JPH07199987A - 音声認識方法 - Google Patents

音声認識方法

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JPH07199987A
JPH07199987A JP6335323A JP33532394A JPH07199987A JP H07199987 A JPH07199987 A JP H07199987A JP 6335323 A JP6335323 A JP 6335323A JP 33532394 A JP33532394 A JP 33532394A JP H07199987 A JPH07199987 A JP H07199987A
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    • G10LSPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
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  • Signal Processing (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ユーザ(発声者)の感情状態、あるいは、疲
労度により導入される音声信号の変動を補償するような
音声認識システムを提供する。 【構成】 音声信号の認識率を高めるために、バイオ信
号を用いて音声信号を処理し、バイオ信号から得られた
基準点を用いて、識別すべき発声音を解析する。発声音
の周波数成分は、ユーザが興奮したり、疲労したときに
は、周波数に関して変化し、このバイオ信号のこの変化
を用いて、周波数的に移動する基準点を提供するもので
ある。この移動する基準点は、発声音の周波数成分の変
動を補償し、それにより、認識率を高める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、音声認識システムに関
し、特に、バイオ信号を用いた音声認識システムに関す
る。
【0002】
【従来技術の説明】従来、音声認識システムは、発声音
によって、コンピュータのような電子機器を制御するた
めに用いられてきた。図1は、パーソナルコンピュータ
10を含む音声認識装置を示し、このパーソナルコンピ
ュータ10には、ディスプレイ12とキーボード14
と、このパーソナルコンピュータ10内のカードスロッ
ト内に挿入されたオーディオカード/サウンド16とを
有する。マイク18を用いて、発声音をオーディオカー
ド/サウンド16内に提供する。このオーディオカード
/サウンド16は、Verbex Voice Systems, Inc.から
「SPEECHCOMMANDER」の商品名で販売さ
れている。
【0003】このオーディオ/サウンドカード16を用
いて、さらに、パーソナルコンピュータ10は、同社か
ら「LISTEN」の商品名で販売されているソフトウ
ェアパッケージと、Microsoft Corporationにより販売
されている「WINDOWS」の商品名で販売されてい
るソフトウェアパッケージを走らせて、音声認識を用い
て、パーソナルコンピュータ10の動作を口頭で制御し
ている。これらのシステムは、音声認識システムをトレ
ーニングモードにしておき、発声をマイク18に入力す
ることにより、ワード、または、発声音を認識するため
に、この音声認識システムをトレーニングすることによ
り動作する。その後、この音声認識システムは、トレー
ニングモードの間、発声された発声音を認識し、その発
声音に対応したコマンドを実行する。
【0004】通常、ユーザの日常の仕事の間、ユーザの
ボイスは、ユーザの感情状態、すなわち、ユーザの疲労
度に応じて変化する。このユーザのボイスの変化は、認
識率を低下させて、コンピュータのエラーとなり、ユー
ザが戸惑い、生産性が低下する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、ユーザ(発声者)の感情状態、あるいは、疲労度に
より導入される音声信号の変動を補償するような音声認
識システムを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題、すなわち、音
声信号の認識率を高めるために、本発明は、バイオ信号
