Unternehmen generieren große Mengen an Sprachdaten aus Anrufen, Besprechungen und Sprachschnittstellen, aber die manuelle Verarbeitung dieser Daten ist langsam und schwer zu skalieren.
Spracherkennung (auch automatische Spracherkennung oder Speech-to-Text genannt) wandelt gesprochene Sprache in Text um und ermöglicht es Systemen, sprachbasierte Workflows wie Anruftranskription, Sprachassistenten und Zusammenfassungen von Besprechungen zu analysieren und zu automatisieren.
Eine Untersuchung, wie Spracherkennung funktioniert, welche Algorithmen beteiligt sind, ihre Anwendungen in verschiedenen Branchen und Beispiele aus dem echten Leben.
12 Anwendungsfälle für Spracherkennung
Spracherkennung wird in vielen Branchen eingesetzt, um gesprochene Sprache in Text umzuwandeln und sprachbasierte Interaktionen mit Systemen zu ermöglichen. Die folgenden Beispiele zeigen gängige Anwendungsfälle für Spracherkennung in Sektoren wie Kundenservice, Vertrieb, Automobil, Gesundheitswesen und Technologie.
Kundenservice und Support
- Interactive Voice Response (IVR) systems: IVR-Systeme leiten Anrufer automatisch durch die Erkennung gesprochener Anfragen an die entsprechende Abteilung weiter. Sie reduzieren Anrufvolumen und Wartezeiten, indem sie einfache Anfragen mit vorab aufgezeichneten Antworten oder Text-to-Speech-Systemen bearbeiten. Automatic Speech Recognition (ASR) ermöglicht es IVR-Systemen, Kundenanfragen in Echtzeit zu verstehen und darauf zu reagieren.
- Automatisierung des Kundensupports und Chatbots: Spracherkennung ermöglicht sprachbasierte Chatbots und virtuelle Assistenten, um Routineanfragen des Kundenservices zu bearbeiten, wie z. B. das Beantworten von FAQs, die Anleitung zu Fehlerbehebungsschritten und die Unterstützung bei Kontoinformationen.
- Sentimentanalyse und Anrufüberwachung: Sentimentanalyse klassifiziert Gespräche als positiv, negativ oder neutral und hilft Organisationen dabei, die Servicequalität zu überwachen und Kundenbedenken zu identifizieren.
- Mehrsprachiger Support: Spracherkennungsmodelle können so trainiert werden, dass sie mehrere Sprachen erkennen. Wenn sie in Chatbots oder IVR-Systeme integriert sind, können sie die Sprache des Benutzers erkennen und zum entsprechenden Modell wechseln, was Organisationen hilft, internationale Kunden zu bedienen (siehe Abbildung 1).
- Kundenauthentifizierung mit Sprachbiometrie: Sprachbiometrie nutzt Spracherkennungstechnologien, um die Stimme eines Sprechers zu analysieren und Merkmale wie Akzent und Sprechgeschwindigkeit zu extrahieren, um seine Identität zu verifizieren.
Abbildung 1: Bild, das zeigt, wie ein mehrsprachiger Chatbot Wörter in einer anderen Sprache erkennt.
Vertrieb und Marketing
- Virtuelle Verkaufsassistenten: KI-gestützte Verkaufsassistenten interagieren über Sprache mit Kunden und helfen bei der Gestaltung von Kaufentscheidungen. Spracherkennung ermöglicht es diesen Systemen, gesprochene Anfragen zu verstehen und basierend auf der Kundenabsicht zu reagieren.
- Transkriptionsdienste: Spracherkennung wandelt Aufzeichnungen von Verkaufsgesprächen und Besprechungen in schriftliche Transkripte um, was eine einfachere Dokumentation und Analyse ermöglicht.
Automobilindustrie
- Sprachgesteuerte Bedienelemente: Sprachgesteuerte Bedienelemente ermöglichen es Benutzern, Geräte und Anwendungen mit Sprachbefehlen zu bedienen. Fahrer können Funktionen wie Klimaanlage, Telefonanrufe oder Navigationssysteme bedienen.
