CTC-based Non-autoregressive Speech Translation

Combining end-to-end speech translation (ST) and non-autoregressive (NAR) generation is promising in language and speech processing for their advantages of less error propagation and low latency. In this paper, we investigate the potential of connectionist temporal classification (CTC) for non-autoregressive speech translation (NAST). In particular, we develop a model consisting of two encoders that are guided by CTC to predict the source and target texts, respectively. Introducing CTC into NAST on both language sides has obvious challenges: 1) the conditional independent generation somewhat breaks the interdependency among tokens, and 2) the monotonic alignment assumption in standard CTC does not hold in translation tasks. In response, we develop a prediction-aware encoding approach and a cross-layer attention approach to address these issues. We also use curriculum learning to improve convergence of training. Experiments on the MuST-C ST benchmarks show that our NAST model achieves an average BLEU score of 29.5 with a speed-up of 5.67$\times$, which is comparable to the autoregressive counterpart and even outperforms the previous best result of 0.9 BLEU points.Comment: ACL 2023 Main Conferenc

Automatic Proficiency Evaluation of Spoken English by Japanese Learners for Dialogue-Based Language Learning System Based on Deep Learning

Tohoku University伊藤彰則課

Survey on Evaluation Methods for Dialogue Systems

In this paper we survey the methods and concepts developed for the evaluation of dialogue systems. Evaluation is a crucial part during the development process. Often, dialogue systems are evaluated by means of human evaluations and questionnaires. However, this tends to be very cost and time intensive. Thus, much work has been put into finding methods, which allow to reduce the involvement of human labour. In this survey, we present the main concepts and methods. For this, we differentiate between the various classes of dialogue systems (task-oriented dialogue systems, conversational dialogue systems, and question-answering dialogue systems). We cover each class by introducing the main technologies developed for the dialogue systems and then by presenting the evaluation methods regarding this class

Recognizing GSM Digital Speech

The Global System for Mobile (GSM) environment encompasses three main problems for automatic speech recognition (ASR) systems: noisy scenarios, source coding distortion, and transmission errors. The first one has already received much attention; however, source coding distortion and transmission errors must be explicitly addressed. In this paper, we propose an alternative front-end for speech recognition over GSM networks. This front-end is specially conceived to be effective against source coding distortion and transmission errors. Specifically, we suggest extracting the recognition feature vectors directly from the encoded speech (i.e., the bitstream) instead of decoding it and subsequently extracting the feature vectors. This approach offers two significant advantages. First, the recognition system is only affected by the quantization distortion of the spectral envelope. Thus, we are avoiding the influence of other sources of distortion as a result of the encoding-decoding process. Second, when transmission errors occur, our front-end becomes more effective since it is not affected by errors in bits allocated to the excitation signal. We have considered the half and the full-rate standard codecs and compared the proposed front-end with the conventional approach in two ASR tasks, namely, speaker-independent isolated digit recognition and speaker-independent continuous speech recognition. In general, our approach outperforms the conventional procedure, for a variety of simulated channel conditions. Furthermore, the disparity increases as the network conditions worsen

Report of the 4th World Climate Research Programme International Conference on Reanalyses

The 4th WCRP International Conference on Reanalyses provided an opportunity for the international community to review and discuss the observational and modelling research, as well as process studies and uncertainties associated with reanalysis of the Earth System and its components. Characterizing the uncertainty and quality of reanalyses is a task that reaches far beyond the international community of producers, and into the interdisciplinary research community, especially those using reanalysis products in their research and applications. Reanalyses have progressed greatly even in the last 5 years, and newer ideas, projects and data are coming forward. While reanalysis has typically been carried out for the individual domains of atmosphere, ocean and land, it is now moving towards coupling using Earth system models. Observations are being reprocessed and they are providing improved quality for use in reanalysis. New applications are being investigated, and the need for climate reanalyses is as strong as ever. At the heart of it all, new investigators are exploring the possibilities for reanalysis, and developing new ideas in research and applications. Given the many centres creating reanalyses products (e.g. ocean, land and cryosphere research centres as well as NWP and atmospheric centers), and the development of new ideas (e.g. families of reanalyses), the total number of reanalyses is increasing greatly, with new and innovative diagnostics and output data. The need for reanalysis data is growing steadily, and likewise, the need for open discussion and comment on the data. The 4th Conference was convened to provide a forum for constructive discussion on the objectives, strengths and weaknesses of reanalyses, indicating potential development paths for the future

