Modeling Sub-Band Information Through Discrete Wavelet Transform to Improve Intelligibility Assessment of Dysarthric Speech

The speech signal within a sub-band varies at a fine level depending on the type, and level of dysarthria. The Mel-frequency filterbank used in the computation process of cepstral coefficients smoothed out this fine level information in the higher frequency regions due to the larger bandwidth of filters. To capture the sub-band information, in this paper, four-level discrete wavelet transform (DWT) decomposition is firstly performed to decompose the input speech signal into approximation and detail coefficients, respectively, at each level. For a particular input speech signal, five speech signals representing different sub-bands are then reconstructed using inverse DWT (IDWT). The log filterbank energies are computed by analyzing the short-term discrete Fourier transform magnitude spectra of each reconstructed speech using a 30-channel Mel-filterbank. For each analysis frame, the log filterbank energies obtained across all reconstructed speech signals are pooled together, and discrete cosine transform is performed to represent the cepstral feature, here termed as discrete wavelet transform reconstructed (DWTR)- Mel frequency cepstral coefficient (MFCC). The i-vector based dysarthric level assessment system developed on the universal access speech corpus shows that the proposed DTWRMFCC feature outperforms the conventional MFCC and several other cepstral features reported for a similar task. The usages of DWTR- MFCC improve the detection accuracy rate (DAR) of the dysarthric level assessment system in the text and the speaker-independent test case to 60.094 % from 56.646 % MFCC baseline. Further analysis of the confusion matrices shows that confusion among different dysarthric classes is quite different for MFCC and DWTR-MFCC features. Motivated by this observation, a two-stage classification approach employing discriminating power of both kinds of features is proposed to improve the overall performance of the developed dysarthric level assessment system. The two-stage classification scheme further improves the DAR to 65.813 % in the text and speaker- independent test case

Duration mismatch compensation using four-covariance model and deep neural network for speaker verification

International audienceDuration mismatch between enrollment and test utterances still remains a major concern for reliability of real-life speaker recognition applications. Two approaches are proposed here to deal with this case when using the i-vector representation. The first one is an adaptation of Gaussian Probabilistic Linear Discriminant Analysis (PLDA) modeling, which can be extended to the case of any shift between i-vectors drawn from two distinct distributions. The second one attempts to map i-vectors of truncated segments of an utterance to the i-vector of the full segment, by the use of deep neural networks (DNN). Our results show that both new approaches outperform the standard PLDA by about 10 % relative, noting that these back-end methods could complement those quantifying the i-vector uncertainty during its extraction process, in the case of duration gap

Generative Modelling for Unsupervised Score Calibration

Score calibration enables automatic speaker recognizers to make cost-effective accept / reject decisions. Traditional calibration requires supervised data, which is an expensive resource. We propose a 2-component GMM for unsupervised calibration and demonstrate good performance relative to a supervised baseline on NIST SRE'10 and SRE'12. A Bayesian analysis demonstrates that the uncertainty associated with the unsupervised calibration parameter estimates is surprisingly small.Comment: Accepted for ICASSP 201

Self-supervised Speaker Diarization

Over the last few years, deep learning has grown in popularity for speaker verification, identification, and diarization. Inarguably, a significant part of this success is due to the demonstrated effectiveness of their speaker representations. These, however, are heavily dependent on large amounts of annotated data and can be sensitive to new domains. This study proposes an entirely unsupervised deep-learning model for speaker diarization. Specifically, the study focuses on generating high-quality neural speaker representations without any annotated data, as well as on estimating secondary hyperparameters of the model without annotations. The speaker embeddings are represented by an encoder trained in a self-supervised fashion using pairs of adjacent segments assumed to be of the same speaker. The trained encoder model is then used to self-generate pseudo-labels to subsequently train a similarity score between different segments of the same call using probabilistic linear discriminant analysis (PLDA) and further to learn a clustering stopping threshold. We compared our model to state-of-the-art unsupervised as well as supervised baselines on the CallHome benchmarks. According to empirical results, our approach outperforms unsupervised methods when only two speakers are present in the call, and is only slightly worse than recent supervised models.Comment: Submitted to Interspeech 202

