T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 1 Beszédfelismerés és beszédszintézis Beszédfelismerés alapjai, izolált szavas kötöttszótárú felismerők Takács.

Az előadások a következő témára: "T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 1 Beszédfelismerés és beszédszintézis Beszédfelismerés alapjai, izolált szavas kötöttszótárú felismerők Takács."— Előadás másolata:

1 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 1 Beszédfelismerés és beszédszintézis Beszédfelismerés alapjai, izolált szavas kötöttszótárú felismerők Takács György 13. előadás 2010. 04. 27.

2 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 2 Megoldott kérdés-e a beszédfelismerés, más szóval beszéd-szöveg átalakítás?

3 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 3 Igen Mert termékként állnak rendelkezésre megoldások. Mert jobb rendszerek beépített eleme (pl., hangportálok, automata telefonkezelő, Windows XP) Mert könyvek leírják, iskolában tanítják….

4 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 4

5 5 NEM! Mert nem szeretik! Mert nem használják! Mert nem hozott komoly üzleti eredményt senkinek!

6 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 6 Elfogadjuk a létező beszédfelismerőket? Ha nem, akkor miért nem?

7 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 7 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.

8 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 8 Érdekesebb helyek a hálón! http://www.nuance.com/naturallyspeaking/ http://www.microsoft.com/enable/products/ windowsvista/speech.aspxhttp://www.microsoft.com/enable/products/ windowsvista/speech.aspx http://download.cnet.com/Speech- Recognition-Based-on-DTW/3000- 2053_4-10878314.html http://www.electricrainbow.com/freedemo. html http://www.globalchange.com/speech.html

9 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 9 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!

10 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 10 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)

11 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 11 A beszédhangok folytonos és diszkrét természete

12 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 12 A természetes beszédlánc

13 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 13 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.

14 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 14

15 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 15

16 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 16 Ha nagyon sokat tudunk a beszédfolyamatról – mire lehet építeni a beszédfelismerőket? A -- az agy beszédfelfogási folyamatait utánzó modellekre? B -- beszédkeltési folyamatokat leíró modellekre?

17 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 17 2010. évi állapot A létező és működő modellek B típusúak, de teljes egyetértés van abban, hogy a lényegi előrelépéshez kellenek az A típusú modellek!

18 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 18

19 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 19

20 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 20

21 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 21

22 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 22

23 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 23 Lineári predikció alapok A beszédjel n-edik mintája becsülhető a megelőző p beszédminta lineáris kombinációjával ahol az α i lineáris predikciós együtthatók hordozzák a jelenségre vonatkozó előismereteket, tapasztalatokat. p -- a prediktor fokszáma

24 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 24 Ebben a modellben bemenet a pedikciós hibaminták sorozata és kimenő jel az eredeti beszédjel-minták sorozata.

25 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 25 A toldalékcső modellje egyenletesen felosztott, állandó keresztmetszetű csőszakaszokkal

26 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 26 Belátható, hogy az alábbi rács struktúrák ekvivalensek… Ezért a csőmodell azonos a PARCOR szintézis modellel, ha r i = ─ k i

27 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 27 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!

28 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 28 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!

29 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 29 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)

30 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 30

31 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 31 A felismerő rész fő elemei Kezdet és vég detektálás Lényegkiemelés Normálás Mintaillesztés

32 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 32 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

33 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 33 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, 10-20 sáv?) LPC együtthatók számolása (6-20) PARCOR/ Csőmodell együtthatók számolása (6-20 jól kvantálható) Cepstrum együtthatók számolása (10-20)

34 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 34 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

35 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 35 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)

36 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 36 Idővetemítés x i a felismerendő szó i-edik keretét leíró lényegkiemelt (normált) vektor, komponensei a sávenergiák, LPC együtthatók stb. p elemmel y j az éppen vizsgált szótárelem j-edik keretének vektora azonos (és normált) komponensekkel, p elemmel x i és y i lokális távolsága számolható a képlettel

37 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 37 Példa Vetemítő görbe Felismerendő szó i-edik kerete 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

38 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 38 Idővetemítés szuboptimális algoritmusa A d i,j lokális távolságok alapján számolhatók a t ij 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 t ij

39 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 39 Innen indulunk Ide kell érkezni

40 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 40 j m 1 n1i Time Series B Time Series A i = j + r i = j - r DTW Algorithm at Work Start with the calculation of g(1,1) = d(1,1). 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). Calculate the first row g(i, 1) = g(i–1, 1) + d(i, 1). Calculate the first column g(1, j) = g(1, j) + d(1, 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. 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).

41 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 41 Kész algoritmusok http://download-book.net/matlab-code-for- dtw-algorithm-for-speech-recognition- pdf.htmlhttp://download-book.net/matlab-code-for- dtw-algorithm-for-speech-recognition- pdf.html http://download-book.net/dtw-algorithm-in- java-doc.htmlhttp://download-book.net/dtw-algorithm-in- java-doc.html http://member.hitel.net/~wjluv/program.htm lhttp://member.hitel.net/~wjluv/program.htm l http://www.sourcecodeonline.com/list?q=d tw_algorithm

42 T.Gy. Beszedfelism es szint. 2010.04.27. 42 Alkalmazások Hang-tárcsázás Dialógus rendszerek, telefonos információs rendszerek. Összetett eszközök vezérlése (pl. autó, vadászgép http://www.f- 16.net/news_article2571.html)http://www.f- 16.net/news_article2571.html Sérültek segítése