Устройство для измерения разборчивости огласованных и неогласованных звуков речи

 

Изобретение относится к технике электросвязи, в частности приборам для автоматических измерений разборчивости речи в телефонных трактах с вокодерами. Сущность изобретения: устройство содержит таймер 1, синхронизатор 2, искусственное ухо 3, блок полосых фильтров 4, блок амплитудных детекторов 5, блок синхронных интеграторов 6, блок аналого-цифровых преобразователей 7, блок квадраторов 8, выделитель 9 сигнала зашумленной речи и шума, содержащий блок 10 измерения уровней, блок 11 пороговых схем сравнения 11 и первый и второй блоки 12, 13 электронных ключей, выделитель сигнала тон-шум 14, содержащий блок 15 вычислителей, первый и второй сумматора 16, 17 и компаратор 18, блок переключателей 19, выделители 20_-1, 20_-2, формантной разборчивости огласованных (неогласованных) звуков речи, каждый из которых содержит: интеграторы 21, 22, два блока логарифмирования, блок 25 вычислителей отношений 101gδ₁/N_i блок коррекции уровней 26 и вычислитель 27 формантной разборчивости огласованных (неогласованных) звуков речи, сумматор 28, блок отображения 29. Устройство позволяет автоматически оценить как суммарную формантную разборчивость вокодерного тракта, так и раздельно разборчивость огласованных и неогласованных звуков речи. 1 ил.

Изобретение относится к технике электросвязи, в частности к приборам для автоматических измерений разборчивости речи телефонных трактов с вокодерами.

Известно устройство для автоматического измерения разборчивости речи, которое содержит таймер, выход которого соединен с входом синхронизатора, выходы которого подключены к соответствующим входам цифровых блоков устройства, а также последовательно соединенные искусственное ухо, блок полосовых фильтров, блок амплитудных детекторов, блок синхронных интеграторов, блок аналого-цифровых преобразователей и блок квадраторов.

Кроме того, рассматриваемое устройство содержит первый и второй блоки вычисления модифицирующей защищенности, каждый из которых имеет в своем составе измеритель уровня шума в паузах и последовательно соединенные с ним первый электронный ключ, первый интегратор, и первый блок логарифмирования. При этом выход измерителя шума присоединен к первому входу блока пороговых схем сравнения, выход которого подключен к параллельно соединенным входам первого и второго электронных ключей, выход каждого из которых через последовательно соединенные интегратор и блок логарифмирования подключен к первому (второму) входу вычитателя, выход которого через делитель и корректор уровня присоединен к одному из входов вычислителя формантной разборчивости.

Описанное устройство обеспечивает измерение формантной разборчивости во всей полосе частот вокодерного тракта. Недостаток данного устройства состоит в том, что оно не позволяет оценить в какой мере на величину этой разборчивости влияет искажение огласованных и неогласованных звуков речи.

Этот недостаток устраняется введением выделителя зашумленной речи (или речи) и шума, выделителя сигналов тон-шум, блока переключателей формантной разборчивости огласованных и неогласованных звуков речи, а также сумматора и блока отображения. При этом выделитель сигналов зашумленной речи (или речи) и шума содержит блок измерения уровней сигналов, входы 1.n которого соединены с соответствующими выходами блока квадраторов и параллельно с входами второго блока электронных ключей, а выходы 1.n подключены к параллельно соединенным первым входам пороговой схемы сравнения и к входам 1.n первого блока электронных ключей, выходы 1.n пороговой схемы сравнения подключены к параллельно соединенным вторым входам 1.n первого и второго блоков электронных ключей. Выходы этих блоков присоединены к первому и второму входам и параллельно к соответствующим входам блока переключателей. Первый и второй выходы блока вычитателей через первый и второй сумматоры блока выделителя сигналов тон-шум подключены к первому и второму входам компаратора, выход которого присоединен к третьему входу блока переключателей. Первый (второй) выделитель формантной разборчивости огласованных (неогласованных) звуков речи содержит первый и второй интеграторы, входы которых подключены к первому и второму (третьему и четвертому) выходам блока переключателей, выходы интеграторов через первый и второй блоки логарифмирования присоединены к первому и второму входам блока вычислителей отношения 10lg ρ_i/N_i, где ρ_i и N_i соответственно мощности сигналов речи и шума в i-й полосе частот; выходы 1. n этого блока через блок корректирования отношения речь шум, в котором формируется значение 10lg ρ_i/N_i + +Δ_i, где Δ_i поправочный коэффициент, учитывающий особенности конкретного языка, подключены к соответствующим входам блока вычисления формантной разборчивости огласованных (неогласованных) звуков речи. Выход последнего присоединен к первому (второму) входу сумматора и параллельно к первому (второму) входу блока отображения. Выход сумматора соединен с третьим входом указанного блока.

