Устройство для распознавания речевых сигналов

(71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф. М,А.Бонч-Бруевича (72) В.М.Агеев, З,И.Крупицкий, В.Е.Пеле-, вин, Т.Н,Сергеенко и Л.С,Чудновский (53) 681.325(088,8)(56) Авторское свидетельство СССР М 803705, кл. 0 06 0 9/00, 1979.Авторское свидетельство СССР Ь 278229, кл. 6 06 Р 15/46, 1969.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ РЕЧЕВЫХ СИГНАЛОВ(57) Изобретение относится к технике обработки речевых сигналов оптическими методами и может быть использовано при распознавании сигналов для сокращения избыточности речевого потока при его вводе, в вычислительную систему, работающую в режиме обмена с оператором на естественном языке. Цель изобретения - повышение достоверности распознавания исследуемых сигналов. Введение в устройство второго источника 9 оптического излучения,второго коллиматора 10, оптического ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАН И преобразователя 11 Фурье, оптической диафрагмы 12, приемника 13 оптического излучения позволяет обнаруживать моменты закрытия голосовых связок и соответствующие промежутки свободных колебаний, что необходимо для формирования синхронных с периодами свободных колебаний сонограмм речи, Введение в устройство второго оптического модулятора 4, генератора 14 временного окна позволяет организовать вычленение фрагментов речевого сигнала, соответствующих периодам свободных колебаний речевого тракта, для формирования сонограммы, синхронной периодам свободных колебаний в речевом тракте. Введение блока 15 сжатия сигналов во временной области позволяет организовать сжатие сигнала во временной области и его балансную модуляцию гармоническим сигналом с частотой, равной центральной частоте акустооптического модулятора света, который используется в качестве первого оптического модулятора 3, Массивы данных, накопленные в блоке 8 управления и обработки, обрабатываются в соответствии с алгоритмом динамического программирования в блоке 8, 1 ил,10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к обработке речевых сигналов оптическими методами и может быть использовано для решения задачраспознавания сигналов с целью сокращения избыточности речевого потока при еговводе в вычислительную систему, работающую в режиме обмена с оператором на естественном языке,Изобретение позволяет осуществлятьформирование разновидности сонограммречи - сонограммы, синхронизированной спериодами свободных колебаний речевоготракта, параллельное вычисление большогочисла корреляционных интегралов сонограммы и эталонов, что обеспечивает возможность векторного кодирования речевогосигнала для его дальнейшей обработки в вычислительной системе с использованием итеративных процедур последователькогоприближения к решению при различных вариантах нелинейной трансформации соног-.рамм, а также извлечения из непрерывногоречевого сигнала такого параметра речи,как моменты смыкания голосовых связок,Цель изобретения - повышение достоверности. распознавания исследуемых сигналов,На чертеже приведена структурная схема устройства.Устройство содержит первый источкик1 оптического излучения, первый коллиматор 2, первый 3 и второй 4 оптические модуляторы, анаморфоткую оптическую систему5, коррелятор 6, блок 7 сопряжения, блок 8управления и обработки, выполненный, например, в виде ЭВМ, второй источник 9 оптического излучения, второй коллиматор 10,оптический преобразователь 11 Фурье, оптическую диафрагму 12, приемник 13 оптического излучения, гекератор 14 временногоокна и блок 15 сжатия сигналов ао временнойобласти.В качестве блоков 8 и 7 могут быть использованы ЗВМ СМ 1420 в стандартнойконфигурации и крейт КАМАК.Устройство работает следующим образом,Исследуемый речевой сигнал поступаетна информационный вход блока 15, в котором осуществляется его сжатие во временной области и балансная модуляциягармоническим сигналом с частотой, определяемой центральной часготой полосы рабочих частот акустического модуляторасвета, используемого в качестве первогооптического модулятора 3, С выхода блока15 преобразованный сигнал поступает науправляющий вход первого оптическогомодулятора 3, возбуждал в волноводе модулятора ультразвуковую акустическую волну,модулированную в соответствии с закономизменения исследуемого речевого сигнала. Световой пучок от источника 9 черезколлиматор 10 поступает на соотаетствующий оптический информационный вход первого оптического модулятора 3, на выходе которого формируется световой пучок, пространственно промодулированный в соответствии с законом изменения исследуемого сигнала, Указанный световой пучок, проходя через преобразователь 11, формирует в частотной плоскости оптической системы преобразователя 11 Фурье световое распределение, интенсивность света в котором пропорциональна мгновенному спектру исследуемого сигнала. Оптическая диафрагма 12 осуществляет выделение из мгновенного спектра исследуемого речевогосигнала полосы частот, соответствующие полосе частот третьей форманты, и обеспечивает регистрацию приемником 13 спектральных составляющих, соответствующих третьей форманте мгновенного спектра исследуемого речевого сигнала.