Integrating Prosodic and Lexical Cues for Automatic Topic Segmentation

We present a probabilistic model that uses both prosodic and lexical cues for the automatic segmentation of speech into topically coherent units. We propose two methods for combining lexical and prosodic information using hidden Markov models and decision trees. Lexical information is obtained from a speech recognizer, and prosodic features are extracted automatically from speech waveforms. We evaluate our approach on the Broadcast News corpus, using the DARPA-TDT evaluation metrics. Results show that the prosodic model alone is competitive with word-based segmentation methods. Furthermore, we achieve a significant reduction in error by combining the prosodic and word-based knowledge sources.Comment: 27 pages, 8 figure

Improved i-Vector Representation for Speaker Diarization

This paper proposes using a previously well-trained deep neural network (DNN) to enhance the i-vector representation used for speaker diarization. In effect, we replace the Gaussian Mixture Model (GMM) typically used to train a Universal Background Model (UBM), with a DNN that has been trained using a different large scale dataset. To train the T-matrix we use a supervised UBM obtained from the DNN using filterbank input features to calculate the posterior information, and then MFCC features to train the UBM instead of a traditional unsupervised UBM derived from single features. Next we jointly use DNN and MFCC features to calculate the zeroth and first order Baum-Welch statistics for training an extractor from which we obtain the i-vector. The system will be shown to achieve a significant improvement on the NIST 2008 speaker recognition evaluation (SRE) telephone data task compared to state-of-the-art approaches

