Automatic Pronunciation Assessment -- A Review

Pronunciation assessment and its application in computer-aided pronunciation training (CAPT) have seen impressive progress in recent years. With the rapid growth in language processing and deep learning over the past few years, there is a need for an updated review. In this paper, we review methods employed in pronunciation assessment for both phonemic and prosodic. We categorize the main challenges observed in prominent research trends, and highlight existing limitations, and available resources. This is followed by a discussion of the remaining challenges and possible directions for future work.Comment: 9 pages, accepted to EMNLP Finding

자동발음평가-발음오류검출 통합 모델

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 인문대학 언어학과, 2023. 8. 정민화.실증 연구에 의하면 비원어민 발음 평가에 있어 전문 평가자가 채점하는 발음 점수와 음소 오류 사이의 상관관계는 매우 높다. 그러나 기존의 컴퓨터기반발음훈련 (Computer-assisted Pronunciation Training; CAPT) 시스템은 자동발음평가 (Automatic Pronunciation Assessment; APA) 과제 및 발음오류검출 (Mispronunciation Detection and Diagnosis; MDD) 과제를 독립적인 과제로 취급하며 각 모델의 성능을 개별적으로 향상시키는 것에만 초점을 두었다. 본 연구에서는 두 과제 사이의 높은 상관관계에 주목, 다중작업학습 기법을 활용하여 자동발음평가와 발음오류검출 과제를 동시에 훈련하는 새로운 아키텍처를 제안한다. 구체적으로는 APA 과제를 위해 교차 엔트로피 손실함수 및 RMSE 손실함수를 실험하며, MDD 손실함수는 CTC 손실함수로 고정된다. 근간 음향 모델은 사전훈련된 자기지도학습기반 모델로 하며, 이때 더욱 풍부한 음향 정보를 위해 다중작업학습을 거치기 전에 부수적으로 음소인식에 대하여 미세조정되기도 한다. 음향 모델과 함께 발음적합점수(Goodness-of-Pronunciation; GOP)가 추가적인 입력으로 사용된다. 실험 결과, 통합 모델이 단일 자동발음평가 및 발음오류검출 모델보다 매우 높은 성능을 보였다. 구체적으로는 Speechocean762 데이터셋에서 자동발음평가 과제에 사용된 네 항목의 점수들의 평균 피어슨상관계수가 0.041 증가하였으며, 발음오류검출 과제에 대해 F1 점수가 0.003 증가하였다. 통합 모델에 대해 시도된 아키텍처 중에서는, Robust Wav2vec2.0 음향모델과 발음적합점수를 활용하여 RMSE/CTC 손실함수로 훈련한 모델의 성능이 가장 좋았다. 모델을 분석한 결과, 통합 모델이 개별 모델에 비해 분포가 낮은 점수 및 발음오류를 더 정확하게 구분하였음을 확인할 수 있었다. 흥미롭게도 통합 모델에 있어 각 하위 과제들의 성능 향상 정도는 각 발음 점수와 발음 오류 레이블 사이의 상관계수 크기에 비례하였다. 또 통합 모델의 성능이 개선될수록 모델의 예측 발음점수, 그리고 모델의 예측 발음오류에 대한 상관성이 높아졌다. 본 연구 결과는 통합 모델이 발음 점수 및 음소 오류 사이의 언어학적 상관성을 활용하여 자동발음평가 및 발음오류검출 과제의 성능을 향상시켰으며, 그 결과 통합 모델이 전문 평가자들의 실제 비원어민 평가와 비슷한 양상을 띤다는 것을 보여준다.Empirical studies report a strong correlation between pronunciation scores and mispronunciations in non-native speech assessments of human evaluators. However, the existing system of computer-assisted pronunciation training (CAPT) regards automatic pronunciation assessment (APA) and mispronunciation detection and diagnosis (MDD) as independent and focuses on individual performance improvement. Motivated by the correlation between two tasks, this study proposes a novel architecture that jointly tackles APA and MDD with a multi-task learning scheme to benefit both tasks. Specifically, APA loss is examined between cross-entropy and root mean square error (RMSE) criteria, and MDD loss is fixed to Connectionist Temporal Classification (CTC) criteria. For the backbone acoustic model, self-supervised model is used with an auxiliary fine-tuning on phone recognition before multi-task learning to leverage extra knowledge transfer. Goodness-of-Pronunciation (GOP) measure is given as an additional input along with the acoustic model. The joint model significantly outperformed single-task learning counterparts, with a mean of 0.041 PCC increase for APA task on four multi-aspect scores and 0.003 F1 increase for MDD task on Speechocean762 dataset. For the joint model architecture, multi-task learning with RMSE and CTC criteria with raw Robust Wav2vec2.0 and GOP measure achieved the best performance. Analysis indicates that the joint model learned to distinguish scores with low distribution, and to better recognize mispronunciations as mispronunciations compared to single-task learning models. Interestingly, the degree of the performance increase in each subtask for the joint model was proportional to the strength of the correlation between respective pronunciation score and mispronunciation labels, and the strength of the correlation between the model predictions also increased as the joint model achieved higher performances. The findings reveal that the joint model leveraged the linguistic correlation between pronunciation scores and mispronunciations to improve performances for APA and MDD tasks, and to show behaviors that follow the assessments of human experts.Chapter 1, Introduction 1 Chapter 2. Related work 5 Chapter 3. Methodology 17 Chapter 4. Results 28 Chapter 5. Discussion 47 Chapter 6. Conclusion 52 References 53 Appendix 60 국문 초록 65석

