Auditory quality evaluation of present Finnish text-to-speech systems

Puhetta tuottavat tietokonejärjestelmät ovat kehittyneet niin eteviksi, että ne voivat lukea paljasta tekstisyötettä sujuvasti. Koska näillä tekstistä puheeksi -järjestelmillä kuitenkin mitä ilmeisimmin on eroja havaitussa äänenlaadussa, on tarvetta tutkia laatuun vaikuttavia tekijöitä ja saada kvantitatiivisia mittaustuloksia niistä. Synteettisen puheen tutkimus on perinteisesti tehty valtavirran kielillä. Lisäksi sellaiset tutkimukset ovat harvinaisia, jotka selvittävät järjestelmien yleistä kyvykkyyttä kommunikaatioon sen sijaan, että keskittyisivät puheentuoton yksityiskohtiin. Tässä työssä suomenkielisten tekstistä puheeksi -järjestelmien lauseymmärrettävyyttä testataan puheen ymmärrettävyyskynnys -testillä, joka on alunperin tarkoitettu mittaamaan ihmisten kuulovamman astetta. Testissä etsitään sellaista puheen voimakkuustasoa, joka on juuri ja juuri ymmärrettävissä kohinan seasta. "Puheen ymmärrettävyyskynnys" -testi pystyy tehokkaasti osoittamaan eron eri tekstistä puheeksi -järjestelmien välillä. Järjestelmä, joka tuottaa puhetta parametreista, paljastuu ymmärrettävämmäksi kuin järjestelmät, jotka tuottavat puhetta liittämällä ennalta äänitettyjä puhenäytteitä yhteen. Syinä tähän ovat parempi spektrisovitus kuuloon, juohevampi äänivirta, pienempi särö ja paremmat mahdollisuudet prosodian mallintamiseen.Speech-producing computer systems have evolved so intelligent, that they fluently can read plain text input. Since these text-to-speech systems apparently have differences in the perceived sound quality, there is a need for research into the factors that affect the quality, and a need for the quantitative measurements of those factors. Studies concerning synthetic speech have traditionally been conducted only for systems speaking languages of mainstream. In addition, there is only a limited amount of studies for the overall communicative capabilities of the systems, instead of concentrating into the details in speech production. In this work, the Finnish text-to-speech systems are evaluated for their sentence-level intelligibility in terms of "speech reception threshold" test, which was originally developed for testing the degree of hearing-impairment in humans. The test seeks for the speech presentation level that is barely intelligible in presence of noise. "Speech reception threshold" test can effectively tell the difference in text-to-speech systems. A system, which produces sound from parameters, is found more intelligible over the systems that produce speech by concatenating pre-recorded speech samples. Reasons to this are the better spectral fit into the human hearing, smoother continuity of audio flow, less distortion and better possibilities for prosody modelling

Synthesis of listener vocalizations : towards interactive speech synthesis

Spoken and multi-modal dialogue systems start to use listener vocalizations, such as uh-huh and mm-hm, for natural interaction. Generation of listener vocalizations is one of the major objectives of emotionally colored conversational speech synthesis. Success in this endeavor depends on the answers to three questions: Where to synthesize a listener vocalization? What meaning should be conveyed through the synthesized vocalization? And, how to realize an appropriate listener vocalization with the intended meaning? This thesis addresses the latter question. The investigation starts with proposing a three-stage approach: (i) data collection, (ii) annotation, and (iii) realization. The first stage presents a method to collect natural listener vocalizations from German and British English professional actors in a recording studio. In the second stage, we explore a methodology for annotating listener vocalizations -- meaning and behavior (form) annotation. The third stage proposes a realization strategy that uses unit selection and signal modification techniques to generate appropriate listener vocalizations upon user requests. Finally, we evaluate naturalness and appropriateness of synthesized vocalizations using perception studies. The work is implemented in the open source MARY text-to-speech framework, and it is integrated into the SEMAINE project\u27s Sensitive Artificial Listener (SAL) demonstrator.Dialogsysteme nutzen zunehmend Hörer-Vokalisierungen, wie z.B. a-ha oder mm-hm, für natürliche Interaktion. Die Generierung von Hörer-Vokalisierungen ist eines der zentralen Ziele emotional gefärbter, konversationeller Sprachsynthese. Ein Erfolg in diesem Unterfangen hängt von den Antworten auf drei Fragen ab: Wo bzw. wann sollten Vokalisierungen synthetisiert werden? Welche Bedeutung sollte in den synthetisierten Vokalisierungen vermittelt werden? Und wie können angemessene Hörer-Vokalisierungen mit der intendierten Bedeutung realisiert werden? Diese Arbeit widmet sich der letztgenannten Frage. Die Untersuchung erfolgt in drei Schritten: (i) Korpuserstellung; (ii) Annotation; und (iii) Realisierung. Der erste Schritt präsentiert eine Methode zur Sammlung natürlicher Hörer-Vokalisierungen von deutschen und britischen Profi-Schauspielern in einem Tonstudio. Im zweiten Schritt wird eine Methodologie zur Annotation von Hörer-Vokalisierungen erarbeitet, die sowohl Bedeutung als auch Verhalten (Form) umfasst. Der dritte Schritt schlägt ein Realisierungsverfahren vor, die Unit-Selection-Synthese mit Signalmodifikationstechniken kombiniert, um aus Nutzeranfragen angemessene Hörer-Vokalisierungen zu generieren. Schließlich werden Natürlichkeit und Angemessenheit synthetisierter Vokalisierungen mit Hilfe von Hörtests evaluiert. Die Methode wurde im Open-Source-Sprachsynthesesystem MARY implementiert und in den Sensitive Artificial Listener-Demonstrator im Projekt SEMAINE integriert

