HMM-Based Handwritten Symbol Recognition using On-line and Off-line Features

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HMM基本原理及其在语音识别中的应用

HMM基本原理及其在语音识别中的应用

序列 O (o1, o2, o3 L oT ) ,求观察序列最可能是由怎样的状
态序列 Q (q1, q2, q3 L qT ) 产生的,即寻找
s1, s2, s3 ArgMaxP(s1, s2, s3 L | o1, o2, o3 L )
根据贝叶斯公示以及马尔科夫假设以及独立输出原则 可以得到:
(3)学习问题:对于给定的观察序列
O (o1, o2, o3 L oT ) ,调整参数 ,使得观察值出现的概率 P(O / ) 最大。
2 三类问题的基本解法 2.1 评价问题
给定 和状态转换序列 Q (q1, q2, q3 L qT ) 产生观察
序列 O (o1, o2, o3 L oT ) 的概率为
函数,则 M maxg(1), g(1)
而 g(1) 1 2b c , g(1) 1 2b c ,
上面的连乘关系就变成了加法,寻求最大概率的问题就变成
了寻找最短路径的问题。下面介绍维特比算法:
max t (i)
P(q1q2 L qt1, qt si|o1, o2 ,L ot,)
q1 ,q2 ,L qt1
对于给定的模型 与观察序列 o1, o2, o3 L ot ,满足在时
刻 t 处于状态 si 下使概率最大的状态序列为 q1, q2, q3 L qt ,
对基于 HMM 的语音识别步骤进行总结。
关键词:语音识别;HMM 模型;评价问题;解码问题;学习问题;语音识别步骤
中图分类号:TN912.34
文献标识码:A
文章编号:1671-5861(2015)21-0133-02
语音识别是指听话者猜出说话者要表达的意思,即把说 话者所说的话逐句转换成文本,并根据语音中所含要求作出 正确的应答。可类比通讯系统,根据接收端接收到的信号去 分析、理解、还原发送端传送过来的信息,从这个角度来看, 语音识别也就成了通讯中的解码问题。

一文搞懂HMM(隐马尔可夫模型)

一文搞懂HMM(隐马尔可夫模型)

⼀⽂搞懂HMM(隐马尔可夫模型)什么是熵(Entropy)简单来说,熵是表⽰物质系统状态的⼀种度量,⽤它⽼表征系统的⽆序程度。

熵越⼤,系统越⽆序,意味着系统结构和运动的不确定和⽆规则;反之,,熵越⼩,系统越有序,意味着具有确定和有规则的运动状态。

熵的中⽂意思是热量被温度除的商。

负熵是物质系统有序化,组织化,复杂化状态的⼀种度量。

熵最早来原于物理学. 德国物理学家鲁道夫·克劳修斯⾸次提出熵的概念,⽤来表⽰任何⼀种能量在空间中分布的均匀程度,能量分布得越均匀,熵就越⼤。

1. ⼀滴墨⽔滴在清⽔中,部成了⼀杯淡蓝⾊溶液2. 热⽔晾在空⽓中,热量会传到空⽓中,最后使得温度⼀致更多的⼀些⽣活中的例⼦:1. 熵⼒的⼀个例⼦是⽿机线,我们将⽿机线整理好放进⼝袋,下次再拿出来已经乱了。

让⽿机线乱掉的看不见的“⼒”就是熵⼒,⽿机线喜欢变成更混乱。

2. 熵⼒另⼀个具体的例⼦是弹性⼒。

⼀根弹簧的⼒,就是熵⼒。

胡克定律其实也是⼀种熵⼒的表现。

3. 万有引⼒也是熵⼒的⼀种(热烈讨论的话题)。

4. 浑⽔澄清[1]于是从微观看,熵就表现了这个系统所处状态的不确定性程度。

⾹农,描述⼀个信息系统的时候就借⽤了熵的概念,这⾥熵表⽰的是这个信息系统的平均信息量(平均不确定程度)。

最⼤熵模型我们在投资时常常讲不要把所有的鸡蛋放在⼀个篮⼦⾥,这样可以降低风险。

在信息处理中,这个原理同样适⽤。

在数学上,这个原理称为最⼤熵原理(the maximum entropy principle)。

让我们看⼀个拼⾳转汉字的简单的例⼦。

假如输⼊的拼⾳是"wang-xiao-bo",利⽤语⾔模型,根据有限的上下⽂(⽐如前两个词),我们能给出两个最常见的名字“王⼩波”和“王晓波 ”。

⾄于要唯⼀确定是哪个名字就难了,即使利⽤较长的上下⽂也做不到。

当然,我们知道如果通篇⽂章是介绍⽂学的,作家王⼩波的可能性就较⼤;⽽在讨论两岸关系时,台湾学者王晓波的可能性会较⼤。

基于HMM的短语翻译对抽取方法

基于HMM的短语翻译对抽取方法

基于HMM 的短语翻译对抽取方法∗左云存 宗成庆中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室 北京 100080E-mail: {yczuo, cqzong}@摘 要:在基于语料库的统计翻译方法中,基于短语的统计翻译与基于单个词的统计翻译相比可以更好地处理句中词语之间的关系,从而有效地提高机器翻译系统的性能。

在基于短语的统计翻译方法中,一种重要的策略是把短语翻译对作为一种知识加入到翻译系统中,因此,整个系统的性能与使用的短语翻译对的质量具有很大的关系。

本文在基于HMM 词对齐方法的基础上,提出了一种从双语语料中自动抽取短语翻译对的方法,这种方法根据词语对齐时出现的不同情况作不同的处理,提高了短语翻译对抽取的效果。

关键词:HMM ;词对齐;短语翻译对;机器翻译Phrase Translation Extraction Based on HMMZuo Yuncun, Zong ChengqingNational Laboratory of Pattern Recognition, Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080E-mail: {yczuo, cqzong}@Abstract: In corpus-based statistical machine translation methods, phrase-based models are effective in improving translation quality as they can deal with the relationship between words in sentences better than word-based models. One approach of phrase-based translation incorporates phrase translations as knowledge sources into systems, and the systems’ performance greatly depends on the quality of phrase knowledge. In this paper, we describe a new approach of phrase translation extraction based on HMM-based word alignment method. The experiment result proved that this approach is effective in phrase translation extraction from bilingual corpus.Keywords: HMM, word alignment, phrase translation extraction, machine translation1 前言机器翻译的任务是把源语言句子(1...I s s s = )翻译成目标语言句子()。

隐马尔可夫模型算法及其在语音识别中的应用

隐马尔可夫模型算法及其在语音识别中的应用

隐马尔可夫模型算法及其在语音识别中的应用隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)算法是一种经典的统计模型,常被用于对序列数据的建模与分析。

目前,在语音识别、生物信息学、自然语言处理等领域中,HMM算法已经得到广泛的应用。

本文将阐述HMM算法的基本原理及其在语音识别中的应用。

一、HMM算法的基本原理1.概率有限状态自动机HMM算法是一种概率有限状态自动机(Probabilistic Finite State Automata,PFSA)。

