Beszédfelismerés és beszédszintézis Beszédfelismerés alapjai, izolált szavas kötöttszótárú felismerők Takács György 14. előadás 2014. 04. 29. Beszedf 2014.04.29.

Az előadások a következő témára: "Beszédfelismerés és beszédszintézis Beszédfelismerés alapjai, izolált szavas kötöttszótárú felismerők Takács György 14. előadás 2014. 04. 29. Beszedf 2014.04.29."— Előadás másolata:

1 Beszédfelismerés és beszédszintézis Beszédfelismerés alapjai, izolált szavas kötöttszótárú felismerők Takács György 14. előadás Beszedf

2 Javasolt vizsgaidőpontok:
Május 22. csütörtök 11:00 Június 4. szerda 10:00 Június 25. szerda 10:00 Beszedf

3 Megoldott kérdés-e a beszédfelismerés, más szóval beszéd-szöveg átalakítás?
Beszedf

4 Igen Mert termékként állnak rendelkezésre megoldások.
Mert jobb rendszerek beépített eleme (pl., hangportálok, automata telefonkezelő, Windows XP) Mert könyvek leírják, iskolában tanítják…. Beszedf

5 Beszedf

6 NEM! Mert nem szeretik! Mert nem használják!
Mert nem hozott komoly üzleti eredményt senkinek! Beszedf

7 Elfogadjuk a létező beszédfelismerőket? Ha nem, akkor miért nem?
Beszedf

8 Az én válaszaim Személyfüggő nagyon!
A beszédfelismerőnek „értenie” is kell amit felismer! Akadnak tényleges felismerési hibák is! A beszéd több, mint elemek egymásutánisága! A beszédfolyamat további tényezői közül a finom hangsúly, a dallam, a szünetek, a ritmus, a tempóváltások is a felismerendő üzenet lényegi elemei. Ezek is az értelmezést segítik, a közlendőt árnyalják, a beszédet emberivé, széppé teszik, tehát ha a beszéd üzenetét kívánjuk felismerni ezek sem hagyhatók a folyamatból el. Beszedf

9 Érdekesebb helyek a hálón!
Beszedf

10 Ideális beszédfelismerő
Minimális felismerési hiba Függetlenség az akusztikai környezettől Beszélőfüggetlenség Korlátlan szótár és témakör Folyamatos, természetes beszédet felismerése. Reakcióideje nem több 100 ms-nál!! Indulatok, érzelmek elemeit is képes felismerni! Platform független, a létező erőforrásokkal működtethető! Beszedf

11 A beszédfelismerés technikai kérdései ma
Általános alapeszköz a PC - bőséges operatív memóriával, háttértárral, hangkártyával. Mik legyenek a felismerendő alapelemek? Teljes közlendők, mondatok, szavak, szótagok, hangok? Hogyan lehet olyan elemeket kialakítani, amelyek jól felismerhetők, ezek felismerésével minden közlendő felismerhető? Hogyan kezeljük az egyszerű szótárban nem szereplő elemeket? Hogyan lehet a gépileg esetleg „értelmezhető” elemeket a felismert üzenet szövegébe beleszőni? (pl országgyűlési gyorsírók szabványos megjegyzései) Beszedf

12 A beszédhangok folytonos és diszkrét természete
Beszedf

13 A természetes beszédlánc
Beszedf

14 Beszédhang A legkisebb olyan egységek, amelyek sorozatával egy nyelvet megvalósító beszéd akármilyen részlete az agy számára reprodukálható, beszédhangnak nevezzük. A beszédhangok a beszéd olyan szegmensei, részletei, amelyeket a nyelvet beszélő egymástól elkülöníteni és felismerni teljes biztonsággal képes. A beszédhangok a nyelvre jellemzőek! Egyes nyelvekben a hangmagasság hajlítása is megkülönböztet beszédhangokat. Az élő beszéd olyan leírása, amely a beszéd hangzásának leírására törekszik – a fonetikai átírás. Ennek elterjedt rendszerei az APhI és a SAMPA. Beszedf