Biologically inspired methods in speech recognition and synthesis: closing the loop

Current state-of-the-art approaches to computational speech recognition and synthesis are based on statistical analyses of extremely large data sets. It is currently unknown how these methods relate to the methods that the human brain uses to perceive and produce speech. In this thesis, I present a conceptual model, Sermo, which describes some of the computations that the human brain uses to perceive and produce speech. I then implement three large-scale brain models that accomplish tasks theorized to be required by Sermo, drawing upon techniques in automatic speech recognition, articulatory speech synthesis, and computational neuroscience. The first model extracts features from an audio signal by performing a frequency decomposition with an auditory periphery model, then decorrelating the information in that power spectrum with methods commonly used in audio and image compression. I show that the features produced by this model implemented with biologically plausible spiking neurons can be used to classify phones in pre-segmented speech with significantly better accuracy than the features typically used in automatic speech recognition systems. Additionally, I show that this model can be used to compare auditory periphery models in terms of their ability to support phone classification of pre-segmented speech. The second model uses a symbol-like neural representation of a sequence of syllables to generate a trajectory of premotor commands that can be used to control an articulatory synthesizer. I show that the model can produce trajectories up to several seconds in length from a static syllable sequence representation that result in intelligible synthesized speech. The trajectories reflect the high temporal variability of human speech, and smoothly transition between successive syllables, even in rapid utterances. The third model classifies syllables from a trajectory of premotor commands. I show that the model is able to classify syllables online despite high temporal variability, and can produce the same syllable representations used by the second model. These two models can be connected in future work in order to implement a closed-loop sensorimotor speech system. Unlike current computational approaches, all three of these models are implemented with biologically plausible spiking neurons, which can be simulated with neuromorphic hardware, and can interface naturally with artificial cochleas. All models are shown to scale to the level of adult human vocabularies in terms of the neural resources required, though limitations on their performance as a result of scaling will be discussed

