JPS60237494A - パタ−ンマツチング方式 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、音声認識装置に用いるパターンマツチング方
式に係り、特に音声情報の圧縮を行った標準パターンデ
ータを＠元して類似度計算および照合処理を行うのに好
適なパターンマツチング方式に関する。

〔発明の背景〕

従来の音声認識装置では、音声データの圧縮が十分でな
く、各種業務に用いる場合にフロッピーディスクなどの
補助記憶装置に記憶すべき標準パターンのデータ量が膨
大となり、フロッピーディスクなどでは１枚の媒体に記
憶可能なパターン数が少なくなるという欠点があった。

また上位計算機に設けた補助記憶に標準パターンデータ
を格納する形態もよくとられるが、上位計算機からのデ
ータ転送時間が大きくなりシステムの運用上の問題があ
った。又、特開昭５７−１７８３００号・「音声自動認
識方式」Ｋみるように情報圧縮された例も一部あるが、
入力音声のサンプル情報を入力音声の語２句、音韻の長
さおよび発声の時間変化、音量の時間変化に関係なく一
定数のセグメントにグループ化するよう圧縮しているた
め、認識率の低下がみらね実用的ではなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した従来の問題点を解消し、認識
率を低下させることなく、記憶すべき標準パターンのデ
ータ量を低減する□ことが可能なパターンマツチング方
式を提供するにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明においては、標準パタ
ーンを記憶する際、フレーム間相関の高い連続フレーム
な一フレームに圧縮して記憶し、か・つ、圧縮されたフ
レーム数に関する情報を復元用制御データとして記憶し
ておき、マツチング処理時に、前記圧縮された標準パタ
ーンと該復元用制御データを用いて、入力音声パターン
の認識を実行する。復元用制御データは記憶手段から、
圧縮された標準パターンを、圧縮されたフレーム数だけ
繰り返しアクセスするために用いるか、圧縮された標準
パターンと入力音声パターンとの間の距離計算の演算を
一回分に限定するために用いる。すなわち、本発明にお
いては、単に圧縮するだけでは認識率が低下するため復
元処理を行う必要があるので、その復元の方法および具
体的に実現するために高集積回路化する場合の制約を考
慮したデータアクセス方法・演算方法を提供し、復元に
費する繰り返しメモリアクセス回数の低減および演算量
低減によるシステム全体のスループット向上をはかるた
め忙、制御データによって繰り返しの有無を判定する簡
羊な構造を考えさらに演算制御のシーケンスを変更する
こととした。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図〜第６図により説明する
。

第１図は本発明が実施されるパターンマツチング装置の
全体構成を示し、第２図は音声データ圧縮の原理を説明
するためのもの、第３図は標準パターンデータの格納お
よび復元処理を示すものである。

第１図から第３図を用いて第１の実施例を述べる。

第１図で、パターンマツチング装置は、マイコン１の制
御により動作するもので、具体的には、２〜１０からな
る。図示していない音声入力部および分析部を経由して
マイコンｌに転送された入力音声パターンの特徴ノくラ
メータは、マイコンｌよりマイコンインタフェース３を
°経由してデータバスト　ｅを介し入力フレームメモリ
４に転送される。パターンマツチング装置（２〜１０）
は、制御部７にマイクロプログラムを内蔵しており、イ
ニシャライズ時にマイコン１からの制御信号群ｉ−ｇを
う日″、データ量くストｅよりパラメータを入力し、所
定のプログラムに分岐し、パラメータに応じた処理を行
う。パターンマツチング装置にとっては、取り扱う標準
パターンを格納する標準パターンメモリの先頭アドレス
と標準パターン数、照合処理内容。

判定閾値などが予めパラメータによって設定される必要
があり、前述のイニシャライズ時のパラメータ入力によ
り実施される。このようにイニシャライズされたパター
ンマツチング装置は、制御部７よりの指令信号群１−　
ｍ　−３によりメモリインタフェース６を駆動し中間結
果メモリ２に対してやはりイニシャライズ処理を行った
後に、マイコン１に対して制御部７より、データバスト
ｅを介して、イニシャライズ終了ステータスを送出する
。このステータスを検出したのちにマイコン１は、前述
のようにデータ量くスト　ｅを介して％徴パラメータを
入力フレームメモリ４に転送する。パターンマツチング
装置（２〜１０）は、入力フレームデータが入力フレー
ムメモリ４に設定されたことを制御信号群１−　ｍ　−
１を介し制御部７で検出し、パターンマツチング処理に
分岐する。