Сравнительный анализ с прототипом показывает, что предложенное устройство характеризуется наличием новых блоков, в том числе выделителя сигналов зашумленной речи (или речи) и шума, выделителя сигнала тон-шум, блока переключателей, выделителей формантной разборчивости огласованных и неогласованных звуков речи, сумматора и блока отображения. Новыми являются также связи указанных блоков между собой и с другими элементами устройства.

Таким образом предложенное устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что благодаря введенным при построении устройства новым связям оно проявляет новые свойства.

Это позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "изобретательский уровень".

На чертеже приведена структурная схема устройства, где 1 таймер, 2 синхронизатор, 3 искусственное ухо, 4 блок полосовых фильтров, 5 блок амплитудных детекторов, 7 блок синхронных интеграторов, 7 блок аналого-цифровых преобразователей, 8 блок квадраторов, 9 выделитель сигналов зашумленной речи (или речи) и шума; 10 блок измерения уровней, 11 блок пороговых схем сравнения, 12, 13 первый и второй блоки электронных ключей, 14 выделитель сигналов тон-шум, 15 блок вычитателей, 16,17 первый и второй сумматоры блока, 14,18 компаратор, 19 блок переключателей, 20₁(20₂) выделитель формантной разборчивости огласованных (неогласованных) звуков речи; 21,22 первый и второй интеграторы; 23,24 первый и второй блоки логарифмирования, 25 блок вычислительных отношений 10lg ρ_i/N_i, 26 блок корректирования отношения речь/шум, 27 вычислитель формантной разборчивости огласованных (неогласованных) звуков речи, 28 сумматор, 29 блок отображения.

Выход таймера 1 подключен к входу синхронизатора 2, выходы 1.21 которого подключены к соответствующим входам цифровых блоков устройства. Выход искусственного уха 3 подключен к последовательно соединенным блоку 4 полосоватых фильтров, блоку 5 амплитудных детекторов, блоку 6 синхронных интеграторов, блоку 7 аналого-цифровых преобразователей и к блоку 8 квадраторов. Выходы 1. n последнего подключены к соответствующим входам блока 9 выделителя сигналов зашумленной речи (или речи) и шума, совмещенным с входами 1.n блока 10 измерения уровней, и параллельно к второй группе входа блока 11 пороговых схем сравнения и первого блока 12 электронных ключей.

Выход блока 10 измерения уровней присоединен к второй группе входов блока 11 пороговых схем сравнения и параллельно к соответствующим входам второго блока 13 электронных ключей.

Выходы 1.n первого 12 и второго 13 блоков электронных ключей присоединены к соответствующим входам блока 14 выделителя сигнала тон-шум, совмещенным с первой и второй группами входов блока 15 вычитателей, выходы которого подключены к входам первого 16 и второго 17 сумматоров. Выходы последних присоединены к первому и второму входам компаратора 18, выход которого подключен к третьему входу блока 19 переключателей. Первая и вторая группы входов 1.n этого блока присоединены к входам первого 12 и второго 13 блоков электронных ключей.