Proceedings of the 17th Annual Conference of the European Association for Machine Translation

Proceedings of the 17th Annual Conference of the European Association for Machine Translation (EAMT

Preprocessing models for speech technologies : the impact of the normalizer and the grapheme-to-phoneme on hybrid systems

Um dos usos mais promissores e de crescimento mais rápido da tecnologia de linguagem natural corresponde às Tecnologias de Processamento da Fala. Esses sistemas usam tecnologia de reconhecimento automático de fala e conversão de texto em fala para fornecer uma interface de voz para aplicações de conversão. Com efeito, esta tecnologia está presente em diversas situações do nosso quotidiano, tais como assistentes virtuais em smartphones (como a SIRI ou Alexa), ou sistemas de interação por voz em automóveis. As tecnologias de fala evoluíram progressivamente até ao ponto em que os sistemas podem prestar pouca atenção à sua estrutura linguística. Com efeito, o Conhecimento Linguístico pode ser extremamente importante numa arquitetura de fala, particularmente numa fase de pré-processamento de dados: combinar conhecimento linguístico em modelo de tecnologia de fala permite produzir sistemas mais confiáveis e robustos. Neste sentido, o pré-processamento de dados é uma etapa fundamental na construção de um modelo de Inteligência Artificial (IA). Se os dados forem razoavelmente pré-processados, os resultados serão consistentes e de alta qualidade (García et al., 2016). Por exemplo, os sistemas mais modernos de reconhecimento de fala permitem modelizar entidades linguísticas em vários níveis, frases, palavras, fones e outras unidades, usando várias abordagens estatísticas (Jurafsky & Martin, 2022). Apesar de treinados sobre dados, estes sistemas são tão mais precisos quanto mais eficazes e eficientes a capturarem o conhecimento linguístico. Perante este cenário, este trabalho descreve os métodos de pré-processamento linguístico em sistemas híbridos (de inteligência artificial combinada com conhecimento linguístico) fornecidos por uma empresa internacional de Inteligência Artificial (IA), a Defined.ai. A start-up concentra-se em fornecer dados, modelos e ferramentas de alta qualidade para IA., a partir da sua plataforma de crowdsourcing Neevo. O utilizador da plataforma tem acesso a pequenas tarefas de anotação de dados, tais como: transcrição, gravação e anotação de áudios, validação de pronúncia, tradução de frases, classificação de sentimentos num texto, ou até extração de informação a partir de imagens e vídeos. Até ao momento, a empresa conta com mais de 500,000 utilizadores de 70 países e 50 línguas diferentes. Através duma recolha descentralizada dos dados, a Defined.ai responde à necessidade crescente de dados de treino que sejam justos, i.e., que não reflitam e/ou amplifiquem os padrões de discriminação vigentes na nossa sociedade (e.g., de género, raça, orientação sexual). Como resultado, a Defined.ai pode ser vista como uma comunidade de especialistas em IA, que produz sistemas justos, éticos e de futuro. Assim, o principal objetivo deste trabalho é aprimorar e avançar a qualidade dos modelos de pré-processamento, aplicando-lhes conhecimento linguístico. Assim, focamo-nos em dois modelos linguísticos introdutórios numa arquitetura de fala: Normalizador e Grafema-Fonema. Para abordar o assunto principal deste estudo, vamos delinear duas iniciativas realizadas em colaboração com a equipa de Machine learning da Defined.ai. O primeiro projeto centra-se na expansão e melhoria de um modelo Normalizador pt-PT. O segundo projeto abrange a criação de modelos Grafema-Fonema (do inglês Grapheme-to-phoneme, G2P) para duas línguas diferentes – Sueco e Russo. Os resultados mostram que ter uma abordagem baseada em regras para o Normalizador e G2P aumenta a sua precisão e desempenho, representado uma vantagem significativa na melhoria das ferramentas da Defined.ai e nas arquiteturas de fala. Além disso, com os resultados obtidos no primeiro projeto, melhoramos o normalizador na sua facilidade de uso, aumentando cada regra com o respetivo conhecimento linguístico. Desta forma, a nossa pesquisa demonstra o valor e a importância do conhecimento linguístico em modelos de pré-processamento. O primeiro projeto teve como objetivo fornecer cobertura para diversas regras linguísticas: Números Reais, Símbolos, Abreviaturas, Ordinais, Medidas, Moeda, Datas e Hora. A tarefa consistia em expandir as regras com suas respetivas expressões normalizadas a partir de regras a seguir que teriam uma leitura não marcada inequívoca própria. O objetivo principal é melhorar o normalizador tornando-o mais simples, consistente entre diferentes linguagens e de forma a cobrir entradas não ambíguas. Para preparar um modelo G2P para dois idiomas diferentes - Sueco e Russo - quatro tarefas foram realizadas: 1. Preparar uma análise linguística de cada língua, 2. Desenvolver um inventário fonético-fonológico inicial, 3. Mapear e converter automaticamente o léxico fonético para DC-Arpabet (o alfabeto fonético que a Defined.ai construiu), 4. Rever e corrigir o léxico fonético, e 4. Avaliar o modelo Grafema-Fonema. A revisão dos léxicos fonéticos foi realizada, em consulta com a nossa equipa