Paragraph-based Prosodic Cues for Speech Synthesis Applications

Paper presented at: Speech Prosody 2016; 2016 May 31-June 3; Boston (MA, USA)Speech synthesis has improved in both expressiveness and voice quality in recent years. However, obtaining full expressiveness when dealing with large multi-sentential synthesized discourse is still a challenge, since speech synthesizers do not take into account the prosodic differences that have been observed in discourse units such as paragraphs. The current study validates and extends previous work by analyzing the prosody of paragraph units in a large and diverse corpus of TED Talks using automatically extracted F0, intensity and timing features. In addition, a series of classification experiments was performed in order to identify which features are consistently used to distinguish paragraph breaks. The results show significant differences in prosody related to paragraph position. Moreover, the classification experiments show that boundary features such as pause duration and differences in F0 and intensity levels are the most consistent cues in marking paragraph boundaries. This suggests that these features should be taken into account when generating spoken discourse in order to improve naturalness and expressiveness.Part of this work has received funding from the EU’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme under the GA H2020-RIA-645012. The first author is partially funded by the Spanish Ministry of Economy and Competitivity through the Juan de la Cierva program and a Jos´e Castillejo mobility gran

Models and Analysis of Vocal Emissions for Biomedical Applications

The MAVEBA Workshop proceedings, held on a biannual basis, collect the scientific papers presented both as oral and poster contributions, during the conference. The main subjects are: development of theoretical and mechanical models as an aid to the study of main phonatory dysfunctions, as well as the biomedical engineering methods for the analysis of voice signals and images, as a support to clinical diagnosis and classification of vocal pathologies

Speech recognition systems and russian pronunciation variation in the context of VoiceInteraction

