Articulatory Tradeoffs Reduce Acoustic Variability During American English /r/ Production

Acoustic and articulatory recordings reveal that speakers utilize systematic articulatory tradeoffs to maintain acoustic stability when producing the phoneme /r/. Distinct articulator configurations used to produce /r/ in various phonetic contexts show systematic tradeoffs between the cross-sectional areas of different vocal tract sections. Analysis of acoustic and articulatory variabilities reveals that these tradeoffs act to reduce acoustic variability, thus allowing large contextual variations in vocal tract shape; these contextual variations in turn apparently reduce the amount of articulatory movement required. These findings contrast with the widely held view that speaking involves a canonical vocal tract shape target for each phoneme.National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (1R29-DC02852-02, 5R01-DC01925-04, 1R03-C2576-0l); National Science Foundation (IRI-9310518

Adaptive threshold optimisation for colour-based lip segmentation in automatic lip-reading systems

A thesis submitted to the Faculty of Engineering and the Built Environment, University of the Witwatersrand, Johannesburg, in ful lment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy. Johannesburg, September 2016Having survived the ordeal of a laryngectomy, the patient must come to terms with the resulting loss of speech. With recent advances in portable computing power, automatic lip-reading (ALR) may become a viable approach to voice restoration. This thesis addresses the image processing aspect of ALR, and focuses three contributions to colour-based lip segmentation. The rst contribution concerns the colour transform to enhance the contrast between the lips and skin. This thesis presents the most comprehensive study to date by measuring the overlap between lip and skin histograms for 33 di erent colour transforms. The hue component of HSV obtains the lowest overlap of 6:15%, and results show that selecting the correct transform can increase the segmentation accuracy by up to three times. The second contribution is the development of a new lip segmentation algorithm that utilises the best colour transforms from the comparative study. The algorithm is tested on 895 images and achieves percentage overlap (OL) of 92:23% and segmentation error (SE) of 7:39 %. The third contribution focuses on the impact of the histogram threshold on the segmentation accuracy, and introduces a novel technique called Adaptive Threshold Optimisation (ATO) to select a better threshold value. The rst stage of ATO incorporates -SVR to train the lip shape model. ATO then uses feedback of shape information to validate and optimise the threshold. After applying ATO, the SE decreases from 7:65% to 6:50%, corresponding to an absolute improvement of 1:15 pp or relative improvement of 15:1%. While this thesis concerns lip segmentation in particular, ATO is a threshold selection technique that can be used in various segmentation applications.MT201

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

Automatic Video Self Modeling for Voice Disorder

Video self modeling (VSM) is a behavioral intervention technique in which a learner models a target behavior by watching a video of him- or herself. In the field of speech language pathology, the approach of VSM has been successfully used for treatment of language in children with Autism and in individuals with fluency disorder of stuttering. Technical challenges remain in creating VSM contents that depict previously unseen behaviors. In this paper, we propose a novel system that synthesizes new video sequences for VSM treatment of patients with voice disorders. Starting with a video recording of a voice-disorder patient, the proposed system replaces the coarse speech with a clean, healthier speech that bears resemblance to the patient’s original voice. The replacement speech is synthesized using either a text-to-speech engine or selecting from a database of clean speeches based on a voice similarity metric. To realign the replacement speech with the original video, a novel audiovisual algorithm that combines audio segmentation with lip-state detection is proposed to identify corresponding time markers in the audio and video tracks. Lip synchronization is then accomplished by using an adaptive video re-sampling scheme that minimizes the amount of motion jitter and preserves the spatial sharpness. Results of both objective measurements and subjective evaluations on a dataset with 31 subjects demonstrate the effectiveness of the proposed techniques

Acoustic Modelling for Under-Resourced Languages

Automatic speech recognition systems have so far been developed only for very few languages out of the 4,000-7,000 existing ones. In this thesis we examine methods to rapidly create acoustic models in new, possibly under-resourced languages, in a time and cost effective manner. For this we examine the use of multilingual models, the application of articulatory features across languages, and the automatic discovery of word-like units in unwritten languages

Text-Independent Voice Conversion

This thesis deals with text-independent solutions for voice conversion. It first introduces the use of vocal tract length normalization (VTLN) for voice conversion. The presented variants of VTLN allow for easily changing speaker characteristics by means of a few trainable parameters. Furthermore, it is shown how VTLN can be expressed in time domain strongly reducing the computational costs while keeping a high speech quality. The second text-independent voice conversion paradigm is residual prediction. In particular, two proposed techniques, residual smoothing and the application of unit selection, result in essential improvement of both speech quality and voice similarity. In order to apply the well-studied linear transformation paradigm to text-independent voice conversion, two text-independent speech alignment techniques are introduced. One is based on automatic segmentation and mapping of artificial phonetic classes and the other is a completely data-driven approach with unit selection. The latter achieves a performance very similar to the conventional text-dependent approach in terms of speech quality and similarity. It is also successfully applied to cross-language voice conversion. The investigations of this thesis are based on several corpora of three different languages, i.e., English, Spanish, and German. Results are also presented from the multilingual voice conversion evaluation in the framework of the international speech-to-speech translation project TC-Star