PFSA是一种用于描述随机序列的有限状态自动机,在描述序列数据的时候可以考虑序列的概率分布。

PFSA主要包括以下几个部分:(1)一个有限状态的集合S={s_1,s_2,…,s_N},其中s_i表示第i个状态。

(2)一个有限的输出字母表A={a_1,a_2,…,a_K},其中a_i表示第i个输出字母。

(3)一个大小为N×N的转移概率矩阵Ψ={ψ_ij},其中ψ_ij表示在状态s_i的前提下,转移到状态s_j的概率。

(4)一个大小为N×K的输出概率矩阵Φ={φ_ik},其中φ_ik 表示在状态s_i的前提下,输出字母a_k的概率。

2. 隐藏状态在HMM中,序列的具体生成过程是由一个隐藏状态序列和一个观测序列组成的。

隐藏状态是指对于每个观测值而言,在每个时刻都存在一个对应的隐藏状态,但这个隐藏状态对于观测者来说是不可见的。

这就是所谓的“隐藏”状态。

隐藏状态和观测序列中的每个观测值都有一定的概率联系。

3. HMM模型在HMM模型中,隐藏状态和可观察到的输出状态是联合的,且它们都服从马尔可夫过程。

根据不同的模型,HMM模型可以划分为左-右模型、符合模型、环模型等。

其中最常见的是左-右模型。

在这种模型中,隐藏状态之间存在着马尔可夫链的转移。

在任何隐藏状态上,当前状态接下来可以转移到最多两个状态:向右移动一格或不变。

4. HMM的三个问题在HMM模型中,有三个基本问题:概率计算问题、状态路径问题和参数训练问题。

基于隐马尔可夫模型的机器翻译研究

基于隐马尔可夫模型的机器翻译研究

基于隐马尔可夫模型的机器翻译研究机器翻译是一项依赖于计算机技术的研究,旨在将一种自然语言(源语言)转换成另一种自然语言(目标语言)。

随着人工智能技术的日益发展,机器翻译技术不断完善,其应用领域也越来越广。

与传统的基于规则和统计分析的机器翻译方法相比,基于隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)的机器翻译方法在语音识别、自然语言处理等领域具有广泛的应用前景。

一、HMM的基本原理HMM是一种基于概率模型的非监督学习算法,是统计机器学习中的经典算法之一。

它被广泛应用于语音识别、文本分类、自然语言处理等领域。

HMM模型由初始概率分布、状态转移概率矩阵、状态观测概率矩阵三部分组成。

假设一个序列的每一个元素到底处于哪一个状态是未知的,仅知道每个状态发射对应观测值的概率。

HMM的目标是根据观测序列,推断出最有可能的隐含状态序列。

这个过程被称为解码。

二、HMM在机器翻译中的应用随着人们生活方式的改变和经济全球化的发展,人们在跨文化交流和国际贸易中越来越需要进行语言翻译。

机器翻译技术的发展不断推动着这项工作的进步。

基于HMM的机器翻译使用的是隐含语言模型,它能够学习源语言和目标语言之间的映射关系,从而实现准确、高速的机器翻译。

HMM作为一种基本的语音识别算法,最早被应用于机器翻译中的语音翻译问题。

由于语音翻译涉及到多个层面的信息,包括声音、语法、词法和语义等方面,所以使用HMM将声学模型和语言模型进行结合,可以有效地提高翻译的准确性。

三、HMM机器翻译技术的优缺点基于HMM的机器翻译技术,虽然能够有效地提高翻译的准确性,但也存在一些不足之处。

比如说,HMM是一种传统方法,它对于长句和复杂句子的处理效果并不好。

此外,HMM模型需要存储大量的概率矩阵,计算速度相对较慢,同时需要大量的训练数据。

不过,尽管存在这些缺点,基于HMM的机器翻译技术仍然具有其独特的优点。

HMM能够精确地识别语音,在音信号处理方面有着广泛的应用。

隐马尔科夫模型

隐马尔科夫模型

前向算法过程演示
i=N i=N-1 i=5 i=4 i=3 i=2 i=1 t=1 t=2 t=3 t=4 t=5 t=6 t=7 t=T-1 t=T
2i=N-1 i=5 i=4 i=3 i=2 i=1 t=1 t=2 t=3 t=4 t=5 t=6 t=7 t=T-1 t=T
前向算法过程演示
i=N i=N-1 i=5 i=4 i=3 i=2 i=1 t=1 t=2 t=3 t=4 t=5 t=6 t=7 t=T-1 t=T
前向算法过程演示
i=N i=N-1 i=5 i=4 i=3 i=2 i=1 t=1 t=2 t=3 t=4 t=5 t=6 t=7 t=T-1 t=T
前向算法过程演示
i=N i=N-1 i=5 i=4 i=3 i=2 i=1 t=1 t=2 t=3 t=4 t=5 t=6 t=7 t=T-1 t=T
前向算法过程演示
i=N i=N-1 i=5 i=4 i=3 i=2 i=1 t=1 t=2 t=3 t=4 t=5 t=6 t=7 t=T-1 t=T
前向算法过程演示
i=N i=N-1 i=5 i=4 i=3 i=2 i=1 t=1 t=2 t=3 t=4 t=5 t=6 t=7 t=T-1 t=T
前向算法过程演示
i=N i=N-1 i=5 i=4 i=3 i=2 i=1 t=1 t=2 t=3 t=4 t=5 t=6 t=7 t=T-1 t=T
i=N i=N-1 i=5 i=4 i=3 i=2 i=1 t=1 t=2 t=3 t=4 t=5 t=6 t=7 t=T-1 t=T
α(t,i)
前向算法过程演示
i=N i=N-1 i=5 i=4 i=3 i=2 i=1 t=1 t=2 t=3 t=4 t=5 t=6 t=7 t=T-1 t=T

【外文翻译】基于组合特征提取的手势识别

【外文翻译】基于组合特征提取的手势识别

原文:Hand Gesture Recognition Based on Combined Features Extraction基于组合特征提取技术的手势识别摘要:手势在视觉交流上是一个热门的研究领域,主要用于手语识别和人机交互的目的。

在本论文中,我们提出了一个通过使用隐马尔可夫模型(HMM模型)能够实时从彩色图像的序列中识别字母字符(A-Z)和数字(0-9)的系统。

我们的系统有三个主要阶段:自动分割和手势区域的预处理、特征提取和分类。

在自动分割和手势区域的预处理阶段,通过使用均值漂移算法和卡尔曼滤波,颜色和3D深度图是用来探测手将出现的轨迹。

在特征提取阶段,笛卡尔系统的使用让我们得到三维组合特征的位置、方向和速度。

然后,K-均值聚类采用隐马尔可夫模型。

最后阶段所谓的分类,Baum - Welch算法是用来做一个完整的隐马尔可夫模型参数训练。

通过使用左-右手型与Viterbi算法结合的方法字母和数字的手势被识别。

实验表明我们的系统能成功识别手势的概率是98.33%。

关键字:手势识别,计算机视觉,图像处理,模式识别1.前言从手势运动和手势位置得到的手语识别是一个用于人机交互的热门研究领域。

一个手势是时空格局,这可能是静态或动态或两者。

静态的手被称为姿势,而动态的手称作手势。

手势解释的目的是推动人机交互从而使人机交互性能接近人际交往。

这是由于手势跟踪存在的复杂性,如手的外观,光照变化,跨手闭塞。

这些问题损害了跟踪算法的性能和效率。

在过去的十年中,几种方法在先进的手势交互的应用前景[1][2][3][4][5]已经被提出来了,但这些差异在他们的模型中又都不相同。

这些模型是神经网络[1],隐马尔可夫模型[2]与模糊系统[5]。

Liu and Lovell介绍了一种基于Camshift实时算法和复合恒定加速度卡尔曼滤波算法的实时手势跟踪系统。

而Nobuhiko 等人用HSV颜色空间来追踪非复杂背景下的手和脸,那里的重叠的手和脸通过先前的手和脸模板匹配能较好地分离开。

HMM隐马尔可夫模型在自然语言处理中的应用

HMM隐马尔可夫模型在自然语言处理中的应用

HMM隐马尔可夫模型在自然语言处理中的应用隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)是自然语言处理中常用的一种概率统计模型,它广泛应用于语音识别、文本分类、机器翻译等领域。