The present thesis aims to describe the work performed during the internship for the master’s degree in Linguistics at VoiceInteraction, an international Artificial Intelligence (AI) company, specializing in developing speech processing technologies. The goal of the internship was to study phonetic characteristics of the Russian language, attending to four main tasks: description of the phonetic-phonological inventory; validation of transcriptions of broadcast news; validation of a previously created lexicon composed by ten thousand (10 000) most frequently observed words in a text corpus crawled from Russian reference newspapers websites; and integration of filled pauses into the Automatic Speech Recognizer (ASR). Initially, a collection of audio and text broadcast news media from Russian-speaking regions, European Russian, Belarus, and the Caucasus Region, featuring different varieties of Russian was conducted. The extracted data and the company's existing data were used to train the acoustic, pronunciation, and language models. The audio data was automatically processed in a proprietary platform and then revised by human annotators. Transcriptions produced automatically and reviewed by annotators were analyzed, and the most common errors were extracted to provide feedback to the community of annotators. The validation of transcriptions, along with the annotation of all of the disfluencies (that previously were left out), resulted in the decrease of Word Error Rate (WER) in most cases. In some cases (in European Russian transcriptions), WER increased, the models were not sufficiently effective to identify the correct words, potentially problematic. Also, audio with overlapped speech, disfluencies, and acoustic events can impact the WER. Since we used the model that was only trained with European Russian to recognize other varieties of Russian language, it resulted in high WER for Belarus and the Caucasus region. The characterization of the Russian phonetic-phonological inventory and the construction of pronunciation rules for internal and external sandhi phenomena were performed for the validation of the lexicon – ten thousand of the most frequently observed words in a text corpus crawled from Russian reference newspapers websites, were revised and modified for the extraction of linguistic patterns to be used in a statistical Grapheme-to-phone (G2P) model. Two evaluations were conducted: before the modifications to the lexicon and after. Preliminary results without training the model show no significant results - 19.85% WER before the modifications, and 19.97% WER after, with a difference of 0.12%. However, we observed a slight improvement of the most frequent words. In the future, we aim to extend the analysis of the lexicon to the 400 000 entries (total lexicon size), analyze the type of errors that are produced, decrease the word error rate (WER), and analyze acoustic models, as well. In this work, we also studied filled pauses, since we believe that research on filled pauses for the Russian language can improve the recognition system of VoiceInteraction, by reducing the processing time and increasing the quality. These are marked in the transcriptions with “%”. In Russian, according to the literature (Ten, 2015; Harlamova, 2008; Bogradonova-Belgarian & Baeva, 2018), these are %a [a], %am [am], %@ [ə], %@m [əm], %e [e], %ɨ [ɨ], %m [m], and %n [n]. In the speech data, two more filled pauses were found, namely, %na [na] and %mna [mna], as far as we know, not yet referenced in the literature. Finally, the work performed during an internship contributed to a European project - Artificial Intelligence and Advanced Data Analysis for Authority Agencies (AIDA). The main goal of the present project is to build a solution capable of automating the processing of large amounts of data that Law Enforcement Agencies (LEAs) have to analyze in the investigations of Terrorism and Cybercrime, using pioneering machine learning and artificial intelligence methods. VoiceInteraction's main contribution to the project was to apply ASR and validate the transcriptions of the Russian (religious-related content). In order to do so, all the tasks performed during the thesis were very relevant and applied in the scope of the AIDA project. Transcription analysis results from the AIDA project showed a high Out-of-Vocabulary (OOV) rate and high substitution (SUBS) rate. Since the language model used in this project was adapted for broadcast content, the religious-related words were left out. Also, function words were incorrectly recognized, in most cases, due to coarticulation with the previous or the following word.A presente tese descreve o trabalho que foi realizado no âmbito de um estágio em linguística computacional na VoiceInteraction, uma empresa de tecnologias de processamento de fala. Desde o início da sua atividade, a empresa tem-se dedicado ao desenvolvimento de tecnologia própria em várias áreas do processamento computacional da fala, entre elas, síntese de fala, processamento de língua natural e reconhecimento automático de fala, representando esta última a principal área de negócio da empresa. A tecnologia de reconhecimento de automático de fala da VoiceInteraction explora a utilização de modelos híbridos em combinação com as redes neuronais (DNN - Deep Neural Networks), que, segundo Lüscher et al. (2019), apresenta um melhor desempenho, quando comparado com modelos de end-to-end apenas. O objetivo principal do estágio focou-se no estudo da fonética da língua russa, atendendo a quatro tarefas: criação do inventário fonético-fonológico; validação das transcrições de noticiários; validação do léxico previamente criado e integração de pausas preenchidas no sistema. Inicialmente, foi realizada uma recolha dos principais meios de comunicação (áudio e texto), apresentando diferentes variedades do russo, nomeadamente, da Rússia Europeia, Bielorrússia e Cáucaso Central. Na Rússia europeia o russo é a língua oficial, na Bielorrússia o russo faz parte das línguas oficiais do país, e na região do Cáucaso Central, o russo é usado como língua franca, visto que este era falado na União Soviética e continua até hoje a ser falado nas regiões pós-Soviéticas. Tratou-se de abranger a maior cobertura possível da língua russa e neste momento apenas foi possível