Устройство для выделения признаков речевых сигналов

 

1ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< ) 43258I

Союз Советских

Социалистических

Республик (61 ) Завис;! з!! 0 от авт. свидст("hc7 В3 (22) Заявлено 16.12.71 (21) 1725583/18-24 (5I ) .Ч. Кл. С 10l 1, 02 с п исоедиг!е!!нei! заявки ¹â€”

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (32) Прпо,".;!тет—

О ) б 1пкова . ) 1о 66 7Я. В ол -lg. -«) ь \,"е 7 (5:- ) УЛЕ 621.391.19 (O6S.S) Дата опубликования описани":; 27."7. 5 (72) Автор нзоб, етения (71) Заявитель

8. H. Сорокин

Институт проблем передачи информации (:-Р УСТРОЙСТВО ДЛД ВЦДЕЛЕ1.;;;..q ГтРИЗН,.Ц;ОВ

ГЕЧЕВЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к обл"".ñTI автоматического раопознава!г)ия речевых сигналов.

Из!вестны устройспва, позволяющие выделять ггепосредст!венно из речевого сигнала дифферсцциальньге !признаки фонем, имею;ц!)е ди!скретный ха;)актер. При этом отыскива!нве дифферег)циальных признаков осущесI)Bляется путем сопо=тавления з!ножеств реализаци!и фонем и отбора та!юих парахгетро в речевого сигнала, которые могли бы обес!печить различение этих фонах! в любом контексте.

Однако фонемы находятся на высоком уровне абстракц :ги и:иапользавание такого по!дхада в усло!виях недостаточного знания и возможности выделения инфгхрмати!вных параметров ,рече!вого сигнала IIpIIII!)!zIII к сложньвм и далеко не всегда эффективны!м решающим npaiBил,ао!.

Другой возмоокный .путь .к дисирет)ноз!у о!писанию,речевого сигнала заключается в изучении артикуляц!ии и а!к устиии в процессе речеобразовагн!ия и выделени!и на этой основе ,и!ризна!ков непосредственно кодирующих:речев!ой ои!г)нал без перехода к фонемагм. В соответствии с этим .пс!дхс!дом целью изобретения я!вляется ис!пользование ко!д!ировання артикуляционных д!вогжен!ий! для:выделения признаков речевых сигналов, нева!висиз!ых от диктора. Для этого предлагаемое устройство содерж!ит блок но!рх!иpolIIKH,,âõoäb! которого под,ключены к в. .!.";-)дам блоков,выделения амплитуды и частоты четвертой форманты и частоты и из)тенсигл!ест!! основного тона; блок; ,деления и блок оцен!юг! качества пере:.с!д.:)ого процесса. Одни вхо!ды блоков деления подсоедигнены с)ãòçåòñòçåííî и выходам блоко в выделе.:!)я частот первой, второй и третьей фора)ант, à друг!!е — к выходу олока нормнБход 0,70:<а оценк;! !«а IpcTI33 переход",ого .процесса подключег!,к выходу олокн вы,деленгня ",.II!I.I!;*Tóëû,ïåðâý!I формацты. Выходы бло. с в деления и блока оценки качества перехгтдного проггеоса первой форм анты подсоединены к входам !пороговых элементов, связанных через д !ффере)1ц!иру)ощие цепочки с олок"!и делен:!я.

Осп!сывая,про гесс арпикуляшш как отклоi Iå!Ièå а ртнкуляционных органов от некоторого нейтралы!ого положения и учитывая, что частоты формацт повышаются или понижаются в зав)вснх!сстн от того, .приходится лн сужение (или расширение) в голосовом тракте на пучность илп узел соот)ветст!вующей собст-! венной фу)нкции колебаний воздушного потока, получают возможность кодирования места а,ртикуляцип по акуст)иче!око)!у сигналу.

В силу конечных par»ep!)iI) артикуляционных органов оказывается, что для !высших форма!нт, начиная с четвертой, узлы и пучности сооъветст)ву)ощих собст венных функций

432581

S; — Shirr (F; — — F,i) т

Р; = А А(()Ж, ст о одновраменсно .попадают в ооласть артикуляции, и поэтому частоты свысших форсмант ие

IHiIC П ЫтЫсВ а IOT Р г ГУЛ IriPiHOГО Отп<ЛО НгН И Я В ПР Оцессе а ртикуляции, в результате чего инфсрмативными оказьсваются только первые три фор манты.

