UmobiTalk: Ubiquitous Mobile Speech Based Learning Language Translator for Sesotho Language

Published ThesisThe need to conserve the under-resourced languages is becoming more urgent as some of them are becoming extinct; natural language processing can be used to redress this. Currently, most initiatives around language processing technologies are focusing on western languages such as English and French, yet resources for such languages are already available. The Sesotho language is one of the under-resourced Bantu languages; it is mostly spoken in Free State province of South Africa and in Lesotho. Like other parts of South Africa, Free State has experienced high number of migrants and non-Sesotho speakers from neighboring provinces and countries; such people are faced with serious language barrier problems especially in the informal settlements where everyone tends to speak only Sesotho. Non-Sesotho speakers refers to the racial groups such as Xhosas, Zulus, Coloureds, Whites and more, in which Sesotho language is not their native language. As a solution to this, we developed a parallel corpus that has English as source and Sesotho as a target language and packaged it in UmobiTalk - Ubiquitous mobile speech based learning translator. UmobiTalk is a mobile-based tool for learning Sesotho for English speakers. The development of this tool was based on the combination of automatic speech recognition, machine translation and speech synthesis

A study on reusing resources of speech synthesis for closely-related languages

This thesis describes research on building a text-to-speech (TTS) framework that can accommodate the lack of linguistic information of under-resource languages by using existing resources from another language. It describes the adaptation process required when such limited resource is used. The main natural languages involved in this research are Malay and Iban language. The thesis includes a study on grapheme to phoneme mapping and the substitution of phonemes. A set of substitution matrices is presented which show the phoneme confusion in term of perception among respondents. The experiments conducted study the intelligibility as well as perception based on context of utterances. The study on the phonetic prosody is then presented and compared to the Klatt duration model. This is to find the similarities of cross language duration model if one exists. Then a comparative study of Iban native speaker with an Iban polyglot TTS using Malay resources is presented. This is to confirm that the prosody of Malay can be used to generate Iban synthesised speech. The central hypothesis of this thesis is that by using a closely-related language resource, a natural sounding speech can be produced. The aim of this research was to show that by sticking to the indigenous language characteristics, it is possible to build a polyglot synthesised speech system even with insufficient speech resources

The European Language Resources and Technologies Forum: Shaping the Future of the Multilingual Digital Europe

Proceedings of the 1st FLaReNet Forum on the European Language Resources and Technologies, held in Vienna, at the Austrian Academy of Science, on 12-13 February 2009