- Sprachunterstützte Navigation: Sprachunterstützte Navigation bietet Echtzeit-sprachgeführte Anweisungen, indem sie die Spracheingabe des Fahrers für das Ziel nutzt. Fahrer können per Sprachbefehl Echtzeit-Verkehrsinformationen anfordern oder nach nahegelegenen Sehenswürdigkeiten suchen, ohne physische Bedienelemente zu verwenden.
Gesundheitswesen
- Medizinische Transkription: Medizinische Transkription, auch MT genannt, ist der Prozess der Umwandlung von sprachaufgezeichneten medizinischen Berichten in ein schriftliches Textdokument. Die folgenden sind die Hauptphasen des medizinischen Transkriptionsprozesses:
- Aufnahme der Diktate des Arztes.
- Transkription von Sprache in Text unter Verwendung von Spracherkennungssystemen (einige Systeme umfassen auch Sprecher-Diarisierung, um zwischen Sprechern zu unterscheiden).
- Bearbeitung des transkribierten Textes für bessere Genauigkeit und Korrektur von Fehlern nach Bedarf.
- Formatierung des Dokuments gemäß gesetzlichen und medizinischen Anforderungen.
- Virtuelle medizinische Assistenten: Virtuelle medizinische Assistenten (VMAs) nutzen Spracherkennung, natürliche Sprachverarbeitung und maschinelle Lernalgorithmen, um über Sprache oder Text mit Patienten zu kommunizieren. Spracherkennungssoftware ermöglicht es VMAs, auf Sprachbefehle zu reagieren, Informationen aus elektronischen Gesundheitsakten (EHRs) abzurufen und den medizinischen Transkriptionsprozess zu automatisieren.
- Integration elektronischer Gesundheitsakten (EHR): Gesundheitsfachkräfte können Sprachbefehle verwenden, um durch das EHR-System zu navigieren, auf Patientendaten zuzugreifen und Daten in bestimmte Felder einzugeben.
Beispiele für Spracherkennung aus dem echten Leben
Azure Speech
Azure Speech ist ein cloudbasierter KI-Dienst von Microsoft (Teil der Azure AI Foundry-Tools), der es Anwendungen ermöglicht, gesprochene Sprache zu verarbeiten und zu generieren. Es bietet Funktionen wie:
Speech-to-Text (automatische Spracherkennung): Wandelt gesprochene Audioaufnahmen in geschriebenen Text um mit Unterstützung für verschiedene Transkriptionsmodi:
- Echtzeit-Transkription für Streaming-Audio
- Schnelle Transkription für aufgezeichnete Dateien
- Batch-Transkription für große Audiovolumen
Entwickler können auch benutzerdefinierte Spracherkennungsmodelle erstellen, um die Erkennungsgenauigkeit für branchenspezifisches Vokabular oder laute Umgebungen zu verbessern.
Text-to-Speech (Sprachsynthese): Verwandelt geschriebenen Text in natürlich klingendes Audio unter Verwendung neuronaler Stimmen. Entwickler können Stimmmerkmale wie Tonhöhe, Geschwindigkeit und Aussprache mit der Speech Synthesis Markup Language (SSML) steuern.
Azure Speech unterstützt auch benutzerdefinierte neuronale Stimmen und ermöglicht es Organisationen, eine einzigartige Stimme für ihre Anwendungen zu erstellen.
Sprachübersetzung: Bietet Echtzeit-mehrsprachige Sprachübersetzung und ermöglicht Sprach-zu-Sprache- oder Sprach-zu-Text-Übersetzung in verschiedenen Sprachen.
Benutzerdefinierte Spracherkennungsmodelle: Entwickler können benutzerdefinierte Modelle mit eigenen Daten trainieren, um die Erkennung für folgende Bereiche zu verbessern:
- Branchenspezifische Terminologie
- Akzente und Sprechstile
- Lautstärkebedingungen bei Audioaufnahmen
Stimmen-Avatare und Conversational AI: Azure Speech kann synthetische sprechende Avatare generieren und Echtzeit-Sprachinteraktionen ermöglichen, was Conversational AI-Systeme und Sprachagenten unterstützt.
