JPS6356699A - 連続音声認識装置 - Google Patents

連続音声認識装置

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JPS6356699A
JPS6356699A JP61200897A JP20089786A JPS6356699A JP S6356699 A JPS6356699 A JP S6356699A JP 61200897 A JP61200897 A JP 61200897A JP 20089786 A JP20089786 A JP 20089786A JP S6356699 A JPS6356699 A JP S6356699A
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JP
Japan
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distance
sequence
continuous
basic
word
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JP61200897A
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三木 敬
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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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) この発明は連続的に発声された音声の認識処理に適した
連続音声認識装置に関するものである。
(従来の技術) 従来、連続的に発声された承認列(以下連続単語と呼ぶ
場合もある)の認識手法(以下連続単語認識技術とする
)が種々提案されている。これらは基本的に二つの種類
に大別出来る。1つは認識の基本!1位を単語より小さ
な単位(例えば音節、音素等)とし、これらの認識結果
?用いて徐々に大きな四位である単語、文’r”r′i
′4、文章を同定するものである。他方は基本単位を単
1悟とするものである。
さて、基本単位を単語とした場合、認識処理の第1段階
は連続音声中よりある単語が存在する区間を・決定する
ことである。単語のような比較的長い音声区間を検出、
同定する技術はパタンマツチングによる手法、特に動的
計画法に基づくマッヂング技術(以下DPと(1・Pぶ
)か一般的である。更に連続単語認識に適した手法とし
て連続DPと呼ば才する技術がある。この手法はある入
力音声に対してパタンマツチングを連続的に行うことに
より予め定められた申−諸の存在が探索されるのもので
あり、ワードスポツティングと称されている。この連続
DPを用いて連続単語認識を実現する考え方として人カ
フ9 >$V中からある単語を検出、同定し、単語区間
候補を求め(連続DP)、これら候補より@通な東語列
を決定するという二段構えの処理がある。
従来このような考え方を実現した技術として文献:「日
本音響学会資料番号、S82−164に開示されている
ものか挙げられる。以下連続DP手法を述べた後、従来
の連続DPを利用した連続単語認識技術についてその基
本となる考え方を示す。
連続DPの処理技術は次のとおりである。
人力された音声に対し゛Cフレーム周期と呼ばれる時間
間隔で音声の特徴パラメータ系列(−人力パタン)V(
p、i)(但し、p=1.2.3゜・・・、P及びi=
1.2,3.  ・・・、I)を算出する。一般に音声
の特徴パタンは時間軸とスペクトル周波数を軸とする二
次元パタンとなる。
ここでV(p、i)とはi番目のフレームにおけるρ番
目のスペクトル周波数報を意1床している。ワードスポ
ツティングの対象となるmJnにおいても入力音声と同
様にフレーム周期間隔で特徴パラメータ系列S。(p、
j)(j=1.2゜・・・、 Jn、 p=l、 2.
3.・・・、p)を算出しておく。この特徴パラメータ
系列5n(p、j)を標準パタンと呼ぶ。
ここで以下の記号を定義する。
Do (i、j):人力パタンのm番目のフレームから
1番[」のフレームと、標準パタンS。
(p、j)の1〜j番目のフレームとの最小累積距薗の
内でmを変化させた場合の最小の値B”、(i、、i)
:百。(i、j)に対応1−るmの位置 d7、(i、j):人力パタンのi番目のフレームと、
標準パタンSn (p、j)のj番目のフlノームとの
距離 第3図はどのワードスポツティング手法に用いている動
的61画法を利用して行われるDPマツチングのDPバ
バス示す図である。
第3図のDPババス用いた場合、Dn (i。
J ) 、Bn  (il、j)は次式で決定される。
11、(i、i)・Dn(i、、i>(dn(i、j)
  ・・・・・・・ (1)B、(i、j+=醜(i、
、1−1)  ・・・・・・・・・・(2)但し、  
   i=argmin Dn(i、、j−りとなる。
(1)、(2)式は漸化式であるから以下の処理を施す
