T E L KO M N I KA  T e lec om m u n icat ion ,   Com p u t i n g,   E lec t r on ics   an d   Cont r ol   Vol.   18 ,   No.   4 ,  Augus t   2020 ,   pp.   2193 ~ 2204   I S S N:  1693 - 6930,   a c c r e dit e d  F ir s t  G r a de   by  Ke me nr is tekdikti ,   De c r e e   No:   21/E /KP T /2018   DO I :  10. 12928/ T E L KO M NI KA . v18i4. 14215     2193       Jou r n al  h omepage :  ht tp: // jour nal. uad . ac . id/ index . php/T E L K OM N I K A   A r ab ic   d ig its sp e e c h   r e c ogn iti on  an d  sp e a k e r  i d e n t ific at io n   in   n oi sy e n vi r o n m e n t  u si n g a  h y b r id   m od e l  of  V Q an d  GM M       Abd e lk b ir   Ou is aad an e 1 ,   S aid   S af i 2 ,  M il ou d   F r ik e l 3     1,   2 D ep ar t men t   o f  Mat h emat i cs   an d   Co m p u t er  Sci e n ce,   Po l y d i s c i p l i n ary   Facu l t y ,     Su l t a n   Mo u l a y   Sl i ma n e  U n i v ers i t y ,   Mo ro cc o   3 E N SICA E N   Sch o o l ,   L A C  L ab o ra t o r y   Caen - N o rman d i e   U n i v ers i t y ,   Fran ce       Ar t icle   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e ived  S e p  26 ,  2019   R e vis e d  F e b  24 ,  2020   Ac c e pted  Apr   20 ,  2020       T h i s   p a p er  p re s en t s   a n   au t o ma t i c  s p ea k er  i d en t i f i cat i o n   a n d   s p eech   rec o g n i t i o n   fo r  A rab i c  d i g i t s   i n   n o i s y   en v i r o n me n t .   In   t h i s   w o rk ,   t h e  p r o p o s e d   s y s t em     i s   ab l e  t o   i d e n t i fy   t h e  s p eak er  aft er  s av i n g   h i s   v o i ce  i n   t h e  d at ab a s e  an d   ad d i n g   n o i s e.   T h e  me l   freq u en c y   ce p s t ral   c o effi ci e n t s   (MFCC)   i s   t h e   b e s t   a p p r o ach   u s e d   i n   b u i l d i n g   a  p ro g ram  i n   t h e  Mat l ab   p l at f o rm;   a l s o ,   t h e  q u an t i za t i o n     i s   u s e d   f o r   g e n e r a t i n g   t h e   c o d e b o o k s .   T h e   G a u s s i a n   m i x t u r e   m o d e l l i n g   ( G M M )   a l g o r i t h m s   a r e   u s e d   t o   g e n e r a t e   t e m p l a t e ,   f e a t u r e - m a t c h i n g   p u r p o s e .   I n   t h i s   p a p e r ,   w e   h a v e   p r o p o s e d   a   s y s t e m   b a s e d   o n   M F C C - G M M   a n d   M F C C - V Q   a p p r o a c h e s   o n   t h e   o n e   h a n d   a n d   b y   u s i n g   t h e   h y b r i d   a p p r o a c h   MFCC - VQ - G M M   o n   t h e   o t h e r   h an d   fo r  s p eak er  mo d el i n g .   T h e  w h i t e  G au s s i an   n o i s e  i s   ad d e d   t o   t h e  cl ean   s p eec h   at   s e v eral   s i g n a l - to - n o i s e  ra t i o   (SN R)  l e v el s   t o   t e s t   t h e  s y s t em   i n   a  n o i s y   en v i ro n men t .   T h e  p r o p o s e d   s y s t em  g i v es   g o o d   res u l t s   i n   reco g n i t i o n   rat e.   K e y w o r d s :   Ar a bic  digi ts   GM M   M F C C     S NR   VQ   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l e  u n d e r   t h e  CC  B Y - SA   l i ce n s e .     C or r e s pon din g  A u th or :   Abde lkbi r   Ouis a a da ne ,     De pa r tm e nt  of   M a thema ti c s   a nd  C omput e r   S c ienc e ,   P olydi s c ipl inar y  F a c ult y ,   S ult a n  M oulay  S li mane   Unive r s it y ,   M or oc c o .   E mail:   Abde lkbi r . wis s @gmail. c om       1.   I NT RODU C T I ON   Automatic  s pe e c h  r e c ognit ion  ( ASR )   is   a n   im por ta nt  topi c   of   s pe e c h  pr oc e s s ing.   ASR   is   a   tec hnology   that  a ll ows   a n   e lec tr onic   platf o r m   s uc h  a s   a   s mar tp hone   or   a   c omput e r   to   identif y   s poke n   wor ds   by   hu mans   [ 1] .   S pe e c h  is   a   powe r f u l   a nd  na tu r a l  tool   f or   c omm u nica ti on.   F or   thi s ,   the   s pe e c h  r e c ognit ion   s ys tem  make s     the  int e r a c ti on   be twe e n  a   hu man  a nd   a   mac hine   mor e   f lui d  a nd   s im pler   [ 2] .   I n   r e c e nt   ye a r s ,   the   r e s e a r c he r s   ha ve   de ve loped  mor e   im por tant  r e s e a r c h  in  biom e tr ic  s e c ur it y  tec hnology  with  s pe a ke r   r e c ogni ti on   to  make   the  c omm unica ti on  be twe e n  humans   a nd  mac hines   to  be   mor e   na tur a l   [ 3] .   T he   s pe a ke r   r e c ognit ion  s y s tem  c a n   be   c las s if ied  int o  identif ica ti on   a nd  ve r if ica ti on   ( r e c ognit ion ) .   S pe a ke r   identif ica ti on   is   the   pr oc e s s   of   a utom a ti c a ll y  r e c ognizing   who   i s   s pe a king   ba s e d  o n  indi vidual   in f or mation   include d   in   s pe e c h  wa ve s .   S pe a ke r   ve r if ica ti on,   on  the  o ther   ha nd ,   is   the   pr oc e s s   of   a c c e pti ng  or   r e jec ti ng  the   identit y  c laim   of   a   s pe a ke r .     T his   tec hnique  make s   the  s pe a ke r   ve r if y  thei r   ident it y  a nd  c ontr ol   s uc h   a s   s e c ur it y  c ontr ol,   tele phone   s hopping,   a c c e s s   s e r vice s   to  the  voice   mail,   da taba s e   a c c e s s   s e r vice s   a nd  r e mot e   a c c e s s   to  c omput e r s   [ 4] .   An  ASR   s ys tem  invol ve s   two   pha s e s :  the  t r a ini ng   pha s e   a nd  the  tes ti ng   pha s e .   At   the  tr a ini ng   pha s e ,   the  pa r a mete r s   of   the  c las s if ica ti on  model  a r e   e s ti mate d  us ing  a   lar ge   number   o f   tr a ini ng   da ta.   T he   e xtr a c ti on  of   f e a tur e s   is   done   f r o m  a ll   s pe e c h  s ignals   us ing  va r ious   f e a tur e   e xtr a c ti on   tec hniques   s uc h  a s   M F C C ,   L P C ,   L DA ,   R AST A,   e tc  [ 1,   3 ,   5] .   T he s e   f e a tur e s   a r e   in  the  f or m  of   ve c tor s   is   s tor e d  in  r e f e r e nc e   models ,   in  p a r ti c ular ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l ,  Vol.   18 ,   No .   4 ,  Augus t  2020 :    2193  -   2204   2194   the  a c ous ti c   model,   whic h  is   us e d  to  c ha r a c ter ize   that  wor d  us ing  the  c las s if ica ti on  a lgor it hm  in   th e   tes ti ng   pha s e   [ 5] .     