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주파수 변이를 이용한 Parallel Model Combination 모델 적응에 기반한 잡음에 강한 음성인식
Noise Robust Speech Recognition Based on Parallel Model Combination Adaptation Using Frequency-Variant 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.32 no.3, 2013년, pp.252 - 261  

최숙남 (영남대학교 정보통신공학과) ,  정현열 (영남대학교 정보통신공학과)

초록
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일반적인 음성인식 시스템은 조용한 인식 환경에서는 높은 인식성능을 나타내지만 잡음이 존재하는 실제 환경에서는 그 성능이 급격히 저하한다. 본 논문에서는 다양한 잡음환경에서도 강인한 음성인식기를 구현하기 위하여, 주파수의 변이도를 이용하여 음성인식을 위한 환경 정보를 얻고 이를 음성 인식을 위한 모델 개선에 적용하여 성능향상을 도모하는 환경정보 지식에 기반한 주파수 변이 적응 PMC (Parallel Model Combination adaptation using frequency-variant based on environment - awareness : FV-PMC) 방법을 제안한다. 이 방법은 미리 분류된 각 잡음 군간의 평균 주파수 변이도를 미리 계산하여 임계치로 설정하고 미지의 잡음이 포함된 음성이 입력되면 각 잡음 군과의 주파수 변이도를 다시 계산하여 해당 잡음군의 임계치 보다 높을 경우 그 잡음 군의 잡음이 포함된 음성으로 간주하여 이 잡음 군이 포함된 음성을 이용하여 생성된 인식모델을 이용하여 음성인식을 수행한다. 제안한 FV-PMC 방법을 이용하여 잡음을 분류 하였을 경우 평균 분류 정확도는 56%를 보였고 이를 이용해 음성인식 실험을 실시한 결과 Set A의 평균인식률은 79.05%, Set B의 평균인식률은 79.43%, Set C의 평균인식률은 83.37%로 나타났다. 전체 평균인식률 80.62%로 기존의 깨끗한 모델을 이용한 PMC 인식률 74.93% 보다 5.69% 향상된 결과를 보여 제안한 방법의 유효성을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The common speech recognition system displays higher recognition performance in a quiet environment, while its performance declines sharply in a real environment where there are noises. To implement a speech recognizer that is robust in different speech settings, this study suggests the method of Pa...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 다양한 잡음환경 하에서 강인한 음성인식 시스템을 구현하기 위하여 FV-PMC 방법을 제안하였다. 이 방법은 혼입이 예상되는 잡음들을 주파수 변이의 평균값을 이용하여 임계치를 정한 후이를 이용하여 잡음을 수종의 잡음군으로 분류한 후 잡음 군 별 잡음음성 인식모델을 작성하여 음성 인식을 수행하는 방법이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
잡음에 강인한 음성 인식시스템를 구현하기 위해서는 다양한 잡음으로 인해 야기된 훈련 조건과 인식 조건 사이의 불일치를 보상할 필요가 있는데 이를 보상하기 위한 방법에는 무엇이 있는가? [1] 따라서 잡음에 강인한 음성 인식시스템의 구현을 위해서는 이러한 다양한 잡음으로 인해 야기된 훈련 조건과 인식 조건 사이의 불일치를 보상할 필요가 있다. 이를 보상하기 위한 방법은 음성강화(speech enhancement), 잡음에 강한 특징추출 (robust feature extraction), 잡음에 강한 거리측도 (robust distance measure)를 이용한 방법, 모델에 기반을 둔 보상방법(model-based compensation) 등이 있다.[2]
음성강화는 무엇인가? 음성강화란 배경잡음으로 오염된 음성에서 부가 잡음을 제거하고 음성의 질이나 명료도(intelligibility)를 향상시키는 방법을 말한다. 음성강화 알고리즘에는 스펙트럼 크기의 예측에 의한 방법으로 Spectral Subtraction, MMSE(Minimum Mean Square Error), Wiener filtering 등이 있다.
음성개선 알고리즘의 평가를 하는 데 주로 쓰이는 방법인 주파수 변이도는 어떤 방법인가? 한편 유사한 특성을 가진 파라미터를 분류하는 척도로서는 주파수 변이도를 이용한 방법이 많이 이용 된다.[14] 주파수 변이도는 음성개선 알고리즘의 평가를 하는 데 주로 쓰이는 방법으로, 잡음이 포함되지 않은 원 음성신호와 잡음이 포함된 음성신호의 잡음이 개선된 음성신호들의 각 프레임 간 가중스펙 트럼 기울기(weighted spectral distance)를 계산하여 음성의 개선정도를 평가하는 방법이다. 이 방법을 이용하면 유사성분의 많이 포함되어 있는 각 잡음 군을 분류하는 데 유용할 것으로 생각된다.
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참고문헌 (21)