ことによって任怠のi、jにおける。
■人力パタンの始端の為の初間設定処理但し、Mは十分
大きな正の値、Jnは標準パタンの長さ。
■i−1,2,・・・、■について■〜■を実行する。
但し、■は大カパタンの長さ ■第i番目のフレームからマツチングを開始する場合、
即ちj=1の場合の初期化処理 p、(t、1)=dn  (1,1) ・・・・(3)
Bn (i、1)=i・・・・・・・・・・(4)■j
=2.3..Joについて式(1)、(2)を実行する さて、以上述べた処理によってDn (i。
Jn )、Bn  (1,Jn )が算出出来る。ここ
でDn  (i、Jn )の意味を考えると入力パタン
のBn  (i、Jn )〜i番目のフレームと、才票
準パタンの1〜Jn番目のフレームとの時間軸を正規化
したパタン間累積距離となっている。従ってこのDn 
(1,Jn)の値がある定められた値より小さければ大
カパタンのBn(t、’in)フレームからiフレーム
間に標準パタンと同じ単語が検出されたものとする。
以上述べた処理により連続音声中の任、0、の位置に存
在する特定の!1j、1区間を検出出来ることを説明し
た。
次にこの結果を利用した従来の連続?W語認識技術を簡
単に述へる。この処理は文献:「拡張連続DP法による
連続音声認識アルゴリズムj (電子通信学会論文誌)
 ’84/10 VOl、J67−D NO,IOによ
る。
ここでの基本的な考え方は入力音声パタンと全体のマツ
チング距離を最小にするような単語区間の組み合せを見
い出し、そのような最適単語系列を認識結果とするもの
である。
従来の例における前述した連続DPの結果から最適rB
語系列の決定アルゴリズムを示す。
先ず、以下の記号を定義する。
D(i)・・・大カパタンの1〜iフレームと単語系列
の標準パタンとの最小累積マツチン グ距離 N(i)・・・D(i)に対応する単語系列の最後jf
l中、語名 B (i)・・・N(i)の始端フレームDn (m、
i)・・・人力パタンのm〜iルミフレーム準パタンn
の1〜J 11フレー ムとの入力パタン側で正規化し た最小累積距離 次に決定アルゴリズムは■〜■のとおり。
■音声区間の始端の為の初期設定処理 D (0) =B (0) =0 ■i=1.2.  ・・・、■について式(5)〜(7
)を実行する。
N(i)=n・・・・・・・・・・・・・(6)B(i
)=m・・・・・・・・・・・・・く7)但し、n、m
は式(5)を満たi−n、mの値である。
0式(5)〜(7)を1≦i≦I″C繰り返した後、認
識結果は以下の■〜■の条件が満たされるまで実行する
■i=Iとして ■n=N(i)(認識結果の出力) ■B(1)≠0なら1=B(i)−1として■の条件の
処理を行い、B(i)=Oなら終γ。
さて、このアルゴリズムに連続DPの結果5n(i、J
、、)、Bo (j J、)をそれぞれ利用する場合、
問題はり。(m、i)の始端mが百。
(i、Jo)である点以外の点の値が定まっていないこ
とである。この様−tを第4図(A)(但しハ横軸に大
カパタンのフレーム番号及び縦軸に標檗パタンの)lノ
ーム番号などって丞す)に承す。太い実線が連続DPに
よる最適バスである。
従って、mn =Bn  (1、Jn )の点からの最
適バスの距離Dn (mo、i)は で与えられ、この式(8)からも理解出来るようにDn
 (i、Jn)の値に対して入力パタン側のフレーム数
で正規化する補正項(i−m、+1)/Joがかかって
いる。そこでこの従来例では近似的にり。(m、i)を
推定している。
ここでrはmnからのずれのフレーム数を表わしている
このrを大きくとることは推定誤差が大きくなるので、
この例では適切な範囲−r1≦r≦r2でmを限定して
式(5)を算出している。この様子を第4図(A)と同
様な第4図(B)に示す。
(発明が解決しようとする問題点) さて、連続音声の特徴として前後の単語との連結による
両端付近のスペクトルの変形が挙げられる。この影響を
軽減する手段としてはqi語と@語の間にある程度の間
隙を許すことが有効である。
このような処理を取り込んだ場合、最適単語系列を大カ
パタン側での正規化した距離尺度に基づき算出すること
は困難となる。
即ち、相異なる連結パタン同志のギャップ(GAP)の
数が異なっていると比較の基準となる大カパタンとのマ
ツチングフレーム数が異なってきてしまう為である。そ
こで一つの解決策としてギャップのフレーム数分たけ近
似的な距離値を加えておくことが考えられる。
従来例によると、単語Aと単jW Bとのギャップの幅
に対応する近似的な距離値は必ず時間軸上で後に位置す
る単語Bの(平均的なフレーム間距離)×(ギャップ幅
)としていることになる。これは式(9)より明らかで
ある。これは近似処理としては極めて乱暴であるといえ
よう。特に単語Bとの)均フレーム間距離と単語Aとの
)均フレーム間距離が大きく異なっている場合、著しく
推定誤差が増大し、誤認識の大きな要因となっていた。
この発明の目的はこのような推定誤差を減少させ、認識
率の向上を図ることが出来る連続音声認識装置を提供す
ることにある。