recolher os dados das variedades mencionadas. Os dados extraídos de momento, juntamente com os dados já existentes na empresa, foram utilizados no treino dos modelos acústicos, modelos de pronúncia e modelos de língua. Para o tratamento dos dados de áudio, estes foram inseridos numa plataforma proprietária da empresa, Calligraphus, que, para além de fornecer uma interface de transcrição para os anotadores humanos poderem transcrever os conteúdos, efetua também uma sugestão de transcrição automática desses mesmos conteúdos, a fim de diminuir o esforço despendido pelos anotadores na tarefa. De seguida, as transcrições foram analisadas, de forma a garantir que o sistema de anotação criado pela VoiceInteraction foi seguido, indicando todas as disfluências de fala (fenómenos característicos da edição da fala), tais como prolongamentos, pausas preenchidas, repetições, entre outros e transcrevendo a fala o mais próximo da realidade. Posteriormente, os erros sistemáticos foram analisados e exportados, de forma a fornecer orientações e sugestões de melhoria aos anotadores humanos e, por outro lado, melhorar o desempenho do sistema de reconhecimento. Após a validação das transcrições, juntamente com a anotação de todas as disfluências (que anteriormente eram deixadas de fora), observamos uma diminuição de WER, na maioria dos casos, tal como esperado. Porém, em alguns casos, observamos um aumento do WER. Apesar das correções efetuadas aos ficheiros analisados, os modelos não foram suficientemente eficazes no reconhecimento das palavras corretas, potencialmente problemáticas. A elevada taxa de WER nos áudios com debates políticos, está relacionada com uma maior frequência de fala sobreposta e disfluências (e.g., pausas preenchidas, prolongamentos). O modelo utilizado para reconhecer todas as variedades foi treinado apenas com a variedade de russo europeu e, por isso, o WER alto também foi observado para as variedades da Bielorrússia e para a região do Cáucaso. Numa perspetiva baseada em dados coletados pela empresa, foi realizada, de igual modo, uma caracterização e descrição do inventário fonético-fonológico do russo e a construção de regras de pronúncia, para fenómenos de sandhi interno e externo (Shcherba, 1957; Litnevskaya, 2006; Lekant, 2007; Popov, 2014). A empresa já empregava, através de um G2P estatístico específico para russo, um inventário fonético para o russo, correspondente à literatura referida anteriormente, mas o mesmo ainda não havia sido validado. Foi possível realizar uma verificação e correção, com base na caracterização dos fones do léxico do russo e nos dados ecológicos obtidos de falantes russos em situações comunicativas diversas. A validação do inventário fonético-fonológico permitiu ainda a consequente validação do léxico de russo. O léxico foi construído com base num conjunto de características (e.g., grafema em posição átona tem como pronúncia correspondente o fone [I] e em posição tónica - [i]; o grafema em posição final de palavra é pronunciado como [- vozeado] - [f]; entre outras características) e foi organizado com base no critério da frequência de uso. No total, foram verificadas dez mil (10 000) palavras mais frequentes do russo, tendo por base as estatísticas resultantes da análise dos conteúdos existentes num repositório de artigos de notícias recolhidos previamente de jornais de referência em língua russa. Foi realizada uma avaliação do sistema de reconhecimento antes e depois da modificação das dez mil palavras mais frequentemente ocorridas no léxico - 19,85% WER antes das modificações, e 19,97% WER depois, com uma diferença de 0,12%. Os resultados preliminares, sem o treino do modelo, não demonstram resultados significativos, porém, observamos uma ligeira melhoria no reconhecimento das palavras mais frequentes, tais como palavras funcionais, acrónimos, verbos, nomes, entre outros. Através destes resultados e com base nas regras criadas a partir da correção das dez mil palavras, pretendemos, no futuro, alargar as mesmas a todo o léxico, constituído por quatrocentas mil (400 000) entradas. Após a validação das transcrições e do léxico, com base na literatura, foi também possível realizar uma análise das pausas preenchidas do russo para a integração no sistema de reconhecimento. O interesse de se incluir também as pausas no reconhecedor automático deveu-se sobretudo a estes mecanismos serem difíceis de identificar automaticamente e poderem ser substituídos ou por afetarem as sequências adjacentes. De acordo com o sistema de anotação da empresa, as pausas preenchidas são marcadas na transcrição com o símbolo de percentagem - %. As pausas preenchidas do russo encontradas na literatura foram %a [a], %am [am] (Rose, 1998; Ten, 2015), %@ [ə], %@m [əm] (Bogdanova-Beglarian & Baeva, 2018) %e [e], %ɨ [ɨ], %m [m] e %n [n] (Harlamova, 2008). Nos dados de áudio disponíveis na referida plataforma, para além das pausas preenchidas mencionadas, foram encontradas mais duas, nomeadamente, %na [na] e %mna [mna], até quanto nos é dado saber, ainda não descritas na literatura. De momento, todas as pausas preenchidas referidas já fazem parte dos modelos de reconhecimento automático de fala para a língua russa. O trabalho desenvolvido durante o estágio, ou seja, a validação dos dados existentes na empresa, foi aplicado ao projeto europeu AIDA - The Artificial Intelligence and Advanced Data Analysis for Authority Agencies. O objetivo principal do presente projeto é de criar uma solução capaz de detetar possíveis crimes informáticos e de terrorismo, utilizando métodos de aprendizagem automática. A principal contribuição da VoiceInteraction para o projeto foi a aplicação do ASR e validação das transcrições do russo (conteúdo relacionado com a religião). Para tal, todas as tarefas realizadas durante a tese foram muito relevantes e aplicadas no âmbito do projeto AIDA. Os resultados da validação das transcrições do projeto, mostraram uma elevada taxa de palavras Fora de Vocabulário (OOV) e uma elevada taxa de Substituição (SUBS). Uma vez que o modelo de língua utilizado neste projeto foi adaptado ao conteúdo noticioso, as palavras relacionadas com a religião não se encontravam neste. Além disso, as palavras funcionais foram incorretamente reconhecidas, na maioria dos casos, devido à coarticulação com a palavra anterior ou a seguinte