  1. Yao, E. Visser, O. W. Kwon and T. W. Lee, "A seech processing front-end with eigenspace normalization for robust speech recognition in noisy automobile environments," Proc. Eurospeech, 9-12 ( 2003). 

  2. Seon-Mi Gang, "Study on speech recognition under noisy environments" (in Korean), J. Inst. Ind. Tech. 3, 301-318 (1997). 

  3. J. S. Lim, A. V. Oppenheim, "Enhancement and bandwidth compression of noisy speech," Proceedings IEEE, 67, 1586-1604 (1979). 

  4. Y. Ephraim and D. Malah, and B. H. Juang, "On the application of hidden markov models for enhancing noisy speech," Proc. ICASSP, 533-536 (1992). 

  5. J. C. Junqua and J. P. Haton, Robustness in Automatic Speech Recognition: Fundamentals and Applications, (Kluwer Academic Publishers, 1996). 

  6. Y. H. Suk, S. H. Choi, and H. S. Lee, "Cepstrum PDF normalization method for Speech recognition in noise environment"(in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 4(s) 24, 224-229 (2005). 

  7. Hanson, B. A., and Wakita, H., "Spectral slope distance measure with linear prediction analysis for word recognition in noise," IEEE Trans. on ASSP, ASSP-35, 7, 968-973 ( 1987). 

  8. Juang, B. H., Rabiner, L., and Wilpon, J., "On the use og bandpass liftering in speech recognition," ICASSP, 765-768 (1986). 

  9. A. Nadas, D. Nahamoo and M. Picheny, "Speech recognition using noise adaptive prototypes," Proc. ICASSP, 517-520 (1988). 

  10. Gue-Jun Jung, Hoon-Young Cho, and Yung-Hwan Oh, "Improved compensation of dynamic parameter in PMC for robust speech recognition"(in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 1(s) 20, 183-186 (2001). 

  11. K. C. SIM, M.T. LUONG, "A trajectory-based parallel model combination with a unified static and dynamic parameter compensation for noisy speech recognition," ASRU, 107-112 ( 2011). 

  12. G.H. Shen, H.Y. Jung, and H. Y. Chung, "A noise robust speech recognition method using model compensation based on speech enhancement"(in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 4(s) 27, 191-199 (2008). 

  13. Hadi Veisi, Hossein Sameti, "Cepstral-domain hmm - based speech enhancement using vector taylor series and parallel model combination," ISSPA, 298-303(2012). 

  14. Philipos C .Loizou, Speech Enhancement -Theory and Practice, (CRC Press, Florida, 2007). 

  15. Varga A. and Moore R.,"Hidden markov model decomposition of speech and noise," ICASSP, 845-848 (1990). 

  16. Nakamura, S. Qiang Hou, Shikano, K., "Model adaptation based on hmm decomposition for reverberant speech recognition," ICASSP, 21-24 (1997). 

  17. G. J. Jung, "Improved on-line model compensation for robust speech recognition"(in Korean), Master's thesis (2002). 

  18. Gales,M. and Young S.,"HMM recognition in noise using parallel model combination," EUROSPEECH, 837-840 (1993). 

  19. M. J. F. Gales, S. Young, "Robust continuous speech recognition using parallel model combination," IEEE TSAP, 4, 352-359 (1996). 

  20. Rabiner, lr, and Juang, bh, Fundamentals of Speech Recognition,( Prentice-Hall, New Jersey,1993). 

  21. H.-G Hirsch, D. Pearce, "The AURORA experimental framework for the performance evaluation of speech recognition systems under noisy conditions," ISCA ITRW ASR (2000). 

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