DNN adaptation by automatic quality estimation of ASR hypotheses

In this paper we propose to exploit the automatic Quality Estimation (QE) of ASR hypotheses to perform the unsupervised adaptation of a deep neural network modeling acoustic probabilities. Our hypothesis is that significant improvements can be achieved by: i)automatically transcribing the evaluation data we are currently trying to recognise, and ii) selecting from it a subset of "good quality" instances based on the word error rate (WER) scores predicted by a QE component. To validate this hypothesis, we run several experiments on the evaluation data sets released for the CHiME-3 challenge. First, we operate in oracle conditions in which manual transcriptions of the evaluation data are available, thus allowing us to compute the "true" sentence WER. In this scenario, we perform the adaptation with variable amounts of data, which are characterised by different levels of quality. Then, we move to realistic conditions in which the manual transcriptions of the evaluation data are not available. In this case, the adaptation is performed on data selected according to the WER scores "predicted" by a QE component. Our results indicate that: i) QE predictions allow us to closely approximate the adaptation results obtained in oracle conditions, and ii) the overall ASR performance based on the proposed QE-driven adaptation method is significantly better than the strong, most recent, CHiME-3 baseline.Comment: Computer Speech & Language December 201

I4U Submission to NIST SRE 2018: Leveraging from a Decade of Shared Experiences

The I4U consortium was established to facilitate a joint entry to NIST speaker recognition evaluations (SRE). The latest edition of such joint submission was in SRE 2018, in which the I4U submission was among the best-performing systems. SRE'18 also marks the 10-year anniversary of I4U consortium into NIST SRE series of evaluation. The primary objective of the current paper is to summarize the results and lessons learned based on the twelve sub-systems and their fusion submitted to SRE'18. It is also our intention to present a shared view on the advancements, progresses, and major paradigm shifts that we have witnessed as an SRE participant in the past decade from SRE'08 to SRE'18. In this regard, we have seen, among others, a paradigm shift from supervector representation to deep speaker embedding, and a switch of research challenge from channel compensation to domain adaptation.Comment: 5 page

Automated speech and audio analysis for semantic access to multimedia

The deployment and integration of audio processing tools can enhance the semantic annotation of multimedia content, and as a consequence, improve the effectiveness of conceptual access tools. This paper overviews the various ways in which automatic speech and audio analysis can contribute to increased granularity of automatically extracted metadata. A number of techniques will be presented, including the alignment of speech and text resources, large vocabulary speech recognition, key word spotting and speaker classification. The applicability of techniques will be discussed from a media crossing perspective. The added value of the techniques and their potential contribution to the content value chain will be illustrated by the description of two (complementary) demonstrators for browsing broadcast news archives

Embeddings for DNN speaker adaptive training

In this work, we investigate the use of embeddings for speaker-adaptive training of DNNs (DNN-SAT) focusing on a small amount of adaptation data per speaker. DNN-SAT can be viewed as learning a mapping from each embedding to transformation parameters that are applied to the shared parameters of the DNN. We investigate different approaches to applying these transformations, and find that with a good training strategy, a multi-layer adaptation network applied to all hidden layers is no more effective than a single linear layer acting on the embeddings to transform the input features. In the second part of our work, we evaluate different embeddings (i-vectors, x-vectors and deep CNN embeddings) in an additional speaker recognition task in order to gain insight into what should characterize an embedding for DNN-SAT. We find the performance for speaker recognition of a given representation is not correlated with its ASR performance; in fact, ability to capture more speech attributes than just speaker identity was the most important characteristic of the embeddings for efficient DNN-SAT ASR. Our best models achieved relative WER gains of 4% and 9% over DNN baselines using speaker-level cepstral mean normalisation (CMN), and a fully speaker-independent model, respectively.Comment: Accepted at ASRU 201

