Factor analysis for acoustic modeling of speech recognition systems
L’analyse factorielle pour la modélisation acoustique des systèmes de reconnaissance de la parole
Résumé
In this thesis, we propose to use techniques based on factor analysis to build acoustic models for automatic speech processing, especially Automatic Speech Recognition (ASR). Frstly, we were interested in reducing the footprint memory of acoustic models. Our factor analysis-based method demonstrated that it is possible to pool the parameters of acoustic models and still maintain performance similar to the one obtained with the baseline models. The proposed modeling leads us to deconstruct the ensemble of the acoustic model parameters into independent parameter sub-sets, which allow a great flexibility for particular adaptations (speakers, genre, new tasks etc.). With current modeling techniques, the state of a Hidden Markov Model (HMM) is represented by a combination of Gaussians (GMM : Gaussian Mixture Model). We propose as an alternative a vector representation of states : the factors of states. These factors of states enable us to accurately measure the similarity between the states of the HMM by means of an euclidean distance for example. Using this vector represen- tation, we propose a simple and effective method for building acoustic models with shared states. This procedure is even more effective when applied to under-resourced languages. Finally, we concentrated our efforts on the robustness of the speech recognition sys- tems to acoustic variabilities, particularly those generated by the environment. In our various experiments, we examined speaker variability, channel variability and additive noise. Through our factor analysis-based approach, we demonstrated the possibility of modeling these different types of acoustic variability as an additive component in the cepstral domain. By compensation of this component from the cepstral vectors, we are able to cancel out the harmful effect it has on speech recognition
Dans cette thèse, nous proposons d’utiliser des techniques fondées sur l’analyse factorielle pour la modélisation acoustique pour le traitement automatique de la parole, notamment pour la Reconnaissance Automatique de la parole. Nous nous sommes, dans un premier temps, intéressés à la réduction de l’empreinte mémoire des modèles acoustiques. Notre méthode à base d’analyse factorielle a démontré une capacité de mutualisation des paramètres des modèles acoustiques, tout en maintenant des performances similaires à celles des modèles de base. La modélisation proposée nous conduit à décomposer l’ensemble des paramètres des modèles acoustiques en sous-ensembles de paramètres indépendants, ce qui permet une grande flexibilité pour d’éventuelles adaptations (locuteurs, genre, nouvelles tâches).Dans les modélisations actuelles, un état d’un Modèle de Markov Caché (MMC) est représenté par un mélange de Gaussiennes (GMM : Gaussian Mixture Model). Nous proposons, comme alternative, une représentation vectorielle des états : les fac- teur d’états. Ces facteur d’états nous permettent de mesurer efficacement la similarité entre les états des MMC au moyen d’une distance euclidienne, par exemple. Grâce à cette représenation vectorielle, nous proposons une méthode simple et efficace pour la construction de modèles acoustiques avec des états partagés. Cette procédure s’avère encore plus efficace dans le cas de langues peu ou très peu dotées en ressouces et enconnaissances linguistiques. Enfin, nos efforts se sont portés sur la robustesse des systèmes de reconnaissance de la parole face aux variabilités acoustiques, et plus particulièrement celles générées par l’environnement. Nous nous sommes intéressés, dans nos différentes expérimentations, à la variabilité locuteur, à la variabilité canal et au bruit additif. Grâce à notre approche s’appuyant sur l’analyse factorielle, nous avons démontré la possibilité de modéliser ces différents types de variabilité acoustique nuisible comme une composante additive dans le domaine cepstral. Nous soustrayons cette composante des vecteurs cepstraux pour annuler son effet pénalisant pour la reconnaissance de la parole
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