A prosody-based vector-space model of dialog activity for information retrieval

Search in audio archives is a challenging problem. Using prosodic information to help find relevant content has been proposed as a complement to word-based retrieval, but its utility has been an open question. We propose a new way to use prosodic information in search, based on a vector-space model, where each point in time maps to a point in a vector space whose dimensions are derived from numerous prosodic features of the local context. Point pairs that are close in this vector space are frequently similar, not only in terms of the dialog activities, but also in topic. Using proximity in this space as an indicator of similarity, we built support for a query-by-example function. Searchers were happy to use this function, and it provided value on a large testset. Prosody-based retrieval did not perform as well as word-based retrieval, but the two sources of information were often non-redundant and in combination they sometimes performed better than either separately.We thank Martha Larson, Alejandro Vega, Steve Renals, Khiet Truong, Olac Fuentes, David Novick, Shreyas Karkhedkar, Luis F. Ramirez, Elizabeth E. Shriberg, Catharine Oertel, Louis-Philippe Morency, Tatsuya Kawahara, Mary Harper, and the anonymous reviewers. This work was supported in part by the National Science Foundation under Grants IIS-0914868 and IIS-1241434 and by the Spanish MEC under contract TIN2011-28169-C05-01.Ward, NG.; Werner, SD.; García-Granada, F.; Sanchís Arnal, E. (2015). A prosody-based vector-space model of dialog activity for information retrieval. Speech Communication. 68:85-96. doi:10.1016/j.specom.2015.01.004S85966

A prosody-based vectorspace model of dialog activity for information retrieval

Abstract Search in audio archives is a challenging problem. Using prosodic information to help find relevant content has been proposed as a complement to word-based retrieval, but its utility has been an open question. We propose a new way to use prosodic information in search, based on a vector-space model, where each point in time maps to a point in a vector space whose dimensions are derived from numerous prosodic features of the local context. Point pairs that are close in this vector space are frequently similar, not only in terms of the dialog activities, but also in topic. Using proximity in this space as an indicator of similarity, we built support for a query-by-example function. Searchers were happy to use this function, and it provided value on a large testset. Prosody-based retrieval did not perform as well as word-based retrieval, but the two sources of information were often non-redundant and in combination they sometimes performed better than either separately

Prosodic modules for speech recognition and understanding in VERBMOBIL

Within VERBMOBIL, a large project on spoken language research in Germany, two modules for detecting and recognizing prosodic events have been developed. One module operates on speech signal parameters and the word hypothesis graph, whereas the other module, designed for a novel, highly interactive architecture, only uses speech signal parameters as its input. Phrase boundaries, sentence modality, and accents are detected. The recognition rates in spontaneous dialogs are for accents up to 82,5%, for phrase boundaries up to 91,7%