Abbildung 2: Ein Beispiel aus Azure Voice AI Agent, Voice Live.1
Deepgram
Deepgram bietet APIs zur Integration von Sprachfunktionen wie Speech-to-Text-Transkription, Text-to-Speech-Synthese und Sprachintelligenz.2
- Speech-to-Text-Transkription: Wandelt Audio für Echtzeit-Streaming und vorab aufgezeichnete Audioaufnahmen in Text um.
- Text-to-Speech: Generiert natürlich klingende Sprache aus Text für Sprachschnittstellen und Assistenten.
- Sprecher-Diarisierung: Identifiziert und trennt verschiedene Sprecher in einer Audioaufnahme.
- Schlüsselworterkennung und Audio-Intelligenz: Erkennt bestimmte Wörter oder Phrasen und extrahiert Erkenntnisse aus Audiodaten.
- Benutzerdefinierte Spracherkennungsmodelle: Ermöglicht es Organisationen, die Erkennungsgenauigkeit mit branchenspezifischen Daten zu verbessern.
Anwendungsfälle von Deepgram umfassen:
- Kundenservice: Transkribieren und Analysieren von Callcenter-Gesprächen zur Überwachung der Servicequalität und Gewinnung von Erkenntnissen.
- Medien und Rundfunk: Generieren von Untertiteln und Transkripten für Podcasts, Interviews und Live-Streams.
- Gesundheitswesen und Recht: Umwandeln von gesprochener Diktate und Gespräche in schriftliche Dokumentation.
- Business-Analytik: Extrahieren von Schlüsselwörtern, Sentiment und Erkenntnissen aus großen Mengen an Audiodaten.
AssemblyAI
AssemblyAI wird in Callcenter-Analytik eingesetzt, wo Kundensupport-Anrufe transkribiert und analysiert werden, um die Servicequalität zu überwachen und Erkenntnisse zu gewinnen; Transkription von Besprechungen, die Transkripte und Zusammenfassungen virtueller Besprechungen erstellt; und Medientranskription, die Untertitel, Transkripte und durchsuchbare Audio- oder Videoinhalte ermöglicht.
Es wird auch für Content-Moderation verwendet, um unangemessene oder eingeschränkte Sprache in Audio-Streams zu erkennen, und für die Analyse von Sprachdaten, wobei Informationen wie Themen, Entitäten und Sentiment aus großen Mengen aufgezeichneter Gespräche extrahiert werden.3
- Speech-to-Text-Transkription: Wandelt Audio-Streams oder Dateien in Text mit Zeitstempeln, Konfidenzwerten und anderen Metadaten um.
- Echtzeit-Streaming-Transkription: Verarbeitet Live-Audio mit geringer Latenz für Sprachagenten und Echtzeit-Anwendungen.
- Audio-Intelligenz: Extrahiert Erkenntnisse aus Sprache, einschließlich Sprecher-Diarisierung, Sentimentanalyse, Themenerkennung und Entitätserkennung.
- Zusammenfassung und Sprachverständnis: Generiert Zusammenfassungen und strukturierte Ausgaben aus Transkripten, um nachgelagerte Workflows zu unterstützen.
- Content-Moderation und PII-Redaktion: Identifiziert oder entfernt sensible oder unangemessene Inhalte aus Audio.
- Mehrsprachige und Spracherkennungsfunktionen: Unterstützt Transkription in mehreren Sprachen und mit verschiedenen Akzenten.
Google Cloud Speech-to-Text
Google Cloud Speech-to-Text ermöglicht es Entwicklern, die API zu integrieren, um Audiodateien zu transkribieren, Live-Sprachstreams zu verarbeiten und sprachgestützte Funktionen wie Befehle oder Suche zu erstellen.4
- Echtzeit- und Batch-Transkription: Transkribiert sowohl Streaming-Audio als auch vorab aufgezeichnete Dateien.
- Mehrsprachiger Support: Erkennt Sprache in mehr als 100 Sprachen und Varianten.
- Erweiterte Sprach-KI-Modelle: Verwendet die Sprachmodelle von Google (z. B. Chirp 3), die auf großen Audiodatensätzen trainiert wurden, um die Genauigkeit zu verbessern.