T he   mos t   tec hnique  us e d   f or   s pe e c h  f e a tur e s   c o mpr is e s   the  M e l - f r e que nc y  c e p s tr a l   c oe f f icie nts   ( M F C C ) ,   pe r c e ptual  li ne a r   p r e diction  ( P L P )   a n d  the  li ne a r   p r e dictive  c oding  ( L P C )   c oe f f icie nts .   [ 6] .     T he   M F C C s   a r e   the  be s t  known,   f or   that   r e a s on  w e   us e   it   in  thi s   pa pe r .  T he   M F C C s   a r e   the  be s t  kno wn,   they  a r e   les s   s us c e pti ble  to  s pe a ke r - de pe nde nt  va r iations   a nd  ther e f or e   we   us e   it   in  th is   s tudy.   [ 7 ] .   M a ny  matc hing   tec hniques   a r e   us e d  in  s p e e c h  a nd  s p e a ke r   r e c ognit ion,   s uc h  a s   dyna mi c   ti me  wa r ping  ( DT W ) ,   hidden   M a r kov   model s   ( HM M )   that  a r e   ve r y  f r e que ntl y  us e d  in   s pe e c h  r e c ognit ion  [ 8,   9] ,   a r ti f icia l  ne ur a l   ne twor k   ( AN N) ,   ga us s ian  mi xtur e   model  ( GM M )   a nd  ve c tor   qu a nti z a ti on  ( VQ )   a r e   ge ne r a ti ve   models   us e d  f or   c r e a ti ng    a   s pe a ke r   model .  T he   Ga us s ian  mi xtu r e   model   is   wide ly  us e d  in  s pe a ke r   identi f ica ti on  modeling   s ys tem  [ 10] .   I n  thi s   pa pe r ,   the  VQ   method  is   e mpl oye d  a nd  it   wil l  be   c ompar e d  with  the  GM M   model.   T he   e mpl oye d  method  ha s   c ha r a c ter ize d  by  it s   e a s ies t  im pleme ntation  a nd  it s   highes t  a c c ur a c y.   F or   ve c tor   qua nti z a ti on   ( V Q)   t he   L B G   ( L inde,   B uz o,   a nd  G r a y)   a lgo r it hm  a nd   the  k - mea ns   a lgor it hm  a r e   the  mos t  f a mi li a r   a lgor it hms   [ 11 - 13] .     I n  voice   a ppli c a ti ons ,   s pe e c h  is   da mage d   due   to   i nter f e r e nc e   with   ba c kgr ound   nois e .   C ons e que ntl y,   we   c a nnot  know  whe ther   the   s ignal  c ontains   v a li d   inf or mation   or   not  th r ough  di r e c t  obs e r va ti on   [ 14 ] .   I n  thi s   pa pe r ,   the   pe r f o r manc e   of   a   s pe a ke r   identif ica ti on  s ys tem  pr e s e nted  f o r   the   c lea n  s pe e c h  ha s   be e n  f ur ther   inves ti ga ted  he r e   by  a dding   nois e   in  pa r t icula r   a ddi ti ve   white  Ga us s ian  nois e   ( AW GN )   to   the  c lea n  ‘ s pe a ke r s ’   utt e r a nc e s   in  the  tr a ini ng   a nd  tes ti ng  pha s e   [ 15 ,   16 ] .   M uc h  wor k s   is   done   in  s pe e c h  p r oc e s s ing  f or   many  langua ge s   in  s pe a ke r   s ys tem  indepe nde nt,   a utom a ti c   s pe e c h  r e c ognit ion  f or   a n  is olate d  wor d  or   c onti nuous   s pe e c h  s uc h  a s   [ 17 - 19] ,   e tc.   E xis ti n g  s pe e c h   r e c ognit ion  s ys tems   a r e   wor king   we ll   f o r   E ur o pe a n  langua ge s   li ke   E ngli s h   [ 20 - 24] .   T he   r e s e a r c he s   f or     the  Ar a bic  langua ge   s pe e c h  r e c ognit ion   is   s ti ll   we a k,   e s pe c ially  the  c onti nuous   s pe e c h  r e c ognit ion   i n  a   nois y   e nvir onment  [ 25 - 29] .   H owe ve r ,   a ll   a ppli c a ti ons   i n  s pe e c h  r e c ognit ion   a r e   mos tl y   a va il a ble  in   E ng li s h,   li ke     the  wor ks   pr e s e nted  in  [ 30 - 34] .   De s pit e   Ar a bic  be ing  the  f our th  mos t  wide ly  s poke n  langua ge   of   th e   wor ld,   whic h  is   why  our   r e s e a r c h  wa s   f oc us e d  on   Ar a bic  s pe e c h  r e c ognit i on  in  nois y  e nvi r onments   a nd  be c a us e   it   is   the  f ir s t  wo r k  us ing  the   methods   that  we   mentioned  e a r li e r .   T he   Ar a bic  langua ge   is   the  f our th   lar ge s t  langua ge   s poke n  by  ne a r ly   1. 6   bil li on   M us li ms   na ti ve   s pe a ke r s ,   thi s   langua ge   s poke n  by  the  major it y   of   the  pe ople  in   the  M iddl e   E a s t  a nd  Nor th   Af r ica ;  note  that   Ar a bic  ha s   many  di f f e r e nt   diale c ts .   T his   is   s ome  li t t le  wor k   in  A r a bic  s pe a ke r   a nd  s pe e c h  r e c ognit ion   [ 35 - 38] .   W e   pr e s e nted  in  T a ble  1  a   L it e r a tur e   r e view   f or   s pe e c h  r e c ognit ion  r e s e a r c h  us ing  M F C C ,   GM M   a nd  VQ   tec hniques   r e ga r ding  Ar a bic  or   other   langua ge s .   −   B a c kgr ound :  s pe e c h  r e c ognit ion  wi th  s pe a ke r   ident if ica ti on  s ys tems   ha ve   wide ly   e xtens ive  a ppli e d   f iel ds .   M a ny  wor ks   ha d   pe r f o r med  in  thi s   a r e a   us ing  mu lt ipl e   tec hniques .   M F C C ,   HM M ,   GM M   a nd  VQ   a r e     the  mos t  pr omi ne nt   methods .   −   Obje c ti ve s :   T he   a im   of   thi s   pa pe r   is   to  e xe c ute  a   s mall - s c a le  Ar a bic  digi t’ s   s pe e c h  r e c ognit ion  s y s te m  in   a   nois y  e nvir onment  ba s e d  on  M F C C   in  f e a tur e s   e xtr a c ti on  a nd  hybr id  GM M - VQ   f or   f e a tur e s   t r a in ing  a nd  c las s if ica ti on.   T his   s ys tem  c a n  r e c ognize   a nd  r e s pond  to  digi ts '  s pe e c h  input s   a nd  c om pa r e     a n  unknown  s pe a ke r ' s   s pe e c h  a ga ins t  a   da taba s e   of   N  known  s pe a ke r s .   T he   be s t  matc h  is   r e tu r ne d  a s     the  identif ied  s pe a ke r   a nd  the  digi t   is   s poke n.   −   T he   pr oblem :   T he   A r a bic  langua ge   is   a mong  the  mos t  s poke n  langua ge s   in  the  wor ld  with   a r ound  300   mi ll ion  na ti ve   s pe a ke r s .   How e ve r ,   c ompar e d   to  o th e r   langua ge s ,   the   r e s e a r c h  is   s ti ll   poo r   in   Ar a bic   s pe e c h  r e c ognit ion,   e s pe c ially  in  a   nois y  e nvir onment .   T he   pr e s e nc e   of   ba c kgr ound  nois e ,   a s   we ll   a s   the  diver s it y  of   A r a bic  diale c ts ,   a r e   c ons ider e d  c ha ll e nge s   f or   A r a b ic  s pe e c h  r e c ognit ion .   S tudyi ng   M or oc c a n  A r a bic,   whic h   is   ve r y  dif fi c ult ,   whic h   is   e ve n  c ha ll e ngin g  in  the  or thog r a phic  r ules ,   the  mul ti ple  a c c e nts   a nd  voc a bular y  a c c or ding  to  the   r e gions   of   M or oc c o.   −   T he   pr opos e d  s olut ion :  T o   c ontr ibut e   to  de ve lopi ng  Ar a bic   s pe e c h  r e c ognit ion   s ys tems ,   we   buil t  t wo  s ys tems   in  one .   T he   f ir s t  f or   s pe a ke r   identi f ica ti on   a nd  the   s e c ond  f or   A r a bic  s poke n  d igi ts   with   AW GN   ba c kgr ound  nois e .   W he r e f or e ,   we   pr opos e   the  hy br id  GM M - VQ   model  a long  with  M F C C   a s   a   f e a tur e   e xtr a c ti on  tec hnique.   He r e   VQ   wa s   us e d  f o r   tr a ini ng  da ta   a nd  f or   s pe a ke r   identi f ica ti on   then  the  G M M   f or   r e c ognit ion .   T he   e f f ica c y  of   the  p r opos e d  meth od  is   obs e r ve d  while  pe r f or mi ng  di f f e r e nt  e xpe r i m e nts   a nd  c ompar e d  to  e a r li e r   wor k .     T he   da taba s e   f or   thi s   wor k   ha s   be e n  buil t   us ing  100   male   a nd  f e male   s pe a ke r s ,   the  voc a bular y  c ons is ts   of   10   wor ds   r e pr e s e nti ng  the  Ar a bic   s poke n  digi t s   f r om   0   to   9.   M F C C   tec hnique   ha s   be e n  us e d  t o  e xtr a c t    the  f e a tur e s   a nd  GM M ,   VQ ,   GM M - VQ   models   ha ve   be e n  us e d   f or   r e c ognit ion.   T he   s ys tem  is   tes ted   by  us ing  tes t  da ta  s poke n  by  15  s pe a ke r s   a nd  a c hieve s   a n   ove r a ll   wor d - a c c ur a c y  of   98. 33 %   in  c lea n  c ondit i on  us ing   GM M + VQ .     T he   r e s t   of   thi s   pa pe r   is   or ga nize d  a s   f oll ows :   I n   s e c ti on  2,   we   c lar if y   the   s ys tem  a r c hit e c tur e   in   mor e   de pth.   T he   e xpe r im e ntal  r e s ult s   a r e   pr e s e nted  in   s e c ti on  3  f oll owe d   by  dis c us s ion  in   s e c ti on  4.   F inally,     we   indi c a te  the  c onc lus ion  a nd  f u tur e   wor k   in   s e c ti on  5 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l         A r abic  digi ts   s pe e c h  r e c ognit ion  and  s pe ak e r   identif ication  in …     ( A bde lkbir   Ouis aadane )   2195   T ab l e  1 .   Su mmary   t ab l e  o f  l i mi t ed   l i t era t u r e  rev i e w   o n   s p eech   reco g n i t i o n   s t u d i e s   d o n e  i n   A rab i c  an d   o t h er  l a n g u ag e s   A ut hor   L a ngua ge   Y e a r   F e a tu r e  e xt r a c ti on   M e th od     R e c ognt io n r a te  ( % )   G io r gi o B ia ge tt i  e t  a l .   [ 4]     E ngl is h  T im it   2017   K a r hune n - L oè ve   tr a ns f or m ( D K L T )   E M ,   G M M   97.70%  ( noi s y c ondi ti ons )   M ohi t  D ua  e t  a l .   [ 5]   H in di     2018   M F C C , G F C C ,  BF CC   H M M - G M M   M F C C  65.25 % ,   G F C C  75.02% ,  B F C C  75.56 %   B ha dr a gi r i  J a ga n M oh a n a nd  R a me s h B a bu N .   [ 7]   E ngl is h   2014   M F C C   D T W   s a ti s f yi ng   T . K . D a s   e t  a l .   [ 8]   E ngl is h    2016   M F C C   V Q , H M M   90%   D . N a ga jy ot hi  a nd    P . S id da ia h  [ 11]   S pe a ke r   voi c e     E ngl is h    2017   M F C C   V Q , L B G   hi gh a c c ur a c y   A r na v G upt a  a nd H a r s hi t  G upt a   [ 12]   S pe a ke r   voi c e     E ngl is h   2013   M F C C   VQ   89%   A nkur  M a ur ya  e t  a l .   [ 13]   H in di   2017   M F C C   V Q , G M M     85.49 %  us in g M F C C   - V Q  94.12  %  us in g M F C C - G M M     V e e na  a nd  M a th e w   [ 14]   E ngl is h  T im it   2015   M F C C   S V M - G M M   95%  i n c le a n, 90%  i n nois y   M us a b A l - K a lt a kc hi   e t  a l .   [ 15]   E ngl is h  T im it   2017   P N C C ,  M F C C   G M M - U B M   95%  i n c le a n,   75.83%  S N R  ( 0 - 30)  dB   S . B . D honde  a nd S . M . J a ga de   [ 17]   E ngl is h  T im it   2016   M F C C   V Q , G M M   98.4 %  w it h M F C C   – VQ     99. 2 %  w it h M F C C - G M M   U . G . P a ti l  e t  a l .   [ 18]   H in di   2 016   M F C C   VQ - G M M   94.31 %   S . K a r pa ga va ll i  e t  a l .   [ 21]   T a mi l   2012   M F C C   H M M   92%   R a f ik  D je mi li  e t  a l .   [ 22]   E ngl is h  I V iE   c or pus   2012   M F C C   G M M ,   M L P ,   VQ,   L V Q   96.4%  w it h G M M ,   M L P ,   VQ     94.6%  w it h L V Q     B id ha n B a r a i  e t  a l  [ 23]   E ngl is h   2017   M F C C , G F C C   V Q /G M M   100%  i n c le a n, 90%  i n nois y   C he n W a ng e t  a l  [ 24]   E ngl is h   2008   M F C C   VQ - G M M   93.1% .   N  H a mm a mi  a nd M  B e dda   [ 25]   A r a bi c     2010   M F C C   VQ  -   M W S T   93.12%   A w a is  M a hmood  e t  a l  [ 26]   A r a bi c   2014   M F C C , M D L F   G M M   96.89%   M  A ls ul a im a n e t  a l  [ 28]   A r a bi c   2016   M F C C , M D L F , a nd  M D L F - MA   G M M   94%   M oha me d K he li f a  e t  a l  [ 29]   A r a bi c    2017   M F C C   H M M   /G M M   B e twe e n 94%  a nd 97%   A z z e d in e   T oua z i  a nd  M oha me d  D e bye c he   [ 35]   A r a bi c   2017   M F C C   H M M   99.89 %   in  c le a n,    95.94%  i n mul ti - c ondi ti on   A ni s s a  I me n A mr ous  e t  a l  [ 38]   A r a bi c     2011   M F C C   H M M   93.91 %   in  c le a n,   32.33%   in   P in k  noi s e  5dB       2.   T HE   S YST E M   AR CHI T E CT UR E   2. 1.       Ar ab ic   d igi t s   s p e e c h   r e c ogn it ion   s ys t e m   T he   f ir s t  ten  Ar a bic  dig it s   a r e   :  “ S if f e r ” ,   “ W a he d” ,   “ I thnani” ,   “ T ha latha ” ,   “ Ar ba a ” ,   “ Kha ms a ” ,   “ S it ta” ,   “ S a ba a ” ,   “ thama nya ”   a nd  “ ti s a a ” . T he   A r a bic  s po ke n  digi ts   would   be   he lp f ul  in  many   a ppli c a ti ons   s uc h  a s   tele phone   dialing  s ys tems ,  ba nking  s ys tems ,   a ir li n e   r e s e r va ti ons ,   e tc.   T he s e   ten  digi ts   a r e   po lys yll a bic  wor ds   e xc e pt  “ z e r o/s if f e r ”   whic h  is   a   monos yll a ble  wor d  a s   s hown  in  T a ble  2.   T he   s yll a bles   in  the  Ar a bic  l a ngua ge   a r e   C V,   C VC ,   a nd  C VC C   inf or mation  the  de c ode r   ne e ds   to  do  it s   job.   V  indi c a tes   a   ( long  or   s hor t)   vo we l  while  C   indi c a tes   a   c ons ona nt.   