本文将从HMM的基本原理、应用场景和实现方法三个方面,探讨HMM在自然语言处理中的应用。

一、HMM的基本原理HMM是一种二元组( $λ=(A,B)$),其中$A$是状态转移矩阵,$B$是观测概率矩阵。

在HMM中,状态具有时序关系,每个时刻处于某一状态,所取得的观测值与状态相关。

具体来说,可以用以下参数描述HMM模型:- 隐藏状态集合$S={s_1,s_2,...,s_N}$:表示模型所有可能的状态。

- 观测符号集合$V={v_1,v_2,...,v_M}$:表示模型所有可能的观测符号。

- 初始状态分布$\pi={\pi (i)}$:表示最初处于各个状态的概率集合。

- 状态转移矩阵$A={a_{ij}}$:表示从$i$状态转移到$j$状态的概率矩阵。

- 观测概率矩阵$B={b_j(k)}$:表示处于$j$状态时,观测到$k$符号的概率。

HMM的主要任务是在给定观测符号序列下,求出最有可能的对应状态序列。

这个任务可以通过HMM的三种基本问题求解。

- 状态序列概率问题:已知模型参数和观测符号序列,求得该观测符号序列下各个状态序列的概率。

- 观测符号序列概率问题:已知模型参数和状态序列,求得该状态序列下观测符号序列的概率。

- 状态序列预测问题:已知模型参数和观测符号序列,求得使得观测符号序列概率最大的对应状态序列。

二、HMM的应用场景1. 语音识别语音识别是指将语音信号转化成文字的过程,它是自然语言处理的关键技术之一。

HMM在语音识别领域具有广泛应用,主要用于建立声学模型和语言模型。

其中,声学模型描述语音信号的产生模型,是从语音输入信号中提取特征的模型,而语言模型描述语言的组织方式,是指给定一个句子的前提下,下一个字或单词出现的可能性。

基于HMM的手写汉字识别技术

基于HMM的手写汉字识别技术

基于HMM的手写汉字识别技术近年来,随着人工智能技术的迅猛发展,基于HMM的手写汉字识别技术引起了广泛的关注和研究。

HMM,即隐含马尔可夫模型,是一种基于概率的机器学习方法,可用于识别手写汉字等文字信息。

下面,本文将从技术原理、应用场景以及发展前景等方面,对于基于HMM的手写汉字识别技术做一些介绍和分析。

一、技术原理隐含马尔可夫模型是一种用于描述状态序列的概率模型。

其基本思想是,一个系统的状态可以通过一定的概率分布转移,从而产生一个具有相应状态的观测序列。

在手写汉字识别中,我们可以将每一个汉字看作一个系统,每一个笔画看作一个状态,而每一个笔画所组成的笔画序列则是我们要识别的观测序列。

因此,我们可以利用HMM模型来对于不同的汉字进行识别。

具体而言,在HMM模型中,我们有三个基本问题:模型参数估计、序列给定条件下的概率计算以及最佳状态序列计算。

其中,模型参数估计是通过已知的观测序列来确定HMM模型中的参数,而序列给定条件下的概率计算是通过已知模型中的参数,来计算给定的观测序列出现的概率。

最佳状态序列计算则是在已知模型和观测序列下,求出最可能的状态序列。

二、应用场景基于HMM的手写汉字识别技术,具有广泛的应用场景。

首先,它可以被用于识别手写汉字,提高书写效率。

比如,在检验阅卷时,可以将考试答卷的手写文字进行自动化识别,从而提高工作效率和减少人力成本。

其次,它也可以被应用于语音识别、自然语言处理等领域中。

因为汉字与语音、语言等领域存在着紧密的联系,而这些领域的相关技术也需要对汉字进行自动化处理和分析。

因此,基于HMM的手写汉字识别技术,在这些领域中具有重要的应用前景。

三、发展前景在未来,随着人工智能技术不断的深入发展,基于HMM的手写汉字识别技术也将得到进一步的提升和应用。

首先,随着硬件设备的升级,比如云计算、GPU等设备的普及,将使得基于HMM的手写汉字识别技术在计算速度和计算精度上得到更好的提升。

其次,由于手写汉字具有一定的模糊性和差异性,因此必须对技术进行进一步的优化和改进。

HMM(隐马尔可夫模型)及其应用

HMM(隐马尔可夫模型)及其应用

HMM(隐马尔可夫模型)及其应用摘要:隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)作为一种统计分析模型,创立于20世纪70年代。

80年代得到了传播和发展,成为信号处理的一个重要方向,现已成功地用于语音识别,行为识别,文字识别以及故障诊断等领域。

本文先是简要介绍了HMM的由来和概念,之后重点介绍了3个隐马尔科夫模型的核心问题。

关键词:HMM,三个核心问题HMM的由来1870年,俄国有机化学家Vladimir V. Markovnikov第一次提出马尔可夫模型。

马尔可夫在分析俄国文学家普希金的名著《叶夫盖尼•奥涅金》的文字的过程中,提出了后来被称为马尔可夫框架的思想。

而Baum及其同事则提出了隐马尔可夫模型,这一思想后来在语音识别领域得到了异常成功的应用。

同时,隐马尔可夫模型在“统计语言学习”以及“序列符号识别”(比如DNA序列)等领域也得到了应用。

人们还把隐马尔可夫模型扩展到二维领域,用于光学字符识别。

而其中的解码算法则是由Viterbi和他的同事们发展起来的。

马尔可夫性和马尔可夫链1. 马尔可夫性如果一个过程的“将来”仅依赖“现在”而不依赖“过去”,则此过程具有马尔可夫性,或称此过程为马尔可夫过程。

马尔可夫性可用如下式子形象地表示:X(t+1)=f(X(t))2. 马尔可夫链时间和状态都离散的马尔可夫过程称为马尔可夫链。

记作{Xn=X(n), n=0,1,2,…}这是在时间集T1={0,1,2,…}上对离散状态的过程相继观察的结果。

链的状态空间记作I={a1, a2,…}, ai ∈R.条件概率Pij(m, m+n)=P{ Xm+n = aj | Xm = aj }为马氏链在时刻m处于状态ai条件下,在时刻m+n转移到状态aj的转移概率。

3. 转移概率矩阵如下图所示,这是一个转移概率矩阵的例子。

由于链在时刻m从任何一个状态ai出发,到另一时刻m+n,必然转移到a1,a2…,诸状态中的某一个,所以有当与m无关时,称马尔可夫链为齐次马尔可夫链,通常说的马尔可夫链都是指齐次马尔可夫链。

