WERd: Using Social Text Spelling Variants for Evaluating Dialectal Speech Recognition

We study the problem of evaluating automatic speech recognition (ASR) systems that target dialectal speech input. A major challenge in this case is that the orthography of dialects is typically not standardized. From an ASR evaluation perspective, this means that there is no clear gold standard for the expected output, and several possible outputs could be considered correct according to different human annotators, which makes standard word error rate (WER) inadequate as an evaluation metric. Such a situation is typical for machine translation (MT), and thus we borrow ideas from an MT evaluation metric, namely TERp, an extension of translation error rate which is closely-related to WER. In particular, in the process of comparing a hypothesis to a reference, we make use of spelling variants for words and phrases, which we mine from Twitter in an unsupervised fashion. Our experiments with evaluating ASR output for Egyptian Arabic, and further manual analysis, show that the resulting WERd (i.e., WER for dialects) metric, a variant of TERp, is more adequate than WER for evaluating dialectal ASR.Comment: ASRU-201

Multi-dialect Arabic broadcast speech recognition

Dialectal Arabic speech research suffers from the lack of labelled resources and standardised orthography. There are three main challenges in dialectal Arabic speech recognition: (i) finding labelled dialectal Arabic speech data, (ii) training robust dialectal speech recognition models from limited labelled data and (iii) evaluating speech recognition for dialects with no orthographic rules. This thesis is concerned with the following three contributions: Arabic Dialect Identification: We are mainly dealing with Arabic speech without prior knowledge of the spoken dialect. Arabic dialects could be sufficiently diverse to the extent that one can argue that they are different languages rather than dialects of the same language. We have two contributions: First, we use crowdsourcing to annotate a multi-dialectal speech corpus collected from Al Jazeera TV channel. We obtained utterance level dialect labels for 57 hours of high-quality consisting of four major varieties of dialectal Arabic (DA), comprised of Egyptian, Levantine, Gulf or Arabic peninsula, North African or Moroccan from almost 1,000 hours. Second, we build an Arabic dialect identification (ADI) system. We explored two main groups of features, namely acoustic features and linguistic features. For the linguistic features, we look at a wide range of features, addressing words, characters and phonemes. With respect to acoustic features, we look at raw features such as mel-frequency cepstral coefficients combined with shifted delta cepstra (MFCC-SDC), bottleneck features and the i-vector as a latent variable. We studied both generative and discriminative classifiers, in addition to deep learning approaches, namely deep neural network (DNN) and convolutional neural network (CNN). In our work, we propose Arabic as a five class dialect challenge comprising of the previously mentioned four dialects as well as modern standard Arabic. Arabic Speech Recognition: We introduce our effort in building Arabic automatic speech recognition (ASR) and we create an open research community to advance it. This section has two main goals: First, creating a framework for Arabic ASR that is publicly available for research. We address our effort in building two multi-genre broadcast (MGB) challenges. MGB-2 focuses on broadcast news using more than 1,200 hours of speech and 130M words of text collected from the broadcast domain. MGB-3, however, focuses on dialectal multi-genre data with limited non-orthographic speech collected from YouTube, with special attention paid to transfer learning. Second, building a robust Arabic ASR system and reporting a competitive word error rate (WER) to use it as a potential benchmark to advance the state of the art in Arabic ASR. Our overall system is a combination of five acoustic models (AM): unidirectional long short term memory (LSTM), bidirectional LSTM (BLSTM), time delay neural network (TDNN), TDNN layers along with LSTM layers (TDNN-LSTM) and finally TDNN layers followed by BLSTM layers (TDNN-BLSTM). The AM is trained using purely sequence trained neural networks lattice-free maximum mutual information (LFMMI). The generated lattices are rescored using a four-gram language model (LM) and a recurrent neural network with maximum entropy (RNNME) LM. Our official WER is 13%, which has the lowest WER reported on this task. Evaluation: The third part of the thesis addresses our effort in evaluating dialectal speech with no orthographic rules. Our methods learn from multiple transcribers and align the speech hypothesis to overcome the non-orthographic aspects. Our multi-reference WER (MR-WER) approach is similar to the BLEU score used in machine translation (MT). We have also automated this process by learning different spelling variants from Twitter data. We mine automatically from a huge collection of tweets in an unsupervised fashion to build more than 11M n-to-m lexical pairs, and we propose a new evaluation metric: dialectal WER (WERd). Finally, we tried to estimate the word error rate (e-WER) with no reference transcription using decoding and language features. We show that our word error rate estimation is robust for many scenarios with and without the decoding features

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

Transformer-based Automatic Speech Recognition of Formal and Colloquial Czech in MALACH Project

Czech is a very specific language due to its large differences between the formal and the colloquial form of speech. While the formal (written) form is used mainly in official documents, literature, and public speeches, the colloquial (spoken) form is used widely among people in casual speeches. This gap introduces serious problems for ASR systems, especially when training or evaluating ASR models on datasets containing a lot of colloquial speech, such as the MALACH project. In this paper, we are addressing this problem in the light of a new paradigm in end-to-end ASR systems -- recently introduced self-supervised audio Transformers. Specifically, we are investigating the influence of colloquial speech on the performance of Wav2Vec 2.0 models and their ability to transcribe colloquial speech directly into formal transcripts. We are presenting results with both formal and colloquial forms in the training transcripts, language models, and evaluation transcripts.Comment: to be published in Proceedings of TSD 202

Extending automatic transcripts in a unified data representation towards a prosodic-based metadata annotation and evaluation

This paper describes a framework that extends automatic speech transcripts in order to accommodate relevant information coming from manual transcripts, the speech signal itself, and other resources, like lexica. The proposed framework automatically collects, relates, computes, and stores all relevant information together in a self-contained data source, making it possible to easily provide a wide range of interconnected information suitable for speech analysis, training, and evaluating a number of automatic speech processing tasks. The main goal of this framework is to integrate different linguistic and paralinguistic layers of knowledge for a more complete view of their representation and interactions in several domains and languages. The processing chain is composed of two main stages, where the first consists of integrating the relevant manual annotations in the speech recognition data, and the second consists of further enriching the previous output in order to accommodate prosodic information. The described framework has been used for the identification and analysis of structural metadata in automatic speech transcripts. Initially put to use for automatic detection of punctuation marks and for capitalization recovery from speech data, it has also been recently used for studying the characterization of disfluencies in speech. It was already applied to several domains of Portuguese corpora, and also to English and Spanish Broadcast News corpora

Spoken content retrieval: A survey of techniques and technologies

Speech media, that is, digital audio and video containing spoken content, has blossomed in recent years. Large collections are accruing on the Internet as well as in private and enterprise settings. This growth has motivated extensive research on techniques and technologies that facilitate reliable indexing and retrieval. Spoken content retrieval (SCR) requires the combination of audio and speech processing technologies with methods from information retrieval (IR). SCR research initially investigated planned speech structured in document-like units, but has subsequently shifted focus to more informal spoken content produced spontaneously, outside of the studio and in conversational settings. This survey provides an overview of the field of SCR encompassing component technologies, the relationship of SCR to text IR and automatic speech recognition and user interaction issues. It is aimed at researchers with backgrounds in speech technology or IR who are seeking deeper insight on how these fields are integrated to support research and development, thus addressing the core challenges of SCR