15 Beszedf

16 Beszedf

17 A -- az agy beszédfelfogási folyamatait utánzó modellekre?
Ha nagyon sokat tudunk a beszédfolyamatról – mire lehet építeni a beszédfelismerőket? A -- az agy beszédfelfogási folyamatait utánzó modellekre? B -- beszédkeltési folyamatokat leíró modellekre? Beszedf

18 2014. évi állapot A létező és működő modellek B típusúak, de teljes egyetértés van abban, hogy a lényegi előrelépéshez kellenek az A típusú modellek! Beszedf

19 Beszedf

20 Beszedf

21 Beszedf

22 Beszedf

23 Beszedf

24 Lineáris predikció alapok
A beszédjel n-edik mintája becsülhető a megelőző p beszédminta lineáris kombinációjával ahol az αi lineáris predikciós együtthatók hordozzák a jelenségre vonatkozó előismereteket, tapasztalatokat. p -- a prediktor fokszáma Beszedf

25 Ebben a modellben bemenet a pedikciós hibaminták sorozata és kimenő jel az eredeti beszédjel-minták sorozata. Beszedf

26 A toldalékcső modellje egyenletesen felosztott,
állandó keresztmetszetű csőszakaszokkal Beszedf

27 Belátható, hogy az alábbi rács struktúrák ekvivalensek…
Ezért a csőmodell azonos a PARCOR szintézis modellel, ha ri = ─ ki Beszedf

28 Jól alkalmazható beszédfelismerés kritériumai
Személyfüggetlen Folyamatos, természetes beszédet felismer a rendszer. A felismerés hibája nem több kb. 1%-nál (szavak szintjén)! Értenie is kell valamilyen szinten azt amit felismer! Reakcióideje nem több 100 ms-nál!! Indulatok, érzelmek elemeit is képes felismerni! Platform független, a létező erőforrásokkal működtethető! Beszedf

29 Alapproblémák A beszéd folyamatos (nincsenek szóközönként szünetek) igazi szünetek csak nagyobb prozódiai egységek között vannak Ugyanannak a diszkrét beszédhangnak gyakorlatilag végtelen sok reprezentációja elképzelhető (bemondó, tempó, hangerő, hanglejtés, hangkörnyezet, hasonulás….., érzelem függvényében) Elnagyolt ejtés, pontatlanság, ejtési hiba, beszédhiba érthetetlen artikuláció gyakran előfordul „érteni” kell a mondandót ahhoz, hogy jól felismerhessük! Beszedf

30 A rendszer két fő eleme a tényleges felismerő és a szótárszerkesztő
Egy létező és működő technikai kompromisszum: az izolált szavas kötöttszótárú felismerő A felismerendő alapelemek szavak (tehát meghatározott szótárral dolgozik) A rendszer két fő eleme a tényleges felismerő és a szótárszerkesztő Lehet személyfüggő és személyfüggetlen (ez alapvetően a szótáralkotásra hat ki) Beszedf

31 Beszedf

32 A felismerő rész fő elemei
Kezdet és vég detektálás Lényegkiemelés Normálás Mintaillesztés Beszedf

33 Szókezdet és szóvég detektálás
Gördülő számolás 10-20 ms időkeretenként energiát számol Ebből meghatározható a normál zajszint Szókezdet = ha a normál zajszintet a keretenergia pl. 6dB értékkel meghaladja Szóvég = ha kezdet után a keretenergia n kereten át a normál zajszintet nem haladja meg pl. 6dB értékkel Detektált szó = ha a szóhossz a szótárelemek hosszához illeszkedik Gyakoriak a jelentős kezdet-vég detektálási hibák Beszedf

34 Lényegkiemelés Feladata a beszédjelet leíró adattömeg redukálása a jelentési információ megőrzése mellett Időkeretenként egy vektort ad meg Szokásos módjai: sávszűrők alkalmazása és az energia sávonkénti meghatározása (fülmodell, sáv?) LPC együtthatók számolása (6-20) PARCOR/ Csőmodell együtthatók számolása (6-20 jól kvantálható) Cepstrum együtthatók számolása (10-20) Beszedf