毕业设计(论文)-利用HMM技术实现基于文本相关的语音识别设计

毕业设计(论文)-利用HMM技术实现基于文本相关的语音识别设计

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书(毕业论文)题目:利用HMM技术实现基于文本相关的语音识别学生姓名:学号:专业:电子信息工程班级:信息2003-4班指导教师:摘要语音识别作为一个交叉学科,具有深远的研究价值。

语音识别和语音合成技术已经成为现代技术发展的一个标志,也是现代计算机技术研究和发展的一个重要领域。

虽然语音识别技术已经取得了一些成就,也有部分产品面世,但是,大多数语音识别系统仍局限于实验室,远没有达到实用化要求。

制约实用化的根本原因可以归为两类,识别精度和系统复杂度。

HMM是一种用参数表示的用于描述随机过程统计特性的概率模型,它是由马尔可夫链演变来的,所以它是基于参数模型的统计识别方法。

它是一个双重随机过程——具有一定状态数的隐马尔可夫链和显示随机函数集,每个函数都与链中一个状态相关联。

“隐”的过程通过显示过程所产生的观察符号序列来表示,这就是隐马尔可夫模型。

本文主要介绍了语音识别的预处理,隐马尔可夫模型(Hidden Markov Models,HMM)和语音识别的基础理论和发展方向。

对数字0~9的识别进行了详细的Matlab 语言实现。

关键词:HMM;文本相关;语音识别AbstractAs an interdisciplinary field, speech recognition is theoretically very valued .Speech recognition has become one of the important research fields and a mark of the development of science. Although speech technology has got some achievements, most speech recognition systems are still limited in lab and would have problems if migrated from lab which are much far from practicality. The ultimate reasons for restricting practicality can be classified to two kinds, one is precision for recognition and the other is complexity of the system.HMM is one kind expresses with the parameter uses in the description stochastic process statistical property probabilistic model, it is may the husband chain evolve by Mar, therefore it based on parameter model statistics recognition method. It is a dual stochastic process – has the certain condition number to hide type Markov to be possible the husband chain and the demonstration stochastic function collection, each function all a condition is connected with the chain in. Hidden Markov process the observation mark sequence which produces through the demonstration process to indicate that, this is hides type Markov to be possible the husband model.This article mainly introduced the speech recognition pretreatment, hides Mar to be possible the husband model (Hidden Markov Models, HMM) and the speech recognition basic theory and the development direction. Has carried on the detailed Matlab language realization to the number 0~9 recognitions.Key word: HMM; Text Correlation; Speech recognition目录摘要 (I)ABSTRACT ........................................................................................................................ I I 第一章绪论.. (1)1.1 背景、目的和意义 (1)1.2 发展历史和国内外现状 (1)1.3 语音识别系统概述 (3)1.3.1语音识别系统构成 (3)1.3.2语音识别的分类 (4)1.3.3 识别方法介绍 (5)第二章语音信号的预处理及特征提取 (8)2.1 语音信号的产生模型 (9)2.2 语音信号的数字化和预处理 (9)2.2.1 语音采样 (10)2.2.2 预加重 (10)2.2.3 语音信号分帧加窗 (11)2.3 端点检测 (13)2.3.1 短时能量 (13)2.3.2 短时平均过零率 (14)2.3.3 端点检测——“双门限”算法 (15)2.4 语音信号特征参数的提取 (16)2.4.1线性预测倒谱系数LPCC (16)2.4.2 Mel倒谱系数MFCC (17)2.4.3 LPCC系数和MFCC系数的比较 (18)第三章隐马尔可夫模型(HMM) (20)3.1 隐马尔可夫模型 (20)3.1.1 隐马尔可夫(HMM)基本思想 (20)3.1.2 语音识别中的HMM (24)3.1.3 隐马尔可夫的三个基本问题[10] (24)3.1.4 HMM的基本算法 (25)3.2 HMM模型的一些问题 (28)3.2.1 HMM溢出问题的解决方法 (28)3.2.2 参数的初始化问题 (29)3.2.3提高HMM描述语音动态特性的能力 (31)3.2.4直接利用状态持续时间分布概率的HMM系统 (31)第四章基于文本相关的语音识别 (33)4.1 引言 (33)4.2 HMM模型的语音实现方案 (33)4.2.1初始模型参数设定 (34)4.2.2 HMM模型状态分布B的估计 (34)4.2.3 多样本训练 (35)4.2.4 识别过程 (36)4.3 仿真过程及系统评估 (37)4.3.1 语音数据的采集及数据库的建立 (37)4.3.2 仿真实验——HMM用于语音识别 (38)4.3.3 Matlab编程实现 (40)4.4系统仿真中的若干问题 (43)总结展望 (44)参考文献 (45)附录 (46)致谢 (54)第一章绪论1.1 背景、目的和意义让计算机能听懂人类的语言,是人类自计算机诞生以来梦寐以求的想法。

基于多重HMM的脱机手写汉字识别

基于多重HMM的脱机手写汉字识别

基于多重HMM的脱机手写汉字识别陈景波;杨浩东;孙斌【摘要】介绍了一种基于多重隐马尔克夫模型(Multiple HMM——MHMM)的手写体汉字识别新方法.该方法首先提取基于区域投影变换形成的边界链码特征,对每个汉字建立4个HMM,通过等比重综合方法将4个分类器的计算结果进行综合,从而得到识别结果.实验结果证明该方法较传统的HMM具有更高的抗干扰能力和更高的识别率.【期刊名称】《常熟理工学院学报》【年(卷),期】2007(021)002【总页数】6页(P85-90)【关键词】隐马尔克夫模型;手写汉字识别;投影变换【作者】陈景波;杨浩东;孙斌【作者单位】常熟理工学院,信息与控制工程系,江苏,常熟,215500;常熟理工学院,信息与控制工程系,江苏,常熟,215500;西北工业大学,电子信息学院,陕西,西安,710072【正文语种】中文【中图分类】TP391.43对于脱机手写字符识别,由于处理的仅是二维的字符点阵图像,而且存在字符类别多、字形结构复杂、手写字符的变形很大等问题,技术还很不成熟,识别效果都不理想或对书写的规范性要求较高。

因此,如何解决上述问题,从而提高脱机手写体字符识别的准确率就成了一个急待解决的问题。

隐形马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)在许多处理序列化动态非平稳随机信号的问题中表现出优越的性能。

Rabiner等人首先将HMM应用于语音识别技术中,并取得了巨大的成功[1];之后Schuster等人将HMM用于序列图像处理,识别手势变换[2];Samaria等人采用HMM用于人脸特征提取和分类识别[3];Kundu等人也利用离散HMM对手写体识别进行了研究[4]。

本文介绍了一种基于多重隐马尔克夫模型(Multiple HMM——MHMM)的手写体汉字识别新方法,即首先提取汉字基于区域投影变换形成的特征,并进行链编码,然后对每个汉字建立4个HMM,通过等比重综合方法将4个分类器的计算结果进行综合,从而得到识别结果,实践证明该方法是可行的。

