JPS61123890A - パタンマツチング装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、特徴ベクトルの時系列からなる２つのパタン
−間の距離計算の動的計画法を利用し、音声認識などを
行うパタンマツチング装置に関する。

（従来技術とその問題点） 音声などのパタンを認識する手段として従来から種々の
方法が試みられている。それらのうちで比較的簡単でか
つ有効な方法としてパタンマツチング法がある。パタン
マツチング法では認識対象を特徴ベクトルの系列で表現
し標準パタンとして記憶させておき、認識しようとする
パタン（入力パタンと呼ぶ）と比較し最も類似性の高い
、すなわち距離の小さい標準パタンを選択し、その標準
パタンの属するカテゴリを認識結果として出力する。

その時音声パタンを比較し類似性の尺度（以下、距離と
いう）を求める方法としては、従来がら動的計画法を用
いた非線形なマツチング法が使用されている。（特公昭
５６−２８２７８号公報）以下に、この方法の原理を簡
単に説明する。音声パタンは、一般に特徴ベクトルの時
系列で表現され、 Ａ＝ａＩＩａ２１ａ３１・・・・１ａＩｌ・・・・ａＩ
ここで ａ＋”　”１１”２＋””””Ｎρ は、音声の時刻ｉにおける特徴を示すベクトルであり、
たとえばＮチャンネルの周波数分析により得られるもの
が使用できる。このパタンと、以下のＢ＝＝ｂ、、ｂ２
．ｂｊ、・・・・、ｂｊ・・・・＋ｂＪとを比較する場
合を考える。パタンＡの時間軸をｉ、パタンＢの時間軸
をｊとすると、両パタンの時間正規化は、ｉをｊに写像
する歪関数 ｊ＝ｊ（ｉ） を求める事と等しい。すなわち、写像を受けたＡとＢと
のパタン間距離が最小になる歪関数を求める事が、両パ
タンの最適な時間正規化マツチングを行う事である。そ
の時の距離りは、次のように定義できる。

■ Ｄ（Ａ、Ｂ）　＝　ｍｉｎ　［１ｄ（ｉ、ｊ）］ｊ＝ｊ
（ｉ）　１＝ｔ ｄ（ｉ、　ｊ　）は、ベクトルａｉ、　ｂｊ間の距離で
ある。従来方式において、例えば前記の参考文献　　（
特公昭５６−２８２７８号公報）では、以下の漸化式に
よって距離Ｄ（Ａ、Ｂ）を得ている。

次に、図面を用いて従来のパタンマツチング装置を説明
する。第５図は、その原理を示すブロック図であり、標
準パタン格納部１、入力パタン格納部２、距離計算部３
、漸化式計算部１１、累積距離メモリ部９、結果判定部
１０からなる。

距離計算部３では標準パタン格納部１、入力パタン格納
部２よりそれぞれ人カパタンと標準パ夕′を　　　　　
。・読み込み、ベクトル間距離ｄ（ｉ、ｊ）を計算する
。漸化式計算部１１では（１）式に示す漸化式に従って
累積距離ｇ（ｉ、ｊ）を計算する。得られたｇ（ｉ、ｊ
）はその都度累積距離メモリ部９に記憶される。以上の
計算をｉ＝ｉ、ｊ＝Ｊまで行い、得られたｇ（Ｉ、Ｊ）
が求める距離Ｄ（Ａ、Ｂ）となる。距離Ｄ　（Ａ、　Ｂ
　）はすべての標準パタンに対して求められ、結果判定
部１０ではそれらの距離のうち、最も小さいものを最終
結果として出力する。

上記の例で（１）漸化式では、標準パタンと入力パタン
の対応を第６図に示したように部分的に制限（以下、傾
斜制限という）している。この傾斜制限は、整合の柔軟
性を決定するという意味を持つ。

すなわち、傾斜制限の傾きの範囲が大きく、またバスの
数も多い場合は、整合の柔軟性は増すといえる。しかし
、その反面計算量は増えてしまうどういう欠点を持つ。

音声パタンには通常非常に伸縮しやすい部分もあり、は
とんど伸縮しない部分もある。一種類だけの傾斜制限で
マツチングを行うとすると、実際の伸縮の度合いに対応
できない部分が生じるため誤認識となったり、また、は
とんど伸縮がない部分では余分な計算を行うため、計算
量が大きくなる。もし、このような一種類の傾斜制限を
用いて伸縮度の大きいパタンの誤認識をなくすためには
、傾斜制限の範囲及び数を充分にとる以外に方法がなく
、結果として計算量が膨大になってしまう。この問題を
解決するためには、局所的の傾斜制限を制御する方法が
考えられる。