Intelligibility enhancement of synthetic speech in noise

EC Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013)Speech technology can facilitate human-machine interaction and create new communication interfaces. Text-To-Speech (TTS) systems provide speech output for dialogue, notification and reading applications as well as personalized voices for people that have lost the use of their own. TTS systems are built to produce synthetic voices that should sound as natural, expressive and intelligible as possible and if necessary be similar to a particular speaker. Although naturalness is an important requirement, providing the correct information in adverse conditions can be crucial to certain applications. Speech that adapts or reacts to different listening conditions can in turn be more expressive and natural. In this work we focus on enhancing the intelligibility of TTS voices in additive noise. For that we adopt the statistical parametric paradigm for TTS in the shape of a hidden Markov model (HMM-) based speech synthesis system that allows for flexible enhancement strategies. Little is known about which human speech production mechanisms actually increase intelligibility in noise and how the choice of mechanism relates to noise type, so we approached the problem from another perspective: using mathematical models for hearing speech in noise. To find which models are better at predicting intelligibility of TTS in noise we performed listening evaluations to collect subjective intelligibility scores which we then compared to the models’ predictions. In these evaluations we observed that modifications performed on the spectral envelope of speech can increase intelligibility significantly, particularly if the strength of the modification depends on the noise and its level. We used these findings to inform the decision of which of the models to use when automatically modifying the spectral envelope of the speech according to the noise. We devised two methods, both involving cepstral coefficient modifications. The first was applied during extraction while training the acoustic models and the other when generating a voice using pre-trained TTS models. The latter has the advantage of being able to address fluctuating noise. To increase intelligibility of synthetic speech at generation time we proposed a method for Mel cepstral coefficient modification based on the glimpse proportion measure, the most promising of the models of speech intelligibility that we evaluated. An extensive series of listening experiments demonstrated that this method brings significant intelligibility gains to TTS voices while not requiring additional recordings of clear or Lombard speech. To further improve intelligibility we combined our method with noise-independent enhancement approaches based on the acoustics of highly intelligible speech. This combined solution was as effective for stationary noise as for the challenging competing speaker scenario, obtaining up to 4dB of equivalent intensity gain. Finally, we proposed an extension to the speech enhancement paradigm to account for not only energetic masking of signals but also for linguistic confusability of words in sentences. We found that word level confusability, a challenging value to predict, can be used as an additional prior to increase intelligibility even for simple enhancement methods like energy reallocation between words. These findings motivate further research into solutions that can tackle the effect of energetic masking on the auditory system as well as on higher levels of processing

