JPS61292697A - パタン類似度計算装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は音声パタン等で代表される時系列パタン間の
類似度を算出するパタン類似度計算装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

音声の特徴を表すだめには、短時間ΔＴの間隔で音声を
区切り、各区切りの内の音声をスペクトル分析して、そ
のスペクトルを表すベクトルａｉ（ａ　１はたとえば１
２元のベクトルである）の時系列ａ１　、　ａｔｘ　、
・・・１ａｉｌ・・・、ａＩ　を音声パタンＡとして表
した。

この音声パタンＡと標準の音声パタンＢ（ｂ□、ｂ２゜
・・・、ｂ・　・・・、ｂＪで表されるとする）との類
似度Ｊ’ を計算して２つの音声パタンＡ、　Ｂ　がたとえば同一
の単語を発音したものであるか否かを判定する場合があ
る。この判定において考慮すべき点は発声速度の変動が
あることで、パタンＡもパタンＢも同一人が同一単語を
発声したときのパタンであるとし、共に同一の時間単位
ΔＴで区切ったとしても、一般にはＩ＋Ｊである。また
、このような場合にａ□はｂＩＦｃ対応し、ａＩはｂ□
　に対応することはわかるが中間においてはパタンＡの
どの部分がパタンＢのどの部分に対応するのかわからな
い。

第３図はパタンＡとバタ７Ｂとの対応を示す説明図で、
このような場合、パタンＡとパタンＢとの類似度はａ□
、ｂｌ　　から出発してパタンＡ、Ｂ間の累積距離を最
小にするような’＋　　Ｊの対応を経てａＩ、ｂＪＫ到
達した場合の全累積距離によって表す。

パタンＡの各ベクトルのサフィックスの数字をＸ軸にと
シ、パタンＢの各ベクトルのサフィックスの数字をｙ軸
にとったｘｙ直角座標で第３図の対応を表すと第４図に
示すとおシになり、このような場合にパタンＡとパタン
Ｂとの類似度を計算するには動的計画法（ｄ）ｒｎａｍ
ｉｃ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　−Ｄ　Ｐ　）が用いら
れた。

Ａ−ｍａｌ、ａ２．・・・、ａｉ、・・・、ａＩ・・・
（１）Ｂ　ｓｗ　ｂｌ、　ｂ、、・・・、　ｂｊ、・・
・、ｂＪ　　・・・（２）とすると、累積距離ｇ（ｉ、
　ｊ）の初期値はｇ（１，１）−２ｄ（１，１）　　・
・・（３）である。ここでｄ（１，１）はベクトルａＩ
とｂ□との間の距離である。

また漸化式として また制約条件として ｊ−ｒ＜ｉ≦ｊ＋ｒ　　　・・・（５）但しｒは定数。

また ｄ（ｉ、ｊ）−１１ａｉ−ｂｊｌｌ・・・（６）すなわ
ち、ベクトルａｉとｂｊ間の距離をｄ（ｉ、　ｊ）で表
す。

ところでｊ−１及びｊ−１においてだけは１つのｊの値
に対応するｉの値は１つであるが、其他のｊの値に対し
ては式（５）を満足するすべてのｉの値が対応するから
、式（４）においてはｊの値に対応するすべてのｉの値
に対しｄ（ｉ、　ｊ）を算出しなければならず、また、
あるｊについてのｇ（ｉ、ｊ）を式（４）によシ算出す
るには前回算出したｇ（ｉ＋ｊ−１）の値をｊ−１に対
応するすべてのｉの値に対して記憶しておかねばならぬ
ので、計算量が大きくなシ記憶量が大きくなる。

このようにして最後にｇ（Ｉ、　Ｊ）が式（４）Ｋ従っ
て算出されると 度Ｓを表す。

〔発明が解決しようとする問題点〕 以上のようにＤＰによってパタン類似度を計算する従来
の方法は計算量が甚だ大きくなるという問題点かあシ、
計算を簡単にするため、第４図において位置くｔ−ｉ、
　、＋−ｉ）と位置（’　−■＋　ｊ−Ｊ　）の２点を
結ぶ直線上に互に対応するベクトルがあると仮定して計
算すると計算は簡単になるが、実際現象を正確に表して
いないので、音声認識装置等に用いた場合、認識率が劣
化するという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためＫなされ
たもので、計算量を著しく減少して比較的正確に類似度
を算出することができる類似度計算装置を得ることを目
的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明では判定重み距離という関数を定め、判定重み
距離と両ベクトル間の距離との和が最小となる方向に次
の最適位置があるとして両ベクトル間の対応を決定した
。