По результатам измерения третьей форманты исследуемого речевого сигнала приемник 13 вырабатывает сигналы, соответствующие амплитудным всплескам формантного колебания, и сигналы, указывающие на промежутки неизменности частот форманты, связанные с моментами смыкания связок. Эти сигналы через блок 7 сопряжения под управлением блока 8 передаются на генератор 14 временного окна, который вырабатывает гармонический сигнал частоты, определяемой центральной частотой полосы рабочих частот второго оптического модулятора 4, выполненного как акустооптический модулятор света. При этом длительность указанного гармонического сигнала определяется степенью сжатия исследуемого речевого сигнала и длительностью свободных колебаний обрабатываемого фрагмента исследуемого сигнала, Указанный гармонический сигнал подается на управляющий вход второго оптического модулятора 4, Последний установлен на первой оптической оси, проходящей через первый оптический модулятор 3, причем установлентак, что анализируемый в первом оптическом канале на второй оптической оси отрезок исследуемого сигнала оказывается во втором оптическом канале на первой оптической оси, При этом исследуемый речевой сигнал во вгором оптическом канале оказывается через определенное время, т.е, является задержанным на время обработки его электронными схе10 20 25 голосовых связок, получаемые в первом оп- .тическом канале устройства, то из непрерывности речевого сигнала во втором 14 выделяются промежутки свободных колебаний голосового тракта и, таким обрапервым источником 1, В итоге на входе кор релятора 6 последовательно во времени формируются двумерные световые распределения, соответствующие сонограммам исследуемого речевого сигнала, синхронимами приемника 13, блоков 7 и 8 и генератора 14.Вследствие вводимой временной задержки поступления сигнала во второй оптический канал обработки по сравнению с первым оптическим каналом указанная временная задержка может быть обеспечена продольным смещением вдоль направления распространения ультразвуковой акустической волны в волноводе первого акустического модулятора 3 света электро- акустического преобразователя второго акустического модулятора 4 света так, чтобы время распространения волны от электро- акустического преобразователя первого модулятора 3 до плоскости, в которой расположен электроакустической преобразователь второго оптического модулятора 4, составляло длительность требуемой временной задержки) обеспечивается возможность управляемого выделения фрагментов исследуемого речевого сигнала из непрерывного речевого сигнала,Если в качестве управляющих сигналов используются сигналы моментов смыкания оптическом канале устройства генератором зом, управляемый от блока 8 световой пучок от первого источника 1, проходя через первый коллиматор 2, первый оптический модулятор 3 и второй оптический модулятор 4, оказывается промодулированным отрезком исследуемого речевого сигнала, соответствующим промежутку свободных колебаний голосового тракта. Анаморфотная оптическая система 5 осуществляет преобразование Фурье указанного отрезка исследуемого речевого сигнала вдоль одной пространственной координаты в частотной плоскости и смещение светового распределения, соответствующего мгновенному спектру выбранного отрезка речевого сигнала по второй координате. Величина смещения определяется и управляется блоком 8, связанным через блок 7 сопряжения с зированным с периодами свободных колебаний голосового тракта,формируемое таким образом изображение сонограммц, поступающее на вход коррелятора 6, домножается в корреляторе на различные эталонные функции - маски и 35 40 45 интегрируется. В итоге на выходе корреля-,тора 6 формируются корреляционные интегралы от сонограммц исследуемого речевогосигнала, синхронизированной по промежуткам свободных колебаний голосовых связок, и эталонов, которые далее поступаютчерез блок 7 в блок О.