を用いて音声信号を処理している。バイオ信号から得ら
れた基準点を用いて、識別すべき発声音を解析する。発
声音の周波数成分は、ユーザが興奮したり、疲労したと
きには、周波数に関して変化し、このバイオ信号のこの
変化を用いて、周波数的に移動する基準点を提供するも
のである。この移動する基準点は、発声音の周波数成分
の変動を補償し、それにより、認識率を高める。
【0007】
【実施例】図2の音声認識システムは、マイク18から
の音声信号とバイオモニタ装置30からのバイオ信号
が、加算回路32によって加算されて、オーディオカー
ド17に入力される。このバイオモニタ装置30は、ユ
ーザの指の1本に接着された接点36と、他の指に接着
された接点38との間のインピーダンスを測定する。も
ちろん、ユーザの皮膚の他の部分にこの接点を接着する
こともできる。このバイオモニタとしては、Radio Shac
k社によって、バイオフィードバックモニタ(bio-feedb
ack monitor)型番63−664の「MICRONAT
A(登録商品名) BIOFEEDBACK MONI
TOR」として販売されているものを用いる。
【0008】バイオモニタ装置30がRadio Shack社の
上記のモニタである場合には、このバイオ信号は、一連
のランプ状信号の形態である。そして、各ランプは、約
0.2m秒持続する。図3は、このバイオ信号を表し、
一連のランプ状信号42が、時間Tだけ離間している。
ランプ状信号42の間の時間Tは、接点38と接点36
との間のインピーダンスに関連する。ユーザがより興奮
状態のときには、接点38と接点36との間のインピー
ダンスは減少し、そして、この時間Tも減少する。ユー
ザが余り興奮状態でないときには、接点38と接点36
との間のインピーダンスは増加し、時間Tも増加する。
【0009】バイオモニタ装置30からのバイオ信号の
形態は、一連のランプ状信号以外の形態でもよい。例え
ば、このバイオ信号は、周期的に変化するアナログ信号
でもよく、また、バイオモニタ装置30により得られる
振幅、および/または、周波数でもよく、さらにまた、
バイオモニタ装置30により得られることに基づくデジ
タル信号でもよい。
【0010】ユーザの皮膚の2点間のインピーダンスを
表す信号ではなく、バイオ信号をモニタすることもでき
る。自律活動を表す信号もバイオ信号として用いること
ができる。この自律活動を表す信号の例としては、血
圧、脈拍、脳波、あるいは、他の電気的活性度、体型、
皮膚温度、特定の電磁波に対する等価率、あるいは、反
射率、あるいは、ユーザの感情状態を表す信号が考えら
れる。
【0011】このバイオモニタ装置30は、図4に示す
回路を有し、この回路は、接点38と接点36との間の
インピーダンスを表すバイオ信号を生成する。この回路
は、2つのセクション(部分)からなる。セクション1
を用いて、接点38と接点36との間のインピーダンス
を検知し、セクション2は、発振器として機能して、出
力コネクタ48で一連のランプ状信号を生成し、この発
振器の周波数は、セクション1により制御されている。
【0012】このセクション1は、接点38と接点36
との間のインピーダンスに基づいて、トランジスタQ1
のコレクタ電流Ic,Q1と電圧Vc,Q1とを制御する。この
実施例においては、インピーダンスセンサ50は、ユー
ザ(発声者)の皮膚に配置された接点38と接点36で
ある。この接点38と接点36との間のインピーダンス
は、セクション2の発振器周波数に比例して、ゆっくり
と変化するので、コレクタ電流Ic,Q1とコレクタ電圧V
c,Q1は、セクション2に関する限り一定である。キャパ
シタC3は、この電流と電圧を安定化するためのもので
ある。
【0013】セクション2は、発振器として機能する。
インダクタンスL1とキャパシタンスC1は、トランジ
スタQ3を開閉して発振を起こす。まず、パワーがター
ンオンすると、Ic,Q1は、ベース電流Ib,Q2を取り除い
てトランジスタQ2をターンオンする。同様に、Ic,Q2
は、ベース電流Ib,Q3を提供してトランジスタQ3をタ
ーンオンする。まず、インダクタL1を流れる電流は存
在しない。トランジスタQ3がターンオンすると、飽和
トランジスタ電圧Vce,Q3以下の電圧Vccがインダク
タL1にかかる。その結果、電流IL1は、 L(dIL1/dt)=VL1 に応じて増加する。電流IL1が増加すると、キャパシタ