ここでパターンマツチング処理とは、入力音声パターン
の特徴パラメータと標準パターンの特徴パラメータとの
フレーム対応の距離計算と、単語全体としての照合処理
の双方を総称するものである。したがって、制御部７は
、メモリインタフェース部６を、標準パターンメモリア
クセス状態として、予め指定された先頭アドレスから標
準パターンデータＹ４を順次読み出し、並を 行して制御信号群１−ｍ−２により距離計算部５を駆動
し、標準パターンの特徴パラメータの読み出しと同期し
て入力フレームメモリより特徴パラメータｘＪ２を読み
出して所定の処理、たとえば次式に示すようなチェビシ
ェフ距離をめる。

ｄす＝＝　７　（ｘ４　ｙ４　）　・・・・・・・・・
・・・・・・・・（１）Ｊ＋＝ｌ　？ ｄＬ／−は入力音声パターンと標準パターンの特徴パラ
メータ間のフレーム毎の特徴量の差を示すもので、照合
部８に送出され、単語全体としての照合処理をほどこさ
れる。

照合処理の内容として、例えばＦ式のごとき連続ＤＰ処
理（特願昭５１３−１０５７１６号「パターンマツチン
グ方式」参照）を行う場合を考える。

ノＣ（”＋７　）　ｒ　Ｃ（Ｌ−１＋／−１）　Ｉ　Ｃ
（Ａ−２，７−１）　＋　Ｃ（’−１＋／−”）・・・
） 前記の照合処理は、制御部７よりの制御信号群１−ｍ　
−４により、照合部８に指令される。

具体的には距離計算部５の出力１−Ａすなわちｄ（Ｌ、
、２）を入力した照合部８は、式（２）をめるために、
制御部７により駆動されたメモリインクフェース部６に
よってアクセスされた中間結果メモリ２の内容すなわち
Ｄ（＃−、？）などを、入力し所定の処理を行う。ここ
で判定部１０は、式（２）でめたマツチング値を用いて
、最終的な値をめるとともに、局所的極小値をめるが本
発明では中心となる要素でないためこれ以上の説明は省
く。照合部８２判定部ｌＯについては、例えば特開昭５
７−８３８８０号「マツチング方式切換制御方法」を参
照されたい。

本発明に関係する圧縮された音μ標率パターンを復元す
る具体的手段は、標準パターンメモリ２内に格納された
制御データと距離計算部５に付加された情報復元部とか
らなる。第２図に示すように、本発明において適用され
る音声データ圧縮の原理は、隣接する複数フレームの間
の特徴パラメータの差を用い、その差がおる閾値を下ま
わったときに、該当複数フレームを一フレームで表現す
る方法である。具体的には、隣接フレームとの特徴量の
差：ΔがΔ≦θの条件を満たすときｆＬ＋１を、ｆＬと
する但しΔは以下の通り。

この場合、その−フレームが該当する複数フレームの幾
つに相当するかを示すため、第３図に示すように、標準
パターンメモリ内に、繰り返しフレーム数を示す制御デ
ータを格納し１、例えばそハ、がｎフレームのくりかえ
し７の場合はｎ　−１を制御データとする。第３図にお
いて、ＦＥはフレームエンドビットを示し、ＦＥ＝Ｏの
ときは、フレームエンドを意味する。そしてＦＲＡＭＥ
ＬＥＮＧＴＨ／ＲＥＰＡＴ　ＦＲＡＭＥとしてわりあて
られた６ビントはＦＥ＝１のときはフレーム長を、Ｆ　
Ｅ　＝　Ｏのときは、繰り返しフレーム数を示す。

同図には縁り返しフレーム数が２のときの例が示されて
℃・る。すなわち、標準の特徴パラメータ・１ノン一ム
分を示すデータの最後にｎフレームの繰り返しの場合の
制御データを格納するため、ｎ−１を制御データとする
。すなわち３フレームが１フレームに圧縮されると制御
データは２となり、′ｒ））報復元部で判定し、同一デ
ータをもう２回繰り返してアクセスする。

この情報復元処理では、前記制御データを、判定した情
報復元部が、制御部７に対して制御信号群１−ｍ　−２
及びデータバスｉ、　−ｐを用いて、復元の有無と繰り
返しフレーム数を伝達し、制御部７は、それにもとづき
復元有りのとき、制御信号群１−　ｍ−３をメモリイン
タフェース部６に送り、標準パターンメモリアドレスヲ
該当フレームの先頭アドレスに設定する。なお、距離計
算部５内の情報復元部の具体的構成は、第２の実施例に
おいて詳述するので参照されたい。