HMM-based noisy speech recognition

HMM-based noisy speech recognition

专利名称:HMM-based noisy speech recognition发明人:Seo, Hiroshi, c/o PioneerCorporation,Komamura, Mitsuya, c/oPioneer Corporation,Toyama, Soichi, c/oPioneer Corporation申请号:EP01307875.3申请日:20010917公开号:EP1189204A3公开日:20020828专利内容由知识产权出版社提供专利附图:摘要:A multiplicative distortion Hm (cep) is subtracted from a voice HMM 5, amultiplicative distortion Ha (cep) of the uttered voice is subtracted from a noise HMM 6 formed by HMM, and the subtraction results Sm(cep) and {Nm (cep) -Ha (cep) } are combined with each other to thereby form a combined HMM 18 in the cepstrum domain.A cepstrum R^a(cep) obtained by subtracting the multiplicative distortion Ha (cep) from the cepstrum Ra(cep) of the uttered voice is compared with the distribution R^m(cep) of the combined HMM 18 in the cepstrum domain, and the combined HMM with the maximum likelihood is output as the voice recognition result.申请人:Pioneer Corporation地址:4-1 Meguro 1-chome Meguro-ku, Tokyo JP国籍:JP代理机构:Haley, Stephen更多信息请下载全文后查看。

基于隐马尔可夫模型(hmm)的模式识别理论

基于隐马尔可夫模型(hmm)的模式识别理论

基于隐马尔可夫模型(hmm)的模式识别理论报告人:时间:2020年4月21日地点:实验室概述基于隐马尔可夫模型(hmm)的模式识别方法在模式识别中有着广泛的应用。

如语音识别、手写字识别、图想纹理建模与分类。

hmm还被引入移动通信核心技术“多用户的检测”。

近年来,另外在生物信息可学、故障诊断等领域也开始得到应用。

近几年已经已被学者用于人脸识别的研究之中,是今年来涌现出来的优秀人脸识别方法之一。

经过不断改进,尤其是最近的嵌入式隐马尔可夫模型(ehmm)已经在人脸识别方面取得很大的进展,经过实验,识别率较高,有很好的鲁棒性等优点。

隐马尔可夫模型基本理论依据来源于随机过程中马尔可夫过程理论。

马尔可夫及其马尔可夫过程马尔可夫(A. Markov ,1856—1922)俄国数学家. 他开创了一种无后效性随机过程的研究,即在已知当前状态的情况下,过程的未来状态与其过去状态无关,这就是现在大家熟悉的马尔可夫过程.马尔可夫的工作极大的丰富了概率论的内容,促使它成为自然科学和技术直接有关的最重要的数学领域之一.在工程技术方面目前已被广泛用于通信,模式识别方面。

x(t)与马尔可夫过程相关的概念.随机变量与随机过程把随机现象的每个结果对应一个数,这种对应关系称为随机变量.例如某一时间内公共汽车站等车乘客的人数,电话交换台在一定时间内收到的呼叫次数等等,都是随机变量的实例.随机过程随机过程是一连串随机事件动态关系的定量描述.即和“时间”相关的随机变量。

一般记为x(t)。

比如在一天24小时,在每个整点时刻徐州火车站的旅客数量。

马尔可夫过程与马尔可夫链设x(t)是一随机过程,过程在时刻t0+1所处的状态与时刻t0所处的状态相关,而与过程在时刻t0之前的状态无关,这个特性成为无后效性.无后效的随机过程称为马尔可夫过程(MarkovProcess).举例:比如在万恶的旧社会流离失所的百姓在每天的饥饿程度是一个随机过程。

假如他们在t0时刻(今天)的饥饿状态是五分饱,他们在t0+1所(明天)的饥饿状态的概率取决于t0时刻(今天),而和t0时刻(今天)之前(昨天、前天。

隐马尔可夫模型在生物信息学中的应用

隐马尔可夫模型在生物信息学中的应用

隐马尔可夫模型在生物信息学中的应用
隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)是一种生物信息学中经常使用的技术,用于描述由未知状态转移的隐藏状态序列。

它通过关联状态和观察集之间的概率来表示序列,以及模拟数据中存在的不确定性。

HMM 在生物信息学中有多种应用,如分子生物学、遗传学和医学分析等。

在分子生物学中,HMM 被用来预测基因序列的结构,如DNA 序列的蛋白质编码序列的位置。

它也可用于预测基因组的基因家族和功能,特别是非编码RNA的拓扑结构。

HMM 还可以用于基因表达的基因组分析,从而预测相应的转录因子和调控因子的位置。

HMM 还被广泛应用于遗传学,用于预测特定基因突变对生物体表现出来的影响。

它可以检测基因突变,并评估它们各自对状态变化的贡献。

这样可以帮助遗传学家了解基因突变所引起的病理状况,并有效地推断出基因突变可能带来的影响。

此外,HMM 还可以用于诊断和临床治疗结果的预测,以指导临床决策。

医学分析中的 HMM 技术可以检测和预测具有影响的基因变异,以便有效地识别和治疗疾病。

通过 HMM 技术,医生可以快速识别潜在的基因变异并确定治疗策略,从而更好地保护患者的健康。

总之,HMM 技术在生物信息学中有着重要的应用,包括分子生物学和遗传学以及医学分析中的应用。

HMM 允许有效地
检测和预测潜在基因变异和疾病发展,从而帮助科学家和医生更好地保护人类的健康和幸福。

【转】中文分词之HMM模型详解

【转】中文分词之HMM模型详解

【转】中⽂分词之HMM模型详解关于HMM模型的介绍,⽹上的资料已经烂⼤街,但是⼤部分都是在背书背公式,本⽂在此针对HMM模型在中⽂分词中的应⽤,讲讲实现原理。

尽可能的撇开公式,撇开推导。

结合实际开源代码作为例⼦,争取做到雅俗共赏,童叟⽆欺。

没有公式,就没有伤害。

模型介绍第⼀次听说HMM模型是从李开复的博⽂论⽂中听说的:李开复1988年的博⼠论⽂发表了第⼀个基于隐马尔科夫模型(HMM)的语⾳识别系统Sphinx,被《商业周刊》评为1988年美国最重要的科技发明。

出处请见乍⼀听似乎很⽞妙,但是其实很简单。

下⾯是相关参数介绍,也是第⼀眼觉得很抽象,但是慢慢看下去随着具体含义的解释就渐渐清晰。

HMM(Hidden Markov Model): 隐式马尔科夫模型。

HMM模型可以应⽤在很多领域,所以它的模型参数描述⼀般都⽐较抽象,以下篇幅针对HMM的模型参数介绍直接使⽤它在中⽂分词中的实际含义来讲:HMM的典型介绍就是这个模型是⼀个五元组:StatusSet: 状态值集合ObservedSet: 观察值集合TransProbMatrix: 转移概率矩阵EmitProbMatrix: 发射概率矩阵InitStatus: 初始状态分布HMM模型可以⽤来解决三种问题:1. 参数(StatusSet, TransProbMatrix, EmitRobMatrix, InitStatus)已知的情况下,求解观察值序列。

(Forward-backward算法)2. 参数(ObservedSet, TransProbMatrix, EmitRobMatrix, InitStatus)已知的情况下,求解状态值序列。

(viterbi算法)3. 参数(ObservedSet)已知的情况下,求解(TransProbMatrix, EmitRobMatrix, InitStatus)。

