문장 종속형 화자 확인시스템을 구현하는데 있어 화자가 발음할 문장의 선정은 화자인식시스템의 성능을 좌우하는 중요한 사항이다. 본 연구에서는 한국어의 음가 분류방식을 이용하여 자음조합체계를 구축하고 이를 웹 기반 화자확인시스템에 적용하여 급격한 화자음성정보의 변화에 대응하는 동시에 최적의 인식성능을 낼 수 있는 자음조합방식을 도출하였다.
기존의 물리적 인증도구를 이용한 방식이나 패스워드 인증 방식은 분실, 도난, 해킹 등에 취약점을 가지고 있다. 따라서 지문, 서명, 홍채, 음성, 얼굴 등을 이용한 생체 인식기술을 보안 기술로 적용하려는 연구가 진행중이며 일부는 실용화도 되고 있다. 본 논문에서는 최근 널리 보급되어 있는 임베디드 시스템중의 하나인 PDA에 음성 기술을 이용한 내장형 화자 인증기를 구현하였다. 화자 인증기는 음성기술에서 널리 사용되고 있는 벡터 양자화 기술과 은닉 마코프 모델 기술을 사용하였으며, PDA의 하드웨어적인 제약 사항을 고려하여 사용되는 벡터 코드북을 두 가지로 다르게 하여 각각 구현하였다. 처음은 코드북을 화자 등록시에 발성음만을 이용하여 생성하고 화자인증 시에 이용하는 방법이며, 다른 하나는 대용량의 음성 데이터베이스를 이용하여 코드북을 사전에 생성하여 이를 화자 인증시에 이용하는 방법이다. 화자인증기의 성능평가는 5명의 화자가 10번씩 5개의 단어에 대하여 실험하여, 각각 화자종속 코득북을 이용한 인증기는 88.8%, 99.5%, 화자독립 코드북을 이용한 인증기는 85.6%, 95.5%의 인증율과 거절율을 보였으며, 93.5%와 90.0%의 평균 확률을 보였다.. 실험을 통하여 화자독립 인증기의 경우가 화자종속 인증기의 경우보다 낮은 인식율을 보였지만, 화자종속 인증기에서 나타나는 코드북 훈련시에 발생하는 메모리 문제를 해결 할 수 있었다.
본 연구에서는 문맥 종속 또는 문맥 독립형 화자 인식에서의 단점을 개선하는 방법으로 문맥 제시형 화자 인식을 수행하였다. 문맥 종속형 화자 인식은 제한된 문장이나 단어를 발성하여 출입 판별을 하는 방식으로 구현하기는 쉬우나 사칭자가 사용자의 목소리를 흉내낼 수 있으며[1], 문맥 독립형 화자 인식은 임의의 대화 문장이나 대화를 사용에게 유도하여 일정 시간 동안 녹음한 후에 이를 이용하여 사칭자가 접근을 허가 받을 수 있다는 단번이 있다. 또한 문맥 독립형 화자 인식에서는 접근 허가를 받기까지 많은 학습 시간이 필요하며 학습 시간이 적을 경우에 상당한 인식률의 저하가 발생된다. 문맥 제시형 화자 인식은 랜덤하게 제시된 단어만을 화자가 발성함으로써 특정한 문장이나 단어의 배열을 미리 녹음했다가 재생하는 방법을 배제할 수 있을 뿐만 아니라 동시에 학습을 위한 많은 시간을 소모하지 않는다는 장점이 있다. 본 논문에서는 화자로 하여금 랜덤하게 제시된 여러 개의 단어들을 순서적으로 발성하도록 하여, 발성 단어를 인식한 후에 인식된 단어를 통하여 화자를 판별하는 방법을 사용하였다.
본 논문에서는 키패드로만 동작하는 디지털 도어락에 보안을 강화하기 위해 음성 인식 장치를 추가한 음성 인식 디지털 도어락을 설계하고 구현하였다. 비밀번호로만 동작하는 도어락은 비밀번호의 분실 가능성이 있기 때문에 보안을 위해서는 화자의 특징을 인식할 수 있는 화자 종속 방식의 음성인식이 효율적이다. 본 논문에서 제안하는 방식은 가정집뿐만이 아니라 회사에서 보다 높은 수준의 보안이 필요한 곳에서 사용이 가능하다. 또한 구현한 시스템은 장애인을 위해 음성만으로 동작하는 시스템 등으로 쉽게 변경이 가능하다. 제안한 시스템은 ATmega128을 기반으로 키패드, 텍스트 LCD, 음성인식 모듈을 결합하여 구성하였다.
본 논문에서는 백색잡음 및 자동차잡음 환경 하에서 남녀 성별인식이 가능한 신경회로망에 의한 화자종속 음성인식 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 제안한 음성인식 알고리즘은 남성화자 및 여성화자를 인식하기 위하여 LPC 켑스트럼 계수를 사용하여 신경회로망에 의하여 학습된다. 본 실험에서는 백색잡음 및 자동차잡음에 대하여 총 6개의 신경회로망의 네크워크에 대한 인식결과를 나타낸다. 인식실험의 결과로부터 백색잡음에 대해서는 최대 96% 이상의 인식률, 자동차잡음에 대해서는 최대 88% 이상의 인식률을 구하였다. 마지막으로 본 실험에서는 제안하는 음성인식 알고리즘이 배경잡음 환경 하에서의 기존의 음성인식 알고리즘과 비교하여 본 방식의 알고리즘이 유효하다는 것을 실험으로 확인한다.