〔作用〕

判定重み距離を算出するアルゴリズムを適当に決定して
おけば、はソ累積距離最小の点をたどって類似度を算出
することができる。

〔実施例〕

以下この発明の実施例を図面について説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図で、図に
おいて（１）は位置（第３図に示す直角座標上の）のデ
ータと、その位置までの累積距離とを記憶する記憶回路
、（２）は記憶回路（１）に記憶されている位置（ｉ、
ｊで表す）、（３）は距離計算回路、（４）はパタンＡ
のスペクトル、（５）はパタンＢのスペクトル、（６）
は算出された距離、（７）は判定重み距離計算回路、（
８）は算出された判定重み距離、（９）は比較回路、（
１０）は距離、（１１）は最適位置、（１２）は加算回
路、（１３）は記憶回路（１）から出力される累積距離
、（１４）は記憶回路（１）へ書込まれる累積距離であ
る。

初期化の段階において、記憶回路（１）内の位置データ
としてｉ”　１１　Ｊ　＝　１１　　累積距離（１３）
データＤとして式（３）で計算した値が書込まれる。距
離計算回路（３）は位置（２）のデータ（ｉ、　ｊ　）
とパタンＡ、Ｂのスペクトル（４）、　（５）からａ（
ｉｔ１．　ｊ）。

ａ（ｔ＋ｘ、　ｊ＋ｘ）、　ｄ（ｉ、　ｊ＋ｘ）を計算
し計算結果を距離（６）として出力する。判定重み距離
計算回路（７）はパタンＡ、Ｂのスペクトル（４）、　
（５）とけ無関係に位置（２）　（ｉｔ　ｊ）によって
だけ定まる関数としての判定重み距離Ｗ（ｉｔ１．ｊ）
、ｗ（ｉｔｔ、ｊ＋ｔ）、ｗ　（ｉ　、　ｊ　＋　１　
）　　を算出し判定重み距離（８）として出力する。

たとえば Ｗ（ｉ、ｊ）−ｋＸ（（Ｉ−１）＋（Ｊ−ｊ））　　・
・−（８）の如き計算式を用いる。ｋは適宜に定める定
数であシｉ−＋Ｉ、　　ｊ→Ｊに接近するにつれてｗ（
ｉ、ｊ）は小さくなる。

比較回路（９）は の演算を行い、Ｐ□、　ｐ、、　ｐ８　　のうちいずれ
が最小であるかを決定する。

Ｐｌが最小であれば次の最適位置（１１）として（ｔ＋
１＋Ｊ）を、増加距離（１０）としてａ（ｓ＋１．ｊ）
を出力し、Ｐ２が最小であれば位置（１１）として（ｉ
ｔ１．　ｊ＋ｉ）を、距離（１０）として２ｄ（ｉｔ１
゜ｉｔ１　）を出力し、Ｐ８が最小であれば位置（１１
）として（ｉｔ　Ｊ　＋１　）を距離（１０）としてｄ
（ｉ、ｉｔ１）を出力する。位置（１１）によって記憶
回路（１）の内容が更新され、距離（１０）に累積距離
（１３）を加えた累積距離（１４）によって記憶回路（
１）の内容が更新される。このような更新を繰返しｉ−
Ｉ、ｊ−１になった場合の累積距離が求める値である。

第２図は第１図の回路における記憶装置（１）内の位置
（２）のデータの変化を示す図で、式（８）から明らか
なように位置（１，１）から出発し必ず位置（Ｉ、Ｊ）
に到達することができる。