その例として、標準パタンのフレームごとに伸縮量の最
大値、最小値を記憶しておき、その範囲でパタンマツチ
ングを行うという方法が特公昭５９−２６９６０号公報
に述べられている。しかし、この方法では、与える情報
が伸縮量の最大値、最小値のみであるため、許容する傾
斜を制御することはできても傾斜制限の形に多様性をも
たせる事ができない。特に引例における傾斜制限の形で
は、入力パタンの時間軸を滑らかに圧縮する事はできる
が、標準パタンの時間軸を滑らかに圧縮することはでき
ない。そのため、非現実なマツチングを行う事もあり、
誤認識になるという欠点があった。

また、標準パタンのフレームごとに最大値、最小値を記
憶しなければならないため、多くのメモリ容量が必要に
なるという欠点があった。

（発明の目的） 本発明は、以上述べたような従来の欠点を解決し、実際
のパタンの伸縮に合致した、しかも、計算に無駄の少な
いマツチングを実現できるパタンマツチング装置を実現
することにある。

（発明の構成） 本発明によるパタンマツチング装置は、入力パタンを格
納する入力パタン格納部と、標準パタンを格納する標準
パタン格納部と、標準パタンのフレームごとに定められ
た傾斜制限情報を記憶する傾斜制限情報格納部と、前記
入力パタン格納部の入力パタンと、標準パタン格納部の
標準パタンとを読み込み距離を計算する距離計算部と、
動的計画法に従ったマツチングを行う複数の漸化式計算
部と、前記漸化式計算結果を格納する累積距離メモリ部
と、前記傾斜制限情報格納部の傾斜制限情報に従って、
前記の複数の漸化式計算部のうち対応する漸化式計算部
を選択するマツチング制御部と、前記累積距離メモリ部
において得られた距離から認識結果を求める結果判定部
とを含んで構成される。

（本発明の原理） 従来の欠点をなくし、実際の伸縮に合致したパタンマツ
チングを実現するためには、標準パタンの局所的な伸縮
度に適した傾斜制限をフレームごとに設定し、その情報
に従ってマツチングを行う必要がある。

本発明によるパタンマツチング装置では、傾斜制限情報
格納部と数種類の漸化式の計算が可能なパタンマツチン
グ部と備えることによって、これを実現できる。すなわ
ち、標準パタンで、伸縮度の大きいフレームでは、傾斜
制限の範囲を広く、かつ、パスの数も増やした漸化式を
、逆に伸縮度の小さいフレームでは、傾斜制限の範囲を
狭く、かつ、パスの数も制限した漸化式を用いる。この
ような漸化式の種類を指定する情報を傾斜制限情報格納
部から与え、その情報に従って、傾斜制限の異なる数種
類の漸化式より１つを選択してマツチングを行う。これ
によって、パタンの伸縮に応じてマツチングの柔軟性を
局所的に制御できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、標
準パタン格納部１と、入力パタン格納部２と、距離計算
部３と、漸化式Ａ計算部４と、漸化式Ｂ計算部５と、漸
化式Ｃ計算部６と、マツチング制御部７と、傾斜制限情
報格納部８と、累積距離メモリ部９と、結果判定部１０
からなる。ここでは、認識対象として、離散数字を例に
とり説明する。標準パタン格納部１には、０”から１１
９１１までのパタンが１個ずつ記憶され、入力パタン格
納部２には、認識される入力パタンが記憶されていると
する。

さて、マツチングを始める前には標準パタンのそれぞれ
に対し、時間軸方向の伸縮度がフレームごとに定められ
ている。ここでは、第２図に示すように伸縮の度合いが
大、中、小の３段階に設定されているものとする。傾斜
制限情報は、その伸縮度に応じて用いられる傾斜制限の
種類として、すでに決定されており、伸縮度が大である
フレームに対しては第３図（ａ）に示す傾斜制限の番号
１が、伸縮度が中であるフレームに対しては、第３図（
ｂ）に示す傾斜制限の番号２が、伸縮度が小であるフレ
ームに対しては、第３図（Ｃ）に示す傾斜制限の番号３
がそれぞれフレームごとに傾斜制限情報格納部８に格納
されている。同様にして、パ１′′〜＋＋９）ｔの標準
ノくタンに対しても傾斜制限情報が格納されている。