A data-driven approach to spoken dialog segmentation

In This Paper, We Present A Statistical Model For Spoken Dialog Segmentation That Decides The Current Phase Of The Dialog By Means Of An Automatic Classification Process. We Have Applied Our Proposal To Three Practical Conversational Systems Acting In Different Domains. The Results Of The Evaluation Show That Is Possible To Attain High Accuracy Rates In Dialog Segmentation When Using Different Sources Of Information To Represent The User Input. Our Results Indicate How The Module Proposed Can Also Improve Dialog Management By Selecting Better System Answers. The Statistical Model Developed With Human-Machine Dialog Corpora Has Been Applied In One Of Our Experiments To Human-Human Conversations And Provides A Good Baseline As Well As Insights In The Model Limitation

Automated Pilot Advisory System

An Automated Pilot Advisory System (APAS) was developed and operationally tested to demonstrate the concept that low cost automated systems can provide air traffic and aviation weather advisory information at high density uncontrolled airports. The system was designed to enhance the see and be seen rule of flight, and pilots who used the system preferred it over the self announcement system presently used at uncontrolled airports

Echolocation-based foraging by harbor porpoises and sperm whales, including effects of noise and acoustic propagation

Submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy at the Massachusetts Institute of Technology and the Woods Hole Oceanographic Institution September 2008.In this thesis, I provide quantitative descriptions of toothed whale echolocation and foraging behavior, including assessment of the effects of noise on foraging behavior and the potential influence of ocean acoustic propagation conditions on biosonar detection ranges and whale noise exposure. In addition to presenting some novel basic science findings, the case studies presented in this thesis have implications for future work and for management. In Chapter 2, I describe the application of a modified version of the Dtag to studies of harbor porpoise echolocation behavior. The study results indicate how porpoises vary the rate and level of their echolocation clicks during prey capture events; detail the differences in echolocation behavior between different animals and in response to differences in prey fish; and show that, unlike bats, porpoises continue their echolocation buzz after the moment of prey capture. Chapters 3-4 provide case studies that emphasize the importance of applying realistic models of ocean acoustic propagation in marine mammal studies. These chapters illustrate that, although using geometric spreading approximations to predict communication/target detection ranges or noise exposure levels is appropriate in some cases, it can result in large errors in other cases, particularly in situations where refraction in the water column or multi-path acoustic propagation are significant. Finally, in Chapter 5, I describe two methods for statistical analysis of whale behavior data, the rotation test and a semi-Markov chain model. I apply those methods to test for changes in sperm whale foraging behavior in response to airgun noise exposure. Test results indicate that, despite the low-level exposures experienced by the whales in the study, some (but not all) of them reduced their buzz production rates and altered other foraging behavior parameters in response to the airgun exposure.Work presented in this thesis was supported by a National Science Foundation Graduate Research Fellowship, the WHOI Ocean Life Institute (Grant Numbers 32031300 and 25051351), the Office of Naval Research, the U.S. Department of the Interior Minerals Management Service (Cooperative Agreement Numbers 1435-01-02-CA-85186 and NA87RJ0445; WHOI Grant Number 15205601), the Industry Research Funding Coalition, and the WHOI/MIT Joint Program in Oceanography/Applied Ocean Science & Engineering (including a Fye Teaching Fellowship)

Automatic detection of disfluencies in a corpus of university lectures

This dissertation focuses on the identification of disfluent sequences and their distinct structural regions. Reported experiments are based on audio segmentation and prosodic features, calculated from a corpus of university lectures in European Portuguese, containing about 32 hours of speech and about 7.7% of disfluencies. The set of features automatically extracted from the forced alignment corpus proved to be discriminant of the regions contained in the production of a disfluency. The best results concern the detection of the interregnum, followed by the detection of the interruption point. Several machine learning methods have been applied, but experiments show that Classification and Regression Trees usually outperform the other methods. The set of most informative features for cross-region identification encompasses word duration ratios, word confidence score, silent ratios, and pitch and energy slopes. Features such as the number of phones and syllables per word proved to be more useful for the identification of the interregnum, whereas energy slopes were most suited for identifying the interruption point. We have also conducted initial experiments on automatic detecting filled pauses, the most frequent disfluency type. For now, only force aligned transcripts were used, since the ASR system is not well adapted to this domain. This study is a step towards automatic detection of filled pauses for European Portuguese using prosodic features. Future work will extend this study for fully automatic transcripts, and will also tackle other domains, also exploring extended sets of linguistic features.Esta tese aborda a identificação de sequências disfluentes e respetivas regiões estruturais. As experiências aqui descritas baseiam-se em segmentação e informação relativa a prosódia, calculadas a partir de um corpus de aulas universitárias em Português Europeu, contendo cerca de 32 horas de fala e de cerca de 7,7% de disfluências. O conjunto de características utilizadas provou ser discriminatório na identificação das regiões contidas na produção de disfluências. Os melhores resultados dizem respeito à deteção do interregnum, seguida da deteção do ponto de interrupção. Foram testados vários métodos de aprendizagem automática, sendo as Árvores de Decisão e Regressão as que geralmente obtiveram os melhores resultados. O conjunto de características mais informativas para a identificação e distinção de regiões disfluentes abrange rácios de duração de palavras, nível de confiança da palavra atual, rácios envolvendo silêncios e declives de pitch e de energia. Características tais como o número de fones e sílabas por palavra provaram ser mais úteis para a identificação do interregnum, enquanto pitch e energia foram os mais adequados para identificar o ponto de interrupção. Foram também realizadas experiências focando a deteção de pausas preenchidas. Por enquanto, para estas experiências foi utilizado apenas material proveniente de alinhamento forçado, já que o sistema de reconhecimento automático não está bem adaptado a este domínio. Este estudo representa um novo passo no sentido da deteção automática de pausas preenchidas para Português Europeu, utilizando recursos prosódicos. Em trabalho futuro pretende-se estender esse estudo para transcrições automáticas e também abordar outros domínios, explorando conjuntos mais extensos de características linguísticas