Ar a bic  utt e r a nc e s   c a n  on l y  s tar t  with   a   c ons ona nt  [ 37] .       T a ble  2 .   Ar a bic  digi ts   D ig it s   A r a bi c  w r it in g   P r onunc ia ti on    S yl la bl e s   N umbe r  of  s yl la bl e s   0     ر ف ص   s e fr   C V C C   1   1   د ح ا و   w a - h e d   CV - C V C   2   2   ني ن ث ا   a a th - n a yn   C V C - C V C   2   3   ةث ث   th a - l a -   th a h   CV - CV - C V C   3   4     ةع ب ر أ   aa r - b aa h   C V C - CV - C V C   3   5   ةس م خ   kh a m - s a h   C V C - C V C   2   6   ةت س   s e t - t a h   C V C - C V C   2   7   ةع ب س   s u b - aa h   C V C - C V C   2   8     ةي ن ا م ث   th a - m a - ny e h   CV - CV - C V C   3   9   ةع س ت   t e s - ah   C V C - C V C   2       2. 2 .   T h e   s ys t e m   ar c h it e c t u r e   Automatic  s pe a ke r   r e c ognit ion  s ys tem  ( ASR )   wa s   de f ined  a s   the  pr oc e s s   of   identif ying   a   s pe a ke r     by  a na lyzing  s pe c tr a l  s ha pe   of   his   voice   s ign a l.   T he   S pe a ke r   r e c ognit ion  a s   il lus tr a ted  in  F igur e   1  r e pr e s e nts   the  pr oc e s s   of   identif ying  a   pe r s on  f r om  h is   voice   a f ter   r e c or ding   it   with   a   mi c r ophone   a n d  c ompa r e s   it   with   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l ,  Vol.   18 ,   No .   4 ,  Augus t  2020 :    2193  -   2204   2196   a nother   s tor e d  a s   tr a ini ng.   T his   block  s ys tem  is   s pli t   in to   two  pha s e s :  the  f i r s t  one   r e pr e s e nts   the  tr a ini ng  pha s e   a nd  the  s e c ond  one   is   tes ti ng.   Dur ing  thes e   two  pha s e s ,   s pe a k e r   identif ica ti on  c ons is ts   of   f our   s te ps :  voice   r e c or ding,   f e a tur e   e xtr a c ti on ,   pa tt e r n   matc hing  a nd   de c is ion  ( r e c ognize d/not   r e c ognize d) .           F igur e   1.   Ge ne r a l  s tr uc tur e   of   s pe e c h  a nd  s pe a ke r   r e c ognit ion  s ys tem       T he   s ys tem  is   s e pa r a ted  int o  two   por ti ons :   s pe a ke r   i de nti f ica ti on   a nd  s poke n  digi t  r e c ognit ion .   W he r e :     -   S poke n  digi t  r e c ognit ion :  to   r e c ognize   the  wo r d  a mong  10  Ar a b   digi ts   wor ds .   -   S pe a ke r   identif ica ti on:  to  r e c ognize   the   s pe a ke r   f or   a   pa r ti c ular   s poke n  wor d.     2. 2 . 1.   T r ain in g   p h as e   T he   s pe a ke r ’ s   r e f e r e nc e   da taba s e   a long  with  the  s pe a ke r   I Ds   a nd  th e ir   a udio  r e c or dings   a r e   s tor e d;  th e   s ys tem   c a n  buil d  a   r e f e r e nc e   model  f or   that  s pe a ke r .   R e ga r ding  in  tr a ini ng  pha s e   f or   s poke n  digi t  r e c ogn it ion,   we   pr e vious ly  r e c or de d  a   da taba s e   a nd  c onve r ti ng   it   int o  a c ous ti c   ve c tor s   us ing   M el - f r e que nc y  c e ps tr um  c oe f f icie nts   ( M F C C ) .     2. 2. 2 .  T e s t in g  p h as e   I n  the   tes ti ng  pha s e ,   the   s ys tem  c he c ks   that  the   s pe a ke r 's   input   s pe e c h  is   s im il a r   a t   that   whic h   is   s tor e d   in  the  r e f e r e nc e .   T he r e f o r e ,   the  s ys tem  c a n  ident if y  the   pe r s on  who  is   s pe a king  a nd  the  d igi t  that  s a ying.     Dur ing  thi s   pha s e ,   450  voice   s a mpl e s   a r e   r e c or de d  by  10  male   voice s   a nd  5  f e male   voice s   c hos e n  f r om  our   da taba s e .   T he s e   c lea n  tes t  da ta  is   then   mi xe d  with   white  Ga us s ian  nois e   ( AW GN )   with  di f f e r e nt   leve l s   of   S NR s   ( 5,   10,   15 ,   20   dB ) .   T he   c ode book  ve c tor s   a r e   de ve lo pe d  us ing  the   pr opos e d  VQ - GM M   a pp r oa c h  f r om   a   s pe c if ic  s pe a ke r 's   voice .   T he n,   they   will   be   c ompar e d  with   the  r e f e r e nc e   models   obtaine d  in  the  tr a ini ng  pha s e .       2. 3 .    Mel - f r e q u e n c y   c e p s t r u m   c oe f f icie n t s   ( M F C C)   M e l - f r e que nc y  c e ps tr um  c oe f f icie nts   ( M F C C )   a r e   popular   f e a tur e s   e xtr a c ted  f r om   s pe e c h  s ignals   f or   us e   in  r e c ognit ion   tas ks .   M F C C s   a r e   ba s e d  on   a   pe r c e ptually  s c a led  f r e que nc y  a xis .   T his   a ls o  a ll ow s   f or   be tt e r   r e pr e s e ntation  of   the  s pe e c h.   T he   f o ll owing  r e latio n  is   us e d  to   c a lcula te  the  M e ls   s c a le  f or   a   given  f r e que nc y     f   ( Hz )   of   s igna l  is   given  by   ( 1) .     ( ) = 2595   10   ( 1 + 700 )               ( 1)     F igur e   2   s hows   the   ge ne r a l   block  diag r a m  f or   e xtr a c ti on  of   M F C C   f e a tur e s   ve c tor s .   T he   ba s ic  f ive  o pe r a ti ons   a r e   c a r r ied   on   s pe e c h  s ignal  t o   ge t   the   c e ps tr a l  c o e f f icie nts . T he   a c ous ti c   f e a tur e s   us e d   in   thi s   e va lu a ti on  a r e   c ompos e d  of   39  pa r a mete r s   with   13  M F C C s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l         A r abic  digi ts   s pe e c h  r e c ognit ion  and  s pe ak e r   identif ication  in …     ( A bde lkbir   Ouis aadane )   2197       F igur e   2 .   De tailed  M F C C   pr oc e s s       2. 4 .   Ve c t or   q u an t izat ion     Ve c tor   Qua nti z a ti on  ( VQ )   is   a   c las s ica l  a nd  the   mo s t  f r e que ntl y   us e d  pa tt e r n - matc hing  tec hnique  [ 2 ] .   We   will   us e   the  VQ   a ppr oa c h,   in   thi s   pa pe r ,   d ue   to   it s   e a s ies t  im pleme ntation   a nd  it s   higher   a c c ur a c y .    T his   tec hnique  c ons is ts   of   e xtr a c ti ng  a   s mall   numb e r   of   r e pr e s e ntative  f e a tur e   ve c tor s   a s   a n  e f f icie nt  mea ns   of   c ha r a c ter izing  the   s pe a ke r - s pe c if ic  f e a tur e s .   T he   t r a ini ng  da ta   f e a tur e s   c r e a ted   by   VQ   method   a r e   c o mbi ne d  to   c r e a te  a   c ode book  f o r   e a c h  s pe a ke r .   