Métodos discriminativos para la optimización de modelos en la Verificación del Hablante

La creciente necesidad de sistemas de autenticación seguros ha motivado el interés de algoritmos efectivos de Verificación de Hablante (VH). Dicha necesidad de algoritmos de alto rendimiento, capaces de obtener tasas de error bajas, ha abierto varias ramas de investigación. En este trabajo proponemos investigar, desde un punto de vista discriminativo, un conjunto de metodologías para mejorar el desempeño del estado del arte de los sistemas de VH. En un primer enfoque investigamos la optimización de los hiper-parámetros para explícitamente considerar el compromiso entre los errores de falsa aceptación y falso rechazo. El objetivo de la optimización se puede lograr maximizando el área bajo la curva conocida como ROC (Receiver Operating Characteristic) por sus siglas en inglés. Creemos que esta optimización de los parámetros no debe de estar limitada solo a un punto de operación y una estrategia más robusta es optimizar los parámetros para incrementar el área bajo la curva, AUC (Area Under the Curve por sus siglas en inglés) de modo que todos los puntos sean maximizados. Estudiaremos cómo optimizar los parámetros utilizando la representación matemática del área bajo la curva ROC basada en la estadística de Wilcoxon Mann Whitney (WMW) y el cálculo adecuado empleando el algoritmo de descendente probabilístico generalizado. Además, analizamos el efecto y mejoras en métricas como la curva detection error tradeoff (DET), el error conocido como Equal Error Rate (EER) y el valor mínimo de la función de detección de costo, minimum value of the detection cost function (minDCF) todos ellos por sue siglas en inglés. En un segundo enfoque, investigamos la señal de voz como una combinación de atributos que contienen información del hablante, del canal y el ruido. Los sistemas de verificación convencionales entrenan modelos únicos genéricos para todos los casos, y manejan las variaciones de estos atributos ya sea usando análisis de factores o no considerando esas variaciones de manera explícita. Proponemos una nueva metodología para particionar el espacio de los datos de acuerdo a estas carcterísticas y entrenar modelos por separado para cada partición. Las particiones se pueden obtener de acuerdo a cada atributo. En esta investigación mostraremos como entrenar efectivamente los modelos de manera discriminativa para maximizar la separación entre ellos. Además, el diseño de algoritimos robustos a las condiciones de ruido juegan un papel clave que permite a los sistemas de VH operar en condiciones reales. Proponemos extender nuestras metodologías para mitigar los efectos del ruido en esas condiciones. Para nuestro primer enfoque, en una situación donde el ruido se encuentre presente, el punto de operación puede no ser solo un punto, o puede existir un corrimiento de forma impredecible. Mostraremos como nuestra metodología de maximización del área bajo la curva ROC es más robusta que la usada por clasificadores convencionales incluso cuando el ruido no está explícitamente considerado. Además, podemos encontrar ruido a diferentes relación señal a ruido (SNR) que puede degradar el desempeño del sistema. Así, es factible considerar una descomposición eficiente de las señales de voz que tome en cuenta los diferentes atributos como son SNR, el ruido y el tipo de canal. Consideramos que en lugar de abordar el problema con un modelo unificado, una descomposición en particiones del espacio de características basado en atributos especiales puede proporcionar mejores resultados. Esos atributos pueden representar diferentes canales y condiciones de ruido. Hemos analizado el potencial de estas metodologías que permiten mejorar el desempeño del estado del arte de los sistemas reduciendo el error, y por otra parte controlar los puntos de operación y mitigar los efectos del ruido

Speech Recognition

Chapters in the first part of the book cover all the essential speech processing techniques for building robust, automatic speech recognition systems: the representation for speech signals and the methods for speech-features extraction, acoustic and language modeling, efficient algorithms for searching the hypothesis space, and multimodal approaches to speech recognition. The last part of the book is devoted to other speech processing applications that can use the information from automatic speech recognition for speaker identification and tracking, for prosody modeling in emotion-detection systems and in other speech processing applications that are able to operate in real-world environments, like mobile communication services and smart homes