Combined Acoustic and Pronunciation Modelling for Non-Native Speech Recognition

In this paper, we present several adaptation methods for non-native speech recognition. We have tested pronunciation modelling, MLLR and MAP non-native pronunciation adaptation and HMM models retraining on the HIWIRE foreign accented English speech database. The ``phonetic confusion'' scheme we have developed consists in associating to each spoken phone several sequences of confused phones. In our experiments, we have used different combinations of acoustic models representing the canonical and the foreign pronunciations: spoken and native models, models adapted to the non-native accent with MAP and MLLR. The joint use of pronunciation modelling and acoustic adaptation led to further improvements in recognition accuracy. The best combination of the above mentioned techniques resulted in a relative word error reduction ranging from 46% to 71%

Non-native children speech recognition through transfer learning

This work deals with non-native children's speech and investigates both multi-task and transfer learning approaches to adapt a multi-language Deep Neural Network (DNN) to speakers, specifically children, learning a foreign language. The application scenario is characterized by young students learning English and German and reading sentences in these second-languages, as well as in their mother language. The paper analyzes and discusses techniques for training effective DNN-based acoustic models starting from children native speech and performing adaptation with limited non-native audio material. A multi-lingual model is adopted as baseline, where a common phonetic lexicon, defined in terms of the units of the International Phonetic Alphabet (IPA), is shared across the three languages at hand (Italian, German and English); DNN adaptation methods based on transfer learning are evaluated on significant non-native evaluation sets. Results show that the resulting non-native models allow a significant improvement with respect to a mono-lingual system adapted to speakers of the target language

Modelo acústico de língua inglesa falada por portugueses

Trabalho de projecto de mestrado em Engenharia Informática, apresentado à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2007No contexto do reconhecimento robusto de fala baseado em modelos de Markov não observáveis (do inglês Hidden Markov Models - HMMs) este trabalho descreve algumas metodologias e experiências tendo em vista o reconhecimento de oradores estrangeiros. Quando falamos em Reconhecimento de Fala falamos obrigatoriamente em Modelos Acústicos também. Os modelos acústicos reflectem a maneira como pronunciamos/articulamos uma língua, modelando a sequência de sons emitidos aquando da fala. Essa modelação assenta em segmentos de fala mínimos, os fones, para os quais existe um conjunto de símbolos/alfabetos que representam a sua pronunciação. É no campo da fonética articulatória e acústica que se estuda a representação desses símbolos, sua articulação e pronunciação. Conseguimos descrever palavras analisando as unidades que as constituem, os fones. Um reconhecedor de fala interpreta o sinal de entrada, a fala, como uma sequência de símbolos codificados. Para isso, o sinal é fragmentado em observações de sensivelmente 10 milissegundos cada, reduzindo assim o factor de análise ao intervalo de tempo onde as características de um segmento de som não variam. Os modelos acústicos dão-nos uma noção sobre a probabilidade de uma determinada observação corresponder a uma determinada entidade. É, portanto, através de modelos sobre as entidades do vocabulário a reconhecer que é possível voltar a juntar esses fragmentos de som. Os modelos desenvolvidos neste trabalho são baseados em HMMs. Chamam-se assim por se fundamentarem nas cadeias de Markov (1856 - 1922): sequências de estados onde cada estado é condicionado pelo seu anterior. Localizando esta abordagem no nosso domínio, há que construir um conjunto de modelos - um para cada classe de sons a reconhecer - que serão treinados por dados de treino. Os dados são ficheiros áudio e respectivas transcrições (ao nível da palavra) de modo a que seja possível decompor essa transcrição em fones e alinhá-la a cada som do ficheiro áudio correspondente. Usando um modelo de estados, onde cada estado representa uma observação ou segmento de fala descrita, os dados vão-se reagrupando de maneira a criar modelos estatísticos, cada vez mais fidedignos, que consistam em representações das entidades da fala de uma determinada língua. O reconhecimento por parte de oradores estrangeiros com pronuncias diferentes da língua para qual o reconhecedor foi concebido, pode ser um grande problema para precisão de um reconhecedor. Esta variação pode ser ainda mais problemática que a variação dialectal de uma determinada língua, isto porque depende do conhecimento que cada orador têm relativamente à língua estrangeira. Usando para uma pequena quantidade áudio de oradores estrangeiros para o treino de novos modelos acústicos, foram efectuadas diversas experiências usando corpora de Portugueses a falar Inglês, de Português Europeu e de Inglês. Inicialmente foi explorado o comportamento, separadamente, dos modelos de Ingleses nativos e Portugueses nativos, quando testados com os corpora de teste (teste com nativos e teste com não nativos). De seguida foi treinado um outro modelo usando em simultâneo como corpus de treino, o áudio de Portugueses a falar Inglês e o de Ingleses nativos. Uma outra experiência levada a cabo teve em conta o uso de técnicas de adaptação, tal como a técnica MLLR, do inglês Maximum Likelihood Linear Regression. Esta última permite a adaptação de uma determinada característica do orador, neste caso o sotaque estrangeiro, a um determinado modelo inicial. Com uma pequena quantidade de dados representando a característica que se quer modelar, esta técnica calcula um conjunto de transformações que serão aplicadas ao modelo que se quer adaptar. Foi também explorado o campo da modelação fonética onde estudou-se como é que o orador estrangeiro pronuncia a língua estrangeira, neste caso um Português a falar Inglês. Este estudo foi feito com a ajuda de um linguista, o qual definiu um conjunto de fones, resultado do mapeamento do inventário de fones do Inglês para o Português, que representam o Inglês falado por Portugueses de um determinado grupo de prestígio. Dada a grande variabilidade de pronúncias teve de se definir este grupo tendo em conta o nível de literacia dos oradores. Este estudo foi posteriormente usado na criação de um novo modelo treinado com os corpora de Portugueses a falar Inglês e de Portugueses nativos. Desta forma representamos um reconhecedor de Português nativo onde o reconhecimento de termos ingleses é possível. Tendo em conta a temática do reconhecimento de fala este projecto focou também a recolha de corpora para português europeu e a compilação de um léxico de Português europeu. Na área de aquisição de corpora o autor esteve envolvido na extracção e preparação dos dados de fala telefónica, para posterior treino de novos modelos acústicos de português europeu. Para compilação do léxico de português europeu usou-se um método incremental semi-automático. Este método consistiu em gerar automaticamente a pronunciação de grupos de 10 mil palavras, sendo cada grupo revisto e corrigido por um linguista. Cada grupo de palavras revistas era posteriormente usado para melhorar as regras de geração automática de pronunciações.The tremendous growth of technology has increased the need of integration of spoken language technologies into our daily applications, providing an easy and natural access to information. These applications are of different nature with different user’s interfaces. Besides voice enabled Internet portals or tourist information systems, automatic speech recognition systems can be used in home user’s experiences where TV and other appliances could be voice controlled, discarding keyboards or mouse interfaces, or in mobile phones and palm-sized computers for a hands-free and eyes-free manipulation. The development of these systems causes several known difficulties. One of them concerns the recognizer accuracy on dealing with non-native speakers with different phonetic pronunciations of a given language. The non-native accent can be more problematic than a dialect variation on the language. This mismatch depends on the individual speaking proficiency and speaker’s mother tongue. Consequently, when the speaker’s native language is not the same as the one that was used to train the recognizer, there is a considerable loss in recognition performance. In this thesis, we examine the problem of non-native speech in a speaker-independent and large-vocabulary recognizer in which a small amount of non-native data was used for training. Several experiments were performed using Hidden Markov models, trained with speech corpora containing European Portuguese native speakers, English native speakers and English spoken by European Portuguese native speakers. Initially it was explored the behaviour of an English native model and non-native English speakers’ model. Then using different corpus weights for the English native speakers and English spoken by Portuguese speakers it was trained a model as a pool of accents. Through adaptation techniques it was used the Maximum Likelihood Linear Regression method. It was also explored how European Portuguese speakers pronounce English language studying the correspondences between the phone sets of the foreign and target languages. The result was a new phone set, consequence of the mapping between the English and the Portuguese phone sets. Then a new model was trained with English Spoken by Portuguese speakers’ data and Portuguese native data. Concerning the speech recognition subject this work has other two purposes: collecting Portuguese corpora and supporting the compilation of a Portuguese lexicon, adopting some methods and algorithms to generate automatic phonetic pronunciations. The collected corpora was processed in order to train acoustic models to be used in the Exchange 2007 domain, namely in Outlook Voice Access