da Defined.ai, por linguistas nativos que verificaram se os inventários fonéticos-fonológicos seriam adequados para transcrever. Segundo os resultados de cada modelo, nós avaliamos de acordo com 5 métricas padrão na literatura: Word Error Rate (WER), Precision, Recall, F1-score e Accuracy. Adaptamos a métrica WER para Word Error Rate over normalizable tokens (WERnorm) por forma a responder às necessidades dos nossos modelos. A métrica WER (ou taxa de erro por palavra) foi adaptada de forma a contabilizar tokens normalizáveis, em vez de todos os tokens. Deste modo, a avaliação do normalizador, avalia-se usando um conjunto de aproximadamente 1000 frases de referência, normalizadas manualmente e marcadas com a regra de normalização que deveria ser aplicada (por exemplo, números reais, símbolos, entre outros). De acordo com os resultados, na versão 2 do normalizador, obtivemos discrepâncias estatisticamente significativas entre as regras. A regra dos ordinais apresenta a maior percentagem (94%) e as abreviaturas (43%) o menor percentual. Concluímos também um aumento significativo no desempenho de algumas das regras. Por exemplo, as abreviaturas mostram um desempenho de 23 pontos percentuais (pp.) superior. Quando comparamos as duas versões, concluímos que a versão 2 do normalizador apresenta, em média, uma taxa de erro 4 pp. menor sobre os tokens normalizáveis em comparação com a versão 1. Assim, o uso da regra dos ordinais (94% F1-score) e da regra dos números reais (89% F1-score) é a maior fonte de melhoria no normalizador. Além disso, em relação à precisão, a versão 2 apresenta uma melhoria de, em média, 28 pp em relação à versão 1. No geral, os resultados revelam inequivocamente uma melhoria da performance do normalizador em todas as regras aplicadas. De acordo com os resultados do segundo projeto, o léxico fonético sueco alcançou um WER de 10%, enquanto o léxico fonético russo um WER ligeiramente inferior (11%). Os inventários fonético-fonológicos suecos apresentam uma precisão maior (97%) do que os inventários fonético-fonológicos russos (96%). No geral, o modelo sueco G2P apresenta um melhor desempenho (98%), embora a sua diferença ser menor quando comparado ao modelo russo (96%). Em conclusão, os resultados obtidos tiveram um impacto significativo na pipeline de fala da empresa e nas arquiteturas de fala escrita (15% é a arquitetura de fala). Além disso, a versão 2 do normalizador começou a ser usada noutros projetos do Defined.ai, principalmente em coleções de prompts de fala. Observamos que nossa expansão e melhoria na ferramenta abrangeu expressões que compõem uma proporção considerável de expressões normalizáveis, não limitando a utilidade da ferramenta, mas aumentando a diversidade que ela pode oferecer ao entregar prompts, por exemplo. Com base no trabalho desenvolvido, podemos observar que, ao ter uma abordagem baseada em regras para o Normalizador e o G2P, conseguimos aumentar a sua precisão e desempenho, representando não só uma vantagem significativa na melhoria das ferramentas da Defined.ai, como também nas arquiteturas de fala. Além disso, a nossa abordagem também foi aplicada a outras línguas obtendo resultados muito positivos e mostrando a importância da metodologia aplicada nesta tese. Desta forma, o nosso trabalho mostra a relevância e o valor acrescentado de aplicar conhecimento linguístico a modelos de pré-processamento.One of the most fast-growing and highly promising uses of natural language technology is in Speech Technologies. Such systems use automatic speech recognition (ASR) and text-to-speech (TTS) technology to provide a voice interface for conversational applications. Speech technologies have progressively evolved to the point where they pay little attention to their linguistic structure. Indeed, linguistic knowledge can be extremely important in a speech pipeline, particularly in the Data Preprocessing phase: combining linguistic knowledge in a speech technology model allows producing more reliable and robust systems. Given this background, this work describes the linguistic preprocessing methods in hybrid systems provided by an Artificial Intelligence (AI) international company, Defined.ai. The startup focuses on providing high-quality data, models, and AI tools. The main goal of this work is to enhance and advance the quality of preprocessing models by applying linguistic knowledge. Thus, we focus on two introductory linguistic models in a speech pipeline: Normalizer and Grapheme-to-Phoneme (G2P). To do so, two initiatives were conducted in collaboration with the Defined.ai Machine Learning team. The first project focuses on expanding and improving a pt-PT Normalizer model. The second project covers creating G2P models for two different languages – Swedish and Russian. Results show that having a rule-based approach to the Normalizer and G2P increases its accuracy and performance, representing a significant advantage in improving Defined.ai tools and speech pipelines. Also, with the results obtained on the first project, we improved the normalizer in ease of use by increasing each rule with linguistic knowledge. Accordingly, our research demonstrates the added value of linguistic knowledge in preprocessing models

