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차량에서의 음성인식율 향상을 위한 전처리 기법
Preprocessing Technique for Improvement of Speech Recognition in a Car 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.9 no.1, 2009년, pp.139 - 146  

김현태 (동의대학교 멀티미디어공학과) ,  박장식 (동의과학대학 디지털정보전자과)

초록
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본 논문에서는 차량에서의 자동 음성인식 시스템과 같이 신호대잡음비가 낮은 잡음 환경에서의 음성인식에 적합한 변형된 스펙트럼 차감법을 제안한다. 기존의 스펙트럼 차감법은 스펙트럼에서 낮은 신호대 잡음비(SNR)를 갖는 부분은 감쇄되고, 신호대잡음비가 높은 부분은 강조되는 신호대잡음비에 의존한다. 그러나 이러한 구성은 높은 신호대잡음비를 갖는 환경에서는 적절하나 차량 환경과 같이 낮은 신호대잡음비를 나타내는 환경에서는 매우 부적절하다. 제안하는 방법은 낮은 신호대잡음비를 갖는 잡음 환경을 위해 음성우세영역을 강조하여 불필요하게 음성영역이 과차감되지 않도록 방지한다. 차량용 음성명령어 어휘를 대상으로 한 실험 결과에서 제안하는 방법이 기존의 방법에 비해 우수한 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper addresses a modified spectral subtraction schemes which is suitable to speech recognition under low signal-to-noise ratio (SNR) noisy environment such as the automatic speech recognition (ASR) system in car. The conventional spectral subtraction schemes rely on the SNR such that attenuati...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 문제점을 스펙트럼에 가중치를 부여하여 개선하는 방법도 제안되었다 [9]. 본 논문에서는 음성 우세 영역을 찾아 영역별 차감 정도를 차등하는 스펙트럼 차감법을 제안한다.
  • 본 논문에서는 잡음 우세 영역으로부터 음성 우세 영역 스펙트럼이 과차감되는 것을 방지하기 위해 변형된 스펙트럼 차감법을 제안하였다. 대역 제한된 백색 가우스 잡음과 실제 차량에 유입되는 잡음을 사용한 실험을 통해 제안하는 방법이 잡음 환경에서 스펙트럼 상의 원음성의 고조파 성분들을 어느 정도 유지하거나 복원할 수 있다는 것을 확인하였다.
  • 그 외 고전적인 스펙트럼 차감법의 문제는 차감 과정에서 불필요하고 귀에 거슬리는 뮤지컬 노이즈(rnusical noIise)가 발생하는 것이며, 이를 줄이기 위한 연구도 진행되고 있다[2][3]. 본 논문은 고전적인 스펙트럼 차감법의 문제점을 스펙트럼 상에서 음성 영역 별로 차등하여 차감하는 새로운 형태의 스펙트럼 차감 알고리즘이며, 잡음에 의해 음성이 많이 왜곡된 경우에도 음성의 고조파 스펙트럼의 형태를 어느 정도 유지할 수 있다[4][5].
  • 제안하는 알고리즘은 성격 상 음성인식의 전처리 과정에 해당하나, 화자독립, 화자 종속 등 음성인식 본 과정에서 사용하는 다양한 인식 알고리즘에 따라 인식률이 달라질 수 있어 알고리즘에 대한 평가는 전처리 과정 자체에 대한 보편타당한 평가 기준을 따른다. 이에 따라 알고리즘의 성능은 잡음이 부가되어 오염된 음성 신호를 제안하는 방법 및 기존 방법으로 잡음 처리한 후의 음성신호가 오염되기 전 원래의 깨끗한 음성 신호와 얼마나 유사한 지에 대해 각각 평가하고자 한다. 이를 위해 원 음성 신호에서 추출한 음성 특징 벡터에 대해 잡음 처리한 후의 음성신호에서 추출한 음성 특징 벡터간의 유클리디안 거리를 측정하여 알고리즘의 성능을 평가한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
특징보상 기법이란 무엇인가? 음성인식에서의 잡음처리 기술은 단계별로 음성향상(또는 음질개선으로도 사용됨), 특징보상, 모델적응 등으로 분류될 수 있으며, 이 중 음성향상은 잡음이 부가된 입력신호로부터 잡음의 영향을 줄이고 원래의 깨끗한 음성 성분을 추정하는 기술을 말한다[1]. 특징보상 기법은 음성의 품질을 직접적으로 향상시키는 것이 아니라 음성인식을 위하여 추출된 특징들을 개선시키는 것이다. 모델적응 기법은 인식 모델을 변환하여 마치 적응된 모델이 현재의 잡음이 섞인 음성으로부터 학습된 것처럼 하는 것이다.
스펙트럼 향상 기법 방식의 방법들은 어떤 문제점을 갖는가? 이 방식에는 스펙트럼 차감법, 비선형 스펙트럼 차감법, 그리고 Weiner 필터와 같은 단구간 스펙트럼 크기를 이용하여 잡음을 억제하는 스펙트럼 차감 형태의 알고리즘이 있다. 그러나 이러한 방법들은 모두 신호대잡음비라는 평범한 기준을 적용하기 때문에 상대적으로 잡음이 많은, 즉 낮은 신호대잡음비 환경에서 음성 영역이 과차감되는 문제점을 가진다. 그 외 고전적인 스펙트럼 차감법의 문제는 차감 과정에서 불필요하고 귀에 거슬리는 뮤지컬 노이즈(rnusical noIise)가 발생하는 것이며, 이를 줄이기 위한 연구도 진행되고 있다[2][3].
음성향상이란 무엇인가? 따라서 이러한 환경에서의 음성인식을 위해서는 음성인식 과정 중에 잡음처리에 관한 처리 기술이 반드시 포함되어야 한다. 음성인식에서의 잡음처리 기술은 단계별로 음성향상(또는 음질개선으로도 사용됨), 특징보상, 모델적응 등으로 분류될 수 있으며, 이 중 음성향상은 잡음이 부가된 입력신호로부터 잡음의 영향을 줄이고 원래의 깨끗한 음성 성분을 추정하는 기술을 말한다[1]. 특징보상 기법은 음성의 품질을 직접적으로 향상시키는 것이 아니라 음성인식을 위하여 추출된 특징들을 개선시키는 것이다.
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참고문헌 (12)

  1. 김남수, "잡음 환경에서의 음성인식", Telecommunications Review, 제13권, 제5호, pp.650-661, 2003. 

  2. M. K. Hasan, S. Salahuddin, and M. R. Khan, "A Modified A Priori SNR for Speech Enhancement Using Spectral Subtraction Rules," IEEE Signal Processing Letters, Vol.11, No.4, pp.450-453, 2004(4). 

  3. A. Blin, S. Araki, and S. Makino, "Underdetermined Blind Separation of Convolutive Mixtures of Speech Using Time-Frequency Mask and Mixing Matrix Estimation," IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Vol.E88-A, pp.1693-1700, 2005. 

  4. J. Jensen and J. Hansen, "Speech Enhancement Using a Con-strained Iterative Sinusoidal Model," IEEE Transactions on Speech and Audio Processing, Vol.9, No.7, pp.731-740, 2001(10). 

  5. D. Ealey, H. Kellher, and D. Pearce, "Harmonic tunneling: track-ing non-stationary noises during speech,"Eurospeech, pp.437-440, 2001. 

  6. M. Berouti, R. Schwartz, and J. Makhoul, "Enhancement of speech corrupted by additive noise," Proceedings of the IEEE Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, pp.208-211, 1979(4). 

  7. N. Virag, "Single Channel Speech Enhancement Based on Masking Properties of the Human Auditory System," IEEE Transactions on Speech and Audio Processing, Vol.7, No.2, pp.126-137, 1999(3). 

  8. P. Lockwood and J. Boudy, "Experiments with a Nonlinear Spectral Subtractor(NSS), Hidden Markov Models and the pro-jection, for robust speech recognition in cars," Speech Communication, Vol.11, pp.215-228, 1992. 

  9. B. Jounghoon and K. Hanseok, "Spectral Subtraction Using Spectral Harmonics for Robust Speech Recognition in Car Environments," ICCS2003, LNCS Vol.2660, pp.1109-1116, 2003. 

  10. W. Hess, Pitch Determination of Speech Signals, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo 1983. 

  11. L. Rabiner and R. Schafer, Digital Processing of Speech Signals, Prentice-Hall 1978. 

  12. R. W. Aldhaheri and F. E. Al-Saadi, "Text-Independent Speaker Identification in Noisy Environment Using Singular Value Decomposition," ICICS-PCM, pp.1624-1627, 2003(12). 

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