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

Deep learning for i-vector speaker and language recognition

Over the last few years, i-vectors have been the state-of-the-art technique in speaker and language recognition. Recent advances in Deep Learning (DL) technology have improved the quality of i-vectors but the DL techniques in use are computationally expensive and need speaker or/and phonetic labels for the background data, which are not easily accessible in practice. On the other hand, the lack of speaker-labeled background data makes a big performance gap, in speaker recognition, between two well-known cosine and Probabilistic Linear Discriminant Analysis (PLDA) i-vector scoring techniques. It has recently been a challenge how to fill this gap without speaker labels, which are expensive in practice. Although some unsupervised clustering techniques are proposed to estimate the speaker labels, they cannot accurately estimate the labels. This thesis tries to solve the problems above by using the DL technology in different ways, without any need of speaker or phonetic labels. In order to fill the performance gap between cosine and PLDA scoring given unlabeled background data, we have proposed an impostor selection algorithm and a universal model adaptation process in a hybrid system based on Deep Belief Networks (DBNs) and Deep Neural Networks (DNNs) to discriminatively model each target speaker. In order to have more insight into the behavior of DL techniques in both single and multi-session speaker enrollment tasks, some experiments have been carried out in both scenarios. Experiments on the National Institute of Standard and Technology (NIST) 2014 i-vector challenge show that 46% of this performance gap, in terms of minDCF, is filled by the proposed DL-based system. Furthermore, the score combination of the proposed DL-based system and PLDA with estimated labels covers 79% of this gap. In the second line of the research, we have developed an efficient alternative vector representation of speech by keeping the computational cost as low as possible and avoiding phonetic labels, which are not always accessible. The proposed vectors will be based on both Gaussian Mixture Models (GMMs) and Restricted Boltzmann Machines (RBMs) and will be referred to as GMM-RBM vectors. The role of RBM is to learn the total speaker and session variability among background GMM supervectors. This RBM, which will be referred to as Universal RBM (URBM), will then be used to transform unseen supervectors to the proposed low dimensional vectors. The use of different activation functions for training the URBM and different transformation functions for extracting the proposed vectors are investigated. At the end, a variant of Rectified Linear Unit (ReLU) which is referred to as Variable ReLU (VReLU) is proposed. Experiments on the core test condition 5 of the NIST Speaker Recognition Evaluation (SRE) 2010 show that comparable results with conventional i-vectors are achieved with a clearly lower computational load in the vector extraction process. Finally, for the Language Identification (LID) application, we have proposed a DNN architecture to model effectively the i-vector space of four languages, English, Spanish, German, and Finnish, in the car environment. Both raw i-vectors and session variability compensated i-vectors are evaluated as input vectors to DNN. The performance of the proposed DNN architecture is compared with both conventional GMM-UBM and i-vector/Linear Discriminant Analysis (LDA) systems considering the effect of duration of signals. It is shown that the signals with duration between 2 and 3 sec meet the accuracy and speed requirements of this application, in which the proposed DNN architecture outperforms GMM-UBM and i-vector/LDA systems by 37% and 28%, respectively.En los últimos años, los i-vectores han sido la técnica de referencia en el reconocimiento de hablantes y de idioma. Los últimos avances en la tecnología