なお、式（８）はｗ（ｉ、ｊ）を算出する計算式の一例
を示すもので、他の適当な計算式を用いてｗ（ｉ。

ｊ）を算出するように設計することができる。たとえば
、第２図において（ｉ−１，ｊ−１）と（ｉ−Ｉ、　ｊ
−１）の２点を結ぶ直線から離れるほどｗ　（ｉ　。

ｊ）が増加するような計算式を用いると従来のＤＰ法に
おける傾斜制限を実現することができ、又は式（５）の
条件に対応するｗ（ｉ、ｊ）の計算式により第４図の整
合窓の制限を実現できる等、さまざまな制約条件を実現
するに適した計算式を考えることができる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、パタン類似度計算装置
に判定重み距離計算回路を設け、この判定重み距離とベ
クトル距離の和を判定することで、２つのパタンの対応
する点を前向きに一意に決定しながら両パタンの非線形
な対応づけを行い、ノ（タンの類似度を計算したもので
、従来のＤＰ法に基づく装置に比較して厳密な意味での
パタン間最小距離の解を与えるものではないが、音声パ
タンのようなパタンを対象とした認識装置に用いても十
分な精度を与える類似度が計算でき、また計算量を極め
て少くすることができるという効果がある。

なお、判定重み距離を算出する計算式を適当に設定する
ことで、ＤＰ法に基づく装置における傾斜制度や整合窓
を容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は第１図の回路における記憶装置内の位置のデータの変
化を示す図、第３図はパタンＡ　、！：　、−？タンＢ
との対応を示す説明図、第４図は従来）装置で一般に行
われているＤＰ法による処理の一例を示す説明図である
。 （１）は記憶回路、（２）は位置、（３）は距離計算回
路、（４）はパタンＡのベクトル、（５）はパタンＢの
ベクトル、（７）は判定重み距離計算回路１（９）は比
較回路、（１２）は加算回路、（１３）、（１４）は累
積距離。 尚、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ベクトルの系列ａ＿１、ａ＿２、・・・、ａ＿ｉ
   、・・・、ａ＿Ｉで表現されるパタンＡと、ベクトルの
   系列ｂ＿１、ｂ＿２・・・、ｂ＿ｊ、・・・、ｂ＿Ｊで
   表現されるパタンＢの間の類似度を計算するパタン類似
   度計算装置において、パタンＡの各ベクトルのサフィッ
   クスの数字をｘ軸上にとり、パタンＢの各ベクトルのサ
   フィックスの数字をｙ軸上にとったｘｙ直角座標を考え
   、この座標上のｉ＝１、ｊ＝１の点から出発しｉ＝Ｉ、
   ｊ＝Ｊの点に到る経路のうちパタンＡとパタンＢ間の累
   積距離を最小にすると考えられる経路上の点の位置（ｉ
   、ｊ）と上記点（ｉ＝１、ｊ＝１）から位置（ｉ、ｊ）
   に到るまでの上記累積距離Ｄとを記憶する記憶回路、 この記憶回路からの位置（ｉ、ｊ）のデータを入力し、
   パタンＡとパタンＢとから、距離ｄ（ｉ＋１、ｊ）、ｄ
   （ｉ＋１、ｊ＋１）、ｄ（ｉ、ｊ＋１）を計算する距離
   計算回路、 上記記憶回路からの位置（ｉ、ｊ）のデータを入力し、
   所定の計算式に従って判定重み距離ｗ（ｉ＋１、ｊ）、
   ｗ（ｉ＋１、ｊ＋１）、ｗ（ｉ、ｊ＋１）を計算する判
   定重み距離計算回路、 この判定重み距離計算回路の出力と上記距離計算回路の
   出力とを入力し、３種の位置（ｉ＋１、ｊ）、（ｉ＋１
   、ｊ＋１）、（ｉ、ｊ＋１）のうち判定重み距離と距離
   との和を最小にする位置を最適位置として上記記憶回路
   内の位置を更新し、かつ上記最適位置におけるパタンＡ
   とパタンＢとの距離を上記記憶回路内の累積距離に加算
   して累積距離を更新する手段、 上記記憶回路内の位置の初期値としてｉ＝１、ｊ＝１を
   設定し、累積距離の初期値として位置ｉ＝１、ｊ＝１に
   対応する累積距離を設定し、ｉ＝Ｉ、ｊ＝Ｊに到るまで
   位置及び累積距離の更新を繰返す手段を備えたことを特
   徴とするパタン類似度計算装置。
2. （２）判定重み距離計算回路は、位置（ｉ、ｊ）におけ
   る判定重み距離ｗ（ｉ、ｊ）を（Ｉ−ｉ）＋（Ｊ−ｊ）
   に比例する数値として算出することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のパタン類似度計算装置。