- Chirp 3 ist das neueste Sprach-KI-Modell von Google für automatische Spracherkennung (ASR). Es ist ein mehrsprachiges generatives Modell, das entwickelt wurde, um gesprochene Audioaufnahmen mit höherer Genauigkeit und Geschwindigkeit in Text umzuwandeln. Das Modell verbessert die Transkriptionsqualität und unterstützt Funktionen wie Sprecher-Diarisierung (Identifizierung verschiedener Sprecher), automatische Spracherkennung und mehrsprachige Spracherkennung.
- Automatische Zeichensetzung und Sprecherfunktionen: Fügt Transkripten Zeichensetzung hinzu und kann zwischen Sprechern in Aufzeichnungen unterscheiden.
Was ist Spracherkennung?
Spracherkennung, auch bekannt als automatische Spracherkennung (ASR), Speech-to-Text (STT) und computergestützte Spracherkennung, ist eine Technologie, die es einem Computer ermöglicht, gesprochene Sprache zu erkennen und in Text umzuwandeln.
Spracherkennungstechnologie nutzt KI und maschinelle Lernmodelle, um verschiedene Akzente, Dialekte und Sprechmuster genau zu identifizieren und zu transkribieren.
Spracherkennung vs. Stimmerkennung
Spracherkennung wird häufig mit Stimmerkennung verwechselt, doch beziehen sie sich auf unterschiedliche Konzepte. Spracherkennung wandelt gesprochene Wörter in geschriebenen Text um und konzentriert sich auf die Identifizierung der Wörter und Sätze, die von einem Benutzer gesprochen werden, unabhängig von der Identität des Sprechers.
Andererseits befasst sich die Stimmerkennung mit der Erkennung oder Verifizierung der Stimme eines Sprechers und zielt darauf ab, die Identität eines unbekannten Sprechers zu bestimmen, anstatt sich auf das Verständnis des Inhalts der Sprache zu konzentrieren.
Was sind die Merkmale von Spracherkennungssystemen?
Spracherkennungssysteme haben mehrere Komponenten, die zusammenarbeiten, um menschliche Sprache zu verstehen und zu verarbeiten. Wichtige Merkmale effektiver Spracherkennung sind:
Audio-Vorverarbeitung
Nachdem Sie das Roh-Audiosignal von einem Eingabegerät erhalten haben, müssen Sie es vorverarbeiten, um die Qualität der Spracheingabe zu verbessern. Das Hauptziel der Audio-Vorverarbeitung ist es, relevante Sprachdaten zu erfassen, indem unerwünschte Artefakte entfernt und Rauschen reduziert werden.
Merkmalsextraktion
Diese Phase wandelt das vorverarbeitete Audiosignal in eine informativere Darstellung um. Dies macht Roh-Audiodaten für maschinelle Lernmodelle in Spracherkennungssystemen besser handhabbar.
Sprachmodell-Gewichtung
Die Sprachgewichtung gibt bestimmten Wörtern und Phrasen, wie z. B. Produktreferenzen, in Audio- und Sprachsignalen mehr Gewicht. Dies macht diese Schlüsselwörter wahrscheinlicher, in einer nachfolgenden Sprache von Spracherkennungssystemen erkannt zu werden.
Akustische Modellierung
Sie ermöglicht es Spracherkennern, phonetische Einheiten innerhalb eines Sprachsignals zu erfassen und zu unterscheiden. Akustische Modelle werden auf großen Datensätzen trainiert, die Sprachproben von einer Vielzahl von Sprechern mit verschiedenen Akzenten, Sprechstilen und Hintergründen enthalten.
Sprecherkennzeichnung
Sie ermöglicht es Spracherkennungsanwendungen, die Identitäten mehrerer Sprecher in einer Audioaufnahme zu bestimmen. Sie weist jedem Sprecher in einer Audioaufnahme eindeutige Labels zu, wodurch die Identifizierung möglich wird, welcher Sprecher zu einem bestimmten Zeitpunkt gesprochen hat.