I n   the   r e c ogn it ion  pha s e ,   the   s ys tem  c ompar e s   the  di f f e r e nc e   b e twe e n  a   s pe a ke r 's   tes t  da ta  a nd  the  c ode book   of   e a c h  s pe a ke r .   Ac c or dingl y ,   it   c onc ludes   t he   r e c ognit ion   r e s ult   [ 39 - 41] .     F igur e   3   s hows   a n   il lus tr a ti ve   diagr a m   o f   thi s   r e c ognit ion  p r oc e s s .   One   s pe a ke r   c a n  be   dis c r im inate d   a ga ins t  f r om  a nother   ba s e   of   the  loca ti on  of   c e ntr oids .   I n  the  t r a ini ng  pha s e ,   us ing  the  c lus ter ing  L B G     a lgor it hm   [ 42] .   I n   F igu r e   3   we   a r e   li mi ted   to   pr e s e nt  two   s pe a ke r s   a nd   he r   a c ous ti c   ve c tor s .   T he   ye ll o w  c ir c les   r e f e r   to   the  a c ous ti c   ve c tor s   f r om  the   s pe a ke r   1  wh il e   the  blue  c ir c les   a r e   f r om   the  s pe a ke r   2 .   A   s pe a ke r - s pe c if ic  VQ   c ode book  is   ge ne r a ted  f or   e a c h  known  s pe a ke r   by   c lus ter ing  his / he r   tr a ini ng   a c ous ti c   ve c tor s .   T he   r e s ult   c ode wor ds   ( c e ntr oids )   a r e   s hown  in  F igur e   3  by   blac k  c ir c les   f or   s pe a ke r   1  a nd  r e d  c ir c les   f or   s p e a ke r   2.     T he   dis tanc e   f r om  a   ve c tor   to  the  c los e s t  c ode wor d   of   a   c ode book  is   c a ll e d  a   VQ - dis tor ti on.   T he   VQ   d is tor ti on  il lus tr a tes   the  dis tanc e   f r om  the  ne a r e s t  c ode book,   c a lcula ted  in  the  tes ti ng  pha s e   of   s pe a ke r   r e c ognit ion   s ys tem.   T he   ‘ a de qua te’   s pe a ke r   c or r e s ponds   to  mi nim um  VQ   dis tor ti on,   s o  it   is   s e lec ted  a nd  ve r if ied  [ 42] .   W e   us e d     the  L B G  a lgor it hm  to   buil d  a   c ode book  f r o m  a   s e t  of   tr a ini ng   ve c tor   f or   thi s   pur pos e   [ 42 ] .           F igur e   3 .   Ve c tor   qua nti z a ti on   c ode book       2. 5 .   Gau s s ian   m ixt u r e   m od e l   Ga us s ian  mi xtur e   model   ( GM M )   is   one   of   the   non - pa r a metr ic  methods ,   it   is   a   pa r a metr ic  p r oba bil it y   de ns it y  f unc ti on   r e pr e s e nted  a s   a   we ight e d  s um   o f   Ga us s ian  c omponent  de ns it ies . T he r e   is   a   gr e a t   s im il a r it y  be twe e n  Ga us s ian  mi xtur e   model  a nd  Ve c tor   qua nti z a t ion  model  in  ter ms   of   ove r lapping   c lus ter s .  T he   s ymbol   na med  λ   r e pr e s e nts   c oll e c ti ve ly  thes e   pa r a mete r s ;   it   is   given  in   f o r mul a   2 .   E a c h  s pe a ke r   is   r e pr e s e nted  by    a   GM M   a nd  is   r e f e r r e d   to  by   his /her   model   λ .     = { , ̅ , Σ }           = 1 , … ,               ( 2)     whe r e   ̅   is   the  mea n  ve c tor   a nd    the  c ova r ianc e   matr i x  of   the   nor mally   dis tr ibut e d  r a ndom  va r iable   .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l ,  Vol.   18 ,   No .   4 ,  Augus t  2020 :    2193  -   2204   2198   I n  thi s   method,   the   dis tr ibut ion   of   the   f e a tur e   ve c tor   x   is   modele d   c lea r ly   us ing  a   mi xtur e   of   M   Ga us s ian s .   GM M   pa r a mete r s   a r e   e s ti mate d  f r om  tr a ini ng  da ta  us ing  the  it e r a ti ve   e xpe c tation - maximi z a ti on  ( E M )   a lgor i thm .   T he s e   pa r a mete r s   of   GM M   a r e   c omput e d  in  tr a ini ng   pha s e   to  c r e a te  a   s pe a ke r   model.   I n  tes ti ng   pha s e ,   the  s p e a ke r   model  ha ving  highes t  a   pos ter ior i  pr oba bil it y   f or   the  f e a tur e s   o f   a n  unknown  vo ice   is   s e lec ted   a s   identit y  of   that   unknown   s pe a ke r   [ 14 ,   17 ,  43 ,   44 ] .   A   Ga us s ian  mi xtur e   model   is   a   we ight e d   s um  o f   M   c omponent  Ga us s ian  de ns it ies   a s   given  by  the  e qua ti on:      1 ( | ) ( | , ) M i i i i p x w g x  = =               ( 3)     T he   f oll owing  d iagr a m  a s   s hown  in  F igu r e   4  il lus tr a tes   the  GM M   model li ng  pr oc e s s   of   s pe a ke r   da ta.   I t  s hows   the  il lus tr a ti ve   s teps   of   Ga us s ian  mi xtur e   modelli n g  of   s pe a ke r ’ s   da taba s e .           F igur e   4 .   GM M   B lock  diagr a m  o f   S pe a ke r   identif i c a ti on        2. 6.     S ign a l  t o   n ois e   r at io   T he   S ignal  to  Nois e   R a ti o  ( S NR )   is   a   method  to  mea s ur e   the  s ignal  s tr e ngth  r e lative  to  ba c kgr ound   nois e   leve ls .   T he   S NR   is   e xp r e s s e d  by  de c ibels   ( dB )   us ing  thi s   f o r mul a :     10 ( ( )   1 0 ) s p e e c h n o is e P S NR d B log P =               ( 4)     whe r e , () s p e e c h xt P P = ,  () n o i s e n t P P = )   de note  the  powe r   o f   s pe e c h  s ignal  a nd  no is e ,   r e s pe c ti ve ly.   T he   c lea n  s pe e c h  s ignal  x ( t )   is   de gr a de d  by   a ddit ive  s ignal  no is e   n( t)   by:     n( t)   =   aw gn  ( x ,   s nr )                 ( 5)     S o,   the   obs e r ve d  nois y  s pe e c h  y ( t)   c a n  be   e xpr e s s e d  as :     y ( t)   =  x ( t) +  n ( t)                   ( 6)     An  e xa mpl e   of   the   c or r upt ion  of   the  c lea n  s ignal  w it h  a n  a ddit ive  whi te  Ga us s ian  nois e   ( AW GN )   is   gi ve n  in  F igur e   5 .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l         A r abic  digi ts   s pe e c h  r e c ognit ion  and  s pe ak e r   identif ication  in …     ( A bde lkbir   Ouis aadane )   2199       F igur e   5 .   T he   magnitude  s pe c tr um  f or m   of   the  or ig inal  c lea n  a nd    the  nois y  s ignal  of   the  wor d   “ /wa hid/ ”   r e c or de d  in  S NR = 5  dB       3.   E XP E RI M E NT AL   RE S U L T S   3. 1.       Cor p u s   p r e p ar at ion   I n  thi s   pa pe r ,   we   ha ve   c ons ider e d  two   c a tegor i e s   of   a   da taba s e ,   c ontaining   the  no is y  da ta  a nd     c lea n  da ta ;   −   C lea n  da taba s e   W e   ha ve   r e gis ter e d  a   da taba s e   AR B DI GI T S   of   1 00  Ar a b  M or oc c a n  s pe a ke r s   including  male s   a nd  f e male s   ha ve   be e n  buil t  f r om  ‘ s if f e r ’   ( z e r o )   to  ‘ T is a a ’   ( nine)   whic h  a r e   us e d  f or   t r a ini ng  pur pos e.   