Confidence Scoring and Speaker Adaptation in Mobile Automatic Speech Recognition Applications

Generally, the user group of a language is remarkably diverse in terms of speaker-specific characteristics such as dialect and speaking style. Hence, quality of spoken content varies notably from one individual to another. This diversity causes problems for Automatic Speech Recognition systems. An Automatic Speech Recognition system should be able to assess the hypothesised results. This can be done by evaluating a confidence measure on the recognition results and comparing the resulting measure to a specified threshold. This threshold value, referred to as confidence score, informs how reliable a particular recognition result is for the given speech. A system should perform optimally irrespective of input speaker characteristics. However, most systems are inflexible and non-adaptive and thus, speaker adaptability can be improved. For achieving these purposes, a solid criterion is required to evaluate the quality of spoken content and the system should be made robust and adaptive towards new speakers as well. This thesis implements a confidence score using posterior probabilities to examine the quality of the output, based on the speech data and corpora provided by Devoca Oy. Furthermore, speaker adaptation algorithms: Maximum Likelihood Linear Regression and Maximum a Posteriori are applied on a GMM-HMM system and their results are compared. Experiments show that Maximum a Posteriori adaptation brings 2% to 25% improvement in word error rates of semi-continuous model and is recommended for use in the commercial product. The results of other methods are also reported. In addition, word graph is suggested as the method for obtaining posterior probabilities. Since it guarantees no such improvement in the results, the confidence score is proposed as an optional feature for the system

Towards an automatic speech recognition system for use by deaf students in lectures

According to the Royal National Institute for Deaf people there are nearly 7.5 million hearing-impaired people in Great Britain. Human-operated machine transcription systems, such as Palantype, achieve low word error rates in real-time. The disadvantage is that they are very expensive to use because of the difficulty in training operators, making them impractical for everyday use in higher education. Existing automatic speech recognition systems also achieve low word error rates, the disadvantages being that they work for read speech in a restricted domain. Moving a system to a new domain requires a large amount of relevant data, for training acoustic and language models. The adopted solution makes use of an existing continuous speech phoneme recognition system as a front-end to a word recognition sub-system. The subsystem generates a lattice of word hypotheses using dynamic programming with robust parameter estimation obtained using evolutionary programming. Sentence hypotheses are obtained by parsing the word lattice using a beam search and contributing knowledge consisting of anti-grammar rules, that check the syntactic incorrectness’ of word sequences, and word frequency information. On an unseen spontaneous lecture taken from the Lund Corpus and using a dictionary containing "2637 words, the system achieved 815% words correct with 15% simulated phoneme error, and 73.1% words correct with 25% simulated phoneme error. The system was also evaluated on 113 Wall Street Journal sentences. The achievements of the work are a domain independent method, using the anti- grammar, to reduce the word lattice search space whilst allowing normal spontaneous English to be spoken; a system designed to allow integration with new sources of knowledge, such as semantics or prosody, providing a test-bench for determining the impact of different knowledge upon word lattice parsing without the need for the underlying speech recognition hardware; the robustness of the word lattice generation using parameters that withstand changes in vocabulary and domain

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

Automatic speech recognition: from study to practice

Today, automatic speech recognition (ASR) is widely used for different purposes such as robotics, multimedia, medical and industrial application. Although many researches have been performed in this field in the past decades, there is still a lot of room to work. In order to start working in this area, complete knowledge of ASR systems as well as their weak points and problems is inevitable. Besides that, practical experience improves the theoretical knowledge understanding in a reliable way. Regarding to these facts, in this master thesis, we have first reviewed the principal structure of the standard HMM-based ASR systems from technical point of view. This includes, feature extraction, acoustic modeling, language modeling and decoding. Then, the most significant challenging points in ASR systems is discussed. These challenging points address different internal components characteristics or external agents which affect the ASR systems performance. Furthermore, we have implemented a Spanish language recognizer using HTK toolkit. Finally, two open research lines according to the studies of different sources in the field of ASR has been suggested for future work

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