C1を流れる電流Ic1は増加する。この電流IC1が増加
すると、トランジスタQ2からのベース電流Ib, Q2は減
少する。それは、電流Ic,Q1がほぼ一定だからである。
次に、これにより、電流Ic,Q2、Ib,Q3、Ic,Q3が減少
する。その結果、より多くの電流IL1がキャパシタC1
を介して流れ、さらに、電流Ic,Q3を減少させる。この
フィードバック構成により、トランジスタQ3をターン
オフさせる。ちなみに、キャパシタC1は充分にチャー
ジされており、電流IL1とIc1は、ゼロにドロップし、
これにより、電流Ic,Q1は、ベース電流Ib,Q2を再び取
り除き、トランジスタQ2、トランジスタQ3をターン
オンさせて、発振サイクルが再度スタートする。
【0014】電流Ic,Q1は、接点38と接点36との間
のインピーダンスにより左右されるが、これは、出力信
号の周波数とデューティサイクルを制御する。接点38
と接点36との間のインピーダンスが減少すると、ラン
プ状信号の間の時間Tも減少し、接点38と接点36と
の間のインピーダンスが増加すると、ランプ状信号の間
の時間Tも増加する。
【0015】この回路は、スイッチ64を介して接続さ
れる3Vのバッテリー源62により、電力が供給され
る。この回路は、さらに、可変抵抗66を有し、回路の
動作点をセットするために用いられる。この可変抵抗6
6を調整のほぼ中央点にセットするのがよい。その後、
この回路は、この動作点から接点38と接点36との間
のインピーダンスに基づいて変化する。さらにまた、こ
の回路は、スイッチ68とスピーカー70とを有する。
一方のコネクタがコネクタ48内に挿入されないと、ス
イッチ68は、出力コネクタ48ではなくスピーカー7
0に回路の出力を提供する。
【0016】図5は、加算回路32により用いられる加
算回路である。マイク18からの音声信号は、抵抗80
を通過し、バイオモニタ装置30からのバイオ信号は、
抵抗82を通過して、加算点84に入る。加算点84で
の信号は、オーディオカード17に入力される。抵抗8
0と抵抗82の抵抗値は等しく、あるいは、異なる場合
には、音声信号の強度とバイオ信号の強度とが異なるこ
とになる。例えば、この抵抗80と抵抗82は、100
Ωの抵抗値を有する。
【0017】音声信号とバイオ信号を、A/D変換器で
もって受信し、この2つのデジタル信号をデジタル加算
素子で加算することにより、加算回路32を実現するこ
ともできる。この加算素子の出力は、オーディオカード
17がデジタル入力を受け付けるときには、オーディオ
カード17にデジタル値として、オーディオカード17
がデジタル入力を受け付けないときには、加算素子の出
力は、D/A変換器を用いて、アナログ値に変換され
る。
【0018】図6は、オーディオカード17のブロック
図である。加算回路32からの信号は、90が受信し、
この90は、この信号をデジタル信号に変換して、この
デジタル信号をメモリ94に入力する。メモリ94は、
デジタル信号プロセッサ96が使用できるようデジタル
信号をストアする。デジタル信号プロセッサ96は、メ
モリ94にストアされた信号上で、高速フーリエ変換
(Fast Fourier Transorm:FFT)を実行する。この
FFTは、時間的にシーケンシャルに実行されて、加算
回路32からの信号を合成する周波数成分の一連のグル
ープを生成する。マイクロプロセッサ98は、デジタル
信号プロセッサ96を制御し、デジタル信号プロセッサ
96により実行されたFFTの結果を利用して、ユーザ
34の発声音を識別する。マイクロプロセッサ98は、
この発声音を、デジタル信号プロセッサ96により提供
された一連のグループの周波数成分とメモリ100内に
記憶されたテンプレートとを比較して識別する。発声音
が識別されると、マイクロプロセッサ98は、この発声
音と同一のものを、パーソナルコンピュータ10内の通
信バスを介してパーソナルコンピュータ10に転送し、
その結果、パーソナルコンピュータ10は、この発声音
に基づいた動作を行う。マイクロプロセッサ98は、In
tel Corporation製のマイクロプロセッサで、また、デ
ジタル信号プロセッサ96は、Texas Instruments社製
のTMS320CXXのデジタル信号処理チップの一つ
である。パーソナルコンピュータ10を制御するため
に、マイクロプロセッサ98により提供される発声音を