Exploring Speech Technologies for Language Learning

The teaching of the pronunciation of any foreign language must encompass both segmental and suprasegmental aspects of speech. In computational terms, the two levels of language learning activities can be decomposed at least into phonemic aspects, which include the correct pronunciation of single phonemes and the co-articulation of phonemes into higher phonological units; as well as prosodic aspects which include  the correct position of stress at word level;  the alternation of stress and unstressed syllables in terms of compensation and vowel reduction;  the correct position of sentence accent;  the generation of the adequate rhymth from the interleaving of stress, accent, and phonological rules;  the generation of adequate intonational pattern for each utterance related to communicative functions; As appears from above, for a student to communicate intelligibly and as close as possible to native-speaker's pronunciation, prosody is very important [3]. We also assume that an incorrect prosody may hamper communication from taking place and this may be regarded a strong motivation for having the teaching of Prosody as an integral part of any language course. From our point of view it is much more important to stress the achievement of successful communication as the main objective of a second language learner rather than the overcoming of what has been termed “foreign accent”, which can be deemed as a secondary goal. In any case, the two goals are certainly not coincident even though they may be overlapping in some cases. We will discuss about these matter in the following sections. All prosodic questions related to “rhythm” will be discussed in the first section of this chapter. In [4] the author argues in favour of prosodic aids, in particular because a strong placement of word stress may impair understanding from the listener’s point of view of the word being pronounced. He also argues in favour of acquiring correct timing of phonological units to overcome the impression of “foreign accent” which may ensue from an incorrect distribution of stressed vs. unstressed stretches of linguistic units such as syllables or metric feet. Timing is not to be confused with speaking rate which need not be increased forcefully to give the impression of a good fluency: trying to increase speaking rate may result in lower intelligibility. The question of “foreign accent” is also discussed at length in (Jilka M., 1999). This work is particularly relevant as far as intonational features of a learner of a second language which we will address in the second section of this chapter. Correcting the Intonational Foreign Accent (hence IFA) is an important component of a Prosodic Module for self-learning activities, as categorical aspects of the intonation of the two languages in contact, L1 and L2 are far apart and thus neatly distinguishable. Choice of the two languages in contact is determined mainly by the fact that the distance in prosodic terms between English and Italian is maximal, according to (Ramus, F. and J. Mehler, 1999; Ramus F., et al., 1999)