High Performance Neural Networks for Online Speech Recognizer

Automatische Spracherkennung (engl. automatic speech recognition, ASR) beschreibt die Fähigkeit einer Maschine, Wörter und Ausdrücke gesprochener Sprache zu identifizieren und diese in ein für Menschen lesbares Format zu konvertieren. Die Anwendungen sind ein maßgeblicher Teil des digitalen Lebens bspw. wird der Dialog zwischen Mensch und Maschine oder ein Dialog zwischen Menschen, die unterschiedliche Muttersprachen sprechen, ermöglicht. Um diese Fähigkeit in vollem Maße zu gewährleisten, müssen ASR-Anwendungen nicht nur mit hoher Genauigkeit, sondern, für eine Interaktion mit einem Benutzer, auch schnell genug, antworten. Dieses Wechselspiel beider Bedingungen eröffnet das Forschungsgebiet der Online Speech Recognition, welche sich von der konventionellen Spracherkennung, die sich ausschließlich mit dem Problem der Genauigkeit befasst, unterscheidet. Schon über ein halbes Jahrhundert wird aktiv in der automatischen Spracherkennung geforscht. Verschiedene Muster- und Template-Matching-Methoden wurden bis Mitte 1980 erforscht, als das Hidden Markov Model (HMM) einen Durchbruch zur Lösung der Spracherkennungsaufgabe ermöglichte. Der HMM-Ansatz schafft ein allgemeines Framework, welches Schwankungen in der Zeit sowie Spektrums-Domäne der Sprache statistisch entkoppelt und modelliert. Ein HMM-basierter Erkenner wird auf eine komplexe Pipeline aufgesetzt, welche aus etlichen statistischen und nicht-statistischen Komponenten, wie bspw. einem Aussprachewörterbuch, HMM-Topologien, Phonem-Cluster-Bäumen, einem akustischen Modell und einem Sprachmodell, besteht. Durch aktuelle Fortschritte bei künstlichen neuronalen Netzen (KNN) für die akustische sowie sprachliche Modellierung dominiert der hybride HMM/KNN-Ansatz in unterschiedlichen ASR-Anwendungen. In den letzten Jahren hat die Einführung komplett neuronaler Ende-zu-Ende Spracherkennungssystems, welche eine neuronale Netzwerkarchitektur verwenden, um die direkt Abbildung eines akustischen Signals zu einer textuellen Transkription zu approximieren, großes Interesse auf sich gezogen. Die Vorteile des Ende-zu-Ende-Ansatzes liegen in der Einfachheit des Trainings eines kompletten Spracherkennungssystems, wobei die komplexe Struktur einer HMM-basierten Pipeline entfällt. Gleichzeitig benötigt die Ende-zu-Ende ASR oft eine wesentlich größere Trainingsdatenmenge und es ist eine größere Herausforderung ein Ende-zu-Ende Modell so anzupassen, dass es auf einer neuen Aufgabe gut abschneidet. Diese Dissertation befasst sich mit der Entwicklung eines hoch-performanten Spracherkennungssystems für ein Online- und Streaming-Szenario. Der Autor erreichte dies durch ein Vorgehen in zwei Schritten. Im ersten Schritt wurden vielfältige Techniken im HMM-KNN- und Ende-zu-Ende-Paradigma angewandt, um ein hoch-performantes System im Batch-Mode zu bauen. Batch-Mode bedeutet, dass die vollständigen Audiodaten beim Start der Verarbeitung zur Verfügung stehen. Im zweiten Schritt wurden effiziente Anpassungen untersucht, die einem hoch-performanten Batch-Mode-System ermöglichen Inferenzen online bzw. fortlaufend durchzuführen. Gleichzeitig wurden neuartige Algorithmen zu Reduktion der wahrgenommenen Latenz, welche das kritischste Problem von online Spracherkennern ist, entwickelt. Erster Schritt. Die vorgestellte Techniken, die auf hochperformante Ergebnisse abzielen, können anhand deren Position in der Spracherkennungs-Pipeline, wie Merkmalsextraktion und Daten-Augmentierung, kategorisiert werden. Bevor Sprachsignale eine digitale Form annehmen, sind sie als Ergebnis der Faltung mehrere Frequenzkomponenten in einem großen Dynamikumfang bekannt. Diese Merkmale können drastisch durch natürliche Faktoren, wie bspw. unterschiedliche Sprecher, Umgebungen order Aufnahmegeräte, beeinflusst werden. Die große Varianz der Sprachsignale verursacht typischerweise die Diskrepanz zwischen Training und Test und kann die Erkennungsleistung drastisch verschlechtern. Diese Diskrepanz gehen wir durch zwei high-level Ansätze, welche auf Neuronalen Netzen basieren, in der Merkmalsextraktion an. Wir zeigten, dass auf tiefe neuronale Netze (DNN) basierte akustische Modelle, die mittels dieser Sprecher-angepasster Merkmale trainiert wurden, in Bezug auf die Wortfehlerrate (WER) relativ, bis zu 19% besser abschneiden, als herkömmliche Merkmalsextraktionen. Im zweiten Ansatz wird ein Long