Why has (reasonably accurate) Automatic Speech Recognition been so hard to achieve?

Hidden Markov models (HMMs) have been successfully applied to automatic speech recognition for more than 35 years in spite of the fact that a key HMM assumption -- the statistical independence of frames -- is obviously violated by speech data. In fact, this data/model mismatch has inspired many attempts to modify or replace HMMs with alternative models that are better able to take into account the statistical dependence of frames. However it is fair to say that in 2010 the HMM is the consensus model of choice for speech recognition and that HMMs are at the heart of both commercially available products and contemporary research systems. In this paper we present a preliminary exploration aimed at understanding how speech data depart from HMMs and what effect this departure has on the accuracy of HMM-based speech recognition. Our analysis uses standard diagnostic tools from the field of statistics -- hypothesis testing, simulation and resampling -- which are rarely used in the field of speech recognition. Our main result, obtained by novel manipulations of real and resampled data, demonstrates that real data have statistical dependency and that this dependency is responsible for significant numbers of recognition errors. We also demonstrate, using simulation and resampling, that if we `remove' the statistical dependency from data, then the resulting recognition error rates become negligible. Taken together, these results suggest that a better understanding of the structure of the statistical dependency in speech data is a crucial first step towards improving HMM-based speech recognition

Gated Convolutional Bidirectional Attention-based Model for Off-topic Spoken Response Detection

Off-topic spoken response detection, the task aiming at predicting whether a response is off-topic for the corresponding prompt, is important for an automated speaking assessment system. In many real-world educational applications, off-topic spoken response detectors are required to achieve high recall for off-topic responses not only on seen prompts but also on prompts that are unseen during training. In this paper, we propose a novel approach for off-topic spoken response detection with high off-topic recall on both seen and unseen prompts. We introduce a new model, Gated Convolutional Bidirectional Attention-based Model (GCBiA), which applies bi-attention mechanism and convolutions to extract topic words of prompts and key-phrases of responses, and introduces gated unit and residual connections between major layers to better represent the relevance of responses and prompts. Moreover, a new negative sampling method is proposed to augment training data. Experiment results demonstrate that our novel approach can achieve significant improvements in detecting off-topic responses with extremely high on-topic recall, for both seen and unseen prompts.Comment: ACL2020 long pape

Named entity extraction for speech

Named entity extraction is a field that has generated much interest over recent years with the explosion of the World Wide Web and the necessity for accurate information retrieval. Named entity extraction, the task of finding specific entities within documents, has proven of great benefit for numerous information extraction and information retrieval tasks.As well as multiple language evaluations, named entity extraction has been investigated on a variety of media forms with varying success. In general, these media forms have all been based upon standard text and assumed that any variation from standard text constitutes noise.We investigate how it is possible to find named entities in speech data.. Where others have focussed on applying named entity extraction techniques to transcriptions of speech, we investigate a method for finding the named entities direct from the word lattices associated with the speech signal. The results show that it is possible to improve named entity recognition at the expense of word error rate (WER) in contrast to the general view that F -score is directly proportional to WER.We use a. Hidden Markov Model {HMM) style approach to the task of named entity extraction and show how it is possible to utilise a HMM to find named entities within speech lattices. We further investigate how it is possible to improve results by considering an alternative derivation of the joint probability of words and entities than is traditionally used. This new derivation is particularly appropriate to speech lattices as no presumptions are made about the sequence of words.The HMM style approach that we use requires using a number of language models in parallel. We have developed a system for discriminately retraining these language models based upon the results of the output, and we show how it is possible to improve named entity recognition by iterations over both training data and development data. We also consider how part-of-speech (POS) can be used within word lattices. We devise a method of labelling a word lattice with POS tags and adapt the model to make use of these POS tags when producing the best path through the lattice. The resulting path provides the most likely sequence of words, entities and POS tags and we show how this new path is better than the previous path which ignored the POS tags

Improving the translation environment for professional translators

When using computer-aided translation systems in a typical, professional translation workflow, there are several stages at which there is room for improvement. The SCATE (Smart Computer-Aided Translation Environment) project investigated several of these aspects, both from a human-computer interaction point of view, as well as from a purely technological side. This paper describes the SCATE research with respect to improved fuzzy matching, parallel treebanks, the integration of translation memories with machine translation, quality estimation, terminology extraction from comparable texts, the use of speech recognition in the translation process, and human computer interaction and interface design for the professional translation environment. For each of these topics, we describe the experiments we performed and the conclusions drawn, providing an overview of the highlights of the entire SCATE project

Advances on the Transcription of Historical Manuscripts based on Multimodality, Interactivity and Crowdsourcing