(問題点を解決するための手段) この目的の達成を図るため、この発明による連続音声認
識装置によれば、 a)入力音声に対してフレームと称する一定時間間隔で
音声の特徴パラメータ系列を算出する前処理部と、 bafめ定められた認識対象となる音声基本単位の標準
パタンを記憶しておく標準パタン辞書部と、C)前記標
準パタンと前記特徴パラメータ系列との連続DPマツチ
ング処理を行い、前記フレーム毎に前記特徴パラメータ
系列と標準パタンとの最小累積距離と、当該最小累積距
離をtテえるマツチング開始フレーム位置とを算出する
連続DP部と、d)前記最小累積距離を前記標準パタン
のパタン長で正規化して得られた基本fIi位距!Dn
’(i)を前記標準パタンと前記特徴パラメータ系列と
の相違度とし、前記音声基本m位を連結して成る基本単
位系列を構成する各当該基本単位の基本tIt位距離り
、’(i)の加算値を、当該基本単位系列を構成する音
声基本単位の数で、正規化して得られた基本単位系列距
aD’(i)を当該、11ζ木1−一位系列と前記特徴
パラメータ系列との相違度とすることにより、前記基本
単位系列距l!itD’(i)の最小なる基本単位系列
を最適基本四位系列として動的計画により算出する最適
m語系列判定部と を具えて成ることを特徴とする。
この発明の好適実施例においては、音声基本単位の連結
に際しては基本+li位間の間隙と重複区間を許すこと
が出来る。
(作用) このように、この発明ては連続DPで得られたDn (
i、Jn)を標準パタン長J。で正規化した値、即ち基
本単位距離を基本筆位と人力パタンとの相違度とし、更
にこの基本単位を連結した基本単位系列と入力パタンと
の相違度(基本単位系列距離D’(i)と称する)とし
て基本単位系列を構成する各基本単位の距離を加算した
値を構成基本単位の個数で正規化した値を用い、このD
’(i)の大小により基本m位系列を評価し、そして次
に動的計画法を適用して入力パタン全体と最も相違度が
小さい基本単位系列、即ち最適基本単位系列を決定し、
認識結果を得るように構成しているので、単語間の重ね
合わせや引き離し等の処理を自然に行い得、よって認識
性能が向トし得る。
(実施例) 以下、図面を参照してこの発明の連続音声認識装置の実
施例につき説明する。
第1図はこの発明の実施例を示す機能ブロック図であっ
て、100は入力音声端子である。端子100より人力
された音声は前処理部+01においてA/D変換後、フ
レーム周期毎に特徴パラメータ系列V(p、i)が算出
される。このV (p。
i)は音声区間検出部102へ転送されるとともに連続
DP部+03へも送られる。連続DP部+03では音声
の標準パタン群が格納されている標準パタン辞書部10
4のパタンに基づいて特徴パラメータ系列とのパタン間
距離を算出する。更にそのパタン間距離を用いて最適単
語系列判定部105では最適な単語系列を決定する。又
この最適i11語系列判定部105では音声区間検出部
102から発せられる音声区間終端の検出信号を受けて
最終的な認識単語系列を出力端子106に認識結果とし
て出力する。これらの各構成成分101〜+05の各動
作はマイクロコンピュータ等によってソフト的に処理出
来るものである。
入力音声端子100から入力された音声信号は前処理部
lotにおいて特徴を表わすベクトル系列、特徴パラメ
ータ系列■(ρ、i)に変換される。
この特徴パラメータ系列V(p、i)は一般には中心周
波数の異なるP個のバンドパスフィルタ詳によって抽出
された帯域内周波数成分をフレーム周期毎に標本化する
ことによって得ている。この場合、線形予測分析と呼ば
れる別の手法を用いてフレーム周期毎に予測結果を算出
し特徴パラメータ系列としても良い。特徴パラメータ系
列は連続DP部!03と音声区間検出部102とに送出
される。
音声区間検出部+02では特徴パラメータ系列V(p、
i)に基づき音声区間、即ち音声の始端及び終端を検出
する。この検出アルゴリズムとして特徴パラメータ系列
V(p、i)から求まる音声パワーを用いて検出を行う
複雑なアルゴリズム(特願昭59−108668 ) 
、音声パワーが予め定めた閾値以上となりた時点を音声
の始端、閾値未満となった時点を音声の終端とする簡易
なアルゴリズム及びその他のアルゴリズムがあるかいず
れか適切なアルゴリズムを用いればよい。
次に連続DP部の動作についてであるが、このブロック
の詳細については従来例で述べたアルゴリズムとある一
部を除いて同じである。
従って、この発明の実h’Fs例では従来の例の動作と
異なる部分のみ述へる。
先ず、前述した式(1)及び(2)の漸化式を算出する
に当り、従来例では既に説明した通り、先ず、大カパタ
ンの始Qlliの為の初期設定処理を最初に行うが、こ
の発明の実施例では人力パタンの始端として音声区間検
出部102にて音声の始端であると判定されたフレーム
Isを採用する。即ち従来例で使用されている入力フレ
ーム番号を表わすiはこの実施例では■5からの相対的
なフレーム番号となる。更に音声区間検出部+02で音
声の終端であると判定されたフレーム■5までの区間を
人力パタンの長さ■とする。従って、I=1)ニー1.
+1・・・・・・・ (7)となる。音声の終端検出後
は次なる音声の始端が検出されたならば再びそのフレー
ム番シ)をI?、とじて同様な処理を縁り返す。
以後、特に指定する場合を除いて人力フレーム番号iは
全てISからの相対フレーム番号とする。
さて、ここで算出された最終結果、即ちiフレームを終
端とした場合の各標準パタンnとのパタン間距離Dn 
(i、 Jn)及びマツチング開始フレーム番号B。(
i、Jn)はそのまま最適単語系列判定部+05へ転送
される。
次に、この発明の実施例の要部である最適単語系列判定
部105の動作について第2図の動作の流れ図に従って
説明する。以下、スデップをSで示して説明する。
従来例では動的計画法を用いて最適単語系列を決定する
際の評価値として入力パタンのフレーム数で正規化され
た累積マツチング距離を用いていた。しかし、この実施
例では評価値として1フレーム当りの平均距離を使用す
る。この動作の説明に先立ち以下の記号を定義し、てお
く。
の標準パタンとの距!(fL1語渠列側離)N ’(i
 )・・・D’(i)に対応する単語列の最後のr)1
詰B’(i)・・・N’(i)の始端フレームD、(i
)・・・大カパタンのm。−iフレームと標準パタンn
の1〜Joフレームとのフレーム間距離の平均値(単語
距離すなわち基本m位距離) 次にこの実施例での最適単語系列の決定の動作を説明す
る。
■先ず、Do′(i)は連続DP部+03での演算結果
より次式で求まる(Sl)。
D′(i) −・・入力パタンの1〜iフレームと屯語
系列■次に、音声区間の始端の為の初期設定処理を行う
(S2)。
この初期設定において D’(0)=B’(0)=X’(0)=0とする。
■i=t、2,3.  ・・・、■について式(11)
〜(14)を実行する(33〜S7)。
このため、先ず、単語系列距雛D(m、+r)と単語系
列の桁数X(m、+r)との積を求め、この稙とIIi
話距tllD。′(1)との和を(X (m、、+r)
+1)で割った商の最小値としてII語系列距却D’(
i)を求める(s3)。
但し、m、=’B・ (I・ J・) Dn(i)=Dn (i、Jn )/Jo ・ ・ ・
 ・ (1o)−1−r、  ≦r≦r2−1 尚、rlはこの実力り例におけるギャップ(GAP)の
最大許容幅、r2は標準パタン間の重複フレームの最大
幅である。
次に、(11)式の最小値を′アえるrの値を会、nの
値をn及びこのnに対するm、の値を曾。とじ、これら
の値を式(12)及び(13)のように設定する(S4
、S5)。
N’(i) =n・・・・・・・・・・・・・・(12
)B’(i) =mo+r−・= (13)又これら値
r、n、m、における単3Δ系、列の桁数を X′(i) =X(mn+r) ’−,1= ・−(1
4)と設定するくS6)。
■上述した処理ステップ(S2)〜(S5)を1≦i≦
Iで繰り返し実行しくS7)、然る後、以下の■〜■の
処理を経て認識結果を得る。
■従って、先ず、処理ステップS8において条件i=1 とする。
0次に、処理ステップS9において n=N’(i)  (認識結果の出力)とし、認識結果
のカテゴリ名を出力′1−る。
■続いて、処理ステップSIOにおいて次の始端フレー
ムが存在するかを判定しB’(i)≠0ならi = B
 (i)として処理ステップS8へ戻り、B(i)=O
ならこの動作の流れを終了する。
この■〜■の処理(S8〜510)はいわゆるバックト
レースと呼ばれる処理である。
以上が最適単語系列の決定のための動作の詳細である。
最適単ふ1系列判定部105ての処理は全くの実時間処
理か実現出来る。なぜなら入カフlノームが1≦i≦I
の谷時点で式(11)〜(14)の演算に必要な全ての
値か定まっており、その時点で演算処理か開始出来るか
らである。唯−一バツクトレース処理はi=1.即ち音
声区間検出部に行う必要があるか、明らかに演算量は非
常に少な〈実施1−何ら問題がない。
さて、この実施例ではrが一1以外の値を取り得ること