T he   s pe a ke r   s pe a ks   the  wor d  s e ve r a l  ti mes   is olate d.   T he s e   voice s   ha ve   be e n  r e c or de d  a t  s a mpl ing  f r e que nc ies   8000  Hz .     W e   us e   the  nois e   r e moval  tool   a va il a ble  in  " a uda c it y"   s of twa r e   to  de lete   ba c kgr ound  nois e   f r om  the  or igi na l  r e c or ding  a nd  then   we   ge t  t he   c lea n  da ta.   −   Nois y  da taba s e   F or   the   da ta  that   we   us e   it   in  the   tes ti ng  pha s e ,   the   nois e   is   a dde d   by  the   M AT L AB   f unc ti on   a dding  white  Ga us s ian  nois e   ( AW GN )   to  the  c lea n  da taba s e   AR B DI GI T S   a t  va r ious   leve ls   of   s ignal  to  no is e   r a ti o  ( S NR )   va r ying  f r om  5   dB   to  20  dB .   T he s e   tes ti ng  s a mpl e s   c ons is t  of   10  male   voice s   a nd  5  f e male   voice s   both  a ge d  be twe e n  15  a nd  40  ye a r s .   T he y  r e c or de d  the  f ir s t  ten  Ar a bic  digi ts   r e pe a ted  thr e e   ti mes .   All  the  pr e vious   a na lys is   wa s   made   only  in  one   nois y  c ondit ion   ( S NR s   leve l  f r om   5   dB   int o   20  dB   a nd   AW GN   nois e ) .     T a ble  3   r e por ts   mo r e   tec hnica l  de tails   a bout   AR AD I GI T S   da taba s e   us e d  in  e xpe r im e ntal  e va luation.       T a ble  3 .   I nf o r mation  a nd   c ondit ion  o f   the   AR B DI GI T S   c o r pus   us e d   P r oc e s s   D e s c r ip ti on   P a r ti c ip a nt   100 S pe a ke r s  ( 70 M a le   30 f e ma le s )   E nvi r onme nt   R e ve r be r a nt  a nd t w o c ha nn e ls - s te r e o mode .   W or ds   10 A r a bi c  s poke n D ig it s   T r a in in g S e t   85   S pe a ke r s   T e s ti ng S e t   15 S pe a ke r s     N umbe r  of  c le a n w or ds  s e le c te d   1 0 3 1 0 0 3 0 0 0 =     T ot a l  N umbe r   of  noi s y   w or ds     3 0 0 0 1 4 1 2 0 0 0 =   noi s e  t ype  us e d    A W G N   S N R  l e ve l  us e d   C le a n,5 dB , 10 dB , 15 d B , 20 dB   T ot a l  S iz e  of  D a ta ba s e   1 G B   S a mpl in g F r e que nc y, f s   8000Hz     S of twa r e  us e d f or  mi xi ng    M A T L A B  R 2016 b v   T r ia l        3. 2.     Re s u lt s   F ir s tl y,   the  pe r f o r manc e   of   the  s ys tem  is   e va luate d  by  r e c ognit ion  r a te.   I t  is   c a lcula ted  by:       =            .             × 100         ( 7)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l ,  Vol.   18 ,   No .   4 ,  Augus t  2020 :    2193  -   2204   2200   T he   a ve r a ge   r e c ognit ion   r a tes   obtaine d   f r o m  the   t e n  Ar a b   digi ts   in   c lea n  e nvi r onment   a nd  in   nois y   e nvir onment,   f or   di f f e r e nt   S NR   va lues ,   a r e   r e pr e s e nted  in  T a ble  4   a nd  e f f icie nc y  c ha r t  is   s hown  in   F igur e   6   r e s pe c ti ve ly.   F r om  the  r e s ult s   s hown  in  T a ble  4 ,   w e   c a n  c onc lude  that  the  e f f e c t  of   the  nois e   is   not  im por tant  if   the  S NR   is   s upe r ior   to  20dB ,   in  thi s   c a s e   we   obt a in  a ppr oxim a tely  the  s a me  ‘ a ve r a ge ’   va lue  of   r e c ognit ion  obtaine d  in   c lea ne d  da ta.   I n   tes ti ng  pha s e   f or   s pe a ke r   identif ica ti on ,   the  s poke n  s a mp les   a r e   r e c or d e d  by  15   s pe a ke r s ;  ( 10  male   s pe a ke r s   a nd  5  f e male   s pe a k e r s )   c hos e n  f r om  our   da taba s e   AR B DI GI T S   of   1 00  Ar a b   M or oc c a n  s pe a ke r s   ( the  s pe e c h  wa ve   is   with   8   K Hz   s a mpl ing  f r e que nc y  us ing   AU DI OR E C OR D  f unc ti on  of   M AT L AB   2016  e nvir onment   in   windows   pl a tf or m  in   64   bit ) .   T he   s a mpl e   c oll e c ti on   pr oc e s s   is   a c c ompl is he d  by  us ing  the  mi c r ophone   to  r e c or d  the   s pe e c h  of   m a le/f e male .   T he   f ir s t  tes ti ng  pha s e ,   in  c lea n  c ondit ion,   a f ter   t his ,   we   ha ve   tes ted  with  a dding  AW GN   nois e   a t   dif f e r e nt   S NR s   leve ls   va lue s   of   5,   10,   15,   20   dB .   N ote  that  the  s pe e c h  s e gment  wa s   de gr a de d  whe n  S NR < 5dB .   T he   pe r c e ntage   r e c ognit ion  o f   a   s pe a ke r   is   given   i n  the   T a ble   5   a nd   the   e f f icie nc y   c ha r t  is   s hown  in   F igur e   7   r e s pe c ti ve ly.   T he   a ve r a ge   o f   15   s pe a ke r ’ s   r e c ognit ion  r a tes   obtaine d  with   tr a ini ng   by  GM M   in  c lea n  e nvir onment  a nd   in   nois y  e nvir onment ,   f or   di f f e r e n t  S NR   va lues   a r e   r e pr e s e nted  in   T a ble   6  a nd   e f f icie nc y  c ha r t   is   s hown  in  F igur e   8   r e s pe c ti ve ly.   T a ble  7   s hows   the  ove r a ll   r e c ognit ion  r a tes   ( % )   f or   the  s pe a ke r   i de nt if ica ti on  s ys tem  us ing  the  c ombi na ti on  of   VQ   a nd  GM M   a l gor it hms   a nd  ba r   c ha r t  plot   is   s hown  in   F igur e   9 .       T a ble  4 .   Ave r a ge   r e c ognit ion   r a te  ( % )   us ing  mf c c + vq   N oi s e  L e ve l  D ig it s   C le a n   5dB   10dB   15dB   20dB   0   82.37   45.17   67.27   79.66   80.33   1   80.11   42.34   65.17   75.11   79.28   2   81.54   44.06   62.66   78.09   80.05   3   79.08   40.47   60.87   75.33   78.00   4   85.52   41.52   68.12   77.18   84.11   5   80.17   38.78   58.34   74.23   80.17   6   84.42   42.10   66.52   76.12   84.42   7   83.67   39.27   62.71   75.25   82.05   8   77.02   38.96   60.33   71.78   77.02   9   86.63   47.03   61.51   79.00   85.28   A ve r a ge   82,05   41,97   63,35   76,17   81,07       T a ble  5 .   S pe a ke r   I de nt if ica ti on  r a te  ( % )   f or   tes ti ng  s pe e c h  in  c lea n  a nd  in  AW GN   nois e   f o r   di f f e r e nt   S NR   M e th ods   #s pe a ke r s   c le a n   5dB   10dB   15dB   20dB   M F C C + V Q   10 ma le s   89.43   62.11   77.27   79.66   85.12   5 f e ma le s   90.66   63.72   75.17   77.26   86.06             F igur e   6.   