Если обозначить частоты формант, соот,ветствующих нейтральнс му cocTQHHIHIQ голосоСВОГО аППарата, КаК Fpl, Fp> И Fp-., тО ВЫДЕЛЕние присна.<ов, характеризующих место арти куляции в квазистацио нарнам,реииме, можно осуществить знаками разностей текущего значения формант с этими пороговыми величинами

Для динамичг кax,режимов основную роль

IB получении,признаксв иlr paloT не сами знаки отклонения формант от .нейпральных значе,Ннй, а Зиаа<И IfX сПРОИЗВОДНЫХ;ПО ВРЕМЕНИ, УКазывающие на пра вление llelpexopa.

Получение признаков, характеризующих место образования, возможсно также по переходным,процессам амплитуд формант, исходя из того, что .инерционность пуб, .кончи ка языка и середины языка неодинаковы. Используя

r

А;„, — значение, соответствующее окончанию,переходного .процесса;

Т вЂ” св ремя переход ного процесса; си сравнивая Р; с порогами, получают, специфичесский признак места образования, оаноIBaHiHbIH He На ЧаСтОтНЫХ,,а На ВрЕМаисНЫХ свойствах,речевого сигнала.

:I!оскольку динамика асм плитуд формант сильно коррелирована, то ацен ку качества переходных процессоров можно;производить лишь

ПО ОдсНОй фОрс»alHTe, HallpiHiarelp ПЕр|ВОй, ЛИбО, пользуясь всем и фо рмантами, flolBbfcHTb надежность этой оцанки.

Тот факт, что частоты высших фор мант

ПРасКтИ ЧаСКИ:НЕ ЗаВИСЯт От а РтИКУЛЯЦИИ, à Oillсредгляюпся только сдли ной гологолового тракта, позволяет, норми(р1уя IIeplBble TplH форманты по

С дНОй ИЗ IBblIGIIIIHX фэрсМаит (IHBIII ðIHIÌð, ЧЕтВЕртой), получсить и нсва р иантнасть к,разб!росу длси н голосовых трактов от дисктора к дикто:ру и ком нансиpoIBaTb таким образом более чем

2 00(О- ный разброс формант,на од них и Тех же з вуках. В тех случаях, когда свысшие форманты не удается выделить и з .речевого сигнала, более грубая нормировка возможна,по частоте основного тона, усрадненной за накоторый интервал сврамани.

Хотя получаемое з результате использования изложенных процедур дискретно оп1<са ние речевого процесса и может быть иаполь зовано для расспознавання фонем (в сочетаснии с уже изсвеспнымп про цадурами:высделен ия

II1pизнаKcIB тон/шум, Iaчальности и др.), в задаЧЕ раСПОЗНаВасНИя НЕ CTÈØiÊOÌ бОЛЬШИХ СЛОсвирей такой нгооходимс сти нет, и описа н)ие слов проще прои"-водить, иcïoëbçóÿ признаки, выделяемые,предлагаемым устройством.

На ф исг. 1 изображена блок-схема п ргдлагаемого устройства; iaa фиг. 2 — схема блока, вьпрабатйвающаго,нормирующий сигнал; .на фиг. 3 — схема блсска оценки качества nepexone H o I о п р оц есса.

BxcQaBII4 устройства служат блоки 1 — 8.

В блокг 1 происхсдит выделение частоты оснсзного тона, в блоке 2 — интенсисвности оснс знсго TGHa, в блоках 8 и 4 — частоты и аи плитуgbl чгт вартой форманты, B блоках 5, б и 7 — частот первой, второй и третьей формант соотсветственно, в блоке 8 — амплсит1уды первой форма нты.

Выходы блоков 1 — 4 связаны с входом блока 9, вычиссляющего нор мируюший сигнал, HicIIro;Ib3ующийся для деления чаcTOT первых

Tipex формант в блоках 10, 1(и 12 на .величси ну, пропо р циональн ую частоте основного тона или четвертой фо рманты. Сигнал ic выхода блока 8 по стчпает на,вход блока (8, в котором осуществляется оценка качества переходного процесса для пер|вой форманты. Нормирсван ные сигналы с,выходов блоков 10, 11 и

12 проходят сна входы цапочак 14, 15 и 1б, осущеспвляющ их ди фференцирован ие,по времени. ,Каждый из,выходов блоков 10 — 18 и дифференцирующих цепочек 14, 15 и 1б соединен с входами, пороговых элементов 17 — 28, имеюШсИХ ЗОНУ НЕЧуВ СтсВИтЕЛblHOÑTÈ, ПОдб ИсраЕМуЮ для каждого каснала в опдельности. Пороговые элементы имеют "на свыходе сигналы

+1,0 — 1. Выходы элементов (7 — 28 соадинеIHbl с регистра ми 24, 25 и 2б, прадназначенными для 3aIIIQIMHHaiHHII Ko+CIBbfx ком&и наций текущего речавосго си гнала. Перенос иснфор мации с одного репистсра на другой осущестсвляется под действием сигнала, формируемого в .случае изменения на любом из входов элементов 17 — 28 блоком 27.

