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[국내논문] 퍼셉트론 신경회로망을 사용한 유성음, 무성음, 묵음 구간의 검출 알고리즘
Voiced-Unvoiced-Silence Detection Algorithm using Perceptron Neural Network 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.6 no.2, 2011년, pp.237 - 242  

최재승 (신라대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 다층 퍼셉트론 신경회로망을 사용하여 각 프레임에서의 유성음, 무성음, 그리고 묵음 구간을 검출하는 구간검출 알고리즘을 제안한다. 다층 퍼셉트론 신경회로망의 입력으로는 고속 푸리에변환에 의한 전력스펙트럼 및 고속 푸리에변환 계수가 사용되어 네트워크가 학습된다. 본 실험에서는 원 음성에 백색잡음이 중첩된 음성을 신경회로망에 입력함으로서 각 프레임에서의 유성음, 무성음, 묵음 구간의 검출성능 결과를 나타낸다. 본 실험에서는 신경회로망의 학습 데이터평가 데이터가 다를 경우에도 이러한 음성 및 백색잡음에 대하여 92% 이상의 검출율을 구할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a detection algorithm for each section which detects the voiced section, unvoiced section, and the silence section at each frame using a multi-layer perceptron neural network. First, a power spectrum and FFT (fast Fourier transform) coefficients obtained by FFT are used as the in...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 음성구간 검출의 기술은 음성신호의 유무를 판별하는 기술로서 잡음 환경하에서 음성인식시스템에 많이 적용되고 있으며, 일반적으로 끝점 검출알고리즘, short-teRm 에너지 변화를 이용하는 알고리즘, 주기성에 의한 피치검출 알고리즘, 신경회로망에 의한 검출 알고리즘 등이 연구되고 있다[6, 7]. 따라서 본 논문에서는 신경회로망의 학습 알고리즘을 사용하기 위하여 각 프레임에서 에너지변화를 이용하여 유성음, 무성음, 묵음 구간의 검출에 대한 알고리즘을 제안한다[8]. 본 실험에서는 신경회로망에 대해서 입력 신호대잡음비 SNRinput(Input Signal-to-Noise Ratio)을 Clean, 20 dB로 변경한 잡음이 중첩된 음성을 신경회로망에 입력함으로서 각 프레임에서의 유성음, 무성음, 묵음 구간의 검출 결과를 나타낸다.
  • 인간의 청각 기능이 외부의 자극에 대하여 대수적인 감도를 가지고 있기 때문에 켑스트럼 방법에서는 청각적으로 중요한 파라미터를 빠뜨리는 위험성이 적다고 판단된다. 본 논문에서는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)에 의해서 구해지는 FFT에 의한 켑스트럼에 대해서 기술한다.
  • 본장에서는 3층 구조의 퍼셉트론형의 신경회로망에 FFT에 의한 전력스펙트럼 및 FFT에 의한 켑스트럼을 입력으로 하여 각 프레임에서 유성음, 무성음, 묵음에 대한 구간을 검출하는 것을 목적으로 하여 검출율을 높이는 실험에 대하여 기술한다. 본 실험에서의 음성 구간검출시스템의 평가방법으로는 각 프레임에서의 구간 검출율을 도입하였다.
  • 본 논문에서는 다층 퍼셉트론 신경회로망을 사용하여 유성부, 무성부, 그리고 묵음부에 대한 각 프레임에서의 구간 검출에 대한 검출 시스템을 제안하였다. 제안한 시스템은 SNRinput가 20 dB인 경우에 대하여 유성부, 무성부, 묵음부를 검출한 후에 오차역전파 알고리즘에 의한 3층 구조의 퍼셉트론 신경회로망을 사용하여 학습하였으며, 신경회로망의 입력으로는 FFT 켑스트럼에 의한 10개의 켑스트럼 및 1개의 전력 스펙트럼의 총 11개를 신경회로망에의 입력으로 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
오차역전파학습 알고리즘을 사용한 방법은 어떠한 장점을 가지고 있다고 다수의 연구에 의해 증명되고 있는가? 근년, 신경회로망을 사용한 음성인식을 실시하려고 하는 연구가 활발히 진행되며, 이러한 수법이 음성인식과 같은 일종의 애매함을 포함하는 문제의 해결에 유효함이 해결되어 왔다[1]. 이 중에서도 오차역전파학습 알고리즘을 사용한 방법은 비교적 간단한 알고리즘임에도 불구하고, 패턴 인식에 있어서 상당히 강력한 학습 알고리즘이라는 것이 다수의 연구에 의하여 증명되고 있다[2]. 그러나 음성인식이 실용화되기 위해서는 아직 해결해야할 여러 가지 문제점이 남겨져 있다.
잡음이 중첩된 환경 하에서 연구되고 있는 음성인식 방식에는 무엇이 있는가? 잡음이 중첩된 음성파형으로부터 직접 신경회로망 및 선형필터에 의하여 잡음을 제거하는 실험이 보고되고 있다[3]. 또한 잡음이 중첩된 환경 하에서 음성인식 방식으로서는 신경회로망에 의한 방법(Neural Network, NN)[4], 은닉 마르코프 모델 (Hidden Markov Model, HMM)[5]등의 방법들이 연구되고 있다.
음성인식이 실용화되기 위해 해결해야 하는 문제점의 예시로 무엇이 있는가? 그러나 음성인식이 실용화되기 위해서는 아직 해결해야할 여러 가지 문제점이 남겨져 있다. 예를 들면, 마이크로폰에 있어서 주변으로부터 혼입되는 잡음의 영향에 의한 잡음제거의 문제, 불특정 화자, 음운 및 음절이 연속적으로 발성된 경우에 일어나는 조음결합 현상 등이다. 이 중에서도 잡음의 영향에 의한 잡음제거에 대해서는 각종 실용화의 경우를 고려하면 음성과 잡음의 혼재를 방지하는 것은 거의 불가능하며, 배경잡음을 제거하는 수법이 음성인식의 전처리로써 반드시 필요하다.
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참고문헌 (11)

  1. L. Tan, P.C. Ching, L.W. Chan, "Recurrent neural networks for speech modeling and speech recognition", International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, vol.5, pp. 3319 - 3322, 1995. 

  2. D.E. Rumelhart, G.E. Hinton, and R. J. Williams, "Learning representations by back-propagation errors", Nature, vol.323, pp. 533-536, 1986. 

  3. T.T. Le, J.S. Mason and T. Kitamura, "Characteristics of multi-layer perceptron models in enhancing degraded speech", Proc. ICSLP-94, pp. 1611-1614, 1994. 

  4. R.P. Lippmann, "An Introduction to Computing with Neural Nets", IEEE ASSP Magazine, vol.4, no.2, pp. 4-22, April 1987. 

  5. T. Hirahara and H. Iwamida, "Auditory spectrograms in HMM phoneme recognition", Proc. Int. Conf. Spoken Lang. Process., ICSLP-90, pp. 1381-1384, 1990. 

  6. K. Yamamoto, F. Jabloun, K. Reinhard, A. Kawamura, "Robust Endpoint Detection for Speech Recognition Based on Discriminative Feature Extraction", IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, vol.1, pp. I.805-I.808, 2006. 

  7. W. Kun-Ching, T. Yi-Hsing, "Voice Activity Detection Algorithm with Low Signal-to-Noise Ratios Based on Spectrum Entropy", Second International Symposium on Universal Communication, pp.423-428, 2008. 

  8. 최재승, "다층 퍼셉트론 신경회로망을 사용한 구간 검출 알고리즘", 한국해양정보통신학회 추계학술대회 논문집, 14권, 2호, pp. 274-277, 2010. 

  9. H. Leung and V. Zue, "Some phonetic recognition experiments using artificial neural nets", ICASSP 88, pp. 422-425, 1988. 

  10. H. Hirsch and D. Pearce, "The AURORA experimental framework for the performance evaluations of speech recognition systems under noisy conditions," in Proc. ISCA ITRWASR2000 on Automatic Speech Recognition: Challenges for the Next Millennium, Paris, France, 2000. 

  11. R.G. Leonard, "A database for speaker independent digit recognition," IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, pp.328-331, Mar 1984. 

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