Speech-to-speech translation to support medical interviews

Projeto de mestrado em Engenharia Informática, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013Este relatório apresenta a criação de um sistema de tradução fala-para-fala. O sistema consiste na captação de voz na forma de sinal áudio que de seguida é interpretado, traduzido e sintetizado para voz. Tendo como entrada um enunciado numa linguagem de origem e como saída um enunciado numa linguagem destino. O sistema implementado tem como âmbito do seu funcionamento o domínio médico, tendo em vista apoiar o diálogo entre médico e utente em linguagens diferentes durante consultas médicas. No caso do presente trabalho, foram escolhidos o português e inglês, sendo possível a tradução fala-para-fala nos dois sentidos. A escolha destas duas línguas resulta sobretudo da disponibilidade de recursos para o desenvolvimento do sistema. Ao longo dos anos tem existido um esforço de pesquisa e desenvolvimento em tecnologia que permite quebrar as barreiras do multilinguismo. Uma dessas tecnologias, com resultados de qualidade crescentemente aceitável, são os sistemas de tradução fala-para-fala. Em geral, estes sistemas são compostos por três componentes: reconhecimento de fala, tradução automática e sintetização de voz. Neste projecto foram implementadas as três componentes. No entanto, uma vez que face às tecnologias disponíveis, a componente de tradução tem um maior impacto no desempenho final do sistema, a esta foi conferida uma maior atenção. Embora nós, como humanos, compreendamos facilmente a linguagem falada, isto é algo extremamente difícil e complexo de um ponto de vista computacional. O objectivo do reconhecimento de fala é abordar esta tarefa computacionalmente através da construção de sistemas que mapeiam um sinal acústico para uma sequência de caracteres. Os modelos actuais para reconhecimento de fala fazem uso de modelos estatísticos. Nestes, a fala é reconhecida através do uso de modelos de linguagem que possibilitam a estimativa das probabilidades para as palavras, independentemente do sinal de entrada, e de um modelo acústico onde as propriedades acústicas da fala estão contempladas. Os modelos actuais de tradução automática, assim como os de reconhecimento de fala, são na sua larga maioria estatísticos. Actualmente os modelos de tradução baseados em unidades frásicas de input são os que obtém os resultados com melhor qualidade. Esta abordagem consiste na tradução de pequenos segmentos de palavras, onde existe uma tradução lexical e um modelo de alinhamento. Os modelos estatísticos fazem uso de textos de duas línguas alinhados, tendo como princípio o facto de que através da frequência de cada segmento de palavras, em relação à outra linguagem, seja obtida uma distribuição probabilística. Deste modo torna-se possível calcular qual a palavra ou conjunto de palavras mais prováveis de ocorrer como tradução para determinado texto que se pretenda traduzir. A sintetização de voz consiste na geração de fala na forma de onda acústica tendo como ponto de partida uma palavra ou uma sequência de palavras. Envolve o processamento de linguagens naturais e processamento de sinal. O primeiro converte o texto numa representação fonética e o último converte essa representação em sinal acústico. Neste documento é apresentado o estado da arte das três áreas envolvidas. São também apresentados os sistemas de tradução fala-para-fala, fazendo ou não uso do domínio médico, e também os processos existentes para a avaliação de cada uma das componentes. Tendo em vista a implementação de um sistema com as diversas componentes, foi necessário efectuar um levantamento da tecnologia existente. O levantamento teve por objectivo a implementação de duas soluções aplicacionais. Uma aplicação disponível pela internet como página web e outra através de uma aplicação móvel, ambas permitindo o reconhecimento de fala, tradução automática e sintetização de voz em ambas as linguagens e direcções. Dois sistemas de reconhecimento de fala foram escolhidos, o Microsoft Speech Platform para a aplicação móvel e o reconhecimento de fala disponível pelo Google nos browsers Google Chrome. O primeiro a ser usado na aplicação móvel e o segundo na aplicação web. O sistema de tradução automática escolhido foi o Moses. Sendo um sistema de tradução estatístico que permite a criação de modelos de tradução diversos, como os modelos baseados em frase e os modelos baseados em fatores. O sistema de sintetização de voz escolhido foi o Microsoft Speech Platform. A aplicação móvel foi desenvolvida para a plataforma iOS da Apple tendo em vista o uso de um telemóvel iPhone. A integração dos componentes pelas diversas arquitecturas foi assegurada pela implementação de web services. O reconhecimento de fala na aplicação web foi desenvolvido recorrendo ao uso da W3C Speech Input API Specifications, onde a programação através de HTML permite a captação de áudio no Google Chrome. Para a implementação do sistema tradução fala-para-fala foi necessário a obtenção de corpora paralelos de forma a se poder treinar os modelos estatísticos, sendo este um dos factores cruciais para o bom desempenho dos componentes. Uma vez que o sistema tem como domínio de aplicação o diálogo médico, corpora neste domínio seria o mais vantajoso. No entanto, a inexistência de tais corpora para o par Inglês-Português levou à aquisição de corpora alternativos. Através de uma experiência exploratória foi abordado o tipo de implementação mais adequado da componente de reconhecimento de fala, tendo como foco o modelo de linguagem. Três experiências foram então conduzidas de forma a decidir entre a aplicação de um modelo de linguagem baseado em regras ou um modelo estatístico. Para implementar um modelo de linguagem baseado em regras foi necessário a criação de um corpus médico que reflectisse um diálogo entre médico e paciente. Para tal, com a ajuda de um médico, criei um diálogo de um caso hipotético de lesão num braço devido a um acidente de carro. Este diálogo teve como base para a sua estruturação a aplicação do processo de anamnesis. A anamnesis consiste numa metodologia médica que através de um conjunto de perguntas chave permite adquirir a informação necessária para a formulação de um diagnóstico médico e decisão sobre o tratamento necessário. O corpus médico foi também transformado num corpus de fala de forma a este ser avaliado ao longo das experiências. Numa primeira experiência foi criada uma gramática básica cuja implementação foi obtida recorrendo à Speech Recognition Grammar Specification de forma a ser usada como modelo de linguagem pela componente de reconhecimento de fala. A segunda experiência tinha como objectivo a criação de uma gramática mais complexa que a primeira. Para tal foi criada uma gramática livre de contexto. Após a criação da gramática livre de contexto esta foi convertida manualmente para uma gramática SRGS. Na terceira experiência foram criados dois modelo de linguagem estatísticos, o primeiro fazendo uso do mesmo corpus que o usado nas experiências anteriores e o segundo composto por 30.000 frases independentes. Obteve-se melhores resultados com o modelo de linguagem estatístico e este ficou como a escolha para a implementação do componente de reconhecimento de fala. No treino da componente de tradução automática foram usados dois modelos estatísticos, baseados em frases e em factores. Pretendeu-se comparar os resultados entre os dois modelos de forma a escolher o modelo mais vantajoso. Para fazer uso do modelo baseado em factores foi necessária a preparação de corpora. Com os corpora já adquiridos foi concretizada a sua anotação para ambas as linguagens. Recorrendo ao LX-Suite e ao CoreNLP, foram criados corpora anotados com lemmas e informação morfossintáctica, com a primeira ferramenta para o português e a última para o inglês. Uma vez que a componente de sintetização de voz permitia uma implementação célere, esta foi implementada recorrendo aos modelos já existentes para ambas as linguagens e disponibilizados pela ferramenta. Por fim, são apresentados os resultados obtidos e a sua avaliação. Tanto a avaliação do sistema de reconhecimento de fala como o de tradução automática demonstraram um desempenho muito competitivo, do nível do estado da arte. A componente de reconhecimento de fala, assim como a componente de tradução automática, obtiveram melhores resultados fazendo-se uso de modelos de linguagem estatístico.This report presents the development of a speech-to-speech translation system. The system consists in the capture of voice as an audio signal that is then interpreted, translated and synthesized to voice for a target language. The three main components of the system, speech recognition, machine translation and speech synthesis, make use of statistical models, such as hidden Markov models. Given the technology available, the machine translation component has a greater impact on the performance of the system, a greater attention has thus been given to it. The system assumes the support to medical interviews between doctor and patient in different languages as its applicational domain. Two application solutions were developed: an online service on a website and a mobile application. This report begins by presenting the general concepts of the relevant areas involved. It proceeds with an overview of the state of the art relating to each area as well as to the methods used for the evaluation of the different components. It provides also an overview of existing technology and the criteria for choosing the tools to be used in the development of the system. It explains the acquisition and creation of the corpora used, and the process of development and integration of the components: speech recognition, machine translation and text-to-speech. Finally, the evaluation results are presented, as well as the final conclusions