В;процессе работы устройства по окончании произно симого слова регистры,прадстасвлсяют собой матр ицу нз проичных элемантов, псри часм нс мер,регистра косваино отображает реальное, время, но не завиаит от тампа произношенияия.

В блоке 9 (см. фиг. 2) нормсирующий сигнал вычисляется либо по частоте чепвертой форманты, либо по частоте ocHolBíîãо тана, либо о стается постояснным и соопветстсвует

Fp,—— 2500 Гц, причем приоритет отдается надежно вычисленной частоте F4. Если амплитуда четвертой форма нты, определенная блоком 4, больше,накотарого парнюга, устанавланного в элементе 28, то си гнал от блока 1 че432581

10 А;(/)Ж о

А;, +A;(t) рез схему «И» 29 и схему «ИЛИ» 80 подается на усре!В1няющую цепочку 81 с лостоянной времени 200 — 400 мс, а затем на запами нающее устройство 32. Одновременно сигнал с ,выхода элегмента 28 падается на блок 38, запрещающий через .схему «И» 84,прохождение остальных с1игналов н а схему 30 в течение

0,8 — 1 с. Если интенсивность оснав1ного тона, апределяемая блоком 2, выше порога, устанавленнаго в элементе 85, а сипнал В элементе 28 ниже порога, то частота четвертой форма.нты из блока 8 через схему «И» 3б и усилительный элемент 37 1п роходит на схему

«ИЛИ» 88. Если же и ам1плитуда четвертой форма нты и интенси1внасть основного тона ниже порога, то сигнал, соответствующий

F04 — — 2500 Гц, выдается из блока 39 через схему «И» 40.

Схема блака 18 оценки качества 1перехадного процесса (см. фиг. 3) реализует формулу,где А;, —:начальное значение амплитуды первой форманты.

Ecли а1м1плит удa iHepВой форм ванты, опрo деляе1мая блоком 8, больше некоторой величи ны, то пороговый элемент 41 срабатывает н выдает им1пульс на схему «И» 42, разрешающую,прохождение сыгнала от блока 48, вычисляющего пpo!HÇIBogíóþ от амплитуды, блока 44, нормирующего эту произ водную, и порогового элемента 45. Выход схемы 42 запускает интегратс1р 4б и дает сигнал на запоминание отсчета блоком 47. Это значение А;, сучмируется с текущей величиной A;(t) в

IS го

40 блаке 48 и норми рует результат текущего интегрирования A;(t) в блоке 49. В момент спада A;(t) или ниже порога зыдаютI ся,HiIIIIt) .Ibcbt на сброс блака 47, выдачу через схему «И» 50 накапленного значения оценки качества .переходного процесса и сброс интегр а тор а 4б.

Предмет изобретения

Устройство для выделения,прнзчаказ рече вых оигналав, садержащее олоки;Выделения частот первой, втарой и третьей формант, o;IoiKH выделения частоты и амплитуды четзертой форманты и частоты и интенсивности основного тана, блок,выделения амплитуды,первой форманты,,пороговые элементы с зоной чечувcTIBительност1и, выходы которых подкл1очены

1к,па раллельньв регистрам и входам формн,разателя сдвига регистров, отлича.осцееся тем, что, с целью выделения признаков речевого сигнала, независимых от диктора, оно содерж ит блок нормировки, входы которого пад кл1ачены к,выхадам блоков .выделения амплитуды и частоты четвертой форманты It частоты,ft интенсивности оонавного тона, олоки деления, одни вхады кото1рых подсоединены соответственно к выходам блоков выделения частот,первой, второй и третьей формант, а дру,гие — к 1зыхаду блока нормировки. блок оцен,ки качества переходного процесса, .вход кото1рого подключан к выхаду блока выделения ,амплитуды .пер вой фор1ма1нты, а выходы блокав деления и блока оценки качества переходного процесса первой фарманты подключены к входам порогавых элементов, соединен ных че1рез дифференцирующие цепочки с блоками деления.

Редактор T. Юрчикова

С оста вп тель Б. Ру дны и

Техред Г. Дворина

Корректор В. Гутман

Заказ 434/902 Изд. Ко 1730 Тираж 482 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент».