본 논문에서 음성신호를 사용하여 인간의 감정를 인식하기 위한 특징 파라메터 비교에 관하여 연구하였다. 이를 위하여 여러 가지 감정 상태에 따라 분류된 한국어 음성 데이터 베이스를 이용하여 얻어진 음성 신호의 피치와 에너지의 평균, 표준편차와 최대 값 등 통계적인 정보 나타내는 파라메터와 음소의 특성을 나타내는 MFCC 파라메터가 사용되었다. 파라메터들의 성능을 평가하기 위하여 문장 및 화자 독립 감정 인식 시스템을 구현하여 인식 실험을 수행하였다. 성능 평가를 위한 실험에서는 운율적 특징으로 피치와 에너지와 각각의 미분 값을 사용하였고, 음소의 특성을 나타내는 특징으로 MFCC와 그 미분 값을 사용하였다. 벡터 양자화 방법을 사용한 화자 및 문장 독립 인식 시스템을 사용한 실험 결과에서 MFCC와 델타 MFCC를 사용한 경우가 피치와 에너지를 사용한 방법보다 우수한 성능을 나타내었다.
본 논문은 주행중인 자동차 환경에서의 음성인식에 대하여 연구하였다. 여기에서 사용한 기준패턴(reference pattern)은 DMS(Dynamic Multi-Section)이며, 인식율을 높이기 위하여 2모델을 제안하였다. 또한 가변적인 차량의 잡음환경에 강인하기 위하여 일반주행(80km/h 이내), 고속주행(80km/h 이상)등으로 나누었으며 차량의 잡음에 따라 자동으로 선택하도록 하였다. 음성의 특징 벡터와 인식 알고리즘은 PLP(Perceptual Linear Predictive) 13차와 OSDP(One-Stage Dynamic Programming)를 사용하였다. 그리고 핸드폰을 사용하는 운전자의 안전을 위하여 음성으로 전화를 걸 수 있도록 하는 전화번호 등록 및 제어기능의 Voice Dialing 기능을 추가하였다. 실험결과 주행중인 자동차 환경에서 자주 사용되는 차량 편의장치 제어명령 33개에 대하여 중부, 영동 고속도로(시멘트 도로 80km/h이상)에서 남성 화자독립 89.75%의 인식율을 구하였으며, 경부고속도로(아스팔트 도로 80km/h이상)에서는 남성화자독립 92.29%의 인식율을 구하였다.
본 논문에서는 Hidden Markov Model(HMM) - Universal Background Model(UBM)의 주 상태 정보 기반의 i-vector 추출 기술을 제안한다. Ergodic HMM이 UBM을 추정하는데 쓰였으며, 이를 통해 동일 화자 음성에도 다양하게 존재하는 특성을 HMM states로 분류할 수 있다. 제안한 방법을 이용하면 HMM의 state 개수에 따라 i-vector 들이 추출되는데, 주 상태 정보 방법을 통해 이들 중 하나를 선택한다. 제안한 방법을 검증하기 위해 National Institute of Standards and Technology(NIST) Speaker Recognition Evaluation(SRE) database를 이용하여 실험을 하였으며, Equal Error Rate(EER) 성능 수치에서 12 %의 성능 향상을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 음성 신호를 이용해서 화자의 감정을 인식하기 위해 3가지 시스템을 구축하고 이들의 성능을 비교해 보았다. 인식 대상으로 하는 감정은 기쁨, 슬픔, 화남, 두려움, 지루함, 평상시의 감정이고, 각 감정에 대한 감정 음성 데이터베이스를 직접 구축하였다. 피치와 에너지 정보를 감성 인식의 특징으로 이용하였고, 인식 알고리듬은 MLB(Maximum-Likelihood Bayes)분류기, NN(Nearest Neighbor)분류기 및 HMM(Hidden Markov Model)분류기를 이용하였다. 이 중 MLB 분류기와 NN 분류기에서는 특징벡터로 피치와 에너지의 평균과 표준편차, 최대값 등 통계적인 정보를 이용하였고, TMM 분류기에서는 각 프레임에서의 델타 피치와 델타델타 피치, 델타 에너지와 델타델타 에너지 등 시간적 정보를 이용하였다. 실험은 화자종속, 문장독립형 방식으로 하였고, 인식 실험 결과는 MLB를 이용해서 $68.9\%, NN을 이용해서 $66.7\%를 얻었고, HMM 분류기를 이용해서 $89.30\%를 얻었다.