Первый и второй (третий и четвертый) выходы блока 19 переключателей соединены с первыми и вторыми входами первого 20₁ (второго 20₂) выделителя формантной разборчивости огласованных (неогласованных) звуков речи, совмещенными с входами первого 21 и второго 22 интеграторов, выходы которых через первый 23 и второй 24 блоки логарифмирования подключены к первой и второй группам входов блока 25 вычислителей отношения 10lg ρ_i/N_i, выходы 1.n которого через блок 26 корректирования отношения речь/шум подключены к соответствующим входам вычислителя 27 формантной разборчивости огласованных (неогласованных) звуков речи. Выход последнего подключен к первым входам сумматора 28 и блока 29 отображения. Соответствующий выход блока 20 вычислителя формантной разборчивости подключен к вторым входам сумматора 28 и блока 29 отображения, выход сумматора 28 соединен с третьим входом блока 29 отображения.

Устройство работает следующим образом.

После запуска таймера 1, регламентирующего время измерения, приводится в действие синхронизатор 2 и на соответствующие входы 1.21 цифровых блоков устройства начинают поступать импульсы синхронизации, благодаря чему устройство приводится в рабочее состояние.

Напряжение, поступающее с выхода искусственного уха 3 под действием, например, звуковых колебаний размещенного на его платформе телефона, соединенного, в частности, с выходом вокодерного тракта, через блок 4 полосовых фильтров, блок 5 амплитудных детекторов и блок 6 синхронных интеграторов (частота проб огибающей обычно принимается равной 40.50 Гц) поступает на входы 1.n блока 7 аналого-цифровых преобразователей. Здесь происходит преобразование аналоговых сигналов в наборы комбинаций двоичного кода, которые с выходов 1.n блока 7 АЦП через квадраторы блока 8 поступают на входы 10 блока измерения уровней, а также на первую группу входов блока 11 пороговых схем и на входы первого блока 12 электронных ключей выделителя 9 сигналов зашумленной речи (или речи) и шума.

На интервале каждой паузы речи в блоке 10 производится измерение текущих значений уровней (энергии) шума, которые после усреднения поступают на вторую группу входов 1.n блока 11 пороговых схем сравнения и на входы 1.n второго блока 13 электронных ключей.

В случае наличия в вокодерном тракте только напряжения шума его уровень на выходе блока 10 не превышает пороговых значений блока 11 и поэтому не происходит отпирания первого 12 и второго блоков электронных ключей.

При появлении в вокодерном тракте зашумленной речи (или речи) ее уровень превосходит пороговые значения блока 11.

В результате воздействия на первый и второй входы блока 11 кодовых комбинаций, соответствующих подводимому уровню (энергии) зашумленной речи (или речи), отпираются ключевые элементы блоков 12 и 13, вследствие чего кодовые комбинации с выходов этих блоков поступают на первый и второй входы блока 15 вычитателей, входящего в состав выделителя 14 сигнала тон-шум, а также на первый и второй входы блока 19 переключателей.

Кодовые комбинации с выходов 1.k и m.n блока 15 вычитателей (количество выходов этого блока соответствует ширине спектров огласованных и неогласованных звуков речи) через первый 16 и второй 17 сумматоры поступают в виде управляющих потенциалов на первый и второй входы компаратора 18. Если при этом передается огласованный звук, то оказывается преобладающим, например, воздействие с выходов 1.k блока 15 и первого сумматора 16 на первый вход компаратора 18.

Если же передается неогласованный звук речи, то преобладающее влияние оказывает воздействие с выходов m.n блока 15 и второго сумматора 17 на второй вход компаратора 18. В соответствии с этим с выхода компаратора 18 на третий вход блока 19 переключателей поступают потенциалы, соответствующие командам: "Передается огласованный звук речи" (например, положительный потенциал), либо "Передается неогласованный звук речи" (например, отрицательный потенциал).