により単語系列内にギャップ(GAP)又は重複を許し
ていることになる。この実施例の単語系列と大カパタン
の距離尺度を用いるどこのようなギャップ、重複区間の
距離評価値は自動的に単語系列と大カパタンとの平均フ
レーム間汎1噛となっている。こわは従来の■−法に比
べて極めて自然な評価方法である。平均4名の連続数字
認識実験においてもこの実施例では従来装置に比へ、単
語単位での誤り率が2%から1.5%へと3/4に減少
1ノており、極めて良好な結県を得ている。
この実施例では認識の基本単位として単語を用いている
が、これに限定されることなく他の基に単位(音節、音
韻等)を採用しても良い。
(発明の効果) 」一連した説明から明らかなようにこの発明の連続音声
認識装置によれば、連続DPの結果を利用した連続音声
認識装置におしVC,i’c’−語系列と人力パタンと
の1フレーム当りの平均距離を評価関数としてiFL適
単語系列を決定しているため、連続小話認識で有効とさ
れている用語間の重ね合せや引き離しの処理が極めて自
然に導入出来るようにな・す、認識性能が向トしている
又、連続数字認識実験においで、二の実施例の手法を用
いると従来装置に比して中−語り)1−位の誤り率が約
3/4に減少1−るという結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の連続音声認識装置の実施例を説明1
−るための機能ブロック図、 第2図はこの発明の説明に供する9 3HS′1t)1
−語系列判定部の動作の流れ図、 第3図はこの発明及び従来の連続B車認識装置の説明に
供する連続DPのバスを示す図、第4図(A)及び(B
)はこの発明及び従来の連続音声認識装置の説明に供す
るり。(m、i)の始端mの説明図である。 100・・・入力音声端子、 101・・・航処理部1
02・・・音声区間検出部 +03・・・連続DP部、   +04・−・標準パタ
ン、[i¥占部105・・・最適IIi詰系列判定部 !06・・・出力端f。 特許出願人   沖′市気■−業々′に式会社この発B
f4(7)逮」禿奮声認1銭筑1のブロック図第1図 γ党淳ハ0タン 連 靴 DP  の ノ寸又 笛9M

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)a)入力音声に対してフレームと称する一定時間
    間隔で音声の特徴パラメータ系列を算出する前処理部と
    、 b)予め定められた認識対象となる音声基本単位の標準
    パタンを記憶しておく標準パタン辞書部と、c)前記標
    準パタンと前記特徴パラメータ系列との連続DPマッチ
    ング処理を行い、前記フレーム毎に前記特徴パラメータ
    系列と標準パタンとの最小累積距離と、当該最小累積距
    離を与えるマッチング開始フレーム位置とを算出する連
    続DP部と、d)前記最小累積距離を前記標準パタンの
    パタン長で正規化して得られた基本単位距離Dn′(i
    )を前記標準パタンと前記特徴パラメータ系列との相違
    度とし、前記音声基本単位を連結して成る基本単位系列
    を構成する各当該基本単位の基本単位距離Dn′(i)
    の加算値を、当該基本単位系列を構成する音声基本単位
    の数で、正規化して得られた基本単位系列距離D′(i
    )を当該基本単位系列と前記特徴パラメータ系列との相
    違度とすることにより、前記基本単位系列距離D′(i
    )の最小なる基本単位系列を最適基本単位系列として動
    的計画により算出する最適単語系列判定部と を具えて成ることを特徴とする連続音声認識装置。
  2. (2)前記音声基本単位の連結に際しては基本単位間の
    間隙と重複区間を許すこと を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の連続音声認
    識装置。
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