処理するソフトウェアは、CommandCorp. Inc.の商品名
「IN3 VOICE COMANND」で販売される
ソフトウェアパッケージ、あるいは、Microsoft Corpor
ationの商品名「WINDOWS SOUND SYS
TEM」で販売されているソフトウェアパッケージであ
る。この商品名「IN3 VOICE COMANN
D」で販売されているソフトウェアは、Microsoft Coro
porationの商品名「WINDOWS」で販売されている
プログラムのようなソフトウェアパッケージを用いたマ
ルチ環境下でパーソナルコンピュータ10の上で動作す
る。
【0019】メモリ100内に記憶された各テンプレー
トは、認識されるべき発声音に対応する。このテンプレ
ートは、トレーニングモードの間に形成されたものであ
る。このトレーニングモードの間に、ユーザ34は、認
識されるべき発声音のサンプルをマイク18に話しかけ
ることにより、そして、その際に、バイオモニタ装置3
0をユーザ34に装着することにより行われた。このト
レーニングモードの間、デジタル信号プロセッサ96
は、接点36からの信号に対し、一連のFFTを実行す
る。このFFTは、時間的にシーケンシャルで、これに
より、発声音を合成する周波数成分の一連のグループを
生成する。この周波数成分のグループを用いて、テンプ
レートを形成する。このテンプレートは、周波数成分の
複数のグループのシーケンスを含む。そして、この周波
数成分は、そのシーケンス内のそれ自身の位置、およ
び、バイオ信号から得られた基準周波数に対するその相
対的振幅(強度)とその位置により識別される。テンプ
レートを形成するのに用いられる基準周波数は、バイオ
信号の周波数成分で、この周波数成分を用いて、ユーザ
の感情状態、あるいは、ユーザの感情状態をモニタする
のに用いられるようなバイオ信号の特性から得られた周
波数である。このバイオ信号から得られた周波数成分
を、発声の間の沈黙期間の間サンプリングして、加算回
路32内のどの周波数成分が発声音から得られたのか、
あるいは、どの周波数成分がバイオ信号から得られたの
かの決定を容易にする。
【0020】このバイオ信号と音声信号は、加算回路3
2で加算されて、オーディオカード17に転送され、こ
のオーディオカード17で音声認識プロセスを実行す
る。パーソナルコンピュータ10内の他の場所で、音声
認識プロセスの一部、あるいは、全部を実行することも
可能である。例えば、FFTと比較操作がパーソナルコ
ンピュータ10により実行される場合には、オーディオ
カード17は、加算回路32とパーソナルコンピュータ
10との間のインタフェースとして機能し、例えば、A
/D変換と信号の記憶のような機能を実行する。
【0021】図7は、発声音、すなわち、音声信号を合
成する周波数成分の一連のグループから得られた周波数
成分の一つのグループを表している。簡単化のために、
ここでは、一つのグループの周波数成分のみが示されて
いる。発声音、すなわち、音声信号を合成する一連のグ
ループの周波数成分の特徴に対し、トレーニング期間中
に形成された一組のテンプレートに含まれる(複数の)
周波数成分の特性を比較することにより認識される。特
性、例えば、一連の発声音内の周波数成分の位置、周波
数成分の相対的強度、ゼロ周波数に対するその相対的位
置等が比較される。都合の悪いことに、ユーザの感情状
態が変化すると、その発声音の周波数成分は、ユーザが
興奮すると上昇し、疲労すると下降する。その結果、ゼ
ロ周波数に対する周波数成分の位置は、大きく変化し、
認識率を低下させてしまう。
【0022】図8は、発声音、すなわち、音声信号を合
成する一連のグループの周波数成分から得られた一つの
グループの周波数成分と、基準周波数frefとを表す。
この実施例においては、発声音、すなわち、音声信号を
合成する一連のグループの周波数成分の周波数に対する
トレーニング期間中に形成された一組のテンプレート内
に含まれる周波数成分(複数)の特性を比較することに
よって認識される。特性、例えば、一連の周波数成分内
の周波数の位置、周波数成分の相対的強度、および、周
波数frefに対する周波数成分の位置が比較される。基
準周波数frefが得られるのは、FFTが音声信号とバ
イオ信号の和に対し実行されるとき、あるいは、バイオ
信号に対してのみ実行されるときの何れかである。発声
音の間の沈黙期間中に、加算回路32から得られた加算