В последнем осуществляется принятие решений по результатамвцчисления корреляционных интегралов.,На первом шаге обработки исследуемого сигнала блок 8 осуществляет установкуустройства в исходное состояние путем выдачи сигнала "Сброс",Затем блок 8 разрешает прием исследуемого сигнала в блок 15. По завершенииприема сигнала блок 15 формирует признакготовности, который программно опрашивается блоком 8.После этого блок 8 выдает сигнал "Вводсигнала в оптическую систему", которыйпредставляет собой кодовую комбинацию,передаваемую в блок 15. Затем осуществляется прием сигналов моментов смыкания иразмыкания связок, которые поступают вблок 7, при этом на выходе генератора 14формируется сигнал-отрезок синусоидальнцх колебаний с частотой, совпадающей сцентральной частотой полосы рабочих частот второго акустооптического модулятора 4света и длительностью во времени, совпадающей с длительностью периода свободныхколебаний. Временная задержка, вызванная отработкой сигналов схемами соответствующих блоков, компенсируется, какуказано выше, .смещением второго акусто-.оптического модулятора 4 света относительно первого акустооптического модулятора 3света на величину, время распространениядля которой соответствует времени задержки обработки сигнала.Затем после получения сигнала о периоде свободных колебаний осуществляетсяформирование сигналов управления первым источником 1, Коммутация источника 1 обеспечивает проецированиеформируемого в оптической системе второго оптического канала частотного среза,синхронизированного с периодами свободных колебаний речевого сигнала на определенныйй частотный срез маски-эталона, Твмсамым осуществляется развертка частотного среза на маски-эталоны в многоканальном оптическом корреляторе б. Послекаждого переключения первого источника 1осуществляется считывание корреляционыхинтегралов под управлением блока 8 и вводрезультатов в память блока 8.По окончании обработки исследуемогосигнала, что определяется программно,блок 8 переходит кобработке массива наЗаказ 4166 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва,. Ж-,35, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 копленных значений в соответствии с алго, ритмом динамического программирования.Для реализации алгоритма используются вычислительные ресурсы и программноеобеспечение ЗВМ (СМ 1420) в стандартной 5конфигурации.Основное функциональное уравнениединамического программирования:вез(Р 1 Ф):Р(К+ 1) Ьг (вез(Е(в, в Ь г),Ф(а,(+1) Ь г)- 10фа п(Ра.(везЯв, 1 Ь г),Ф( МЬ г+ ("+) (Р( Ь г)Ф(в(й+ 1) Ьг)ц ЕО,в 1,15где Ь г - шаг дискретизации;ц - функция деформации временной осив представлении сонограммы, синхронизи рованной с периодами свободных колебаний;Рг - оператор ограничения области за, ,дания спектрограммы исследуемого сигна ла и эталона в функционале меры вез,Оператор Рг ограничивает область зада. ния спектрограммы, до множества (О,ЯЯО,г),, а вне этого множества значения спектрограммы приравниваются нулю.Ф о р мул а изобретенияУстройство для распознавания речевыхсигналов, содержащее последовательнорасположенные на первой оптической осипервый источник оптического. излучения,первый коллиматор, первый оптический модулятор и коррелятор, выходы которого соединены с соответствующими входамиобмена блока сопряжения, входы-выходы обмена которого соединены с одноименными входами-выходами блока управления и обработки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности распознавания исследуемых сигналов, в него введены блок сжатия сигналов во временной области, информационный и управляющий входы которого соединены с информационным входом устройства и соответствующим выходом обмена блока сопряжения соответственно,а выход - с управляющим входом первого оптического модулятора, последовательно расположенные на первой оптической оси и оптически связанные второй . оптический модулятор и анаморфотная оптическая система, информационный вход второго оптического модулятора оптически связан с выходом первого оптического модулятора, выход анаморфотной оптической системы оптически связан с информационным входом коррелятора, генератор временного окна, управляющий вход и выход которого соединены с соответствующим выходом обмена блоки сопряжения и управляющим входом второго оптического модулятора, последовательно расположенньге на второй оптической оси второй источник оптического излучения, второй коллиматор, первый оптический модулятор, оптический преобразователь. Фурье, оптическая диафрагма и приемник оптического излучения, выход которого соединен с соответствующим входом обмена блока сопряжения, соответствующий выход обмена которого соединен с управляющим входом первого источника оптического излучения.