距離計算部３では、従来方法と同様に標準ノくタン格納
部１の標準パタンと入力パタン格納部２の入力パタンと
を読み込み、ベクトル間距離ｄ（ｉ、ｊ）を計算する。

マツチング制御部７では傾斜制限情報格納部８から得ら
れたフレームごとの傾斜制限情報に従ってスイッチを切
り換え、傾斜制限に対応して漸化式を選択する。傾斜制
限情報が１の場合はＡに、２の場合はＢに、３の場合は
Ｃにそれぞれ切り換える。３種類の傾斜制限に対する漸
化式は以下のようになる。

■傾斜制限　１（第３図（ａ）） ■傾斜制限　　　２（第３図（ｂ）） ■傾斜制限　３（第３図（Ｃ）） ｇ（ｉ、１＝ｄ（ｉ、ｊ）＋ｇ（ｉ−１，ｊ−１）　　
　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・（４）漸
化式Ａ計算部４、漸化式Ｂ計算部５、漸化式Ｃ計算部６
ではそれぞれ前記の漸化式（２）、　（３）、　（４）
に従って計算しｇ（ｉ、ｊ）を求める。求められたｇ（
ｉ、ｊ）はその都度、共通の累積距離メモリ部９に記憶
される。以上の計算をｉ＝Ｉ、ｊ＝Ｊまで行いｇ　（Ｉ
　、　Ｊ　）をパタン間距離として結果判定部１０に格
納する。結果判定部１０では、このようにして得られた
入力パタンと′０″から１１９１１までの標準パタンと
の距離のうち、最も小さい値を与える標準パタンを判定
結果として出力する。

以上、本発明の原理を実施例をもとに説明したが、これ
らの記載は本発明の範囲を限るものではない。たとえば
、認識対象は数字以外に単語や音節などでもよく、傾斜
制限には第３図に示すものの外に第４図（ａ）、　（ｂ
）に示すように範囲を拡張したものや、許容する伸縮比
に偏りのあるものも用いることができる。さらに、傾斜
制限情報の数は３種類に限らず、必要に応じて増減でき
るのは明白である。

（発明の効果） 以上述べたようなパタンマツチング装置は、標準パタン
の時間軸方向で伸縮のしやすい部分、しにくい部分に対
応した傾斜制限を用いることができる。さらに、傾斜制
限の形を自由に設定できるためあらゆる伸縮に対するこ
とができる。したかって、従来のマツチング法に比べよ
り正確な時　　　　！・間正規化が可能になり認識率が
向上する。また、傾斜制限の形を制御する情報として、
従来傾斜制限の範囲の最大値と最小値を用いていたが、
形を指定する値を用いることによって傾斜制限情報の記
憶容量を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明における傾斜制限情報を説明するための図、第３
図、第４図は本発明の一実施例で用いる傾斜制限を示す
図、第５図は従来の方法を示すブロック図、第６図は従
来、単一で用いられてた傾斜制限の一例を示す図である
。 １・・・・・標準パタン格納部　２・・・・・入力パタ
ン格納部３・・・・・距離計算部　　　　４・・・・・
漸化式Ａ計算部５・・・・・漸化式Ｂ計算部　　６・・
・・・漸化式Ｃ計算部７・・・・・マツチング制御部 ８・・・・・傾斜制限情報格納部 ９・・・・・累積距離メモリ部 １０・・・・・結果判定部 １１・・・・・漸化式計算部 （ｉ−１，ｊ−２） （ｉ、ｊ−１）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 特徴ベクトルの時系列からなる入力パタンと、複数の標
   準パタンとを動的計画法に従って整合するパタンマッチ
   ング装置であって、入力パタンを格納する入力パタン格
   納部と、標準パタンを格納する標準パタン格納部と標準
   パタンのフレームごとに定められた傾斜制限情報を記憶
   する傾斜制限情報格納部と、前記入力パタン格納部の入
   力パタンと、標準パタン格納部の標準パタンとを読み込
   み距離を計算する距離計算部と、動的計画法に従ったマ
   ッチングを行う複数の漸化式計算部と、前記漸化式計算
   結果を格納する累積距離メモリ部と、前記傾斜制限情報
   格納部の傾斜制限情報に従って前記の複数の漸化式計算
   部のうち対応する漸化式計算部を選択するマッチング制
   御部と、前記累積距離メモリ部において得られた距離か
   ら認識結果を求める結果判定部とを有することを特徴と
   するパタンマッチング装置。