Data-Driven Policy Optimisation for Multi-Domain Task-Oriented Dialogue

Recent developments in machine learning along with a general shift in the public attitude towards digital personal assistants has opened new frontiers for conversational systems. Nevertheless, building data-driven multi-domain conversational agents that act optimally given a dialogue context is an open challenge. The first step towards that goal is developing an efficient way of learning a dialogue policy in new domains. Secondly, it is important to have the ability to collect and utilise human-human conversational data to bootstrap an agent's knowledge. The work presented in this thesis demonstrates how a neural dialogue manager fine-tuned with reinforcement learning presents a viable approach for learning a dialogue policy efficiently and across many domains. The thesis starts by introducing a dialogue management module that learns through interactions to act optimally given a current context of a conversation. The current shift towards neural, parameter-rich systems does not fully address the problem of error noise coming from speech recognition or natural language understanding components. A Bayesian approach is therefore proposed to learn more robust and effective policy management in direct interactions without any prior data. By putting a distribution over model weights, the learning agent is less prone to overfit to particular dialogue realizations and a more efficient exploration policy can be therefore employed. The results show that deep reinforcement learning performs on par with non-parametric models even in a low data regime while significantly reducing the computational complexity compared with the previous state-of-the-art. The deployment of a dialogue manager without any pre-training on human conversations is not a viable option from an industry perspective. However, the progress in building statistical systems, particularly dialogue managers, is hindered by the scale of data available. To address this fundamental obstacle, a novel data-collection pipeline entirely based on crowdsourcing without the need for hiring professional annotators is introduced. The validation of the approach results in the collection of the Multi-Domain Wizard-of-Oz dataset (MultiWOZ), a fully labeled collection of human-human written conversations spanning over multiple domains and topics. The proposed dataset creates a set of new benchmarks (belief tracking, policy optimisation, and response generation) significantly raising the complexity of analysed dialogues. The collected dataset serves as a foundation for a novel reinforcement learning (RL)-based approach for training a multi-domain dialogue manager. A Multi-Action and Slot Dialogue Agent (MASDA) is proposed to combat some limitations: 1) handling complex multi-domain dialogues with multiple concurrent actions present in a single turn; and 2) lack of interpretability, which consequently impedes the use of intermediate signals (e.g., dialogue turn annotations) if such signals are available. MASDA explicitly models system acts and slots using intermediate signals, resulting in an improved task-based end-to-end framework. The model can also select concurrent actions in a single turn, thus enriching the representation of the generated responses. The proposed framework allows for RL training of dialogue task completion metrics when dealing with concurrent actions. The results demonstrate the advantages of both 1) handling concurrent actions and 2) exploiting intermediate signals: MASDA outperforms previous end-to-end frameworks while also offering improved scalability.EPSR