Grapheme-to-phoneme conversion in the era of globalization

This thesis focuses on the phonetic transcription in the framework of text-to-speech conversion, especially on improving adaptability, reliability and multilingual support in the phonetic module. The language is constantly evolving making the adaptability one of major concerns in phonetic transcription. The phonetic transcription has been addressed from a data- based approach. On one hand, several classifiers such as Decision Trees, Finite State Transducers, Hidden Markov Models were studied and applied to the grapheme-to-phoneme conversion task. In addition, we analyzed a method of generation of pronunciation by analogy, considering different strategies. Further improvements were obtained by means of application of the transformation-based error-driven learning algorithm. The most significant improvements were obtained for classifiers with higher error rates. The experimental results show that the adaptability of phonetic module was improved, having obtained word error rates as low as 12% (for English). Next, steps were taken towards increasing reliability of the output of the phonetic module. Although, the G2P results were quite good, in order to achieve a higher level of reliability we propose using dictionary fusion. The ways the pronunciations are represented in different lexica depend on many factors such as: expert¿s opinion, local accent specifications, phonetic alphabet chosen, assimilation level (for proper names), etc. There are often discrepancies between pronunciations of the same word found in different lexica. The fusion system is a system that learns phoneme-to-phoneme transformations and converts pronunciations from the source lexicon into pronunciations from the target lexicon. Another important part of this thesis consisted in acing the challenge of multilingualism, a phenomenon that is becoming a usual part of our daily lives. Our goal was to obtain such pronunciations for foreign inclusions that would not be totally unfamiliar either to a native or proficient speakers of the language to be adapted, or to speakers of this language with average to low proficiency. Nativization by analogy was applied to both orthographic and phonetic forms of the word. The results obtained show that phonetic analogy gives better performance than analogy in the orthographic domain for both proper names and common nouns. Both objective and perceptual results obtained show the validity of this proposal.Fa tan sols uns deu anys les aplicacions de sistemes TTS eren molt més limitades, encara que un passat tan recent sembla més llunyà a causa dels canvis produïts en les nostres vides per la invasió massiva de les tecnologies intel·ligents. Els processos d’automatització de serveis també han assolit nous nivells. Què és el que defineix un bon sistema TTS avui dia? El mercat exigeix que aquest sigui molt adaptable a qualsevol tipus d’àmbit. També és imprescindible un alt nivell de fiabilitat ja que un simple error d’un TTS pot causar problemes seriosos en el nostre dia a dia. La nostra agenda és cada vegada més exigent i hem de fer front a més volums d’informació en menys temps. Deleguem les nostres tasques quotidianes als nostres dispositius intel·ligents que ens ajuden a llegir llibres, triar productes, trobar un lloc al mapa, etc. A més viatgem més i més cada dia. Aprenem a parlar noves llengües, les barregem, en un món més i més globalitzat. Un sistema TTS que no és capaç de fer front a les entrades multilingües no serà capaç de sostenir la competència. Els sistemes TTS moderns han de ser multilingües. La transcripció fonètica és el primer mòdul del TTS per la qual cosa el seu correcte funcionament és fonamental. Aquesta tesi se centra en la millora de l’adaptabilitat, fiabilitat i suport multilingüe del mòdul fonètic del nostre sistema TTS. El mòdul de transcripció fonètica del TTS va passar de ser basat en regles o diccionaris a ser automàtic, derivat de dades. La llengua està en constant evolució, igual que tots els organismes vius. És per això que l’adaptabilitat és un dels principals problemes de la transcripció fonètica. Per millorar-la es necessita un mètode basat en dades que funcioni bé per a derivar la pronunciació de paraules no trobades al lèxic del sistema. En aquesta tesi es comparen diferents mètodes G2P impulsats per dades que utilitzen les mateixes dades d’entrenament i test i es proposen millores. S’han aplicat diversos classificadors basats en dades, com ara arbres de decisió, traductors d’estats finits i models de Markov, a la tasca de transcripció fonètica, analitzant i comparant els resultats. L’algorisme TBL, basat en aprenentatge dels errors proporciona millores adicionals als classificadors esmentats. Aquest mètode permet capturar patrons d’errors i corregir-los. Les millores més significatives s’obtenen per classificadors amb taxes d’errors més gran. Els millors resultats s’obtenen mitjançant l’aplicació del millor classificador FST amb posterior correcció dels errors pel TBL. Els resultats obtingut per altres classificadors i corregits pel TBL mostren millores entre 2-4 punts percentuals en la taxa d’error de les paraules. La millora que s’obté mitjançant l’aplicació del TBL per als resultats del classificador més simple basat només en correspondències lletra-fonema presents en el corpus d’entrenament, ML, és enorme (77-83 punts percentuals depenent del lèxic), el que demostra l’eficàcia del TBL per si sol. L’èxit de l’algorisme TBL demostra l’eficàcia de l’aprenentatge basat en els errors, que és bastant similar a l’aprenentatge de llengües pels humans. Una altra tècnica que els éssers humans utilitzen de forma regular en l’aprenentatge d’idiomes és la pronunciació per analogia. Això és encara més cert per a llengües amb ortografia profunda, on la correspondència entre la forma escrita i parlada és bastant ambigua. Per millorar encara més la capacitat d’adaptació del nostre mòdul de pronunciació fonètica, es va desenvolupar un algorisme de pronunciació per analogia. Aquest algorisme troba arcs de lletres als quals correspon la mateixa pronunciació i calcula la seva freqüència. La pronunciació d’una nova paraula es construeix amb els arcs més llargs que constitueixen el camí més curt a través del graf de totes les pronunciacions disponibles per a aquesta paraula. Es basa en paràmetres com ara la freqüència d’arc, posició en la paraula, etc. Les pronunciacions que contenen el menor nombre d’arcs (si hi ha més d’una) es donen un rang i les estratègies de puntuació escullen la millor opció. En aquest treball s’han proposat noves estratègies de puntuació i s’han obtingut resultats prometedors. Una de les noves estratègies propostes clarament supera a les altres. Les noves estratègies propostes també apareixen a la llista de les millors combinacions d’estratègies. Els millors resultats per al PbA són entre 63 i 88 % paraules correctes segons el lèxic. S’han avaluat els G2P no solament per a l’anglès, si no també per altres idiomes europeus. També s’ha considerat el cas de la parla contínua. Per L’anglès, La adaptació de la pronunciació a la parla contínua considera les formes febles. Els resultats generals mostren que la capacitat d’adaptació del mòdul fonètic ha estat millorada. També s’ha actuat en línies que permeten augmentar la fiabilitat del mòdul fonètic. Tot i que els resultats experimentals per al G2P són bastant bons, encara hi ha errors que poden impedir que la intel·ligibilitat de certes paraules i, per tant, reduir la qualitat de la parla en general. Es proposa aconseguir un major nivell de fiabilitat a través de fusió de diccionaris. Les pronunciació de les paraules presents en els diccionaris depèn de molts factors, per exemple: opinió experta, especificacions de l’accent local, alfabet fonètic triat, nivell d’assimilació (per a noms propis), etc. Sovint hi ha discrepàncies entre la pronunciació de la mateixa paraula en diferents lèxics. En general, aquestes discrepàncies, encara que de vegades significatives, no obstaculitzen greument la pronunciació global de la paraula ja que totes les pronunciacions lèxic han estat prèviament validades per un lingüista expert. Aquestes discrepàncies normalment es troben a la pronunciació de vocals i diftongs. La substitució de vocals per similars no es considera un error greu perquè no afecta la intel·ligibilitat i per tant la qualitat de veu. El sistema de fusió proposat es basa en el mètode P2P, que transforma les pronunciacions del lèxic d’origen a les pronunciacions del lèxic de destí (el sistema està capacitat per aprendre aquestes transformacions). Per entrenar el classificador, es seleccionen les entrades comunes entre el lèxic font i destí. Els experiments es duen a terme tant per paraules comuns com per a noms propis. Els experiment realitzat s’han basat en les tècniques DT i FST. Els resultats mostren que la qualitat de la parla en general es pot millorar significativament donadas les baixes taxes d’error de G2P i una àmplia cobertura del diccionari del sistema. El sistema TTS final és més adaptable i fiable, més preparat per afrontar el repte del multilingüisme, el fenomen que ja forma part habitual de les nostres vides quotidianes. Aquesta tesi considera contextos que contenen la barreja de llengües, on la llengua pot canviar de forma inesperada. Aquestes situacions abunden en les xarxes socials, fòrums, etc. Es proposa un esquema de G2P multilingüe incloent la nativització. El primer component d’un TTS multilingüe és el mòdul d’identificació d’idioma. S’ha desenvolupat un identificador d’idioma basat en n -gramas (de lletres) obtenint bons resultats. Els contextos amb llengües mixtes han de ser tractats amb especial delicadesa. En general, cada frase o paràgraf tenen una llengua principal i les paraules estrangeres presents s’hi consideren inclusions. A l’hora de decidir com pronunciar frases en diverses llengües es poden considerar dos escenaris: 1) aplicar, per cada llengua el diferents G2P classificadors propis de la llengua (es produiria canvis fonètics bruscs que sonarien molt poc natural); 2) aplicar el classificador G2P per a l’idioma principal de la frase suposant que aquesta pronunciació seria més acceptable que la que conté fonemes estrangers. I si cap de les propostes anteriors es acceptada? Per països com Espanya, on el domini de llengües estrangeres per la població general és bastant limitat, proposem nativitzar la pronunciació de paraules estrangeres en frases espanyoles. Quins criteris s’han d’utilitzar tenint en compte les significatives diferències en l’inventari de fonemes? El nostre objectiu és obtenir pronunciacions que no són del tot desconegudes i que siguin acceptades tant per parlants nadius o amb alt domini de l’idioma estranger com per parlants d’aquesta llengua amb nivell mitjà o baix. En aquest treball la nativització es porta a terme per a les inclusions angleses i catalanes en frases en castellà. Quan hi ha diferències significatives en els inventaris de fonemes entre les llengües nativització presenta reptes addicionals. Per tal de validar ràpidament la idea de nativització es van crear taules de mapeig de fonemes estrangers als nativizats, també es va dur a terme una avaluació perceptual. La nativització basada en taules mostra un major nivell d’acceptació per part del públic que la síntesi sense cap nativiztació. Per tal de millorar encara més els resultats de nativització de forma eficaç es necessita un mètode basat en dades. Com a gran part de pronunciacions estrangeres s’aprenen per analogia, l’aplicació del PbA a aquesta tasca és idoni, sobretot perquè ja ha demostrat excel·lents resultats per a la tasca de transcripció fonètica. Per a això s’explora l’analogia tant en el domini ortogràfic com fonètic. Tots els mètodes basats en dades requereixen un corpus d’entrenament i PbA, per descomptat, no és una excepció. Ja que cap corpus de nativització adequat per a la tasca estava disponible es va prendre la decisió de crear un corpus d’entrenament i test per entrenar i validar el nostre classificador per inclusions angleses en castellà, i un altre joc per a les catalanes. Tots els dos corpus d’entrenament contenen 1.000 paraules i són ortogràficament equilibrats. S’aplica la nativització per analogia basada en la forma ortogràfica de la paraula G2Pnat i també basada en la forma fonètica acs ppnat per tal d’nativitzar paraules comunes i noms propis en anglès i paraules comunes en català en frases en castellà. Els resultats obtinguts mostren que l’analogia fonètica dóna un millor rendiment que l’analogia en el domini ortogràfic pels noms propis i paraules comunes. No obstant això, els resultats obtinguts per als noms propis anglesos es troben uns 12 punts percentuals per sota dels obtinguts per a les paraules comunes en anglès. Això és degut al fet que la pronunciació noms propis està influenciada per factors més complexos i fins i tot per als éssers humans presenta importants reptes. L’algorisme TBL també s’ha aplicat per millorar els resultats de nativización per inclusions angleses. S’obtenen millores per als resultats obtinguts per P2Pnat, així com per als resultats obtinguts per les taules de nativiztació. Els bons resultats obtinguts per l’algorisme TBL aplicat a la predicció del mètode ML demostra l’eficàcia del mètode d’aprenentatge a partir d’errors, també per a aquesta tasca. A l’avaluació perceptual duta a terme per inclusions angleses en castellà, es va demanar als oients que votessin el millor dels tres mètodes disponibles: G2P (per castellà), NatTAB i P2Pnat. P2Pnat és triat com el millor en el 50 % dels casos mentre que el G2P per a espanyol obté la majoria de vots negatius (45 % dels casos). Aquests resultats perceptuals i els encoratjadors resultats objectius demostren la idoneïtat de nativització per sistemes TTS multilingüesHace tan sólo unos diez años, las aplicaciones de sistemas TTS estaban mucho más limitadas, aunque un pasado tan reciente parece más lejano debido a los cambios producidos en nuestras vidas por la invasión masiva de las tecnologías inteligentes. Los procesos de automatización de los servicios han alcanzado a nuevos niveles. ¿Qué es lo que define un buen sistema TTS hoy en día? El mercado exige que éste sea muy adaptable a cualquier tipo de ámbito. También es imprescindible un alto nivel de fiabilidad, ya que un simple error de un TTS puede causar problemas serios en nuestro día a día. Nuestra agenda es cada vez más exigente y tenemos que hacer frente a un volumen cada vez mayor de información en menos tiempo. Delegamos nuestras tareas cotidianas a nuestros dispositivos inteligentes que nos ayudan a leer libros, elegir productos, encontrar un lugar en el mapa, etc. Además, cada día viajamos más, aprendemos a hablar nuevas lenguas, las mezclamos, volviéndonos más y más globalizados. Un sistema TTS que no sea capaz de hacer frente a las entradas multilngües no será capaz de sostener la competencia. Los sistemas TTS modernos tienen que ser multilngües. La transcripción fonética es el primer módulo del TTS por lo cual su correcto funcionamiento es fundamental. Esta tesis se centra en la mejora de la adaptabilidad, fiabilidad y soporte del módulo fonético de nuestro sistema TTS. El módulo de transcripción fonética del TTS pasó de ser basado en reglas o diccionarios a ser automática, basada en datos. La lengua está en constante evolución al igual que todos los organismos vivos. Es por eso que la adaptabilidad es uno de los principales problemas de la transcripción fonética. Para mejorarla se necesita un método basado en datos que funcione bien para derivar la pronunciación de palabras no encontradas en el léxico del sistema. En esta tesis se comparan diferentes métodos G2P basados en datos, utilizando los mismos datos de entrenamiento y test y se proponen mejoras. Se han estudiado clasificadores basados en datos, tales como árboles de decisión, traductores de estados finitos y modelos de Markov, aplicados a la tarea de transcripción fonética y comparando los resultados. El algoritmo TBL, basado en aprendizaje de los errores y que permite capturar patrones de errores y corregirlos ha aportado nuevas mejoras, que han sido especialmente significativas para los clasificadores con tasa de error más alta. Los mejores resultados se obtienen mediante la aplicación del mejor clasificador FST con posterior corrección de los errores por el TBL. Los resultados obtenido por otros clasificadores y corregidos por el TBL muestran mejoras entre 2-4 puntos porcentuales en la tasa de error de las palabras. La mejora que se obtiene mediante la aplicación del TBL para a los resultados del clasificador más simple, basado solamente en correspondencias letra-fonema presentes en el corpus de entrenamiento, ML, es enorme (77-83 puntos porcentuales dependiendo del léxico), lo que demuestra la eficacia del TBL por si solo. El éxito del algoritmo TBL demuestra la eficacia del aprendizaje basado en los errores, que es bastante similar al aprendizaje de lenguas por los humanos. Otra técnica que los seres humanos utilizan de forma regular en el aprendizaje de idiomas es pronunciación por analogía. Esto es aún más cierto para lenguas con ortografía profunda, donde la correspondencia entre la forma escrita y hablada es bastante ambigua. Para mejorar aún más la capacidad de adaptación de nuestro módulo de pronunciación fonética, se ha estudiado un algoritmo de pronunciación por analogía. Este algoritmo encuentra arcos de letras a los que corresponde la misma pronunciación y calcula su frecuencia. La pronunciación de una nueva palabra se construye con los arcos más largos que constituyen el camino más corto a través del grafo de todas las pronunciaciones disponibles para esta palabra. Se basa en parámetros tales como la frecuencia de arco, posición en la palabra, etc., las pronunciaciones que contienen el menor número de arcos (si hay más de una ) se dan un rango y las estrategias de puntuación escogen la mejor opción. En esta tesis se han propuesto nuevas estrategias de puntuación, obteniéndose resultados prometedores. Una de las nuevas estrategias propuestas claramente supera a los demás. Además, las estrategias propuestas también aparecen seleccionadas al observar las mejores combinaciones de estrategias. Los mejores resultados para PbA son entre 63 y 88% palabras correctas según el léxico. Se obtienen resultados G2P no solamente para el inglés, sino también para otros idiomas europeos. También se ha considerado el caso del habla continua, adaptando la pronunciación para el habla continua del inglés, utilizando las llamadas formas débiles. Los resultados generales muestran que la capacidad de adaptación del módulo fonético ha sido mejorada. Otra línea de investigación en esta tesis se encamina a aumentar la fiabilidad del módulo fonético. Aunque, los resultados experimentales para el G2P son bastante buenos, todavía existen errores que pueden impedir que la inteligibilidad de ciertas palabras y, por lo tanto, reducir la calidad del habla en general. Para lograr un mayor nivel de fiabilidad se propone utilizar la fusión de diccionarios. Las pronunciación de las palabras presentes en los distintos diccionarios depende de muchos factores, por ejemplo: opinión experta, especificaciones del acento local, alfabeto fonético elegido, nivel de asimilación (para nombres propios), etc. A menudo hay discrepancias entre la pronunciación de la misma palabra en diferentes léxicos. Por lo general, estas discrepancias, aunque a veces significativas, no obstaculizan gravemente la pronunciación global de la palabra ya que todas las pronunciaciones léxico han sido previamente validadas por un lingüista experto. Estas discrepancias normalmente se encuentran en la pronunciación de vocales y diptongos. La sustitución de vocales por otras similares no se considera un error grave porque no afecta la inteligibilidad y por lo tanto la calidad de voz. El sistema de fusión estudiado es un sistema P2P que transforma las pronunciaciones del léxico de origen en pronunciaciones del léxico destino (el sistema está capacitado para aprender estas transformaciones). Para entrenar el clasificador, se seleccionan las entradas comunes entre el léxico fuente y destino. Se han realizado experimentos tanto para las palabras comunes como para los nombres propios, considerando los métodos de transformación basados en DT y FST. Los resultados experimentales muestran que la calidad del habla en general se puede mejorar significativamente dadas las bajas tasas de error de G2P y la amplia cobertura del diccionario del sistema. Un sistema TTS adaptable y fiable tiene que estar preparado para afrontar el reto del multilingüísmo, fenómeno que ya forma parte habitual de nuestras vidas cotidianas. Esta tesis también ha considerado contextos que contienen la mezcla de lenguas, en los que la lengua puede cambiar de forma inesperada. Este tipo de contextos abundan en las redes sociales, foros, etc. Se propone un esquema de G2P multilngüe incluyendo la nativización. El primer componente de un TTS multilngüe es el módulo de identificación de idioma. Se ha desarrollado un identificador de idioma basado n -gramas (de letras) que proporciona buenos resultados. Los contextos en los que intervienen varias lenguas deben ser tratados con especial delicadeza. Por lo general, cada frase o párrafo tienen una lengua principal y las palabras extranjeras presentes en ella se consideran inclusiones. Al definir la estrategia sobre cómo pronunciar frases en varias lenguas puede partirse de dos escenarios: 1) aplicar a cada lengua un clasificador G2P distinto e independiente (que produciría cambios fonéticos bruscos que sonarían muy poco natural); 2) aplicar el clasificador G2P para el idioma principal de la frase suponiendo que es