Так как при наличии в вокодерном тракте только шума на входах компаратора 18 имеют место нулевые потенциалы, то в этом случае на третий вход блока 19 переключателей с выхода компаратора 18 поступает сигнал запрета и переключатели указанного блока оказываются запертыми.

Тип сигнала тон или шум (соответствует огласованному или неогласованному звукам речи) определяется блоком 14, в качестве которого могут быть применены и другие устройства аналогичного назначения. Принцип действия данного блока основан на том, что огласованные звуки содержат большую часть энергии в низкочастотной области речевого спектра, в то время как большая часть энергии неогласованных звуков располагается в высокочастотной области речевого спектра. При этом используется также то свойство, что огласованные звуки речи характеризуются наличием периодичности сигналов, в то время как неогласованные звуки имеют шумовой спектр.

Сигналы, поступающие с первого и второго выходов блока 19 переключателей в соответствии с командой, поступившей на его третий вход с выхода компаратора 18 (огласованный либо неогласованный звук речи) передаются на входы блока 20 или 20₂. Здесь через последовательно соединенные блоки 21, 22 и блоки 23, 24 кодовые комбинации, соответствующие огласованному (неогласованному) звуку речи передаются на первую и вторую группы 1.n входов блока 25 вычислителей отношений 10lg ρ_i/N_i дБ, где ρ_i и N_i соответственно мощности зашумленной речи (или речи) и шума в i-й полосе частот (например, в i-й полосе равной разборчивости речи).

В блоке 26 происходит корректирование отношения 10lg ρ_i/N_i на величину Δ_i, которая представляет собой поправку, учитывающую специфику конкретного языка. В результате этого на входы 1.n блока 27 вычисления формантной разборчивости огласованных (неогласованных) звуков речи подается сигнал с уровнем 10lg ρ_i/N_i + Δ_i, по которому вычисляется известным способом формантная разборчивость огласованных (неогласованных) звуков речи во всей полосе эффективно передаваемых частот испытуемого тракта.

С выхода блока 27 выделителя 20₁(20₂) формантной разборчивости речи огласованных (неогласованных) звуков речи соответствующие данные в виде комбинаций двоичного кода поступают на первый (второй) входы сумматора 28 и блока 29 отображения. С выхода блока 28 данные о суммарном значении формантной разборчивости речи A_Σ в виде соответствующих комбинаций двоичного кода поступают на третий вход блока 29 отображения. При этом A_Σ А_о + А_но, где А_о и А_но соответственно формантная разборчивость огласованных и неогласованных звуков речи.

После завершения цикла измерений в соответствии с временным интервалом, установленным с помощью таймера 1, на синхронизатор 2 подается команда отбоя, в результате чего все элементы и блоки устройства приходят в исходное состояние.

Блоки 1.8, 10.13, 15.17, 21.24, 26 и 27 не отличаются от примененных в прототипе.