以上に述べた実施例は、中間結果メモリと標準パターン
メモリ２のアドレストｈ、データ１−ｊ、制御信号１−
＝が共通バスでない場合に有効なものである。

すなわち、前記した距離計算と照合処理をパイプライン
的に処理しようとすると、中間結果メモリ、標準パター
ンメモリを並行してアクセスする必要があり、そのため
各々のメモリに対して専用のアドレス、データ、制御信
号を設ける必要がある。（第１図には一対しか図示され
ていないが。）ただしこのパターンマツチング装置を高
集積回路化する場合には、入出力ピン数の増大が大きな
問題となることがあり、その場合には、ピン数の制約と
処理速度のバランスをとる必要がある。

以下に述べる本発明の第２の実施例は、上記した要求に
対するもので、中間結果メモリ、標準ハターンメモリの
アドレスバス、データバスを共通化してピン数を削減し
、共通化による速度低下を防止するために、情報復元時
に同一データの繰り返しアクセスをさけ、距離計算処理
を１回に限定し、メモリアドレスバス、データバスを中
間結果メモリ用に開放する。この機能を実現するため、
すでに述べたように、１回分の距離計算を完了したのち
に距離計算部５内の情報復元部で、標準パターンメモリ
２内の制御データを判定し、制御信号群１−ｍ　−２と
データノくストｐを用い、制御部７に対して情報復元の
有無と繰り返しフレーム数を伝達し、制御部７が距離計
算部５を制御し、情報復元有りの場合には該当する複数
フレームの間の距離計算を停止し、照合部８に対して同
一のｔｌｉ＝ｉ　（距離計算値）を転送する。

第２の実施例を第４図〜第６図を用いて詳述する。

第４図に距離計算部５の構成を示す。Ｘレジスタ５１．
Ｘレジスタ５２．加算器５３．絶対値回路５４、加算器
５５及び出力レジスタ５６は、クロックＣＩ、Ｃ２及び
Ｃ３を用いて、入力特徴パラメータＸ亡と標準特徴パラ
メータＹ外入力として、ｘ：　ｙ；の差の絶対値処理を
行いさらにその死相処理を行い、ｄＬｉをめる距離計算
処理体の機能を達成する。ｄＬｊをめたのちに、制御情
報レジスタ５７は、クロックＣ４に応じて前記したよう
な標準パターンメモリ２内の復元用制御データを人力す
る。距離計算部５内の制御メモリ６１は前記ｄＬｉをめ
ると、ネクストアドレス・マルチプレクサ５９によりプ
ログラムを分岐させ、制御情報レジスタ５７内のＦＥピ
ットを条件判定回路５８により判定しＦＥ＝Ｏの場合に
は、制御情報レジスタ５７内の下位６ピツトのノン・ゼ
ロ・チェック結果（ノン・ゼロ・チェッカー６３出力）
を条件判定回路５８で判定して、ノン・ゼロのときに、
復元有りとして、制御部７に制御信号群１−ｍ−２を介
して、復元有りという情報（１ビツト）と１−１）を介
して繰り返しフレーム数を返送する。

条件判定回路５８の詳細を第５図、その動作説明のため
のフローを第６図に示す。図中、入力信号群Ｋｏ　、Ｋ
ｌ　、に２　、に３は制御メモリ６１の出力の一部であ
り、条件判定回路５８のコントロールを行うものである
。第５図から明らかなように、ＫＯ〜に３が（０００１
）のとき、ＣＣ１が１となり、制御情報レジスタ５７の
出力中、ＦＥがＯのとき、Ｓ＝１となり、ネクストアド
レス・マルチプレクサ５９は制御メモリ６１からのアド
レスｔを選択し、制御メモリ６１はＫＯ〜に３として、
（０１１１）を出力するとともに、レジスタ５７の下位
６ビツトをノン・ゼロ・チェッカー６３に送る。それに
応じてＣＣ７が１となり、条件判定回路５８は下位６ピ
ツトの信号のノン・ゼロ畢チェッカー６３の出力の判定
を行い、Ｓ＝１のとき、ネクストアドレス・マルチプレ
クサ５９は制御メモリ６１からのアドレスｔを選択し、
そのアドレスに応じて、制御メモ１Ｊ６１は制御情報レ
ジスタ５７の内容（繰り返しフレーム数）をデータバス
ト１）に出力させるとともに、制御信号群１−　ｍ　−
２に復元有りという情報を送出する。制御部７は、この
情報を受けると、再び１−ｍ−２を用いて、同一のｄ、
Ｌｔを送出するように、距離計算部５を駆動する。なお
６０はネクストアドレス・マルチプレクサ５９に付属し
たアドレス・インクリメンタであることは言うまでもな
い。

したがって第１図において照合部８はこの間、メモリイ
ンタフェース６を占有し、中間結果メモリ２をアクセス
し照合処理を行う。この構成により、圧縮の程度には依
存するものの、バス共通化による処理速度低下を、防止
することができる。すなわち、本実施例のごとき方法を
とらず、第１図においてバス共通化を実施し、標準パタ
ーンメモリの繰り返しアクセスを行う場合には、距離計
算、照合処理を直列的に行う必簑があり速度低下につな
がるが、本実施例ではその点を緩和できる。経験的に、
２〜３フレームを１フレームに圧縮しても認識率の低下
は少ないという事実がわかっており、単純に考えても、
距離計算、照合処理を直列的に処理した場合に比較し、
約３０％程度の速度向上がはかれる。

〔発明の効果〕

（１）音声データを圧縮し標準パターンメモリに記憶す
ることが可能となり音声認識装置の小型化、ホストコン
ビーータとの転送時間を短縮できる。

（２）前項の音声認識装置において、圧縮された音声デ
ータを復元し、パターンマツチングを行い認識率低下を
防止することができる。

（３）前項の音声認識装置において、高集積回路化が可
能なパターンマツチング装置を与えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパターンマツチング装置の一実施例を
示す図、第２図は音声データ圧縮の原理を示す図、第３
図は標準パターンデータの格納および、復元処理を示す
図、第４図は本発明の第２の実施例に対する一部詳細図
であり、距離計算部５内の情報復元部および演算制御部
。 距離計算部５内の構成を示す図、第５図は第４図中の条
件判定回路５８の詳細回路を示す図、第６図は第４図の
距離計算部の動作を説明するための７０−チャートを示
す図である。 １はマイコン、２は中間結果メモリと標準パターンメモ
リ、３はマイコンインタフェース、４は入力フレームメ
モリ、５は距離計算部、６はメモリインタフェース、７
は制御部、８は照合部、９はクロックパルスゼネレータ
、１０は判定部である。又、Ｍはマスクビット、ＦＥは
フレームエンドビット、ＦＲＡＭＥ　ＬＥＮＧＴＨはフ
レーム長（ＦＥ＝１）、ＲＥＰＥＡＴ　ＦＲＡＭＥは繰
り返しフＩ／−４（ＦＥ＝Ｏ）、５１は入力特徴パラメ
ータｘＪ２格納用のＸレジスタ、５２は標準特徴パラメ
ータＹフ格納用のＸレジスタ、５３　、５５は加算器、
５４は絶対値回路、５６はｄＬｉ用出力レジスタ、５７
は制御情報レジスタ、５８は条件判定部、５９は制御メ
モリ６１用のアドレスマルチプレクサ、　６０は同メモ
リ用アドレスインクリメンタ、６２は同メモリ出力を格
納しデコードする命令レジスタ、デコーダ、６３は５７
出力のＮｏｎｚｅｒｏ　ｃｈｅｃｋｅｒである。なお０
１〜Ｃ４は各レジスタとり込みｃｌｏｃｋである。 千５図 ９８ 茗　乙　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　標準パターンを記憶し、記憶された該標準パターン
   と入力音声パターンとをフレーム単位で距離計算を行い
   、さらに全体としての照合を行う音声認識装置において
   、該標準パターンを記憶する際、フレーム間相関の高い
   連続フレームを一フレームに圧縮して記憶するとともに
   、圧縮されたフレーム数に関する情報を制御データとし
   て記憶しておき、マンチング時に、前記圧縮された標準
   パターンと前記制御データを用いて前記入力音声パター
   ンの認識を行うことを特徴とするパターンマツチング方
   式。 ２、前記制御データを用いて、前記圧縮された標準パタ
   ーンを圧縮されたフレーム数だけ繰り返しアクセスして
   処理することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   パターンマツチング方式。 ３、前記制御データを用いて、前記入力音声パターンと
   前記圧縮された標準パターンとの距離計算の演算を一回
   分に限定したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のパターンマツチング方式。