Speaker recognition for door opening systems

Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do ParanáBesides being an important communication tool, the voice can also serve for identification purposes since it has an individual signature for each person. Speaker recognition technologies can use this signature as an authentication method to access environments. This work explores the development and testing of machine and deep learning models, specifically the GMM, the VGG-M, and ResNet50 models, for speaker recognition access control to build a system to grant access to CeDRI’s laboratory. The deep learning models were evaluated based on their performance in recognizing speakers from audio samples, emphasizing the Equal Error Rate metric to determine their effectiveness. The models were trained and tested initially in public datasets with 1251 to 6112 speakers and then fine-tuned on private datasets with 32 speakers of CeDri’s laboratory. In this study, we compared the performance of ResNet50, VGGM, and GMM models for speaker verification. After conducting experiments on our private datasets, we found that the ResNet50 model outperformed the other models. It achieved the lowest Equal Error Rate (EER) of 0.7% on the Framed Silence Removed dataset. On the same dataset,« the VGGM model achieved an EER of 5%, and the GMM model achieved an EER of 2.13%. Our best model’s performance was unable to achieve the current state-of-the-art of 2.87% in the VoxCeleb 1 verification dataset. However, our best implementation using ResNet50 achieved an EER of 5.96% while being trained on only a tiny portion of the data than it usually is. So, this result indicates that our model is robust and efficient and provides a significant improvement margin. This thesis provides insights into the capabilities of these models in a real-world application, aiming to deploy the system on a platform for practical use in laboratory access authorization. The results of this study contribute to the field of biometric security by demonstrating the potential of speaker recognition systems in controlled environments.Além de ser uma importante ferramenta de comunicação, a voz também pode servir para fins de identificação, pois possui uma assinatura individual para cada pessoa. As tecnologias de reconhecimento de voz podem usar essa assinatura como um método de autenticação para acessar ambientes. Este trabalho explora o desenvolvimento e teste de modelos de aprendizado de máquina e aprendizado profundo, especificamente os modelos GMM, VGG-M e ResNet50, para controle de acesso de reconhecimento de voz com o objetivo de construir um sistema para conceder acesso ao laboratório do CeDRI. Os modelos de aprendizado profundo foram avaliados com base em seu desempenho no reconhecimento de falantes a partir de amostras de áudio, enfatizando a métrica de Taxa de Erro Igual para determinar sua eficácia. Osmodelos foram inicialmente treinados e testados em conjuntos de dados públicos com 1251 a 6112 falantes e, em seguida, ajustados em conjuntos de dados privados com 32 falantes do laboratório do CeDri. Neste estudo, comparamos o desempenho dos modelos ResNet50, VGGM e GMM para verificação de falantes. Após realizar experimentos em nossos conjuntos de dados privados, descobrimos que o modelo ResNet50 superou os outros modelos. Ele alcançou a menor Taxa de Erro Igual (EER) de 0,7% no conjunto de dados Framed Silence Removed. No mesmo conjunto de dados, o modelo VGGM alcançou uma EER de 5% e o modelo GMM alcançou uma EER de 2,13%. O desempenho do nosso melhor modelo não conseguiu atingir o estado da arte atual de 2,87% no conjunto de dados de verificação VoxCeleb 1. No entanto, nossa melhor implementação usando o ResNet50 alcançou uma EER de 5,96%, mesmo sendo treinado em apenas uma pequena parte dos dados que normalmente são utilizados. Assim, este resultado indica que nosso modelo é robusto e eficiente e oferece uma margem significativa de melhoria. Esta tese oferece insights sobre as capacidades desses modelos em uma aplicação do mundo real, visando implantar o sistema em uma plataforma para uso prático na autorização de acesso ao laboratório. Os resultados deste estudo contribuem para o campo da segurança biométrica ao demonstrar o potencial dos sistemas de reconhecimento de voz em ambientes controlados