Context-aware speech synthesis: A human-inspired model for monitoring and adapting synthetic speech

The aim of this PhD thesis is to illustrate the development a computational model for speech synthesis, which mimics the behaviour of human speaker when they adapt their production to their communicative conditions. The PhD project was motivated by the observed differences between state-of-the- art synthesiser’s speech and human production. In particular, synthesiser outcome does not exhibit any adaptation to communicative context such as environmental disturbances, listener’s needs, or speech content meanings, as the human speech does. No evaluation is performed by standard synthesisers to check whether their production is suitable for the communication requirements. Inspired by Lindblom's Hyper and Hypo articulation theory (H&H) theory of speech production, the computational model of Hyper and Hypo articulation theory (C2H) is proposed. This novel computational model for automatic speech production is designed to monitor its outcome and to be able to control the effort involved in the synthetic speech generation. Speech transformations are based on the hypothesis that low-effort attractors for a human speech production system can be identified. Such acoustic configurations are close to minimum possible effort that a speaker can make in speech production. The interpolation/extrapolation along the key dimension of hypo/hyper-articulation can be motivated by energetic considerations of phonetic contrast. The complete reactive speech synthesis is enabled by adding a negative perception feedback loop to the speech production chain in order to constantly assess the communicative effectiveness of the proposed adaptation. The distance to the original communicative intents is the control signal that drives the speech transformations. A hidden Markov model (HMM)-based speech synthesiser along with the continuous adaptation of its statistical models is used to implement the C2H model. A standard version of the synthesis software does not allow for transformations of speech during the parameter generation. Therefore, the generation algorithm of one the most well-known speech synthesis frameworks, HMM/DNN-based speech synthesis framework (HTS), is modified. The short-time implementation of speech intelligibility index (SII), named extended speech intelligibility index (eSII), is also chosen as the main perception measure in the feedback loop to control the transformation. The effectiveness of the proposed model is tested by performing acoustic analysis, objective, and subjective evaluations. A key assessment is to measure the control of the speech clarity in noisy condition, and the similarities between the emerging modifications and human behaviour. Two objective scoring methods are used to assess the speech intelligibility of the implemented system: the speech intelligibility index (SII) and the index based upon the Dau measure (Dau). Results indicate that the intelligibility of C2H-generated speech can be continuously controlled. The effectiveness of reactive speech synthesis and of the phonetic contrast motivated transforms is confirmed by the acoustic and objective results. More precisely, in the maximum-strength hyper-articulation transformations, the improvement with respect to non-adapted speech is above 10% for all intelligibility indices and tested noise conditions