Ar a b   digi ts   r e c ognit ion   s uc c e s s   r a tes   ( % )   in  c lea n  a nd  in   pr e s e nc e   of   a wgn  nois e     F igur e   7.   S pe a ke r   I de nti f ica ti on   r e s ult   ( % )   in  c lea n   a nd  f or   dif f e r e nt   S NR   va lues       T a ble  6 .   S pe a ke r   I de nt if ica ti on  r a te  ( % )   f or   tes ti ng  s pe e c h  in  c lea n  a nd  in    AW GN   nois e   f or   di f f e r e nt   s nr   us ing  GM M   M e th ods   #s pe a ke r s   c le a n   5dB   10dB   15dB   20dB   M F C C + G M M   10 ma le s   96 . 12   70 . 26   88 . 33   92 . 66   95   5 f e ma le s   94 . 66   70   87 . 67   92 . 33   96 . 33     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l         A r abic  digi ts   s pe e c h  r e c ognit ion  and  s pe ak e r   identif ication  in …     ( A bde lkbir   Ouis aadane )   2201   T a ble  7.   S pe a ke r   I de nt if ica ti on  r a te  ( % )   f or   tes ti ng  s pe e c h  in  c lea n    a nd  with  AW GN   f o r   di f f e r e nt  s nr   us ing  GM M   + VQ     C le a n   5dB   10dB   15dB   20dB   10 M a le   98.33   88.66   90.26   95.12   98   5  f e ma le   97.12   86.33   90.66   94   97             F igur e   8 .   S pe a ke r   I de nti f ica ti on   r e s ult   ( % )   in  c lea n   a nd  a ll   S NR   leve ls   with   AW GN   nois e     us ing  GM M   modeling     F igur e   9 .   S pe a ke r   I de nti f ica ti on   r a te  in   c lea n  a nd  nois e   us ing  GM M   + VQ         T he   r e s ult s   a r e   im pleme nted  unde r   M AT L AB   R 2 016b.   F or   thi s ,   we   ha ve   bui lt   a   GU I   i nter f a c e   a s   il lus tr a ted  in  F igur e   10   to  s im pli f y   the  tes ti ng  pr oc e s s   whe r e   the  s pe a k e r   c a n  be   tes ted  dir e c tl y  by  a   ne w  voice   r e c or ding  or   f r om  tes t  ba s e .   Dur ing  r e c or ding ,   the   us e r   a dds   AW GN   nois e   to  he r \ his   voice   if   he \ s he   de s ir e d  a nd  he \ s he   s e lec ts   the  S NR   leve l.   T his   GU I   e na bles   the  r e c or ding  o r   plot t ing  of   a   s ound  a s   we ll   a s   the  r e c or ding  of   a   ne w  tes t  da ta   a nd  identif ica ti on  of   the  s pe a ke r   I D.           F igur e   1 0 .   GU I   M a in  M AT L AB   s ys tem       4.   DI S CU S S I ONS   I n  thi s   wor k,   f o r   the  e xpe r im e nts   tes ted  with  the  c lea n  da ta  the   maximum   pe r f or manc e   r e c e ived  f or   M F C C + G M M + V Q  is   97. 92% ,   f or   M F C C + GM M   is   95 . 39%   %   a nd  f o r   M F C C + VQ   is   90. 04  % .   Als o,   f or     the  tes ts   with  nois y  da ta,   the  maximum   a c c ur a c y  r e c e ived  f or   M F C C + GM M + VQ   is   92. 50  % ,   f o r   M F C C + GM M   is   86. 57%   a nd  f o r   M F C C + VQ   is   65. 64   % .   I t  is   c l e a r ly  obs e r ve d  that  be tt e r   pe r f or manc e   ha s   be e n  s e e n  whe n  us ing  the  thr e e   tec hniques   togethe r   M F C C + GM M + VQ .   F r om   the  r e s ult s ,   it   is   c lea r ly  f ound  that   the   Ar a bic  digi ts   s pe e c h  r e c ognit ion  s ys tem  a nd   the  s pe a ke r   i de nti f ica ti on  s ys tem  pe r f o r med  we ll   in   both   c lea n  a nd  nois y  e nvir onment  us ing  M F C C   a s   f e a tur e   e xtr a c ti on  a nd  ve c tor   qua nti z a ti on.   F o r   our   pr opos e d  model  of     he   c ombi na ti on  a mong   thr e e   methods   M F C C + GM M + VQ ,   we   obs e r ve d  that  the   a c c ur a c y  of   the  r e s ult s   obtaine d  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l ,  Vol.   18 ,   No .   4 ,  Augus t  2020 :    2193  -   2204   2202   is   high  with   e it he r   c lea n   or   nois y  da ta  c ompar e d   to  the   r e s ult s   obtaine d  by   M F C C + GM M   or   M F C C + VQ   methods . W e   c a n   a ls o   c onc lude  that  the  e f f e c t  of   th e   nois e   is   not   im por tant   if   the  S NR   is   s upe r ior   to   2 0  dB ,   in  thi s   c a s e   we   obtain  a ppr oxim a tely  s a me  ‘ a ve r a ge ’   va lue  of   r e c ognit ion   obtaine d  in   c lea ne d  da ta.     N o te  t ha t   the   s pe a ke r   i de n t if ic a t io n  s ys te m  is   mo r e   pe r f or ma nt   u s i ng   t he   GM M   m e t ho d  c o mp a r e d   t o   VQ   m e th od ,   b u t   wh e n   we   h a ve   us e d   t he   c o mb in a t i on   o f   b ot h   me th ods   ( GM M + VQ )   we   o bt a i n   be t te r   s pe a ke r   i de n ti f ica ti on   r a t e   t ha n   i nd iv id ua l   mo de ls .   A ls o ,   w e   r e ma r k   a n   in c r e a s e   o f   the   i de n t if ic a t io n   r a te   by   1 4%   is   o b ta ine d   whe n   S N R = 1 5   dB   a n d   GM M   a s   m ode l li ng   m e th od ,   bu t   th i s   r a t e   is   r e duc e d   t o   7%   w he n   S NR = 5   d B .     W e  c a n   e xp la in   th e   di f f e r e nc e   be tw e e n   th os e   tw o  pe r c e n ta ge s   in   the   tw o   e x pe r im e n ts   b y  th e   ba c k g r o un d  noi s e   a f f e c t  o n   th e   f e a tu r e   ve c t o r s   a nd   on   t he   a c o us t ic   da ta ,   e s pe c i a ll y   i f   t he   n o is e   in te ns i ty   is   ve r y   s t r on g   t he n   i t   c a n   h id e   d a t a ,   c ons e q ue n t ly   th e   v e r i f ica t io n   is   f a i le d .   T h us ,   the   ve r i f i c a t i on   is   pe r f o r med   o nl y   o n   s ma ll e r   a m ou n t   o f   v a lua b le  d a t a .   As   f or   t he   A r a b ic   s po ke n   d ig it s   s ys te m   us in g   V Q   m e t ho d ,   the   pa r a me te r s   ob ta in e d   a f te r   t r a i n in g   th e   s ys te m  f o r   d ig i t  6  a n d  7   a r e   t oo   c los e   a s   s ho wn   i n   F ig u r e   7 .   T h e r e f o r e ,   i f   th e   di gi t   is   no t  s po ke n  c le a r l y  du r in g  r e c o g ni ti on ,   t he   s ys te m   f a l te r s .   T h e   di gi t   8   g iv e s   th e   lo we s t  a c c ur a c y ,   t he   r e a s on   b e i ng   t he   s p e e c h  s a m pl e   f or   8   ha s   t he   h ig he s t  a mo un t   of   “ u nv oi c e d ”   s p e e c h   s i gn a l .   