Automatic Screening of Childhood Speech Sound Disorders and Detection of Associated Pronunciation Errors

Speech disorders in children can affect their fluency and intelligibility. Delay in their diagnosis and treatment increases the risk of social impairment and learning disabilities. With the significant shortage of Speech and Language Pathologists (SLPs), there is an increasing interest in Computer-Aided Speech Therapy tools with automatic detection and diagnosis capability. However, the scarcity and unreliable annotation of disordered child speech corpora along with the high acoustic variations in the child speech data has impeded the development of reliable automatic detection and diagnosis of childhood speech sound disorders. Therefore, this thesis investigates two types of detection systems that can be achieved with minimum dependency on annotated mispronounced speech data. First, a novel approach that adopts paralinguistic features which represent the prosodic, spectral, and voice quality characteristics of the speech was proposed to perform segment- and subject-level classification of Typically Developing (TD) and Speech Sound Disordered (SSD) child speech using a binary Support Vector Machine (SVM) classifier. As paralinguistic features are both language- and content-independent, they can be extracted from an unannotated speech signal. Second, a novel Mispronunciation Detection and Diagnosis (MDD) approach was introduced to detect the pronunciation errors made due to SSDs and provide low-level diagnostic information that can be used in constructing formative feedback and a detailed diagnostic report. Unlike existing MDD methods where detection and diagnosis are performed at the phoneme level, the proposed method achieved MDD at the speech attribute level, namely the manners and places of articulations. The speech attribute features describe the involved articulators and their interactions when making a speech sound allowing a low-level description of the pronunciation error to be provided. Two novel methods to model speech attributes are further proposed in this thesis, a frame-based (phoneme-alignment) method leveraging the Multi-Task Learning (MTL) criterion and training a separate model for each attribute, and an alignment-free jointly-learnt method based on the Connectionist Temporal Classification (CTC) sequence to sequence criterion. The proposed techniques have been evaluated using standard and publicly accessible adult and child speech corpora, while the MDD method has been validated using L2 speech corpora

Conditioning Text-to-Speech synthesis on dialect accent: a case study

Modern text-to-speech systems are modular in many different ways. In recent years, end-users gained the ability to control speech attributes such as degree of emotion, rhythm and timbre, along with other suprasegmental features. More ambitious objectives are related to modelling a combination of speakers and languages, e.g. to enable cross-speaker language transfer. Though, no prior work has been done on the more fine-grained analysis of regional accents. To fill this gap, in this thesis we present practical end-to-end solutions to synthesise speech while controlling within-country variations of the same language, and we do so for 6 different dialects of the British Isles. In particular, we first conduct an extensive study of the speaker verification field and tweak state-of-the-art embedding models to work with dialect accents. Then, we adapt standard acoustic models and voice conversion systems by conditioning them on dialect accent representations and finally compare our custom pipelines with a cutting-edge end-to-end architecture from the multi-lingual world. Results show that the adopted models are suitable and have enough capacity to accomplish the task of regional accent conversion. Indeed, we are able to produce speech closely resembling the selected speaker and dialect accent, where the most accurate synthesis is obtained via careful fine-tuning of the multi-lingual model to the multi-dialect case. Finally, we delineate limitations of our multi-stage approach and propose practical mitigations, to be explored in future work

