Spoken content retrieval: A survey of techniques and technologies

Speech media, that is, digital audio and video containing spoken content, has blossomed in recent years. Large collections are accruing on the Internet as well as in private and enterprise settings. This growth has motivated extensive research on techniques and technologies that facilitate reliable indexing and retrieval. Spoken content retrieval (SCR) requires the combination of audio and speech processing technologies with methods from information retrieval (IR). SCR research initially investigated planned speech structured in document-like units, but has subsequently shifted focus to more informal spoken content produced spontaneously, outside of the studio and in conversational settings. This survey provides an overview of the field of SCR encompassing component technologies, the relationship of SCR to text IR and automatic speech recognition and user interaction issues. It is aimed at researchers with backgrounds in speech technology or IR who are seeking deeper insight on how these fields are integrated to support research and development, thus addressing the core challenges of SCR

Towards Zero-shot Learning for Automatic Phonemic Transcription

Automatic phonemic transcription tools are useful for low-resource language documentation. However, due to the lack of training sets, only a tiny fraction of languages have phonemic transcription tools. Fortunately, multilingual acoustic modeling provides a solution given limited audio training data. A more challenging problem is to build phonemic transcribers for languages with zero training data. The difficulty of this task is that phoneme inventories often differ between the training languages and the target language, making it infeasible to recognize unseen phonemes. In this work, we address this problem by adopting the idea of zero-shot learning. Our model is able to recognize unseen phonemes in the target language without any training data. In our model, we decompose phonemes into corresponding articulatory attributes such as vowel and consonant. Instead of predicting phonemes directly, we first predict distributions over articulatory attributes, and then compute phoneme distributions with a customized acoustic model. We evaluate our model by training it using 13 languages and testing it using 7 unseen languages. We find that it achieves 7.7% better phoneme error rate on average over a standard multilingual model.Comment: AAAI 202

Speech vocoding for laboratory phonology

Using phonological speech vocoding, we propose a platform for exploring relations between phonology and speech processing, and in broader terms, for exploring relations between the abstract and physical structures of a speech signal. Our goal is to make a step towards bridging phonology and speech processing and to contribute to the program of Laboratory Phonology. We show three application examples for laboratory phonology: compositional phonological speech modelling, a comparison of phonological systems and an experimental phonological parametric text-to-speech (TTS) system. The featural representations of the following three phonological systems are considered in this work: (i) Government Phonology (GP), (ii) the Sound Pattern of English (SPE), and (iii) the extended SPE (eSPE). Comparing GP- and eSPE-based vocoded speech, we conclude that the latter achieves slightly better results than the former. However, GP - the most compact phonological speech representation - performs comparably to the systems with a higher number of phonological features. The parametric TTS based on phonological speech representation, and trained from an unlabelled audiobook in an unsupervised manner, achieves intelligibility of 85% of the state-of-the-art parametric speech synthesis. We envision that the presented approach paves the way for researchers in both fields to form meaningful hypotheses that are explicitly testable using the concepts developed and exemplified in this paper. On the one hand, laboratory phonologists might test the applied concepts of their theoretical models, and on the other hand, the speech processing community may utilize the concepts developed for the theoretical phonological models for improvements of the current state-of-the-art applications

Cross-Lingual Neural Network Speech Synthesis Based on Multiple Embeddings

The paper presents a novel architecture and method for speech synthesis in multiple languages, in voices of multiple speakers and in multiple speaking styles, even in cases when speech from a particular speaker in the target language was not present in the training data. The method is based on the application of neural network embedding to combinations of speaker and style IDs, but also to phones in particular phonetic contexts, without any prior linguistic knowledge on their phonetic properties. This enables the network not only to efficiently capture similarities and differences between speakers and speaking styles, but to establish appropriate relationships between phones belonging to different languages, and ultimately to produce synthetic speech in the voice of a certain speaker in a language that he/she has never spoken. The validity of the proposed approach has been confirmed through experiments with models trained on speech corpora of American English and Mexican Spanish. It has also been shown that the proposed approach supports the use of neural vocoders, i.e. that they are able to produce synthesized speech of good quality even in languages that they were not trained on

The Microsoft 2016 Conversational Speech Recognition System

We describe Microsoft's conversational speech recognition system, in which we combine recent developments in neural-network-based acoustic and language modeling to advance the state of the art on the Switchboard recognition task. Inspired by machine learning ensemble techniques, the system uses a range of convolutional and recurrent neural networks. I-vector modeling and lattice-free MMI training provide significant gains for all acoustic model architectures. Language model rescoring with multiple forward and backward running RNNLMs, and word posterior-based system combination provide a 20% boost. The best single system uses a ResNet architecture acoustic model with RNNLM rescoring, and achieves a word error rate of 6.9% on the NIST 2000 Switchboard task. The combined system has an error rate of 6.2%, representing an improvement over previously reported results on this benchmark task

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