Schimpfwortfilterung
Der Prozess des Entfernens von anstößigen, unangemessenen oder expliziten Wörtern oder Phrasen aus Audiodaten.
Was sind die verschiedenen Spracherkennungsalgorithmen?
Spracherkennung verwendet verschiedene Algorithmen und rechnerische Techniken, um gesprochene Sprache in geschriebene Sprache umzuwandeln. Die folgenden sind einige der am häufigsten verwendeten Spracherkennungsmethoden:
Hidden Markov Models (HMMs)
Hidden Markov Model ist ein statistisches Markov-Modell, das häufig in traditionellen Spracherkennungssystemen verwendet wird. HMMs erfassen die Beziehung zwischen den akustischen Merkmalen und modellieren die zeitlichen Dynamiken von Sprachsignalen.
Natural language processing (NLP)
NLP ist ein Teilgebiet der künstlichen Intelligenz, das sich auf die Interaktion zwischen Menschen und Maschinen durch natürliche Sprache konzentriert. Einige der Hauptrollen von NLP in Spracherkennungssystemen:
- Die Wahrscheinlichkeit von Wortsequenzen im erkannten Text schätzen
- Umgangssprachliche Ausdrücke und Abkürzungen in einer gesprochenen Sprache in eine standardisierte geschriebene Form umwandeln
- Phonetische Einheiten, die aus akustischen Modellen stammen, auf ihre entsprechenden Wörter in der Zielsprache abbilden.
Speaker Diarization (SD)
Sprecher-Diarisierung, oder Sprecherkennzeichnung, ist der Prozess der Identifizierung und Zuordnung von Sprachsegmenten zu ihren jeweiligen Sprechern (Abbildung 1). Sie ermöglicht eine sprecherspezifische Stimmerkennung und die Identifizierung von Personen in einem Gespräch.

Abbildung 3: Ein Flussdiagramm, das den Prozess der Sprecher-Diarisierung veranschaulicht
Dynamic Time Warping (DTW)
Spracherkennungsalgorithmen verwenden den Dynamic Time Warping (DTW)-Algorithmus, um eine optimale Ausrichtung zwischen zwei Sequenzen zu finden (Abbildung 4).
Abbildung 4: Ein Spracherkenner, der Dynamic Time Warping verwendet, um den optimalen Abstand zwischen Elementen zu bestimmen.5
Deep neural networks
Neuronale Netze verarbeiten und transformieren Eingabedaten, indem sie die nichtlineare Frequenzwahrnehmung des menschlichen auditorischen Systems simulieren.
Connectionist Temporal Classification (CTC)
Es ist ein Trainings-Ziel, das 2006 von Alex Graves eingeführt wurde. CTC ist besonders nützlich für Sequenzklassifizierungsaufgaben und End-to-End-Spracherkennungssysteme. Es ermöglicht dem neuronalen Netzwerk, die Beziehung zwischen Eingaberahmen zu entdecken und Eingaberahmen mit Ausgabelabels auszurichten.
Was sind die Herausforderungen der Spracherkennung?
Obwohl Spracherkennungstechnologie viele Vorteile bietet, steht sie immer noch vor einer Reihe von Herausforderungen, die angegangen werden müssen. Einige der wichtigsten Einschränkungen der Spracherkennung umfassen:
Akustische Herausforderungen
Akzente und Dialekte
Akzente und Dialekte unterscheiden sich in Aussprache, Wortschatz und Grammatik, was es für Spracherkennungsanwendungen schwierig macht, Sprache genau zu erkennen.
Angenommen, ein Spracherkennungsmodell wurde hauptsächlich auf amerikanischen englischen Akzenten trainiert. Wenn ein Sprecher mit starkem schottischem Akzent das System verwendet, kann er aufgrund von Ausspracheunterschieden auf Schwierigkeiten stoßen. Zum Beispiel wird das Wort „water" in beiden Akzenten unterschiedlich ausgesprochen. Wenn das System mit dieser Aussprache nicht vertraut ist, kann es Schwierigkeiten haben, das Wort „water" zu erkennen.