short-term memory (LSTM) Netzwerk, das mittels Connectionist Temporal Classification (CTC) Kriterium auf Phon-Labeln trainiert wurde, als High-Level Merkmals-Transformation verwendet. Die Kombination der aus dem CTC-Netzwerk extrahierten Merkmale und der Bottleneck-Merkmale ergab einen effizienten Merkmalsraum, der ein DNN-basiertes akustisches Modell ein starkes CTC-basierendes Baseline Modell mit deutlichem Vorsprung übertreffen ließ. Darüber hinaus zeigten wir, dass die Verwendung einer Standard Cepstral Mean und Varianz Normalisierung (CMVN) als low-level Merkmalsextraktion in einer potenziellen Diskrepanz von Offline Training und Online Test resultiert und schlugen eine Lineare Diskriminaz Analyse (LDA), die auf linearer Transformation basiert, als Ersatz vor. Daten-Augmentierung wurde in der Spracherkennung verwendet, um zusätzliche Trainingsdaten zu generieren und so die Qualität der Trainingsdaten zu erhöhen. Diese Technik verbessert die Robustheit des Modells und verhindert Overfitting. Wir zeigten, dass Overfitting das kritischste Problem beim Training eines Ende-zu-Ende Sequence-to-sequence (S2S) Modells für die Spracherkennungsaufgabe ist und stellten zwei neuartige on-the-fly Daten-Augmentierungsmethoden als Lösung vor. Die erste Methode (dynamic time stretching) simuliert den Effekt von Geschwindigkeitsänderungen durch eine direkte Manipulation der zeitlichen Folge an Frequenzvektoren durch eine Echtzeit-Interpolationsfunktion. In der zweiten Methode zeigten wir eine effiziente Strategie, um gesprochene Sätze on-the-fly zu sub-samplen und so die Trainingsdatenmenge mit mehrere Varianten eines einzelnen Samples zu vergrößern. Wir zeigten, dass diese Methoden sehr effizient sind, um Overfitting zu vermeiden und die Kombination mit der SpecAugment-Methode aus der Literatur verbesserte die Leistung des vorgestellten S2S-Modells zu einem State-of-the-Art auf dem Benchmark für Telefongespräche. Zweiter Schritt. Wir zeigten, dass die vorgestellten Hoch-leistungs-Batch-Mode ASR Systeme des hybriden (HMM/KNN) und Ende-zu-Ende Paradigmas die Anforderungen in einer online bzw. realen Situation, durch zusätzliche Anpassungen und Inferenz-Techniken, erfüllen. Weder der üblicherweise verwendete Echtzeitfaktor, noch die Commitment-Latenz sind ausreichend, um die vom Benutzer wahrgenommene Latenz aufzuzeigen. Wir stellten eine neuartige und effiziente Methode zur Messung der vom Benutzer wahrgenommenen Latenz in einer Online- und Streaming-Situation vor. Wir zeigten weiter auf, dass ein fortlaufender HMM/KNN Erkenner entweder für den Latenzhöchstwert oder die mittlere Latenz optimiert werden sollte, um das Nutzererlebnis zu verbessern. Um die Latenzmetrik zu optimieren, führten wir einen Mechanismus ein (Hypothese Update), welcher erlaubt hypothetische Transkripte früh zum Benutzer zu schicken und diese später teilweise zu korrigieren. In Experimenten in einer realen Situation in der Vorlesungspräsentations-Domäne konnte gezeigt werden, dass dieses Vorgehen die Wort-basierte Latenz unseres Erkenners stark reduziert, d.h. von 2,10 auf 1,09 Sekunden. Das Sequence-to-sequence (S2S) Attention-basiertes Modell ist für Ende-zu-Ende Spracherkennung zunehmend beliebt geworden. Etliche Vorteile der Architektur und der Optimierung eines S2S-Modells wurde vorgestellt, um State-of-the-Art Ergebnisse auf Standard-Benchmarks zu erreichen. Wie S2S-Modelle mit ihrem Batch-Mode Kapazität aber für eine online Spracherkennung gebraucht werden können, ist dennoch eine offene Forschungsfrage. Wir näherten uns diesem Problem, indem wir die Latenzprobleme, die durch die normale Softmax-Attention Funktion, bidirektionale Encoder und die Inferenz mit Strahlensuche verursacht wurden, analysierten. Wir nahmen uns all dieser Latenzprobleme in einem an, in dem wir einen zusätzlichen Trainings-Loss, um die Unsicherheit der Attention-Funktion auf Frames auf die vorausgeblickt wird, und einen neuartigen Inferenz-Algorithmus, der partielle Hypothesen bestimmt, vorstellen. Unsere Experimente auf dem Datensatz mit Telefongesprächen zeigten, dass unser Stream-Erkenner, mit einer Verzögerung von 1,5~Sekunden für alle Ausgabeelemente, in vollem Umfang die Performanz eines Batch-Mode-Systems derselben Konfiguration erreicht. Nach bestem Wissen ist dies das erste Mal, dass ein S2S-Spracherkennungsmodell in einer online Situation ohne Einbußen in der Genauigkeit genutzt werden kann