de Aprendizaje Profundo (Deep Learning. DL) han mejorado la calidad de los i-vectores, pero las técnicas DL en uso son computacionalmente costosas y necesitan datos etiquetados para cada hablante y/o unidad fon ética, los cuales no son fácilmente accesibles en la práctica. La falta de datos etiquetados provoca una gran diferencia de los resultados en el reconocimiento de hablante con i-vectors entre las dos técnicas de evaluación más utilizados: distancia coseno y Análisis Lineal Discriminante Probabilístico (PLDA). Por el momento, sigue siendo un reto cómo reducir esta brecha sin disponer de las etiquetas de los hablantes, que son costosas de obtener. Aunque se han propuesto algunas técnicas de agrupamiento sin supervisión para estimar las etiquetas de los hablantes, no pueden estimar las etiquetas con precisión. Esta tesis trata de resolver los problemas mencionados usando la tecnología DL de diferentes maneras, sin necesidad de etiquetas de hablante o fon éticas. Con el fin de reducir la diferencia de resultados entre distancia coseno y PLDA a partir de datos no etiquetados, hemos propuesto un algoritmo selección de impostores y la adaptación a un modelo universal en un sistema hibrido basado en Deep Belief Networks (DBN) y Deep Neural Networks (DNN) para modelar a cada hablante objetivo de forma discriminativa. Con el fin de tener más información sobre el comportamiento de las técnicas DL en las tareas de identificación de hablante en una única sesión y en varias sesiones, se han llevado a cabo algunos experimentos en ambos escenarios. Los experimentos utilizando los datos del National Institute of Standard and Technology (NIST) 2014 i-vector Challenge muestran que el 46% de esta diferencia de resultados, en términos de minDCF, se reduce con el sistema propuesto basado en DL. Además, la combinación de evaluaciones del sistema propuesto basado en DL y PLDA con etiquetas estimadas reduce el 79% de esta diferencia. En la segunda línea de la investigación, hemos desarrollado una representación vectorial alternativa eficiente de la voz manteniendo el coste computacional lo más bajo posible y evitando las etiquetas fon éticas, Los vectores propuestos se basan tanto en el Modelo de Mezcla de Gaussianas (GMM) y en las Maquinas Boltzmann Restringidas (RBM), a los que se hacer referencia como vectores GMM-RBM. El papel de la RBM es aprender la variabilidad total del hablante y de la sesión entre los supervectores del GMM gen érico. Este RBM, al que se hará referencia como RBM Universal (URBM), se utilizará para transformar supervectores ocultos en los vectores propuestos, de menor dimensión. Además, se estudia el uso de diferentes funciones de activación para el entrenamiento de la URBM y diferentes funciones de transformación para extraer los vectores propuestos. Finalmente, se propone una variante de la Unidad Lineal Rectificada (ReLU) a la que se hace referencia como Variable ReLU (VReLU). Los experimentos sobre los datos de la condición 5 del test de la NIST Speaker Recognition Evaluation (SRE) 2010 muestran que se han conseguidos resultados comparables con los i-vectores convencionales, con una carga computacional claramente inferior en el proceso de extracción de vectores. Por último, para la aplicación de Identificación de Idioma (LID), hemos propuesto una arquitectura DNN para modelar eficazmente en el entorno del coche el espacio i-vector de cuatro idiomas: inglés, español, alemán y finlandés. Tanto los i-vectores originales como los i-vectores propuestos son evaluados como vectores de entrada a DNN. El rendimiento de la arquitectura DNN propuesta se compara con los sistemas convencionales GMM-UBM y i-vector/Análisis Discriminante Lineal (LDA) considerando el efecto de la duración de las señales. Se muestra que en caso de señales con una duración entre 2 y 3 se obtienen resultados satisfactorios en cuanto a precisión y resultados, superando a los sistemas GMM-UBM y i-vector/LDA en un 37% y 28%, respectivament