Artificial Intelligence for Multimedia Signal Processing

Artificial intelligence technologies are also actively applied to broadcasting and multimedia processing technologies. A lot of research has been conducted in a wide variety of fields, such as content creation, transmission, and security, and these attempts have been made in the past two to three years to improve image, video, speech, and other data compression efficiency in areas related to MPEG media processing technology. Additionally, technologies such as media creation, processing, editing, and creating scenarios are very important areas of research in multimedia processing and engineering. This book contains a collection of some topics broadly across advanced computational intelligence algorithms and technologies for emerging multimedia signal processing as: Computer vision field, speech/sound/text processing, and content analysis/information mining

A framework for emotion and sentiment predicting supported in ensembles

Humans are prepared to comprehend each other’s emotions through subtle body movements or facial expressions; using those expressions, individuals change how they deliver messages when communicating between them. Machines, user interfaces, or robots need to empower this ability, in a way to change the interaction from the traditional “human-computer interaction” to a “human-machine cooperation”, where the machine provides the “right” information and functionality, at the “right” time, and in the “right” way. This dissertation presents a framework for emotion classification based on facial, speech, and text emotion prediction sources, supported by an ensemble of open-source code retrieved from off-the-shelf available methods. The main contribution is integrating outputs from different sources and methods in a single prediction, consistent with the emotions presented by the system’s user. For each different source, an initial aggregation of primary classifiers was implemented: for facial emotion classification, the aggregation achieved an accuracy above 73% in both FER2013 and RAF-DB datasets; For the speech emotion classification, four datasets were used, namely: RAVDESS, TESS, CREMA-D, and SAVEE. The aggregation of primary classifiers, achieved for a combination of three of the mentioned datasets results above 86 % of accuracy; The text emotion aggregation of primary classifiers was tested with one dataset called EMOTIONLINES, the classification of emotions achieved an accuracy above 53 %. Finally, the integration of all the methods in a single framework allows us to develop an emotion multi-source aggregator (EMsA), which aggregates the results extracted from the primary emotion classifications from different sources, such as facial, speech, text etc. We describe the EMsA and results using the RAVDESS dataset, which achieved 81.99% accuracy, in the case of the EMsA using a combination of faces and speech. Finally, we present an initial approach for sentiment classification.Os humanos estão preparados para compreender as emoções uns dos outros por meio de movimentos subtis do corpo ou expressões faciais; i.e., a forma como esses movimentos e expressões são enviados mudam a forma de como são entregues as mensagens quando os humanos comunicam entre eles. Máquinas, interfaces de utilizador ou robôs precisam de potencializar essa capacidade, de forma a mudar a interação do tradicional “interação humano-computador” para uma “cooperação homem-máquina”, onde a máquina fornece as informações e funcionalidades “certas”, na hora “certa” e da maneira “certa”. Nesta dissertação é apresentada uma estrutura (um ensemble de modelos) para classificação de emoções baseada em múltiplas fontes, nomeadamente na previsão de emoções faciais, de fala e de texto. Os classificadores base são suportados em código-fonte aberto associados a métodos disponíveis na literatura (classificadores primários). A principal contribuição é integrar diferentes fontes e diferentes métodos (os classificadores primários) numa única previsão consistente com as emoções apresentadas pelo utilizador do sistema. Neste contexto, salienta-se que da análise ao estado da arte efetuada sobre as diferentes formas de classificar emoções em humanos, existe o reconhecimento de emoção corporal (não considerando a face). No entanto, não foi encontrado código-fonte aberto e publicado para os classificadores primários que possam ser utilizados no âmbito desta dissertação. No reconhecimento de emoções da fala e texto foram também encontradas algumas dificuldades em encontrar classificadores primários com os requisitos necessários, principalmente no texto, pois existem bastantes modelos, mas com inúmeras emoções diferentes das 6 emoções básicas consideradas (tristeza, medo, surpresa, repulsa, raiva e alegria). Para o texto ainda possível verificar que existem mais modelos com a previsão de sentimento do que de emoções. De forma isolada para cada uma das fontes, i.e., para cada componente analisada (face, fala e texto), foi desenvolvido uma framework em Python que implementa um agregador primário com n classificadores primários (nesta dissertação considerou-se n igual 3). Para executar os testes e obter os resultados de cada agregador primário é usado um dataset específico e é enviado a informação do dataset para o agregador. I.e., no caso do agregador facial é enviado uma imagem, no caso do agregador da fala é enviado um áudio e no caso do texto é enviado a frase para a correspondente framework. Cada dataset usado foi dividido em ficheiros treino, validação e teste. Quando a framework acaba de processar a informação recebida são gerados os respetivos resultados, nomeadamente: nome do ficheiro/identificação do input, resultados do primeiro classificador primário, resultados do segundo classificador primário, resultados do terceiro classificador primário e ground-truth do dataset. Os resultados dos classificadores primários são depois enviados para o classificador final desse agregador primário, onde foram testados quatro classificadores: (a) voting, que, no caso de n igual 3, consiste na comparação dos resultados da emoção de cada classificador primário, i.e., se 2 classificadores primários tiverem a mesma emoção o resultado do voting será esse, se todos os classificadores tiverem resultados diferentes nenhum resultado é escolhido. Além deste “classificador” foram ainda usados (b) Random Forest, (c) Adaboost e (d) MLP (multiplayer perceptron). Quando a framework de cada agregador primário foi concluída, foi desenvolvido um super-agregador que tem o mesmo princípio dos agregadores primários, mas, agora, em vez de ter os resultados/agregação de apenas 3 classificadores primários, vão existir n × 3 resultados de classificadores primários (n da face, n da fala e n do texto). Relativamente aos resultados dos agregadores usados para cada uma das fontes, face, fala e texto, obteve-se para a classificação de emoção facial uma precisão de classificação acima de 73% nos datasets FER2013 e RAF-DB. Na classificação da emoção da fala foram utilizados quatro datasets, nomeadamente RAVDESS, TESS, CREMA-D e SAVEE, tendo que o melhor resultado de precisão obtido foi acima dos 86% quando usado a combinação de 3 dos 4 datasets. Para a classificação da emoção do texto, testou-se com o um dataset EMOTIONLINES, sendo o melhor resultado obtido foi de 53% (precisão). A integração de todas os classificadores primários agora num único framework permitiu desenvolver o agregador multi-fonte (emotion multi-source aggregator - EMsA), onde a classificação final da emoção é extraída, como já referido da agregação dos classificadores de emoções primárias de diferentes fontes. Para EMsA são apresentados resultados usando o dataset RAVDESS, onde foi alcançado uma precisão de 81.99 %, no caso do EMsA usar uma combinação de faces e fala. Não foi possível testar EMsA usando um dataset reconhecido na literatura que tenha ao mesmo tempo informação do texto, face e fala. Por último, foi apresentada uma abordagem inicial para classificação de sentimentos

