amount normalization model based on the correlation between the acoustic signal having the device as the sound source and the operating parameter of the device. generating a normalized acoustic feature quantity, which is an acoustic feature quantity at a specific operating parameter of the device, from the acoustic feature quantity extracted by the quantity extraction unit;
The acoustic feature extension unit includes:
Based on the specific operating parameters of the device acquired by the operating parameter acquiring unit, the above 1. An acoustic feature quantity conversion apparatus, characterized by generating an expanded acoustic feature quantity, which is an acoustic feature quantity for an arbitrary operating parameter of said equipment, from the acoustic feature quantity extracted by an acoustic feature quantity extraction unit.
音響信号取得部によって取得された音響信号から、対象の機器を音源とする音響信号を分離する音源分離工程と、
前記音源分離工程によって分離された音響信号から音響特徴量を抽出する音響特徴量抽出工程と、
音響特徴量規格化工程および音響特徴量拡張工程のいずれか一方と、を有し、
前記音響特徴量規格化工程は、
前記機器を音源とする音響信号と前記機器の稼動パラメータとの相関に基づく音響特徴量規格化モデルを用いて、稼動パラメータ取得部によって取得された前記機器の稼動パラメータをもとに、前記音響特徴量抽出工程によって抽出された音響特徴量から、前記機器の特定の稼動パラメータのときの音響特徴量である規格化音響特徴量を生成し、
前記音響特徴量拡張工程は、
前記機器を音源とする音響信号と前記機器の稼動パラメータとの相関に基づく音響特徴量拡張モデルを用いて、稼動パラメータ取得部によって取得された前記機器の特定の稼動パラメータをもとに、前記音響特徴量抽出工程によって抽出された音響特徴量から、前記機器の任意の稼動パラメータのときの音響特徴量である拡張後音響特徴量を生成する
ことを特徴とする音響特徴量変換方法。 An acoustic feature conversion method executed by an acoustic feature conversion device,
A sound source separation step of separating an acoustic signal whose sound source is the target device from the acoustic signal acquired by the acoustic signal acquisition unit;
an acoustic feature quantity extraction step of extracting an acoustic feature quantity from the acoustic signal separated by the sound source separation step;
either one of the acoustic feature amount normalization process and the acoustic feature amount expansion process,
The acoustic feature amount normalization step includes:
The acoustic feature is obtained based on the operating parameter of the device acquired by the operating parameter acquisition unit using an acoustic feature amount normalization model based on the correlation between the acoustic signal having the device as the sound source and the operating parameter of the device. generating a normalized acoustic feature quantity, which is an acoustic feature quantity at a specific operating parameter of the device, from the acoustic feature quantity extracted by the quantity extraction step;
The acoustic feature amount expansion step includes:
Based on the specific operating parameters of the device acquired by the operating parameter acquiring unit, the acoustic An acoustic feature amount conversion method, comprising: generating, from the acoustic feature amount extracted by the feature amount extraction step, an expanded acoustic feature amount, which is an acoustic feature amount at an arbitrary operating parameter of the device.
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