Natural Language Processing (NLP) is an interdisciplinary research field of Computer Science, Linguistics, and Pattern Recognition that studies, among others, the use of human natural languages in Human-Computer Interaction (HCI). Most of NLP research tasks can be applied for solving real-world problems. This is the case of natural language recognition and natural language translation, that can be used for building automatic systems for document transcription and document translation. Regarding digitalised handwritten text documents, transcription is used to obtain an easy digital access to the contents, since simple image digitalisation only provides, in most cases, search by image and not by linguistic contents (keywords, expressions, syntactic or semantic categories). Transcription is even more important in historical manuscripts, since most of these documents are unique and the preservation of their contents is crucial for cultural and historical reasons. The transcription of historical manuscripts is usually done by paleographers, who are experts on ancient script and vocabulary. Recently, Handwritten Text Recognition (HTR) has become a common tool for assisting paleographers in their task, by providing a draft transcription that they may amend with more or less sophisticated methods. This draft transcription is useful when it presents an error rate low enough to make the amending process more comfortable than a complete transcription from scratch. Thus, obtaining a draft transcription with an acceptable low error rate is crucial to have this NLP technology incorporated into the transcription process. The work described in this thesis is focused on the improvement of the draft transcription offered by an HTR system, with the aim of reducing the effort made by paleographers for obtaining the actual transcription on digitalised historical manuscripts. This problem is faced from three different, but complementary, scenarios: · Multimodality: The use of HTR systems allow paleographers to speed up the manual transcription process, since they are able to correct on a draft transcription. Another alternative is to obtain the draft transcription by dictating the contents to an Automatic Speech Recognition (ASR) system. When both sources (image and speech) are available, a multimodal combination is possible and an iterative process can be used in order to refine the final hypothesis. · Interactivity: The use of assistive technologies in the transcription process allows one to reduce the time and human effort required for obtaining the actual transcription, given that the assistive system and the palaeographer cooperate to generate a perfect transcription. Multimodal feedback can be used to provide the assistive system with additional sources of information by using signals that represent the whole same sequence of words to transcribe (e.g. a text image, and the speech of the dictation of the contents of this text image), or that represent just a word or character to correct (e.g. an on-line handwritten word). · Crowdsourcing: Open distributed collaboration emerges as a powerful tool for massive transcription at a relatively low cost, since the paleographer supervision effort may be dramatically reduced. Multimodal combination allows one to use the speech dictation of handwritten text lines in a multimodal crowdsourcing platform, where collaborators may provide their speech by using their own mobile device instead of using desktop or laptop computers, which makes it possible to recruit more collaborators.El Procesamiento del Lenguaje Natural (PLN) es un campo de investigación interdisciplinar de las Ciencias de la Computación, Lingüística y Reconocimiento de Patrones que estudia, entre otros, el uso del lenguaje natural humano en la interacción Hombre-Máquina. La mayoría de las tareas de investigación del PLN se pueden aplicar para resolver problemas del mundo real. Este es el caso del reconocimiento y la traducción del lenguaje natural, que se pueden utilizar para construir sistemas automáticos para la transcripción y traducción de documentos. En cuanto a los documentos manuscritos digitalizados, la transcripción se utiliza para facilitar el acceso digital a los contenidos, ya que la simple digitalización de imágenes sólo proporciona, en la mayoría de los casos, la búsqueda por imagen y no por contenidos lingüísticos. La transcripción es aún más importante en el caso de los manuscritos históricos, ya que la mayoría de estos documentos son únicos y la preservación de su contenido es crucial por razones culturales e históricas. La transcripción de manuscritos históricos suele ser realizada por paleógrafos, que son personas expertas en escritura y vocabulario antiguos. Recientemente, los sistemas de Reconocimiento de Escritura (RES) se han convertido en una herramienta común para ayudar a los paleógrafos en su tarea, la cual proporciona un borrador de la transcripción que los paleógrafos pueden corregir con métodos más o menos sofisticados. Este borrador de transcripción es útil cuando presenta una tasa de error suficientemente reducida para que el proceso de corrección sea más cómodo que una completa transcripción desde cero. Por lo tanto, la obtención de un borrador de transcripción con una baja tasa de error es crucial para que esta tecnología de PLN sea incorporada en el proceso de transcripción. El trabajo descrito en esta tesis se centra en la mejora del borrador de transcripción ofrecido por un sistema RES, con el objetivo de reducir el esfuerzo realizado por los paleógrafos para obtener la transcripción de manuscritos históricos digitalizados. Este problema se enfrenta a partir de tres escenarios diferentes, pero complementarios: · Multimodalidad: El uso de sistemas RES permite a los paleógrafos acelerar el proceso de transcripción manual, ya que son capaces de corregir en un borrador de la transcripción. Otra alternativa es obtener el borrador de la transcripción dictando el contenido a un sistema de Reconocimiento Automático de Habla. Cuando