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语音参数轨迹模型研究及其在可信度度量中的应用

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文摘

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独创性声明和关于论文使用授权的说明

第一章绪论

§1.1自动语音识别的隐马尔可夫模型及其局限性

§1.1.1自动语音识别的统计模型

§1.1.2隐马尔可夫模型

§1.1.3隐马尔可夫模型的局限性

§1.2分段模型

§1.2.1统一的数学模型描述

§1.2.2分段模型与HMM的比较

§1.2.3典型分段模型及其相关工作简述

§1.3可信度度量

§1.3.1可信度度量及其可能的应用

§1.3.2已有的研究工作

§1.3.3现有方法的缺陷

§1.4本文的研究内容和组织

第二章参数轨迹模型及其特性分析

§2.1参数轨迹模型

§2.1.1基本参数轨迹模型

§2.1.2分段参数轨迹模型

§2.1.3静音模型

§2.2参数轨迹模型与HMM的关系

§2.3实验结果与结论

§2.3.1汉语数码库

§2.3.2基本参数轨迹模型

§2.3.3分段参数轨迹模型

§2.3.4静音模型

§2.4小结

第三章结合声调特征的参数轨迹模型

§3.1声调特征的意义

§3.1.1随机多项式声调曲线模型

§3.1.2超音段特征的集成

§3.2声调软结合

§3.2.1基本原理

§3.2.2基频提取

§3.2.3基频数据丢失的处理

§3.3声调硬结合

§3.3.1基本原理

§3.3.2音调识别方法

§3.4实验结果与分析

§3.4.1声调软结合识别结果

§3.4.2声调硬结合识别结果

§3.5小结

第四章基于参数轨迹模型的连续数字串识别

§4.1连续汉语数字串识别的挑战

§4.2建模单元与模型实现方法的选择

§4.3解码搜索

§4.3.1基于帧的viterbi搜索算法

§4.3.2基于段的改进viterbi搜索算法

§4.3.3计算复杂度比较

§4.4定长参数轨迹模型

§4.4.1模型实现方法

§4.4.2实现过程中的问题处理

§4.4.3定长参数轨迹模型计算复杂度分析

§4.5实验结果分析及与HMM的对比

§4.5.1 HMM模型识别平台

§4.5.2定长参数轨迹模型识别平台

§4.6小结

第五章基于参数轨迹模型方法的可信度度量

§5.1参数轨迹模型的可信度度量方法

§5.2参数轨迹模型用作可信度度量的优势

§5.2.1 PTM得分的可区分性

§5.2.2 PTM校验的可比性

§5.3可能的问题

§5.4小结

第六章参数轨迹模型可信度度量与HMM模型的融合

§6.1在搜索阶段的可信度度量

§6.1.1原理

§6.1.2可信度度量方法

§6.1.3实验结果与分析

§6.1.4评论

§6.2在假设检验后处理阶段的可信度度量

§6.2.1经典假设检验概述

§6.2.2参数轨迹模型校验的拒识方法

§6.2.3实验结果与分析

§6.3小结

第七章总结及将来的工作

§7.1作者的主要工作

§7.2进一步需要开展的工作

参考文献

个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文

致谢

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摘要

迄今为止,在连续语音识别领域应用最成功最广泛的是HMM模型.为了获得高效的训练和识别算法,HMM假设特征之间相互独立,这是不符合语音信号的实际分布的.为此研究者们解除独立性假设,提出了更一般的模式——分段模型.该文对参数轨迹模型进行了全面的研究和深入的探讨,包括声调结合建模、搜索问题,以及它们的可信度度量工作等.主要贡献如下:●完成了参数轨迹模型系统的实现,对模型的概率表达方式进行了分析.当多项式拟合阶数退化为0时,它相当于精确时长建模的HMM.在分段模型实验中,从数据拟合的角度验证了参数轨迹模型比起HMM模型具有更加精确的建模能力.参数轨迹模型方法对静音建模时存在着理论缺陷,我们设想静音有一条期望的直线轨迹来实现其参数轨迹的建模.同时发现,时长模型对小帧数静音的识别非常重要;●探讨了结合声调特征的参数轨迹建模.它的软结合方法在特征层把基频作为第14维特征,对其进行轨迹拟合后得到的是这段语音的声调.参数轨迹模型的物理意义决定了它能直接反映基频曲线在空间的分布特性.硬结合方法在模型层将声调模型与声学模型相结合,利用的是参数轨迹模型作为分段模型的特性:它的框架结构在进行统计识别时可以很好地结合段特征.●参数轨迹模型获得了比HMM模型更加精确的建模能力,这是以计算复杂度增加为代价的.为了解决这个问题,提出了定长参数轨迹模型方法.它将归一化时间轨迹上的点重采样到固定的区域中,避免了不同时间点在不同段中的重复概率计算.论文还对模型实现过程中遇到的句子得分归一化等问题进行了处理.定长参数轨迹模型在数字串识别率略有下降(0.5﹪)的情况下,计算时间降低了90倍左右;●提出了参数轨迹模型和HMM模型相结合可信度度量方法,克服了传统可信度方法的不足.具体的方法有两种,一是得分的应用,可以和HMM得分相结合或者替代HMM得分使用,一方面引入了新的信息,另一方面改善了HMM对语音信号描述不够准确的缺陷;二是模型的融合,在同一系统中出现了两种不同的声学模型,它们提供了各自的识别结果相互验证.这样做避免了采用似然得分所带来的种种问题,在不同的句子间可以相互比较.在搜索阶段,对词图中要进行回溯的语音段提供新的声学模型(参数轨迹模型)识别,原HMM的识别结果在这个新的序列中所处的位置不同,其得到的可信度支持也不同,从而改变路径回溯的优先顺序,提高系统的识别率.在假设检验阶段,提出参数轨迹模型校验的拒识方法,在此基础上,为了满足系统提出的对评价指标的不同要求,增加了Fisher分类器后处理部分,并引入参数轨迹模型得分作为新的特征输入.通过对参数轨迹模型校验和得分的同时运用,取得了较好的接受/拒识性能.

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