Real-time generation and adaptation of social companion robot behaviors

Social robots will be part of our future homes. They will assist us in everyday tasks, entertain us, and provide helpful advice. However, the technology still faces challenges that must be overcome to equip the machine with social competencies and make it a socially intelligent and accepted housemate. An essential skill of every social robot is verbal and non-verbal communication. In contrast to voice assistants, smartphones, and smart home technology, which are already part of many people's lives today, social robots have an embodiment that raises expectations towards the machine. Their anthropomorphic or zoomorphic appearance suggests they can communicate naturally with speech, gestures, or facial expressions and understand corresponding human behaviors. In addition, robots also need to consider individual users' preferences: everybody is shaped by their culture, social norms, and life experiences, resulting in different expectations towards communication with a robot. However, robots do not have human intuition - they must be equipped with the corresponding algorithmic solutions to these problems. This thesis investigates the use of reinforcement learning to adapt the robot's verbal and non-verbal communication to the user's needs and preferences. Such non-functional adaptation of the robot's behaviors primarily aims to improve the user experience and the robot's perceived social intelligence. The literature has not yet provided a holistic view of the overall challenge: real-time adaptation requires control over the robot's multimodal behavior generation, an understanding of human feedback, and an algorithmic basis for machine learning. Thus, this thesis develops a conceptual framework for designing real-time non-functional social robot behavior adaptation with reinforcement learning. It provides a higher-level view from the system designer's perspective and guidance from the start to the end. It illustrates the process of modeling, simulating, and evaluating such adaptation processes. Specifically, it guides the integration of human feedback and social signals to equip the machine with social awareness. The conceptual framework is put into practice for several use cases, resulting in technical proofs of concept and research prototypes. They are evaluated in the lab and in in-situ studies. These approaches address typical activities in domestic environments, focussing on the robot's expression of personality, persona, politeness, and humor. Within this scope, the robot adapts its spoken utterances, prosody, and animations based on human explicit or implicit feedback.Soziale Roboter werden Teil unseres zukünftigen Zuhauses sein. Sie werden uns bei alltäglichen Aufgaben unterstützen, uns unterhalten und uns mit hilfreichen Ratschlägen versorgen. Noch gibt es allerdings technische Herausforderungen, die zunächst überwunden werden müssen, um die Maschine mit sozialen Kompetenzen auszustatten und zu einem sozial intelligenten und akzeptierten Mitbewohner zu machen. Eine wesentliche Fähigkeit eines jeden sozialen Roboters ist die verbale und nonverbale Kommunikation. Im Gegensatz zu Sprachassistenten, Smartphones und Smart-Home-Technologien, die bereits heute Teil des Lebens vieler Menschen sind, haben soziale Roboter eine Verkörperung, die Erwartungen an die Maschine weckt. Ihr anthropomorphes oder zoomorphes Aussehen legt nahe, dass sie in der Lage sind, auf natürliche Weise mit Sprache, Gestik oder Mimik zu kommunizieren, aber auch entsprechende menschliche Kommunikation zu verstehen. Darüber hinaus müssen Roboter auch die individuellen Vorlieben der Benutzer berücksichtigen. So ist jeder Mensch von seiner Kultur, sozialen Normen und eigenen Lebenserfahrungen geprägt, was zu unterschiedlichen Erwartungen an die Kommunikation mit einem Roboter führt. Roboter haben jedoch keine menschliche Intuition - sie müssen mit entsprechenden Algorithmen für diese Probleme ausgestattet werden. In dieser Arbeit wird der Einsatz von bestärkendem Lernen untersucht, um die verbale und nonverbale Kommunikation des Roboters an die Bedürfnisse und Vorlieben des Benutzers anzupassen. Eine solche nicht-funktionale Anpassung des Roboterverhaltens zielt in erster Linie darauf ab, das Benutzererlebnis und die wahrgenommene soziale Intelligenz des Roboters zu verbessern. Die Literatur bietet bisher keine ganzheitliche Sicht auf diese Herausforderung: Echtzeitanpassung erfordert die Kontrolle über die multimodale Verhaltenserzeugung des Roboters, ein Verständnis des menschlichen Feedbacks und eine algorithmische Basis für maschinelles Lernen. Daher wird in dieser Arbeit ein konzeptioneller Rahmen für die Gestaltung von nicht-funktionaler Anpassung der Kommunikation sozialer Roboter mit bestärkendem Lernen entwickelt. Er bietet eine übergeordnete Sichtweise aus der Perspektive des Systemdesigners und eine Anleitung vom Anfang bis zum Ende. Er veranschaulicht den Prozess der Modellierung, Simulation und Evaluierung solcher Anpassungsprozesse. Insbesondere wird auf die Integration von menschlichem Feedback und sozialen Signalen eingegangen, um die Maschine mit sozialem Bewusstsein auszustatten. Der konzeptionelle Rahmen wird für mehrere Anwendungsfälle in die Praxis umgesetzt, was zu technischen Konzeptnachweisen und Forschungsprototypen führt, die in Labor- und In-situ-Studien evaluiert werden. Diese Ansätze befassen sich mit typischen Aktivitäten in häuslichen Umgebungen, wobei der Schwerpunkt auf dem Ausdruck der Persönlichkeit, dem Persona, der Höflichkeit und dem Humor des Roboters liegt. In diesem Rahmen passt der Roboter seine Sprache, Prosodie, und Animationen auf Basis expliziten oder impliziten menschlichen Feedbacks an

Accessing spoken interaction through dialogue processing [online]