Advances in Subspace-based Solutions for Diarization in the Broadcast Domain

La motivación de esta tesis es la necesidad de soluciones robustas al problema de diarización. Estas técnicas de diarización deben proporcionar valor añadido a la creciente cantidad disponible de datos multimedia mediante la precisa discriminación de los locutores presentes en la señal de audio. Desafortunadamente, hasta tiempos recientes este tipo de tecnologías solamente era viable en condiciones restringidas, quedando por tanto lejos de una solución general. Las razones detrás de las limitadas prestaciones de los sistemas de diarización son múltiples. La primera causa a tener en cuenta es la alta complejidad de la producción de la voz humana, en particular acerca de los procesos fisiológicos necesarios para incluir las características discriminativas de locutor en la señal de voz. Esta complejidad hace del proceso inverso, la estimación de dichas características a partir del audio, una tarea ineficiente por medio de las técnicas actuales del estado del arte. Consecuentemente, en su lugar deberán tenerse en cuenta aproximaciones. Los esfuerzos en la tarea de modelado han proporcionado modelos cada vez más elaborados, aunque no buscando la explicación última de naturaleza fisiológica de la señal de voz. En su lugar estos modelos aprenden relaciones entre la señales acústicas a partir de un gran conjunto de datos de entrenamiento. El desarrollo de modelos aproximados genera a su vez una segunda razón, la variabilidad de dominio. Debido al uso de relaciones aprendidas a partir de un conjunto de entrenamiento concreto, cualquier cambio de dominio que modifique las condiciones acústicas con respecto a los datos de entrenamiento condiciona las relaciones asumidas, pudiendo causar fallos consistentes en los sistemas.Nuestra contribución a las tecnologías de diarización se ha centrado en el entorno de radiodifusión. Este dominio es actualmente un entorno todavía complejo para los sistemas de diarización donde ninguna simplificación de la tarea puede ser tenida en cuenta. Por tanto, se deberá desarrollar un modelado eficiente del audio para extraer la información de locutor y como inferir el etiquetado correspondiente. Además, la presencia de múltiples condiciones acústicas debido a la existencia de diferentes programas y/o géneros en el domino requiere el desarrollo de técnicas capaces de adaptar el conocimiento adquirido en un determinado escenario donde la información está disponible a aquellos entornos donde dicha información es limitada o sencillamente no disponible.Para este propósito el trabajo desarrollado a lo largo de la tesis se ha centrado en tres subtareas: caracterización de locutor, agrupamiento y adaptación de modelos. La primera subtarea busca el modelado de un fragmento de audio para obtener representaciones precisas de los locutores involucrados, poniendo de manifiesto sus propiedades discriminativas. En este área se ha llevado a cabo un estudio acerca de las actuales estrategias de modelado, especialmente atendiendo a las limitaciones de las representaciones extraídas y poniendo de manifiesto el tipo de errores que pueden generar. Además, se han propuesto alternativas basadas en redes neuronales haciendo uso del conocimiento adquirido. La segunda tarea es el agrupamiento, encargado de desarrollar estrategias que busquen el etiquetado óptimo de los locutores. La investigación desarrollada durante esta tesis ha propuesto nuevas estrategias para estimar el mejor reparto de locutores basadas en técnicas de subespacios, especialmente PLDA. Finalmente, la tarea de adaptación de modelos busca transferir el conocimiento obtenido de un conjunto de entrenamiento a dominios alternativos donde no hay datos para extraerlo. Para este propósito los esfuerzos se han centrado en la extracción no supervisada de información de locutor del propio audio a diarizar, sinedo posteriormente usada en la adaptación de los modelos involucrados.<br /

Confidence Score Based Speaker Adaptation of Conformer Speech Recognition Systems

Speaker adaptation techniques provide a powerful solution to customise automatic speech recognition (ASR) systems for individual users. Practical application of unsupervised model-based speaker adaptation techniques to data intensive end-to-end ASR systems is hindered by the scarcity of speaker-level data and performance sensitivity to transcription errors. To address these issues, a set of compact and data efficient speaker-dependent (SD) parameter representations are used to facilitate both speaker adaptive training and test-time unsupervised speaker adaptation of state-of-the-art Conformer ASR systems. The sensitivity to supervision quality is reduced using a confidence score-based selection of the less erroneous subset of speaker-level adaptation data. Two lightweight confidence score estimation modules are proposed to produce more reliable confidence scores. The data sparsity issue, which is exacerbated by data selection, is addressed by modelling the SD parameter uncertainty using Bayesian learning. Experiments on the benchmark 300-hour Switchboard and the 233-hour AMI datasets suggest that the proposed confidence score-based adaptation schemes consistently outperformed the baseline speaker-independent (SI) Conformer model and conventional non-Bayesian, point estimate-based adaptation using no speaker data selection. Similar consistent performance improvements were retained after external Transformer and LSTM language model rescoring. In particular, on the 300-hour Switchboard corpus, statistically significant WER reductions of 1.0%, 1.3%, and 1.4% absolute (9.5%, 10.9%, and 11.3% relative) were obtained over the baseline SI Conformer on the NIST Hub5'00, RT02, and RT03 evaluation sets respectively. Similar WER reductions of 2.7% and 3.3% absolute (8.9% and 10.2% relative) were also obtained on the AMI development and evaluation sets.Comment: IEEE/ACM Transactions on Audio, Speech, and Language Processin