Lösung: Die Bewältigung dieser Herausforderungen ist entscheidend für die Verbesserung der Genauigkeit von Spracherkennungsanwendungen. Um Aussprachevariationen zu überwinden, ist es wichtig, die Trainingsdaten zu erweitern, um Proben von Sprechern mit verschiedenen Akzenten einzubeziehen. Dieser Ansatz hilft dem System, ein breiteres Spektrum an Sprechmustern zu erkennen und zu verstehen.
Hintergrundgeräusche
Hintergrundgeräusche (z. B. Verkehr, Gesprächsüberlagerungen) machen es für Spracherkennungsanwendungen schwierig, Sprache von Hintergrundgeräuschen zu unterscheiden (siehe Abbildung 5).
Lösung: Vorverarbeitungstechniken können verwendet werden, um Hintergrundgeräusche in der Spracherkennung zu reduzieren, was dazu beitragen kann, die Leistung von Spracherkennungsmodellen in lauten Umgebungen zu verbessern.
Beispielsweise können Sie Data-Augmentation-Techniken verwenden, um die Auswirkungen von Rauschen auf Audiodaten zu reduzieren. Data Augmentation hilft dabei, Spracherkennungsmodelle mit verrauschten Daten zu trainieren, um die Modellgenauigkeit in realen Umgebungen zu verbessern.
Abbildung 5: Beispiele für einen Zielsatz („The clown had a funny face") im Hintergrundgeräusch von Babbeln, Auto und Regen.6
Linguistische Herausforderungen
Wörter außerhalb des Vokabulars (OOV)
Da das Spracherkennungsmodell nicht auf OOV-Wörtern trainiert wurde, kann es diese falsch als andere erkennen oder beim Auftreten nicht transkribieren.

Abbildung 6: Ein Beispiel für die Erkennung eines OOV-Wortes.
Lösung: Die Wortfehlerrate (WER) ist eine gängige Metrik, die verwendet wird, um die Genauigkeit eines Spracherkennungs- oder maschinellen Übersetzungssystems zu messen. Die Wortfehlerrate kann wie folgt berechnet werden:
Abbildung 7: Veranschaulichung, wie man die Wortfehlerrate (WER) berechnet.7
Homophone
Homophone sind Wörter, die gleich ausgesprochen werden, aber unterschiedliche Bedeutungen haben, wie z. B. „to", „too" und „two".
Lösung: Semantische Analyse ermöglicht es Spracherkennungsprogrammen, das geeignete Homophon basierend auf seiner beabsichtigten Bedeutung in einem gegebenen Kontext auszuwählen. Die Bewältigung von Homophonen verbessert die Fähigkeit des Spracherkennungsprozesses, gesprochene Wörter genau zu verstehen und zu transkribieren.
Technische/System-Herausforderungen
Datenschutz und Sicherheit
Spracherkennungssysteme beinhalten die Verarbeitung und Speicherung sensibler und persönlicher Informationen, wie z. B. Finanzinformationen. Eine unbefugte Partei könnte die erfassten Informationen nutzen, was zu Datenschutzverletzungen führt.
Lösung: Sie können sensible und persönliche Audioinformationen verschlüsseln, die zwischen dem Gerät des Benutzers und der Spracherkennungssoftware übertragen werden. Eine weitere Technik zur Bewältigung von Datenschutz und Sicherheit in Spracherkennungssystemen ist die Datenmaskierung. Datenmaskierungsalgorithmen maskieren und ersetzen sensible Sprachdaten durch strukturell identische, aber akustisch unterschiedliche Daten.
Abbildung 8: Ein Beispiel dafür, wie Datenmaskierung funktioniert.
Begrenzte Trainingsdaten
Begrenzte Trainingsdaten wirken sich direkt auf die Leistung von Spracherkennungssoftware aus. Bei unzureichenden Trainingsdaten kann das Spracherkennungsmodell Schwierigkeiten haben, verschiedene Akzente zu verallgemeinern oder weniger häufige Wörter zu erkennen.
Lösung: Um die Qualität und Quantität der Trainingsdaten zu verbessern, können Sie den bestehenden Datensatz mit Data-Augmentation- und synthetischen Datengenerationstechnologien erweitern.
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