T he r e f or e ,   i t   is   t r e a ted   a s   u nv oi c e d   s pe e c h   da ta .       5.   CONC L USI ON    I n  thi s   pa pe r ,   we   ha ve   p r e s e nted  a n  a utom a ti c   s ys t e m  a ble  to  r e c ognize   the  s pe a ke r   a s   we ll   a s   s pe e c h   us ing  M F C C ,   VQ   a nd  GM M   tec hnique  f o r   Ar a b   d igi ts   wor ds .   T he   r e s ult   s hows   that  a ve r a ge   a c c ur a c y  f or   the   s ys tem  is   90. 04%   in  c lea n  e nvir on ment  a nd  75 . 86 %   in  nois y  e nvi r onment  f o r   s pe a ke r   identif ica ti on   us ing  VQ   a nd  f or   A r a bic  digi ts   r e c ognit ion   s ys tem  is   82. 05 %   in  c lea n  e nvir on ment  a nd  a ve r a ge   of   65. 64 %   in  nois y  e nvir onments   r e s pe c ti v e ly.   T he   a ve r a ge   f or   s pe a ke r   identif ica ti on  us ing  GM M   is   95. 39%   in  c lea n  e nvir onment  a nd  86. 57%   in  nois y  e nvir onment.   F or   the  a ve r a ge   of   the  c ombi na ti on  ( GM M + VQ )   is   97. 72%   in  c lea n  e nvir onment  a nd  92, 50 %   a dding  AW GN   nois e ,   s o  thi s   c ombi na ti on  gives   be tt e r   identif ica ti on  r a te  than  indi vidual  models .   W e   c a n  im pr ove   the  obtaine d  r e s ult s   if   we   us e   other   methods   s uc h  a s   AN N,   HM M   or   DN N  f or   c las s if ica ti on.   I n   the   f utur e   wor ks ,   we   will   c om pa r e   thi s   method   to   other   methods   in   or de r   to   f ind   a   method   that  c a n  im pr ove   the  r obus tnes s   in  other   types   of   nois e s ,   tes ti ng  us ing  other   tec hniques   a nd   by  in c r e a s ing  voc a bular y  s ize .       AC KNOWL E DGE M E NT S     T he   a uthor s   thank  the  r e view e r s   f or   thei r   s ugge s ti ons   a nd  c or r e c ti ons   to  the  or igi na l  manus c r ipt .     T he   s tate ments   made   he r e in  a r e   s olely   the  r e s pons ibi li ty  of   the  a uthor s .       RE F E RE NC E S     [1 ]   R.   G .   May u r,   D .   K i n n al ,   a n d   S.   B.   N i n a d ,   " Cl as s i fi cat i o n   T ech n i q u e s   fo r  S p eech   Rec o g n i t i o n :   A   Re v i e w , "   In t e r n a t i o n a l   Jo u r n a l   o f   E m er g i n g   Tec h n o l o g y  a n d   A d v a n ce d   E n g i n eer i n g ,   p p .   5 8 - 6 3 ,   2 0 1 5 .   [2 ]   D .   N i k i t a  a n d   Ba d ad a p u re   P.   R . ,  " H i n d i   S p eech   Reco g n i t i o n   Sy s t em  u s i n g   MFCC  a n d   H T K   T o o l k i t , "   IJE S R T   Jo u r n a l ,  v o l .   5 ,   n o .   1 2 ,   p p .   9 0 - 5 ,   2 0 1 6 .   [3 ]   N .   Si n g h ,   A .   A g raw a l ,   an d   R.   A .   K h an ,   " A   Cri t i cal   Rev i ew   o n   A u t o ma t i c  Sp ea k er  Reco g n i t i o n ,"   S ci e n ce  Jo u r n a l   o f   Ci r cu i t s ,   S ys t e m s   a n d   S i g n a l   P r o ce s s i n g ,  v o l .   4 ,   n o .   2 ,   p p .   1 4 - 19 ,   2 0 1 5 .   [4 ]   G .   Bi ag et t i ,   P.   Cri p p a,   L .   Fal a s ch e t t i ,   S.   O rci o n i ,   an d   C.   T u rc h et t i ,   " Sp ea k er  Id e n t i fi ca t i o n   i n   N o i s y   C o n d i t i o n s   U s i n g   Sh o rt   Seq u en ce s   o f  Sp eec h   Frame s ,"   In t e r n a t i o n a l   C o n f e r en ce  o n   In t el l i g en t   D ec i s i o n   Tec h n o l o g i es ,   p p .   4 3 ‑ 5 2 ,   2 0 1 7 .   [5 ]   M.   D u a,   R.   K .   A g g ar w al ,   a n d   M.   B i s w as ,   " Perfo rm a n ce  ev a l u a t i o n   o f  H i n d i   s p eec h   rec o g n i t i o n   s y s t em   u s i n g   o p t i mi zed   fi l t er b an k s ,"   E n g .   S c i .   Tech n o l .   In t .   J. ,   v o l .   2 1 ,   n o .   3 ,   p p .   3 8 9 - 3 9 8 ,   J u n .   2 0 1 8 ,     [6 ]   G .   Sáro s i ,   M.   Mo zs ár y ,   P.   Mi h a j l i k ,   a n d   T .   Feg y ó ,   " Co m p ari s o n   o f  fea t u re  e x t rac t i o n   me t h o d s   fo r  s p eec h   reco g n i t i o n   i n   n o i s e - free  a n d   i n   t raffi c  n o i s e  en v i r o n me n t ,"   2 0 1 1   6 t h   Co n f e r en ce  o n   S p eec h   Tech n o l o g y  a n d   H u m a n - Co m p u t e r   D i a l o g u e  (S p e D ) ,   p p .   1 – 8 ,   2 0 1 1 .   [7 ]   Bh ad ra g i r i   J a g an   M o h a n   a n d   Rame s h   Ba b u   N . ,   " Sp eec h   reco g n i t i o n   u s i n g   MFCC  an d   D T W , "   2 0 1 4   I n t e r n a t i o n a l   Co n f er e n ce  o n   A d v a n ce s   i n   E l ec t r i ca l   E n g i n ee r i n g   (ICA E E ) ,   p p .   1 - 4 ,   2 0 1 4 .   [8 ]   T .   K .   D as   an d   K h a l i d   N ah ar,   " A   V o i ce  Id e n t i fi ca t i o n   Sy s t em  u s i n g   H i d d e n   Mark o v   Mo d e l ,"   In d i a n   Jo u r n a l   o f   S ci e n ce   a n d   Tec h n o l o g y ,  v o l .   9 ,   n o .   4 ,   p p .   1 - 6 ,   2 0 1 6 .   [9 ]   L . R.   Rab i n er,   " A   t u t o r i al   o n   h i d d en   Mark o v   mo d el s   an d   s el ect e d   ap p l i ca t i o n s   i n   s p eec h   reco g n i t i o n ,"   P r o c eed i n g s   IE E E ,   p p .   2 5 7 – 2 8 6 ,   1 9 8 9 .   [1 0 ]   R.   T o g n eri   a n d   D .   P u l l el l a,   " A n   O v erv i ew   o f  Sp ea k er  Id e n t i fi ca t i o n :   A ccu racy   an d   Ro b u s t n es s   Is s u e s ,"   IE E E   Ci r c u i t s   S ys t .   M a g . ,   v o l .   1 1 ,   n o .   2 ,   p p .   2 3 – 6 1 ,   2 0 1 1 .   [1 1 ]   D .   N ag a j y o t h i   a n d   P.   Si d d ai a h ,   " V o i ce  Reco g n i t i o n   Bas ed   o n   V ec t o r  Q u an t i zat i o n   U s i n g   L BG , "   Co m p u t e r   Co m m u n i c a t i o n ,   Net wo r ki n g   a n d   I n t e r n e t   S ecu r i t y:  P r o ceed i n g s   o f   IC 3 T ,   p p .   5 0 3 - 5 1 1 ,  2 0 1 6 .   [1 2 ]   A .   G u p t a  a n d   H .   G u p t a,   " A p p l i cat i o n s   o f  MFCC  an d   V ec t o r  Q u a n t i zat i o n   i n   s p eak er   reco g n i t i o n , "   in  2 0 1 3   In t e r n a t i o n a l   Co n f er e n ce  o n   In t e l l i g e n t   S ys t em s   a n d   S i g n a l   P r o ces s i n g   (I S S P ) ,   p p .   1 7 0 - 1 7 3 ,   2 0 1 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.