(Baum-Welch算法)其中,第三种问题最⽞乎也最不常⽤,第⼆种问题最常⽤,【中⽂分词】,【语⾳识别】, 【新词发现】,【词性标注】都有它的⼀席之地。

基于隐马尔科夫模型的手写体识别技术研究

基于隐马尔科夫模型的手写体识别技术研究

基于隐马尔科夫模型的手写体识别技术研究手写体识别技术是近年来人工智能领域内备受关注的一项技术。

该技术,可以将手写体文字通过计算机识别并转换成电子文字,为人们提供更便捷和高效的文字处理方式,广泛应用于文字识别、图形识别、银行支票识别、身份证识别等领域中。

当前基于隐马尔科夫模型的手写体识别技术已成为该领域内最主流和最前沿的技术之一。

下面从该技术的基本原理、算法流程和应用场景等方面展开论述。

一、基本原理隐马尔科夫模型(HMM)是一种统计模型,其主要用于建立一种让观测序列产生的隐藏状态的模型。

简而言之,就是隐藏状态变量对观测状态发生的影响。

例如,手写体识别模型中的隐藏状态是指书写过程中手写笔迹连续的路径,而观测序列则是指每个时刻书写的笔画。

在手写体识别中,HMM是一种根据笔画轨迹构建的模型。

首先要将笔画轨迹进行归一化处理,然后从中提取出每个时刻的坐标位置信息。

将这些坐标位置信息输入到HMM模型中,进行标注后得到一个笔画轨迹序列。

在进行下一次文字书写时,通过比较模型得到的轨迹序列和当前轨迹,就可以判断其所属的文字类别。

二、算法流程在手写体识别技术中,HMM算法的运算过程,主要分为三个部分,即基于观测序列计算隐状态的前向算法、后向算法和裁剪算法等。

1.前向算法:对于输入的观测序列,通过计算前向概率计算模型,得到当前处理符合该模型的可能性。

其计算公式如下:F(1,i) = pi(i)*B(i,1) (i=1,2,...,N)F(t,i) = [sum(F(t-1,j)*A(j,i))] * B(i,t) (t=2,3,...,T, i=1,2,...,N)其中,F(t,i)表示前t个时刻当前状态为i的概率,pi(i)是初始状态,在时间时刻t时从前一个状态j转移到状态i的概率,B(i,t)表示在状态i下,出现观测值O在t时刻的概率。

在进行计算时,我们需要对观测值序列进行标注,并总结出每个标注的发生概率。

然后通过对这些标注发生概率进行加权,得到符合该HMM模型的概率。

隐马尔可夫模型(hmm)参数迭代与语音识别

隐马尔可夫模型(hmm)参数迭代与语音识别

隐马尔可夫模型(HMM)是一种统计模型,常用于语音识别、自然语言处理等领域。

它主要用来描述隐藏的马尔可夫链,即一种具有未知状态的马尔可夫链。

在语音识别中,HMM被广泛应用于对语音信号进行建模和识别。

下面我将从HMM的基本概念、参数迭代和语音识别应用等方面展开阐述。

1. HMM的基本概念在隐马尔可夫模型中,有三种基本要素:状态、观测值和状态转移概率及观测概率。

状态表示未知的系统状态,它是隐藏的,无法直接观测到。

观测值则是我们可以观测到的数据,比如语音信号中的频谱特征等。

状态转移概率描述了在不同状态之间转移的概率,而观测概率则表示在每个状态下观测到不同观测值的概率分布。

2. HMM参数迭代HMM的参数包括初始状态概率、状态转移概率和观测概率。

在实际应用中,这些参数通常是未知的,需要通过观测数据进行估计。

参数迭代是指通过一定的算法不断更新参数的过程,以使模型更好地拟合观测数据。

常见的参数迭代算法包括Baum-Welch算法和Viterbi算法。

其中,Baum-Welch算法通过最大化似然函数来估计模型的参数,Viterbi算法则用于解码和预测。

3. HMM在语音识别中的应用在语音识别中,HMM被广泛用于建模和识别语音信号。

语音信号被转换成一系列的特征向量,比如MFCC(Mel-Frequency Cepstral Coefficients)特征。

这些特征向量被用来训练HMM模型,学习模型的参数。

在识别阶段,通过Viterbi算法对输入语音进行解码,得到最可能的文本输出。

4. 个人观点和理解从个人角度看,HMM作为一种强大的统计模型,在语音识别领域有着重要的应用。

通过不断迭代参数,HMM能够更好地建模语音信号,提高语音识别的准确性和鲁棒性。

然而,HMM也面临着状态空间爆炸、参数收敛速度慢等问题,需要结合其他模型和算法进行改进和优化。

总结回顾通过本文对隐马尔可夫模型(HMM)的介绍,我们从基本概念、参数迭代和语音识别应用等方面对HMM有了更深入的了解。

保守区域hmm格式

保守区域hmm格式

保守区域hmm格式1.引言1.1 概述概述保守区域隐藏马尔可夫模型(HMM)是一种常用的序列建模方法,广泛应用于语音识别、自然语言处理、生物信息学等领域。

它是基于概率统计的一种方法,用于对具有一定规律的序列数据进行建模和预测。

在保守区域HMM中,我们特别关注的是那些具有保守性质的区域,这些区域在不同的序列中保持相对稳定,从而能够帮助我们更好地理解和分析序列数据。

通过使用保守区域HMM,我们可以对序列数据中的保守区域进行建模,并利用模型进行预测和分析。

在建模过程中,首先需要确定保守区域的定义和边界,在某些领域中,保守性质可能与序列中的一些重要特征相关,比如保守蛋白质结构中的保守氨基酸残基。

然后,我们需要选择一种合适的数学模型来描述保守区域的特性,常用的选择是马尔可夫模型。

在保守区域HMM中,保守区域被认为是隐藏状态,而序列数据则是由这些隐藏状态生成的观测序列。

隐藏状态之间的转移概率和隐藏状态生成观测的发射概率可以通过训练数据来估计。

一旦模型训练完毕,我们就可以使用这个模型来进行序列的预测和分析任务。

保守区域HMM在实际应用中广泛发挥作用。

例如,在生物信息学领域,我们可以利用保守区域HMM来预测蛋白质的结构和功能信息。

在语音识别领域,保守区域HMM被用于建模语音信号中的音素,从而实现语音识别任务。

此外,在自然语言处理领域,保守区域HMM也被应用于词性标注、命名实体识别等任务中。

总之,保守区域HMM是一种强大的序列建模方法,能够帮助我们对具有保守性质的区域进行建模和分析。

通过深入理解保守区域HMM的原理和应用,我们可以更好地应用这一模型解决实际问题,并在相关领域取得更好的研究成果。

在接下来的章节中,我们将介绍保守区域HMM的文章结构以及目的,以帮助读者更好地理解和应用这一模型。

1.2 文章结构文章结构部分主要是为了给读者提供一个整体的框架,使其能够更好地理解和组织文章的内容。

本文分为三个主要部分:引言、正文和结论。

隐马尔科夫模型(HMM).

隐马尔科夫模型(HMM).