Robust language recognition via adaptive language factor extraction

This paper presents a technique to adapt an acoustically based language classifier to the background conditions and speaker accents. This adaptation improves language classification on a broad spectrum of TV broadcasts. The core of the system consists of an iVector-based setup in which language and channel variabilities are modeled separately. The subsequent language classifier (the backend) operates on the language factors, i.e. those features in the extracted iVectors that explain the observed language variability. The proposed technique adapts the language variability model to the background conditions and to the speaker accents present in the audio. The effect of the adaptation is evaluated on a 28 hours corpus composed of documentaries and monolingual as well as multilingual broadcast news shows. Consistent improvements in the automatic identification of Flemish (Belgian Dutch), English and French are demonstrated for all broadcast types

Recognizing Speech in a Novel Accent: The Motor Theory of Speech Perception Reframed

The motor theory of speech perception holds that we perceive the speech of another in terms of a motor representation of that speech. However, when we have learned to recognize a foreign accent, it seems plausible that recognition of a word rarely involves reconstruction of the speech gestures of the speaker rather than the listener. To better assess the motor theory and this observation, we proceed in three stages. Part 1 places the motor theory of speech perception in a larger framework based on our earlier models of the adaptive formation of mirror neurons for grasping, and for viewing extensions of that mirror system as part of a larger system for neuro-linguistic processing, augmented by the present consideration of recognizing speech in a novel accent. Part 2 then offers a novel computational model of how a listener comes to understand the speech of someone speaking the listener's native language with a foreign accent. The core tenet of the model is that the listener uses hypotheses about the word the speaker is currently uttering to update probabilities linking the sound produced by the speaker to phonemes in the native language repertoire of the listener. This, on average, improves the recognition of later words. This model is neutral regarding the nature of the representations it uses (motor vs. auditory). It serve as a reference point for the discussion in Part 3, which proposes a dual-stream neuro-linguistic architecture to revisits claims for and against the motor theory of speech perception and the relevance of mirror neurons, and extracts some implications for the reframing of the motor theory