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

The role of experience in processing foreign-accented speech

The present study examines the perceptual accommodation of the bilabial stop-consonant voicing contrast (i.e., /b/ vs. /p/), in several English- and Spanish-accented contexts, by native Spanish listeners with different degrees of experience with accented speech. In a series of four experiments, we confronted three potential mechanisms for the perceptual accommodation of foreign-accented sounds. According to the first mechanism (phonetic relaxation), listeners accommodate foreign-accented sounds by relaxing the phonetic boundary between native speech sound categories. According to the second mechanism (phonetic calibration), listeners accommodate foreign-accented sounds by adjusting the location of native perceptual boundaries according to the phonetic realization of native categories in the foreign-accented speech context. Finally, according to the third mechanism (phonetic switching), foreign-accented speech sounds are accommodated by switching to a non-native system of phonetic representations that was previously developed through long-term experience with the speech norm of the foreign accent. Experimental results indicate that Spanish listeners did not relax the phonetic boundary between /b/ and /p/ in an English-accented Spanish context (Experiments 1 and 3). However, they accommodated English-accented Spanish voicing differently, depending on their degree of experience with the English-accented speech norm. When Spanish listeners had little or no experience with the English norm, they calibrated the location of the perceptual boundary between /b/ and /p/ according to the Spanish or English phonetic realization of these sounds in the speech context (Experiment 4). Alternatively, when they had a high degree of experience with English-accented speech, they accommodated English-accented Spanish /b/ and /p/ by using an English-like system of phonetic representations that was not predictable from the phonetic realization of /b/ and /p/ in the speech context (Experiments 1 and 2). These experimental results contribute to a better understanding of the role played by non-native experience in the perceptual accommodation of foreign-accents. In particular, they indicate that native listeners may rely on previous long-term experience with the native language of the foreign-accented speaker to efficiently accommodate foreign-accented speech variability in a different way to which they accommodate speech variability from different native-accented speakers

Articulatory-WaveNet: Deep Autoregressive Model for Acoustic-to-Articulatory Inversion

Acoustic-to-Articulatory Inversion, the estimation of articulatory kinematics from speech, is an important problem which has received significant attention in recent years. Estimated articulatory movements from such models can be used for many applications, including speech synthesis, automatic speech recognition, and facial kinematics for talking-head animation devices. Knowledge about the position of the articulators can also be extremely useful in speech therapy systems and Computer-Aided Language Learning (CALL) and Computer-Aided Pronunciation Training (CAPT) systems for second language learners. Acoustic-to-Articulatory Inversion is a challenging problem due to the complexity of articulation patterns and significant inter-speaker differences. This is even more challenging when applied to non-native speakers without any kinematic training data. This dissertation attempts to address these problems through the development of up-graded architectures for Articulatory Inversion. The proposed Articulatory-WaveNet architecture is based on a dilated causal convolutional layer structure that improves the Acoustic-to-Articulatory Inversion estimated results for both speaker-dependent and speaker-independent scenarios. The system has been evaluated on the ElectroMagnetic Articulography corpus of Mandarin Accented English (EMA-MAE) corpus, consisting of 39 speakers including both native English speakers and Mandarin accented English speakers. Results show that Articulatory-WaveNet improves the performance of the speaker-dependent and speaker-independent Acoustic-to-Articulatory Inversion systems significantly compared to the previously reported results

MISPRONUNCIATION DETECTION AND DIAGNOSIS IN MANDARIN ACCENTED ENGLISH SPEECH

This work presents the development, implementation, and evaluation of a Mispronunciation Detection and Diagnosis (MDD) system, with application to pronunciation evaluation of Mandarin-accented English speech. A comprehensive detection and diagnosis of errors in the Electromagnetic Articulography corpus of Mandarin-Accented English (EMA-MAE) was performed by using the expert phonetic transcripts and an Automatic Speech Recognition (ASR) system. Articulatory features derived from the parallel kinematic data available in the EMA-MAE corpus were used to identify the most significant articulatory error patterns seen in L2 speakers during common mispronunciations. Using both acoustic and articulatory information, an ASR based Mispronunciation Detection and Diagnosis (MDD) system was built and evaluated across different feature combinations and Deep Neural Network (DNN) architectures. The MDD system captured mispronunciation errors with a detection accuracy of 82.4%, a diagnostic accuracy of 75.8% and a false rejection rate of 17.2%. The results demonstrate the advantage of using articulatory features in revealing the significant contributors of mispronunciation as well as improving the performance of MDD systems

English Centering Diphthong Production By Polish Learners of English

The paper shows how British English centering diphthongs are adapted to the vowel space of Polish learners of English. The goal is to focus on complex vowels and the interaction of qualitative and quantitative features. Acoustic analysis revealed various processes used to overcome pronunciation difficulties: /j/ and /w/ breaking, /r/ insertion, substitutions of other vocalic qualities, changes in diphthong duration and diphthong phases duration, and changes in the rate of frequency change