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

Using BiLSTM networks for context-aware deep sensitivity labelling on conversational data

Information privacy is a critical design feature for any exchange system, with privacy-preserving applications requiring, most of the time, the identification and labeling of sensitive information. However, privacy and the concept of “sensitive information” are extremely elusive terms, as they are heavily dependent upon the context they are conveyed in. To accommodate such specificity, we first introduce a taxonomy of four context classes to categorise relationships of terms with their textual surroundings by meaning, interaction, precedence, and preference. We then propose a predictive context-aware model based on a Bidirectional Long Short Term Memory network with Conditional Random Fields (BiLSTM + CRF) to identify and label sensitive information in conversational data (multi-class sensitivity labelling). We train our model on a synthetic annotated dataset of real-world conversational data categorised in 13 sensitivity classes that we derive from the P3P standard. We parameterise and run a series of experiments featuring word and character embeddings and introduce a set of auxiliary features to improve model performance. Our results demonstrate that the BiLSTM + CRF model architecture with BERT embeddings and WordShape features is the most effective (F1 score 96.73%). Evaluation of the model is conducted under both temporal and semantic contexts, achieving a 76.33% F1 score on unseen data and outperforms Google’s Data Loss Prevention (DLP) system on sensitivity labeling tasks

A review of natural language processing in contact centre automation

Contact centres have been highly valued by organizations for a long time. However, the COVID-19 pandemic has highlighted their critical importance in ensuring business continuity, economic activity, and quality customer support. The pandemic has led to an increase in customer inquiries related to payment extensions, cancellations, and stock inquiries, each with varying degrees of urgency. To address this challenge, organizations have taken the opportunity to re-evaluate the function of contact centres and explore innovative solutions. Next-generation platforms that incorporate machine learning techniques and natural language processing, such as self-service voice portals and chatbots, are being implemented to enhance customer service. These platforms offer robust features that equip customer agents with the necessary tools to provide exceptional customer support. Through an extensive review of existing literature, this paper aims to uncover research gaps and explore the advantages of transitioning to a contact centre that utilizes natural language solutions as the norm. Additionally, we will examine the major challenges faced by contact centre organizations and offer reco

Neural Natural Language Generation: A Survey on Multilinguality, Multimodality, Controllability and Learning

Developing artificial learning systems that can understand and generate natural language has been one of the long-standing goals of artificial intelligence. Recent decades have witnessed an impressive progress on both of these problems, giving rise to a new family of approaches. Especially, the advances in deep learning over the past couple of years have led to neural approaches to natural language generation (NLG). These methods combine generative language learning techniques with neural-networks based frameworks. With a wide range of applications in natural language processing, neural NLG (NNLG) is a new and fast growing field of research. In this state-of-the-art report, we investigate the recent developments and applications of NNLG in its full extent from a multidimensional view, covering critical perspectives such as multimodality, multilinguality, controllability and learning strategies. We summarize the fundamental building blocks of NNLG approaches from these aspects and provide detailed reviews of commonly used preprocessing steps and basic neural architectures. This report also focuses on the seminal applications of these NNLG models such as machine translation, description generation, automatic speech recognition, abstractive summarization, text simplification, question answering and generation, and dialogue generation. Finally, we conclude with a thorough discussion of the described frameworks by pointing out some open research directions.This work has been partially supported by the European Commission ICT COST Action “Multi-task, Multilingual, Multi-modal Language Generation” (CA18231). AE was supported by BAGEP 2021 Award of the Science Academy. EE was supported in part by TUBA GEBIP 2018 Award. BP is in in part funded by Independent Research Fund Denmark (DFF) grant 9063-00077B. IC has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Sklodowska-Curie grant agreement No 838188. EL is partly funded by Generalitat Valenciana and the Spanish Government throught projects PROMETEU/2018/089 and RTI2018-094649-B-I00, respectively. SMI is partly funded by UNIRI project uniri-drustv-18-20. GB is partly supported by the Ministry of Innovation and the National Research, Development and Innovation Office within the framework of the Hungarian Artificial Intelligence National Laboratory Programme. COT is partially funded by the Romanian Ministry of European Investments and Projects through the Competitiveness Operational Program (POC) project “HOLOTRAIN” (grant no. 29/221 ap2/07.04.2020, SMIS code: 129077) and by the German Academic Exchange Service (DAAD) through the project “AWAKEN: content-Aware and netWork-Aware faKE News mitigation” (grant no. 91809005). ESA is partially funded by the German Academic Exchange Service (DAAD) through the project “Deep-Learning Anomaly Detection for Human and Automated Users Behavior” (grant no. 91809358)