Zusammenfassung Unser Leben, unsere Leistungen und unsere Umgebung, alles wird derzeit durch Schriftsprache dokumentiert. Die rasante Fortentwicklung der technischen Möglichkeiten Audio, Bilder und Video aufzunehmen, abzuspeichern und wiederzugeben kann genutzt werden um die schriftliche Dokumentation von menschlicher Kommunikation, zum Beispiel Meetings, zu unterstützen, zu ergänzen oder gar zu ersetzen. Diese neuen Technologien können uns in die Lage versetzen Information aufzunehmen, die anderweitig verloren gehen, die Kosten der Dokumentation zu senken und hochwertige Dokumente mit audiovisuellem Material anzureichern. Die Indizierung solcher Aufnahmen stellt die Kerntechnologie dar um dieses Potential auszuschöpfen. Diese Arbeit stellt effektive Alternativen zu schlüsselwortbasierten Indizes vor, die Suchraumeinschränkungen bewirken und teilweise mit einfachen Mitteln zu berechnen sind. Die Indizierung von Sprachdokumenten kann auf verschiedenen Ebenen erfolgen: Ein Dokument gehört stilistisch einer bestimmten Datenbasis an, welche durch sehr einfache Merkmale bei hoher Genauigkeit automatisch bestimmt werden kann. Durch diese Art von Klassifikation kann eine Reduktion des Suchraumes um einen Faktor der Größenordnung 4­10 erfolgen. Die Anwendung von thematischen Merkmalen zur Textklassifikation bei einer Nachrichtendatenbank resultiert in einer Reduktion um einen Faktor 18. Da Sprachdokumente sehr lang sein können müssen sie in thematische Segmente unterteilt werden. Ein neuer probabilistischer Ansatz sowie neue Merkmale (Sprecherinitia­ tive und Stil) liefern vergleichbare oder bessere Resultate als traditionelle schlüsselwortbasierte Ansätze. Diese thematische Segmente können durch die vorherrschende Aktivität charakterisiert werden (erzählen, diskutieren, planen, ...), die durch ein neuronales Netz detektiert werden kann. Die Detektionsraten sind allerdings begrenzt da auch Menschen diese Aktivitäten nur ungenau bestimmen. Eine maximale Reduktion des Suchraumes um den Faktor 6 ist bei den verwendeten Daten theoretisch möglich. Eine thematische Klassifikation dieser Segmente wurde ebenfalls auf einer Datenbasis durchgeführt, die Detektionsraten für diesen Index sind jedoch gering. Auf der Ebene der einzelnen Äußerungen können Dialogakte wie Aussagen, Fragen, Rückmeldungen (aha, ach ja, echt?, ...) usw. mit einem diskriminativ trainierten Hidden Markov Model erkannt werden. Dieses Verfahren kann um die Erkennung von kurzen Folgen wie Frage/Antwort­Spielen erweitert werden (Dialogspiele). Dialogakte und ­spiele können eingesetzt werden um Klassifikatoren für globale Sprechstile zu bauen. Ebenso könnte ein Benutzer sich an eine bestimmte Dialogaktsequenz erinnern und versuchen, diese in einer grafischen Repräsentation wiederzufinden. In einer Studie mit sehr pessimistischen Annahmen konnten Benutzer eines aus vier ähnlichen und gleichwahrscheinlichen Gesprächen mit einer Genauigkeit von ~ 43% durch eine graphische Repräsentation von Aktivität bestimmt. Dialogakte könnte in diesem Szenario ebenso nützlich sein, die Benutzerstudie konnte aufgrund der geringen Datenmenge darüber keinen endgültigen Aufschluß geben. Die Studie konnte allerdings für detailierte Basismerkmale wie Formalität und Sprecheridentität keinen Effekt zeigen. Abstract Written language is one of our primary means for documenting our lives, achievements, and environment. Our capabilities to record, store and retrieve audio, still pictures, and video are undergoing a revolution and may support, supplement or even replace written documentation. This technology enables us to record information that would otherwise be lost, lower the cost of documentation and enhance high­quality documents with original audiovisual material. The indexing of the audio material is the key technology to realize those benefits. This work presents effective alternatives to keyword based indices which restrict the search space and may in part be calculated with very limited resources. Indexing speech documents can be done at a various levels: Stylistically a document belongs to a certain database which can be determined automatically with high accuracy using very simple features. The resulting factor in search space reduction is in the order of 4­10 while topic classification yielded a factor of 18 in a news domain. Since documents can be very long they need to be segmented into topical regions. A new probabilistic segmentation framework as well as new features (speaker initiative and style) prove to be very effective compared to traditional keyword based methods. At the topical segment level activities (storytelling, discussing, planning, ...) can be detected using a machine learning approach with limited accuracy; however even human annotators do not annotate them very reliably. A maximum search space reduction factor of 6 is theoretically possible on the databases used. A topical classification of these regions has been attempted on one database, the detection accuracy for that index, however, was very low. At the utterance level dialogue acts such as statements, questions, backchannels (aha, yeah, ...), etc. are being recognized using a novel discriminatively trained HMM procedure. The procedure can be extended to recognize short sequences such as question/answer pairs, so called dialogue games. Dialog acts and games are useful for building classifiers for speaking style. Similarily a user may remember a certain dialog act sequence and may search for it in a graphical representation. In a study with very pessimistic assumptions users are able to pick one out of four similar and equiprobable meetings correctly with an accuracy ~ 43% using graphical activity information. Dialogue acts may be useful in this situation as well but the sample size did not allow to draw final conclusions. However the user study fails to show any effect for detailed basic features such as formality or speaker identity