回路32からの信号に対し、FFTを実行することによ
ってもfrefを決定することもできる。これにより、加
算回路32からの信号内のどの周波数成分が発声音から
得られたものか、および、どの周波数成分がバイオ信号
から得られたものかを区別することが容易となる。
【0023】基準周波数frefは、バイオ信号から得ら
れ、その結果、ユーザの感情状態により、周波数が上昇
したり下降したりする。図3のバイオ信号と比較する
と、バイオ信号のランプ状信号42間の時間Tは、ユー
ザの感情状態により変化する。それゆえに、バイオ信号
のFFT、あるいは、バイオ信号と音声信号の和のFF
Tを用いて、ユーザの感情状態と共に変化する基準周波
数frefを決定してもよい。
【0024】図9は、ユーザがより興奮し、基準周波数
refが周波数軸を右側に移動した状態を表す。周波数
成分f1、f2、f3も同時に右側に移動している。そ
の結果、周波数成分f1、f2、f3の基準周波数f
refに対する位置は、ゼロ周波数に対するその相対的位
置よりも変化が少ない。この認識プロセスは、周波数成
分f1、f2、f3の基準周波数frefに対する位置
と、ユーザの興奮状態の変化と、発声音の周波数成分の
対応周波数の変化を用いて実行しているので、その認識
プロセスは、認識率に対し影響が少ない。
【0025】バイオ信号と発声音の周波数成分との間の
関係は、使用者毎に必ずしも同一ではなく、そのため、
認識システムを校正するのが望ましい。校正が実行され
ないと、frefは、fbに等しいようにセットされる。そ
して、このfbとは、ユーザの感情状態をモニタするた
めに使用される周波数成分、あるいは、そのバイオ信号
周波数成分から得られた周波数成分である。周波数fb
と音声信号の周波数成分との間の関係の変化は、次式に
用いられる値Δを決定することにより補償することがで
きる。 fref=fb+Δ (1)
【0026】図10は、パーソナルコンピュータ10、
または、オーディオカード17内のプロセッサにより実
行されるプログラムで、校正プロセスを実行するもので
ある。初期化後、校正プロセスは、ステップ120から
スタートし、このステップ120では、Δの値は、ゼロ
にセットされ、その結果、基準周波数frefは、周波数
bに等しくなる。ステップ122において、修正コマ
ンドが受領されたか否かが決定される。修正コマンドが
受領されなかった場合には、ステップ124を実行し
て、不能コマンドが受領されたか否かが決定される。不
能コマンドが受領されなかった場合には、ステップ12
2を実行する。不能コマンドが受領された場合には、f
refは、ステップ120を実行することにより、fbに等
しくセットされる。その結果、Δはゼロである。修正コ
マンドが、ステップ122で受領されると、ステップ1
26が実行される。このステップにおいて、Δの値は、
δプラスの現行値に等しくセットされる。この変数δ
は、例えば、10である。ステップ128において、ユ
ーザは、認識テストを実行するよう指示され、そのテス
トを完了したときにエンドコマンドを入力する。この認
識テストは、ユーザが数個のコマンドをマイク18内に
話して入力して、許容可能な認識率が得られたか否かを
決定する。ステップ130において、Δが、Δの現行値
マイナス2δの値に等しくセットされる。ステップ13
2において、ユーザが認識テストを実行するよう再度指
示されて、このテストが完了すると、エンドコマンドを
入力するよう指示される。決定ステップ136で第1テ
ストが最適である場合には、ステップ138が実行さ
れ、第2テストが最適の場合には、ステップ140が実
行される。ステップ138で、Δの現行値プラス2δの
値に設定される。そして、ステップ140で、Δの現行
値は、Δの新規な値として保持される。ステップ14
0、または、138を実行した後、ステップ122とス
テップ124が実行されて、ループ動作を用いて修正コ
マンド、あるいは、不能コマンドを検知する。
【0027】一旦、Δの値が決定されると、音声信号の
周波数成分が周波数frefに関して解析される。このf
refは、バイオ信号から得られた周波数fbとΔの和に等
しい。
【0028】パーソナルコンピュータ10、あるいは、
オーディオカード17内のプロセッサは、この校正プロ
グラムを実行可能である。パーソナルコンピュータ10
が校正プログラムを実行すると、パーソナルコンピュー