본 연구에서는 인터넷 웹 기반의 화자확인시스템을 설계하였다. 웹 기반의 화자확인 시스템에 적용할 화자인식기법을 선정하기 위해 문자종속 화자인식기법들(DTW, DHMM, SCHMM)의 성능 및 특징들을 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 비교 평가하였다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 이용하여 웹 기반의 화자확인시스템에 적합한 인식성능 및 초기 학습발음수를 갖는 DHMM을 화자인식기법으로 선정하고 이를 분산처리환경에서 동작하도록 Activex, DCOM기술을 이용하여 3계층방식으로 설계하였다.
DTW를 사용한 텍스트종속 화자확인의 성능향상에 관한 것으로, 화자인식의 근본적인 난점인 화자 정보 추출의 어려움, 사칭자의 거부, 시간 변화에 따른 인식률 저하 등을 해결하고자 하였다. 먼저 기존의 DTW 방식을 유지하면서 DTW의 단점이라 할 수 있는 과다한 계산량과 발성 습관과 시간 변화에 따른 음성왜곡을 개선하기 위하여 기준 패턴에 통계적 의미를 도입한 대표 평균치 패턴을 사용하였다. 가중 켑스트럼은 화자별로 유용한 켑스트럼 차수를 구하여, 그 차수에 가중치를 두는 것으로 본 실험에서는 F-ratio를 사용하여 구하였다. 실험결과 대표 평균치 패턴과 F-ratio를 사용할 경우 인식률이 각각 약 3~4% 향상되었다.
본 논문은 keyword spotting 기술을 이용한 247개의 DDD 지역명을 인식 대상으로 하여 화자 독립의 한국어 연속 음성인식을 위한 시스템을 제안하였다. 적용된 인식 알고리즘은 음성에서 시간축의 변화와 스펙트럼의 왜곡을 흡수할 수 있는 모델로 DP와 MLP로 구성된 동적 프로그래밍 신경회로망(DPNN)을 사용하였다. 이와 같은 실험을 위해 단어 모델을 만들고 이에 대한 단어 모델을 keyword 모델과 non-keyword 모델로 구분하여 성능을 향상시킬 수 있도록 하였다. 또한 잘못된 결과를 출력시키지 않기 위해서 후처리 과정을 두고 실험을 하였다. 실험결과, 단독어에 대한 화자 종속 실험은 93.45%의 결과를 보였고, 단독어에 대한 화자 독립 실험은 84.05%의 실험결과를 보였으며, 가장 중요한 간단한 대화체 문장의 keyword spotting 실험은 화자 종속으로 77.34%의 결과를 보였으며, 화자 독립 실험은 70.63%의 결과를 얻었다.
본 연구에서는 집단화 오차를 최소로 하기위해 개선된 LBG 알고리즘을 제안한다. 기존의 LBG 알고리즘은 화자확인 시스템에 적용시 소량의 학습 데이터의 분포가 가지는 특수성으로부터 기인하는 문제점들이 발생한다. 즉, 개인별 특성을 무시하고 항상 일정한 크기의 코드북을 생성해야 하는데서 기인하는 군집화 오류와 분할할 (Splitting) 방향을 잘못 선택하면서 발생하는 집단화의 오류가 전체 화자 인식율 저하의 원인이 된다. 따라서, 본 연구에서는 개인별로 최적의 크기를 가지는 가변길이 코드북 생성 기법과 중심값으로부터 최외곽의 멤버 벡터 인덱스를 찾고 다시 최외곽 멤버 벡터에서 가장 먼 멤버 벡터 인덱스를 찾음으로써 분할할 방향을 인위적으로 지정해 주는 개선된 군집화 알고리즘을 제안한다. 실험 결과, 제안된 방식을 적용한 화자확인 시스템이 기존의 LBG알고리즘을 사용한 시스템보다 오거부율(FR)은 3.165%, 오수락율 (FA)는 0.06%씩 각각 향상 되었다.
본 논문에서 HMM 파라메터 추정을 위해 분절단위 정보를 이용하는 수정된 교정학습방법을 제안한다. 수정된 교정학습방법은 기존의 교정학습 방법에서 사용하는 전향·후향 알고리즘 대신에 분절단위 K-means 알고리즘을 사용하여 HMM 파라메터를 교정한다. 이 방식은 분절단위 K-means 알고리즘이 음성신호내의 공통의 통계적 특성을 가지는 상태단위 정보를 강조한다는 사실을 이용하였다. 화자종속 음소 및 단어인식 실험에서 제안된 알고리즘이 기존의 교정학습 방법보다 적은 계산량으로도 향상된 인식률을 보여주었다. 이것은 HMM 교정학습에서 상태다누이 정보가 중요함을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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