ambas fuentes están disponibles, una combinación multimodal de las mismas es posible y se puede realizar un proceso iterativo para refinar la hipótesis final. · Interactividad: El uso de tecnologías asistenciales en el proceso de transcripción permite reducir el tiempo y el esfuerzo humano requeridos para obtener la transcripción correcta, gracias a la cooperación entre el sistema asistencial y el paleógrafo para obtener la transcripción perfecta. La realimentación multimodal se puede utilizar en el sistema asistencial para proporcionar otras fuentes de información adicionales con señales que representen la misma secuencia de palabras a transcribir (por ejemplo, una imagen de texto, o la señal de habla del dictado del contenido de dicha imagen de texto), o señales que representen sólo una palabra o carácter a corregir (por ejemplo, una palabra manuscrita mediante una pantalla táctil). · Crowdsourcing: La colaboración distribuida y abierta surge como una poderosa herramienta para la transcripción masiva a un costo relativamente bajo, ya que el esfuerzo de supervisión de los paleógrafos puede ser drásticamente reducido. La combinación multimodal permite utilizar el dictado del contenido de líneas de texto manuscrito en una plataforma de crowdsourcing multimodal, donde los colaboradores pueden proporcionar las muestras de habla utilizando su propio dispositivo móvil en lugar de usar ordenadores,El Processament del Llenguatge Natural (PLN) és un camp de recerca interdisciplinar de les Ciències de la Computació, la Lingüística i el Reconeixement de Patrons que estudia, entre d'altres, l'ús del llenguatge natural humà en la interacció Home-Màquina. La majoria de les tasques de recerca del PLN es poden aplicar per resoldre problemes del món real. Aquest és el cas del reconeixement i la traducció del llenguatge natural, que es poden utilitzar per construir sistemes automàtics per a la transcripció i traducció de documents. Quant als documents manuscrits digitalitzats, la transcripció s'utilitza per facilitar l'accés digital als continguts, ja que la simple digitalització d'imatges només proporciona, en la majoria dels casos, la cerca per imatge i no per continguts lingüístics (paraules clau, expressions, categories sintàctiques o semàntiques). La transcripció és encara més important en el cas dels manuscrits històrics, ja que la majoria d'aquests documents són únics i la preservació del seu contingut és crucial per raons culturals i històriques. La transcripció de manuscrits històrics sol ser realitzada per paleògrafs, els quals són persones expertes en escriptura i vocabulari antics. Recentment, els sistemes de Reconeixement d'Escriptura (RES) s'han convertit en una eina comuna per ajudar els paleògrafs en la seua tasca, la qual proporciona un esborrany de la transcripció que els paleògrafs poden esmenar amb mètodes més o menys sofisticats. Aquest esborrany de transcripció és útil quan presenta una taxa d'error prou reduïda perquè el procés de correcció siga més còmode que una completa transcripció des de zero. Per tant, l'obtenció d'un esborrany de transcripció amb un baixa taxa d'error és crucial perquè aquesta tecnologia del PLN siga incorporada en el procés de transcripció. El treball descrit en aquesta tesi se centra en la millora de l'esborrany de la transcripció ofert per un sistema RES, amb l'objectiu de reduir l'esforç realitzat pels paleògrafs per obtenir la transcripció de manuscrits històrics digitalitzats. Aquest problema s'enfronta a partir de tres escenaris diferents, però complementaris: · Multimodalitat: L'ús de sistemes RES permet als paleògrafs accelerar el procés de transcripció manual, ja que són capaços de corregir un esborrany de la transcripció. Una altra alternativa és obtenir l'esborrany de la transcripció dictant el contingut a un sistema de Reconeixement Automàtic de la Parla. Quan les dues fonts (imatge i parla) estan disponibles, una combinació multimodal és possible i es pot realitzar un procés iteratiu per refinar la hipòtesi final. · Interactivitat: L'ús de tecnologies assistencials en el procés de transcripció permet reduir el temps i l'esforç humà requerits per obtenir la transcripció real, gràcies a la cooperació entre el sistema assistencial i el paleògraf per obtenir la transcripció perfecta. La realimentació multimodal es pot utilitzar en el sistema assistencial per proporcionar fonts d'informació addicionals amb senyals que representen la mateixa seqüencia de paraules a transcriure (per exemple, una imatge de text, o el senyal de parla del dictat del contingut d'aquesta imatge de text), o senyals que representen només una paraula o caràcter a corregir (per exemple, una paraula manuscrita mitjançant una pantalla tàctil). · Crowdsourcing: La col·laboració distribuïda i oberta sorgeix com una poderosa eina per a la transcripció massiva a un cost relativament baix, ja que l'esforç de supervisió dels paleògrafs pot ser reduït dràsticament. La combinació multimodal permet utilitzar el dictat del contingut de línies de text manuscrit en una plataforma de crowdsourcing multimodal, on els col·laboradors poden proporcionar les mostres de parla utilitzant el seu propi dispositiu mòbil en lloc d'utilitzar ordinadors d'escriptori o portàtils, la qual cosa permet ampliar el nombrGranell Romero, E. (2017). Advances on the Transcription of Historical Manuscripts based on Multimodality, Interactivity and Crowdsourcing [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86137TESI

Linguistic Structure in Statistical Machine Translation

This thesis investigates the influence of linguistic structure in statistical machine translation. We develop a word reordering model based on syntactic parse trees and address the issues of pronouns and morphological agreement with a source discriminative word lexicon predicting the translation for individual words using structural features. When used in phrase-based machine translation, the models improve the translation for language pairs with different word order and morphological variation