隐马尔科夫模型(HMM作者:leivo 来源:博客园发布时间:2010-10-29 00:59 阅读:497 次原文链接[收藏]介绍我们通常都习惯寻找一个事物在一段时间里的变化规律。

在很多领域我们都希望找到这个规律,比如计算机中的指令顺序,句子中的词顺序和语音中的词顺序等等。

一个最适用的例子就是天气的预测。

首先,本文会介绍声称概率模式的系统,用来预测天气的变化然后,我们会分析这样一个系统,我们希望预测的状态是隐藏在表象之后的,并不是我们观察到的现象。

比如,我们会根据观察到的植物海藻的表象来预测天气的状态变化。

最后,我们会利用已经建立的模型解决一些实际的问题,比如根据一些列海藻的观察记录,分析出这几天的天气状态。

Generating Patterns有两种生成模式:确定性的和非确定性的。

确定性的生成模式:就好比日常生活中的红绿灯,我们知道每个灯的变化规律是固定的。

我们可以轻松的根据当前的灯的状态,判断出下一状态。

非确定性的生成模式:比如说天气晴、多云、和雨。

与红绿灯不同,我们不能确定下一时刻的天气状态,但是我们希望能够生成一个模式来得出天气的变化规律。

我们可以简单的假设当前的天气只与以前的天气情况有关,这被称为马尔科夫假设。

虽然这是一个大概的估计,会丢失一些信息。

但是这个方法非常适于分析。

马尔科夫过程就是当前的状态只与前n个状态有关。

这被称作n阶马尔科夫模型。

最简单的模型就当n=1时的一阶模型。

就当前的状态只与前一状态有关。

(这里要注意它和确定性生成模式的区别,这里我们得到的是一个概率模型)。

下图是所有可能的天气转变情况:对于有M个状态的一阶马尔科夫模型,共有M*M个状态转移。

每一个状态转移都有其一定的概率,我们叫做转移概率,所有的转移概率可以用一个矩阵表示。

在整个建模的过程中,我们假设这个转移矩阵是不变的。

该矩阵的意义是:如果昨天是晴,那么今天是晴的概率为0.5,多云的概率是0.25,雨的概率是0.25。

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HMM-BASED HANDWRITTEN SYMBOL RECOGNITION USING ON-LINE AND OFF-LINE FEATURESHans-Jürgen WinklerInstitute for Human-Machine-CommunicationMunich University of TechnologyArcisstr. 21, 80290 Munich, Germanywin@mmk.e-technik.tu-muenchen.deABSTRACTThis paper addresses the problem of recognizing on-line sampled handwritten symbols. Within the proposed symbol recognition system based on Hidden Markov Models differ-ent kinds of feature extraction algorithms are used analysing on-line features as well as off-line features and combining the classification results.By conducting writer-dependent recognition experiments, it is demonstrated that the recognition rates as well as the reli-ability of the results is improved by using the proposed rec-ognition system. Furthermore, by applying handwriting data not representing symbols out of the given alphabet, an in-crease of their rejection rate is obtained.1. INTRODUCTIONThis paper is concerned with the problem of recognizing on-line sampled handwritten symbols, which is one stage within the overall system presented at ICASSP‘95 for un-derstanding handwritten mathematical expressions [1][2]. Based on the soft-decision approach within the symbol seg-mentation and recognition stage of the overall system, next to the recognition rate two additional features are important:•the reliability of the recognition results.•the rejection of handwriting data not representing sym-bols out of the given alphabet.Within the proposed symbol recognition system the classifi-cation is founded on single recognizers analysing different kinds of feature vectors. The obtained single recognizer re-sults are finally combined. The improvements obtained by using the proposed recognition system are demonstrated by writer-dependent experiments.2. SYMBOL RECOGNITION SYSTEM2.1 System overviewOur system is based on the on-line sampled handwritten data. On-line means that the input data is a sequence of strokes captured during writing, each stroke itself is a se-quence of (x,y)-coordinates corresponding to the pen posi-tions. A stroke, in this connection, is the writing from pen down to pen up.Based on the on-line data of each symbol, three different kinds of feature extraction algorithms are used. One of these algorithms is a typical on-line algorithm using the temporal information of the handwriting for generating a sequence of feature vectors {x o}. The remaining two algorithms are off-line algorithms generating sequences of feature vectors {x v} and {x h} extracted by the image of the symbol.Each sequence of feature vectors {x o}, {x v} and {x h} repre-sents the input of a symbol recognizer based on Hidden Markov Models (HMMs). The classification for each HMM is done by computing the maximum …a posteriori“ probabil-ity that a symbol model generates the corresponding se-quence of feature vectors.As illustrated in fig.1, the recognizer results are combined by multiplying their generation probabilities and taking the square root of the result.2.2 PreprocessingPreprocessing is subdivided into the following stages: Figure 1:Overview to the symbol recognition system)•The incoming temporally sequenced data of each strokeare smoothed by lowpass-filtering.•The slant of the handwriting is estimated by detecting the near-vertical parts of each stroke. The correction is done by carrying out a shear.•For size and position normalisation two pairs of (x ,y )-coordinates, namely (x 10,y 10) and (x 90,y 90), are calcu-lated. The thresholds x 10 and x 90 denote the coordinates where 10% of the overall stroke length of the symbol is on the left respectively on the right side of these thresh-olds. The thresholds y 10 and y 90 represents the analo-gous thresholds in the vertical direction.2.3 …On-line“ Feature ExtractionEvaluating the temporal information is the most obvious kind for recognizing on-line sampled handwriting. Remark-able recognition results are concerned with recognizing handwritten characters [3] and words [4].In our system so-called hidden strokes are integrated be-tween each pair of temporal successive strokes within the symbol first. Each hidden stroke represents the pen move-ment from the final pen position of the actual stroke to the starting position of the successive stroke. This insertion is advantageous especially for the letters …i“ and …j“ contain-ing small dots.By using the coordinates (x 10,y 10) calculated during the pre-processing stage position normalisation is carried out, size normalisation is done by means of the second pair (x 90,y 90).Finally, the temporally sequenced strokes and the integrated hidden strokes are resampled at equispaced points along the trajectory retaining the temporal order . This resampling re-sults in an elimination of the velocity in writing the symbol.For each point a feature vector is constructed containing the local position, the sine and cosine value of the angle and the information whether the actual point belongs to a stroke or to an integrated hidden stroke. denotes the angle between the horizontal axis and the vector connecting the previous and the actual point. For the first feature vector the sine and cosine value of is set to zero.2.4 …Off-line“ Feature ExtractionIn comparison with on-line symbol recognition off-line rec-ognition is based on the image of the handwriting contain-ing no temporal information.In our system the image of the handwritten symbol is calcu-lated by interpolating the on-line sampled data. Two se-quences of feature vectors {x v } and {x h } are generated by mapping different grids upon this image. A detailed descrip-tion and an illustration of this procedure is given in [1].x o t ϕϕx o 1ϕ 2.5 HMM-TopologyFor each symbol S a of our alphabet three HMMs , and are generated corresponding to the different feature extraction algorithms.The number of states N , the state transition probabilities and the observation probabilities com-pletely specify each HMM [5].Within our system semicontinuous first order left to right HMMs are used. This means that the state transition proba-bilities are set to zero if j <i or j >i +2. The obser-vation probability for a given feature vector x t at state i is determined by a mixture of Gaussian distributions g k and can be written as:.Furthermore, the first feature vector x 1 out of a sequence {x t } is fixed to the first state s 1, the last feature vector x T to the last state s N respectively.Recognition by means of HMMs (f indicates any of the three feature extraction algorithms or a combination of them) is carried out by calculating the maximum …a posteri-ori“ probability that a symbol model gener-ates the observed sequence of feature vectors {x f }:As illustrated in fig.1, the off-line results are combined by calculating the generation probability.Analogous, the final combination is done by.3. RESULTS AND DISCUSSION3.1 Data SetsWithin the overall system symbols out of a 84-character al-phabet are used. Three of these symbols, namely …Dot“,…Minus“ and …Fraction“, are classified by means