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

Singing voice analysis/synthesis

Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, School of Architecture and Planning, Program in Media Arts and Sciences, 2003.Includes bibliographical references (p. 109-115).The singing voice is the oldest and most variable of musical instruments. By combining music, lyrics, and expression, the voice is able to affect us in ways that no other instrument can. As listeners, we are innately drawn to the sound of the human voice, and when present it is almost always the focal point of a musical piece. But the acoustic flexibility of the voice in intimating words, shaping phrases, and conveying emotion also makes it the most difficult instrument to model computationally. Moreover, while all voices are capable of producing the common sounds necessary for language understanding and communication, each voice possesses distinctive features independent of phonemes and words. These unique acoustic qualities are the result of a combination of innate physical factors and expressive characteristics of performance, reflecting an individual's vocal identity. A great deal of prior research has focused on speech recognition and speaker identification, but relatively little work has been performed specifically on singing. There are significant differences between speech and singing in terms of both production and perception. Traditional computational models of speech have focused on the intelligibility of language, often sacrificing sound quality for model simplicity. Such models, however, are detrimental to the goal of singing, which relies on acoustic authenticity for the non-linguistic communication of expression and emotion. These differences between speech and singing dictate that a different and specialized representation is needed to capture the sound quality and musicality most valued in singing.(cont.) This dissertation proposes an analysis/synthesis framework specifically for the singing voice that models the time-varying physical and expressive characteristics unique to an individual voice. The system operates by jointly estimating source-filter voice model parameters, representing vocal physiology, and modeling the dynamic behavior of these features over time to represent aspects of expression. This framework is demonstrated to be useful for several applications, such as singing voice coding, automatic singer identification, and voice transformation.by Youngmoo Edmund Kim.Ph.D

Models and analysis of vocal emissions for biomedical applications

This book of Proceedings collects the papers presented at the 3rd International Workshop on Models and Analysis of Vocal Emissions for Biomedical Applications, MAVEBA 2003, held 10-12 December 2003, Firenze, Italy. The workshop is organised every two years, and aims to stimulate contacts between specialists active in research and industrial developments, in the area of voice analysis for biomedical applications. The scope of the Workshop includes all aspects of voice modelling and analysis, ranging from fundamental research to all kinds of biomedical applications and related established and advanced technologies