Using multiple visual tandem streams in audio-visual speech recognition

The method which is called the "tandem approach" in speech recognition has been shown to increase performance by using classifier posterior probabilities as observations in a hidden Markov model. We study the effect of using visual tandem features in audio-visual speech recognition using a novel setup which uses multiple classifiers to obtain multiple visual tandem features. We adopt the approach of multi-stream hidden Markov models where visual tandem features from two different classifiers are considered as additional streams in the model. It is shown in our experiments that using multiple visual tandem features improve the recognition accuracy in various noise conditions. In addition, in order to handle asynchrony between audio and visual observations, we employ coupled hidden Markov models and obtain improved performance as compared to the synchronous model

Transfer Learning for Speech and Language Processing

Transfer learning is a vital technique that generalizes models trained for one setting or task to other settings or tasks. For example in speech recognition, an acoustic model trained for one language can be used to recognize speech in another language, with little or no re-training data. Transfer learning is closely related to multi-task learning (cross-lingual vs. multilingual), and is traditionally studied in the name of `model adaptation'. Recent advance in deep learning shows that transfer learning becomes much easier and more effective with high-level abstract features learned by deep models, and the `transfer' can be conducted not only between data distributions and data types, but also between model structures (e.g., shallow nets and deep nets) or even model types (e.g., Bayesian models and neural models). This review paper summarizes some recent prominent research towards this direction, particularly for speech and language processing. We also report some results from our group and highlight the potential of this very interesting research field.Comment: 13 pages, APSIPA 201

Language Identification Using Visual Features

Automatic visual language identification (VLID) is the technology of using information derived from the visual appearance and movement of the speech articulators to iden- tify the language being spoken, without the use of any audio information. This technique for language identification (LID) is useful in situations in which conventional audio processing is ineffective (very noisy environments), or impossible (no audio signal is available). Research in this field is also beneficial in the related field of automatic lip-reading. This paper introduces several methods for visual language identification (VLID). They are based upon audio LID techniques, which exploit language phonology and phonotactics to discriminate languages. We show that VLID is possible in a speaker-dependent mode by discrimi- nating different languages spoken by an individual, and we then extend the technique to speaker-independent operation, taking pains to ensure that discrimination is not due to artefacts, either visual (e.g. skin-tone) or audio (e.g. rate of speaking). Although the low accuracy of visual speech recognition currently limits the performance of VLID, we can obtain an error-rate of < 10% in discriminating between Arabic and English on 19 speakers and using about 30s of visual speech

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

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 application of manifold based visual speech units for visual speech recognition

This dissertation presents a new learning-based representation that is referred to as a Visual Speech Unit for visual speech recognition (VSR). The automated recognition of human speech using only features from the visual domain has become a significant research topic that plays an essential role in the development of many multimedia systems such as audio visual speech recognition(AVSR), mobile phone applications, human-computer interaction (HCI) and sign language recognition. The inclusion of the lip visual information is opportune since it can improve the overall accuracy of audio or hand recognition algorithms especially when such systems are operated in environments characterized by a high level of acoustic noise. The main contribution of the work presented in this thesis is located in the development of a new learning-based representation that is referred to as Visual Speech Unit for Visual Speech Recognition (VSR). The main components of the developed Visual Speech Recognition system are applied to: (a) segment the mouth region of interest, (b) extract the visual features from the real time input video image and (c) to identify the visual speech units. The major difficulty associated with the VSR systems resides in the identification of the smallest elements contained in the image sequences that represent the lip movements in the visual domain. The Visual Speech Unit concept as proposed represents an extension of the standard viseme model that is currently applied for VSR. The VSU model augments the standard viseme approach by including in this new representation not only the data associated with the articulation of the visemes but also the transitory information between consecutive visemes. A large section of this thesis has been dedicated to analysis the performance of the new visual speech unit model when compared with that attained for standard (MPEG- 4) viseme models. Two experimental results indicate that: 1. The developed VSR system achieved 80-90% correct recognition when the system has been applied to the identification of 60 classes of VSUs, while the recognition rate for the standard set of MPEG-4 visemes was only 62-72%. 2. 15 words are identified when VSU and viseme are employed as the visual speech element. The accuracy rate for word recognition based on VSUs is 7%-12% higher than the accuracy rate based on visemes