IberSPEECH 2020: XI Jornadas en Tecnología del Habla and VII Iberian SLTech

IberSPEECH2020 is a two-day event, bringing together the best researchers and practitioners in speech and language technologies in Iberian languages to promote interaction and discussion. The organizing committee has planned a wide variety of scientific and social activities, including technical paper presentations, keynote lectures, presentation of projects, laboratories activities, recent PhD thesis, discussion panels, a round table, and awards to the best thesis and papers. The program of IberSPEECH2020 includes a total of 32 contributions that will be presented distributed among 5 oral sessions, a PhD session, and a projects session. To ensure the quality of all the contributions, each submitted paper was reviewed by three members of the scientific review committee. All the papers in the conference will be accessible through the International Speech Communication Association (ISCA) Online Archive. Paper selection was based on the scores and comments provided by the scientific review committee, which includes 73 researchers from different institutions (mainly from Spain and Portugal, but also from France, Germany, Brazil, Iran, Greece, Hungary, Czech Republic, Ucrania, Slovenia). Furthermore, it is confirmed to publish an extension of selected papers as a special issue of the Journal of Applied Sciences, “IberSPEECH 2020: Speech and Language Technologies for Iberian Languages”, published by MDPI with fully open access. In addition to regular paper sessions, the IberSPEECH2020 scientific program features the following activities: the ALBAYZIN evaluation challenge session.Red Española de Tecnologías del Habla. Universidad de Valladoli