Блок 19 переключателей представляет собой, например, устройство, содержащее два блока электронных ключей, имеющих управляющие входы. В случае подведения к управляющему входу одного из блоков с выхода компаратора 18 положительного потенциала содержащиеся в нем электронные ключи отпираются и информация с выходов блоков 12 и 13 передается, например, на входы блока 201, а при подведении с выхода компаратора 18 отрицательного потенциала происходит отпирание электронных ключей второго блока и соответствующая информация поступает на входы блока 20₂.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗБОРЧИВОСТИ ОГЛАСОВАННЫХ И НЕОГЛАСОВАННЫХ ЗВУКОВ РЕЧИ, содержащее таймер, выход которого соединен с входом синхронизатора, блок отображения, последовательно соединенные искусственное ухо, блок полосовых фильтров, блок амплитудных детекторов, блок синхронных интеграторов, блок аналого-цифровых преобразователей и блок квадраторов, входы синхронизации которых, а также блока отображения соединены с соответствующими выходами синхронизатора, отличающееся тем, что в него введены выделитель сигналов зашумленной речи и шума, выделитель сигнала тон-шум, блок переключателей, выделители формантной разборчивости огласованных и неогласованных звуков речи и сумматор, при этом группа 1 ... n входов выделителя сигналов зашумленной речи и шума соединена с выходами блока квадраторов, а первая и вторая группы 1 ... n выходов выделителя сигналов зашумленной речи и шума подключены соответственно к первой и второй группам входов выделителя сигнала тон-шум и к первой и второй группам входов блока переключателей, управляющий вход которого соединен с выходом выделителя сигнала тон-шум, причем первая и вторая, третья и четвертая группы 1 ... n выходов блока переключателей подключена соответственно к первой и второй группам 1 ... n входов выделителя формантной разборчивости огласованных звуков речи и к первой и второй группам 1 ... n входов выделителя формантной разборчивости неогласованных звуков речи, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора и с первым и вторым входами блока отображения, третий вход которого подключен к выходу сумматора, причем входы синхронизации выделителя зашумленной речи и шума, выделителя сигнала тон-шум и выделителей формантной разборчивости огласованных и неогласованных звуков речи соединены с соответствующими выходами синхронизатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выделитель сигналов зашумленной речи и шума содержит блок пороговых схем сравнения, блок измерения уровней, 1 ... n входы которого, объединенные с первой группой входов блока пороговых схем сравнения, являются группой 1 ... n входов выделителя сигналов зашумленной речи и шума, первый и второй блоки электронных ключей, первые группы входов которых соединены соответственно с первой и второй группами входов блока пороговых схем сравнения, вторая группа входов которого подключена к группе 1 ... n выходов блока измерения уровней, а группа 1 ... n выходов блока пороговых схем сравнения соединена с вторыми группами входов первого и второго блоков электронных ключей, 1 ... n выходы каждой из которых являются соответственно первой и второй группами 1 ... n выходов выделителя сигналов зашумленной речи и шума, причем входы синхронизации блока измерения уровней, блока пороговых схем сравнения и первого и второго блоков электронных ключей являются соответствующими входами синхронизации и выделителя сигналов зашумленной речи и шума.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что выделитель сигнала тон-шум содержит блок вычитателей, первый и второй сумматоры и компаратор, выход которого является выходом выделителя сигнала тон-шум, а первый и второй входы компаратора подключены к выходам соответственно первого и второго сумматоров, входы которых соответственно соединены с первой группой 1 ... k и второй группой m . .. n выходов блока вычитателей, первая и вторая группы входов которого является соответственно первой и второй группами входов выделителя сигнала тон-шум, причем входы синхронизации блока вычитателей, первого и второго сумматоров и компаратора являются соответствующими входами синхронизации выделителя сигнала тон-шум.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый из выделителей формантной разборчивости огласованных и неогласованных звуков речи содержит первый и второй интеграторы, первый и второй блоки логарифмирования, блок вычислителей отношения 10lg_Si/N_i, где S_i и N_i - соответственно мощности зашумленной речи и шума в i-й полосе частот, блок коррекции уровней и вычислитель формантной разборчивости огласованных и неогласованных звуков речи соответственно, выход которого является выходом выделителя формантной разборчивости, при этом входы первого и второго интеграторов являются соответственно первой и второй группами 1 ... n входов выделителя формантной разборчивости, а выходы первого и второго интеграторов через первый и второй блоки логарифмирования соответственно соединены с первой и второй группами входов блока вычислителей отношения 10lg_Si/N_i, 1 ... n выходов которого через блок коррекции уровней подключены к 1 ... n входам вычислителя формантной разборчивости огласованных (неогласованных) звуков речи, причем входы синхронизации первого и второго интеграторов, первого и второго блоков логарифмирования, блока вычислителей отношения 10lg_Si/N_i, блоки коррекции уровней и вычислителя формантной разборчивости огласованных (неогласованных) звуков речи являются соответствующими входами синхронизации выделителей формантной разборчивости огласованных и неогласованных звуков речи.

РИСУНКИ

Рисунок 1