of a prere-cognition stage [6]. The remaining 81 symbols containing upper and lower case letters as well as digits, mathematical operators and other special symbols are used for HMM training and the recognition experiments. An illustration is given in fig.2.For each writer (currently nine) the data sampling was per-formed under two different environments: writing single symbols on the one hand and mathematical expressions on the other hand.Within the single sampled data set each writer contributed 50 versions of each symbol within the alphabet. These sym-bols are used as part of the HMM training data set.By means of the system presented in [6], 27 different math-S 1…S A ,,{}λo S a λv S a λh S a P s j |s i ()P x t |s i ()P s j |s i ()P x t |s i ()P x t |s i ()P x t |g k ()P g k |s i ()⋅()k∑=λf S P ({x f }|λf S a )S ˆf argmax [S a=P ({x f }|λf S a )].P ({x w }|λw S a )P ({x v }|λv S a )P ({x h }|λh S a )⋅=P ({x }|λS a )P ({x o }|λo S a )P ({x w }|λw S a )⋅=ematical expressions written up to 10 times by each writer are sampled. A few samples are given in fig.3.Altogether, each writer contributed more than 5000 symbols by writing expressions, each symbol of the alphabet was represented. 60% of these symbols are used for HMM train-ing too, the remaining symbols are applied to the recogni-tion experiments.3.2 Recognition experiments using symbols extractedfrom mathematical expressions The results obtained with applying symbols extracted from mathematical expressions to the recognition system are summarized in tab.1. In order to achieve independency of the symbol distribution within the recognition data set, for each writer averaging is done over the recognition rates for each symbol of the alphabet.Additionally, the average Top-2 recognition rates (the …a posteriori“ probability corresponding to the symbol S a has to be one of the two most probable) are given.By combining the three recognizer results a reduction of the average Top-1 error rate of about 13% in comparison with the best single recognizer is obtained.Caused by the large number of nearly indistinguishable symbols such as …0“, …o“ and …O“ or …x“ and …X“ of the al-phabet, a further improvement without using any contextual knowledge is not realistic. More than 80% of the final rec-ognition errors are based on such confusions. This is indi-cated by the results achieved by the Top-2 recognition ex-periments. None of the three single recognizer is able to handle this problem, therefore the combination also fails in distinguishing these symbols.Figure 2:Handwritten symbols of the alphabet used forthe recognition experiments, written by …wh“Figure 3:Handwritten expressions taken from the data set P ({x f }|λf S a )As shown in tab.1, the recognition rate is weak decreasing for some writers by combining the single recognizer results,which is also based on the mix-up of these symbols.3.3 Experiments concerning the reliability of the recog-nition results Using the results obtained by the symbol recognition system for further processing such as recognizing handwritten ex-pressions [1] or words [4] using contextual knowledge, next to the Top-n recognition results the reliability of the results is important for reducing the perplexity of the following tasks. By using the reliability we want to determine how confident the recognizer system is in classifying the sym-bols.By applying the feature sequence generated by thei -th handwritten version of the symbol to the recognizer and analysing the generation probabilities obtained by the HMMs or their combination, a measurement for the reliabil-ity R of this classification result can be calculated by using the cost function C presented in [7][8]:,By distinguishing between correct and wrong classification results achieving independency from the Top-1 recognition rates, two reliabilities R c and R w are calculated by using . Based on the feature extraction algorithms and their combination, the average results of the reliability calcula-tion is given in tab.2.Additionally, the theoretical maximum values for R c and R w are given too.mathematical expressions{x f }S a iS a R 1C –1A---1I --(1e γd a i ⋅–)+1–i ∑⋅a ∑⋅==d a i [P ({x f }S a i |λf S a )]log [max[log –P ({x f }S a i |λfS r )]].S r S a≠=γ1=Comparing the results based on the final combination with any other of the given results, it is realized that the reliabil-ity R c calculated by the correct classification results as well as R w is always the highest. Therefore, the classification is more unequivocal if the result is correct and, if the result is wrong, the confusion error between the correct result and the classification result is minimized.By calculating the reliability R without distinguishing be-tween wrong and correct classification results, the improve-ment of the final combination will additionally increase caused by the higher recognition rate.3.4 Experiments concerning the rejection of handwrit-ing data not representing a symbol In the preceding experiments handwriting data representing symbols S a out of the alphabet are used for demonstrating the performance of the proposed symbol rec-ognition system.Within the overall system data not representing symbols of a handwritten expression are also applied to the symbol rec-ognition system. This is caused by the soft-decision ap-proach within the symbol segmentation stage [6]. There-fore, the symbol recognizer has to reject these data by a poor generation probability in relation to the generation probabil-ity obtained by applying the symbols S a out of the alphabet [1].The writer-independent soft-decision segmentation results in a symbol hypotheses net composed of the elements:•S e containing the strokes belonging to a symbol used within the handwritten expression. These symbols are identical to the data set used within the preceding exper-iments.•S s containing a subgroup of strokes belonging to a sym-bol S e .•S m containing strokes of two or more symbols.In order to achieve independency of the number N (S e ,s ,m ) of these elements, writer-independent thresholds T s and T m are calculated maximizing the rejection rates J s and J m :.Based on the three feature extraction algorithms and theircombination, the optimized rejection rates J s and J m are given in tab.3 concluding two different results.c w nition experiments analogous to tab.1S 1…S A ,,{}J s m ,12--N S s m ,|(max[S a P x f {}S s m ,|λf S a ()]T s m ,)<()N S s m ,()⁄()+=12--N S e |(max[S a P x f {}S e |λf S a ()]T s m ,)≥()N S e ()⁄()At first, the rejection rates J s and J m are increasing by com-bining the generation probabilities of the single recognizers.This is based on the combination by multiplication, just one poor generation probability of any single recognizer results in a significant devaluation of the final generation probabil-ity.Furthermore, the rejection rate J s is quite low caused by the fact that in many cases the elements S s are symbols S a of the alphabet even if they are not symbols S e within the expres-sion. For example, the letter …B“ given in fig.2 consists of the letter …I“ and the digit …3“. Their devaluation has to be based on geometrical features [6].4. REFERENCES[1]M. Koschinski, H.-J. Winkler, M. Lang,Segmentation and Recognition of Symbols within Handwritten Mathematical Expressions , ICASSP 1995 V ol.4,pp.2439-2442, 1995.[2]H.-J. Winkler, H. Fahrner, M. Lang,A Soft-Decision Approach for Structural Analysis of Handwritten Mathematical Expressions , ICASSP 1995 V ol.4,pp.2459-2462, 1995.[3]K. S. Nathan, J. R. Bellegarda, D. Nahamoo, E. J. Bel-legarda,On-line Handwriting Recognition using Con-tinuous Parameter Hidden Markov Models , ICASSP 1993 V ol.5, pp. 121-124, 1993.[4]E. J. Bellegarda, J. R. Bellegarda, D. Nahamoo, K. S.Nathan,A Discrete Parameter HMM Approach to On-line Handwriting Recognition , ICASSP 1995 V ol.4,pp. 2631-2634, 1995.[5]L. R. 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