タ10は、FFTを実行するデジタル信号プロセッサ、
および/または、音声認識を実行するプロセッサと、パ
ーソナルコンピュータの内部バスを介して通信(会話)
する。この校正プログラムを実行するのに必要なソフト
ウェアは、パーソナルコンピュータ10上で動作できる
ものであり、また、このパーソナルコンピュータ10
は、Microsoft Corporationから商品名「WINDOW
S」で販売されているプログラムのようなマルチアプリ
ケーションプログラムを用いて実行される。また、ユー
ザは、ディスプレイ12とキーボード14を介して、こ
の校正プログラムと通信(会話)することができる。
【0029】音声信号とバイオ信号を個別にオーディオ
カード17に入力することもできる。この場合、FFT
は、バイオ信号と音声信号の和に対し実行されるか、あ
るいは、FFTは、個別の信号に対して実行してもよ
い。FFTが個別に実行されると、バイオ信号のFFT
は、frefを決定するのに用いられる。
【0030】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、バ
イオ信号を用いて、基準信号をユーザの感情状態に対応
して変化させることにより、音声認識装置の認識率を向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】オーディオカードとマイクとを有するパーソナ
ルコンピュータを表すブロック図。
【図2】本発明による音声信号とバイオ信号を有する音
声認識システムを表すブロック図。
【図3】図2のバイオモニタにより生成されたバイオ信
号を表す図。
【図4】バイオモニタ装置内の回路図。
【図5】加算回路図。
【図6】オーディオカード17のブロック図。
【図7】発声音の周波数成分を表す図。
【図8】発声音の周波数成分を表す図。
【図9】発声音の周波数成分を表す図。
【図10】校正プログラムを表すフローチャート図。
【符号の説明】
10 パーソナルコンピュータ 12 ディスプレイ 14 キーボード 16、17 オーディオ/サウンドカード 18 マイク 30 バイオモニタ装置 32 加算回路 34 ユーザ 36、38 接点 42 ランプ状信号 48 出力コネクタ 50 インピーダンスセンサ 62 3Vのバッテリー源 64、68 スイッチ 66 可変抵抗 70 スピーカー 80、82 抵抗 84 加算点 92 A/D変換器 94 メモリ 96 デジタル信号プロセッサ 98 マイクロプロセッサ 100 メモリ L インダクタ C キャパシタ Q トランジスタ 120 Δ=0にセット 122 修正コマンドか? 124 不能コマンドか? 126 Δ=Δ+δにセット 128 第1テストを要求しエンドコマンドを待つ 130 Δ=Δ−2δにセット 132 第2テストを要求しエンドコマンドを待つ 134 テストの選択を要求 136 最適テストは? 138 Δ=Δ+2δにセット 140 Δ=Δにセット
フロントページの続き (72)発明者 ジアン−ツ ヒジー アメリカ合衆国、07733 ニュージャージ ー、ホルムデル、タコルサ ドライブ 13

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ユーザの発声音を認識する音声認識方法
    において、 (A)ユーザの発声音を信号に変換するステップと、 (B)修正信号を生成するために、ユーザから得られた
    バイオ信号と前記信号とを結合するステップと、 (C)前記修正信号を音声認識システムに入力するステ
    ップとからなることを特徴とする音声認識方法。
  2. 【請求項2】 (D)基準信号を生成するために、前記
    バイオ信号から得られた周波数を利用するステップと、 (E)前記発声音を認識するために、前記基準信号に関
    し、前記信号の周波数成分の位置を利用するステップと
    をさらに有することを特徴とする請求項1の方法。
  3. 【請求項3】 前記バイオ信号から得られた周波数は、
    前記バイオ信号の周期性に関連することを特徴とする請
    求項2の方法。
  4. 【請求項4】 前記バイオ信号は、ユーザの自律活動、
    感情状態、インピーダンスのいずれかに関連することを
    特徴とする請求項1の方法。
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