35 Normálás (uniformizálás)
Célja, hogy a szótárelemek és a felismerendő szavak jobban összevethetők legyenek Egyik szükséges formája az energia-normálás (energia maximum vagy energia átlag alapján) annak érdekében, hogy a mikrofonnal nagyobb vagy kisebb szinttel vett, vagy halkabban vagy hangosabban ejtett szavak a megfelelő szótárelemhez jobban illeszkedjenek, Másik szükséges formája az idő-normálás annak érdekében, hogy a gyorsabban vagy lassabban ejtett szavak a megfelelő szótárelemhez jobban illeszkedjenek A (referencia) szótárelemek eleve normáltak energia és idő szerint A normálás arányos nyújtást vagy zsugorítást jelent az adott dimenzióban Beszedf

36 Mintaillesztés A felismerendő szavak és a szótárelemek azonos méretű és elemeikben is normált mátrixok A felismerés lényege, hogy a felismerendő beszédjelet leíró a mátrix melyik szótárelem mátrixhoz illeszkedik legjobban Kézenfekvő megoldás az elemenkénti különbségek abszolút értekeinek halmazata alapján minimum keresés. Probléma: a hibás végpont-detektálás és a ritmuskülönbségek miatt nem összeillő elemeket vetünk össze, ezért nagy a különbség halmazat, nincs meg a jó illeszkedés Megoldás: idővetemítés, (Dynamic Time Warping) Beszedf

37 Idővetemítés xi a felismerendő szó i-edik keretét leíró lényegkiemelt (normált) vektor , komponensei a sávenergiák, LPC együtthatók stb. p elemmel yj az éppen vizsgált szótárelem j-edik keretének vektora azonos (és normált) komponensekkel, p elemmel xi és yi lokális távolsága számolható a képlettel Beszedf

38 Vizsgált szótárelem j-edik kerete
Példa Vetemítő görbe Vizsgált szótárelem j-edik kerete Feladat: keresendő az a vetemítő görbe, amelynél a két alakzat legjobban Illeszkedik, azaz a kumulatív távolság minimális. A keresés elvégzendő minden szótárelemre Felismerendő szó i-edik kerete Beszedf

39 Idővetemítés szuboptimális algoritmusa (PÓK) példa
A di,j lokális távolságok alapján számolhatók a tij kumulatív távolságok az alábbi képlettel A kumulatív távolságokat csak az │i-j │≤ 4 egyenlőséggel megengedett tartományon belül számoljuk soronként balról jobbra és alulról felfelé haladva tij Beszedf

40 Ide kell érkezni Beszedf Innen indulunk

41 DTW Algorithm at Work Start with the calculation of g(1,1) = d(1,1).
Time Series A Calculate the first row g(i, 1) = g(i–1, 1) + d(i, 1). 1 i n m Calculate the first column g(1, j) = g(1, j) + d(1, j). Move to the second row g(i, 2) = min(g(i, 1), g(i–1, 1), g(i – 1, 2)) + d(i, 2). Book keep for each cell the index of this neighboring cell, which contributes the minimum score (red arrows). i = j - r j Carry on from left to right and from bottom to top with the rest of the grid g(i, j) = min(g(i, j–1), g(i–1, j–1), g(i – 1, j)) + d(i, j). Trace back the best path through the grid starting from g(n, m) and moving towards g(1,1) by following the red arrows. Time Series B 1 i = j + r Beszedf

42 Kész algoritmusok Beszedf

43 Alkalmazások Hang-tárcsázás
Dialógus rendszerek, telefonos információs rendszerek. Összetett eszközök vezérlése (pl. autó, vadászgép Sérültek segítése Beszedf

44 These gadgets can then be activated and controlled through voice recognition ...
Beszedf

45 Beszedf

46 Beszedf

47 Beszedf

48 Beszedf

49 Beszedf