본 논문에서는 임의의 사람이 발성한 음성을 마치 다른 사람이 발성한 것처럼 들리도록 하는 음성변환 기술에 대하여 설명하고, 화자간의 성도 특성과 여기신호 특성 파라미터 변환을 독립적으로 수행하기 위한 변환방법을 실험한다. 성도 특성 파라미터 변환은 입력되는 음성신호에서 LPC (Linear Predictive Cofficient)켑스트럼을 추출하여 선형다변회귀모델에 적용하여 수행하고, 여기신호 특성 파라미터 변환은 잔차신호를 추출하여 LP-PSOLA (Linear Predictive-Pitch Synchronous Overlap and Add) 합성방식을 이용한 화자간의 평균 피치주기 변환으로 수행된다. 실험결과는 선형다변회귀모델과 LP-PSOLA 합성방식을 이용하여 변환된 음성이 대상화자의 음성에 유사함을 보여준다
본 논문은 주행중인 자동차 환경에서 운전자의 안전성 및 편의성의 동시 확보를 위하여, 보조적인 스위치 조작 없이 상시 음성의 입, 출력이 가능한 시스템을 제안하였다. 이대 잡음에 강인한 threshold 값을 구하기 위하여, 1.5초마다 기준 에너지와 영 교차율을 변경하였으며 대역 통과 여과기를 이용하여 1차, 2차로 나누어 실시간 상태에서 자동으로, 정확하게 끝점 검출을 처리하였다. 또한 남성, 여성을 피치검출로 구분하여 모델을 선택하게 하였고, 주행중인 자동차 속도에 따라 가장 적합한 모델을 사용하기 위하여 Idle-40km, 40-80km, 80-100km로 구분하여 남성, 여성 모델을 각각 구분하여 인식할 수 있게 하였다. 그리고, 음성의 특징 벡터와 인식 알고리즘은 PLP 13차와 OSDP(one-Stage Dynamic Programming)을 사용하였다. 본 실험은 서울시내 도로 및 내부 순환도로에서 각각 속도별로 구분하여 화자독립 인식 실험을 한 결과 40-80km 상태에서 남자는 96.8%, 여자는 95.1%, 80-100km 상태에서는 남자 91.6%, 여자는 90.6%의 인식결과를 얻을 수 있었고, 화자종속 인식실험 결과 40-80km 상태에서 남자는 98%, 여자는 96%, 80-100km 상태에서는 남자는 96%, 여자는 94%의 높은 인식률을 얻었으므로, system의 유효성을 입증하였다.
음성 다이얼링 시스템은 화자의 음성을 인식하여 원하는 전화번호로 자동으로 전화를 걸어주는 시스템으로 주로 이동 전화나 휴대형 통신 장비에 유용하게 사용된다. 개인 음성 다이얼링 시스템의 경우, 다이얼링에 사용되는 모든 구문은 사용자가 선택하고 사용자의 음성을 사용하여 학습되어 음성 인식을 위한 HMM을 생성한다. 이러한 시스템은 화자독립 시스템 보다 매우 적은 메모리 공간과 계산량으로 구현이 가능하다. 그러나 이러한 시스템은 학습시 각 단어당 2-3개의 음성만을 사용하므로 음성인식 시스템의 성능을 개선하기 위한 각 상태에서의 상태지속분포을 추정하기는 매우 어렵다. 따라서 본 논문에서는 성능개선을 위한 후처리기를 제안하였다. 전화선을 통하여 구성된 데이터베이스를 이용한 실험에서 제안된 후처리기가 인식 시스템의 성능을 향상시킴을 확인하였다.
본 논문에서는 고립단어 인식을 위한 빠른 전처리기를 소개한다. 제안하는 전처리기는 적은 계산량으로 후보 단어를 추출한다. 본 전처리기에서는 계산량을 줄이기 위해서 벡터 양자화 대신에 특징 정렬 알고리즘을 사용하였다. 이 전처리기의 유효성을 보이기 위해서 준연속 은닉 마코프 모델을 기반으로 한 음성 인식기와 벡터 양자화를 기반으로 한 전처리기에 대해서 화자독립 고립단어 인식에 대한 성능을 비교했다. 실험에 사용한 음성 데이터는 남성 호자 40명이 발성한 244 단어이며, 40명의 화자 중에서 20명은 전처리기의 훈련용으로 사용했으며 나머지 20명은 평가용으로 사용하였다. 실험의 결과, 음성 데이터에 대해서 90%의 감축을 조건에서 제안한 전처리기는 99.9%의 정확성을 보였다.
화자들 사이의 성도의 길이의 변이에 의하여 음성 인식기의 성능이 저하된다. 본 연구에서는 입력 음성에서 추출한 단구간 스펙트럼의 주파수축을 확대하거나 축소하여 음성인식기에 미치는 화자사이의 성도 길이의 영향을 최소화하는 방법을 사용한다 성도의 길이를 정규화하기 위한 주파수 변환 함수로서, 선형의 주파수 변환 함수와 조각적 선형적인 변환 함수를 고려하였다. 또한, 커다란 성도길이의 변이에 따른 주파수축의 척도변화를 보다 효과적으로 모의할 수 있는 가변구간 조각적 선형함수를 제안한다. TIDIGITS 연결 숫자음 음성자료에 대하여 제안한 방법을 적용한 결과, 단어의 오인식률을 2.15%에서 0.53%로 크게 감소시킴으로서, 성도 길이 정규화가 화자 독립 음성인식기의 성능 향상에 필수적임을 알 수 있었다.
본 논문에서는 인간의 감정 변화의 영향을 적게 받는 음성 인식 시스템의 특정 파라메터에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 우선 다양한 감정이 포함된 음성 데이터베이스를 사용하여 감정 변화가 음성 인식 시스템의 성능에 미치는 영향과 감정 변화의 영향을 적게 받는 특정 파라메터에 관한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 LPC 켑스트럼 계수, 멜 켑스트럼 계수, 루트 켑스트럼 계수, PLP 계수와 RASTA 처리를 한 멜 켑스트럼 계수와 음성의 에너지를 사용하였다. 또한 음성에 포함된 편의(bias)를 제거하는 방법으로 CMS 와 SBR 방법을 사용하여 그 성능을 비교하였다. HMM 기반의 화자독립 단어 인식기를 사용한 실험 결과에서 RASTA 멜 켑스트럼과 델타 켑스트럼을 사용하고 신호편의 제거 방법으로 CMS를 사용한 경우에 가장 우수한 성능을 나타내었다. 이러한 것은 멜 켑스트럼을 사용한 기준 시스템과 비교하여 59%정도 오차가 감소된 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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