Устройство для ввода и вывода речевой информации

Сфеэ Советскня Соцнапистнческик Республик(51) М. Кл,з С 06 Г 3/16 с присоединением заявнм Йо(2 Э) Приоритет -Государственный комитет СССР яо делам нзобветеннЯ я открытнЯ(71) Заявитель Московский институт инженеров гражданской авиации(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА И ВЫВОДА РЕЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИИзобретение относится к области речевой связи человека с машинами.Известны устройства для передачи и приема речевых сигналов на основе идентификации параметров речеобраэующего тракта (1, 2) методами линейного предсказания по критерию минимума дисперсии ошибки предсказания Г 1 и (2) Наиболее близким по технической сущности является вокодерное устройство, в котором предполагается, что модель речеобразующего тракта, структура которой одновременно является и структурой синтезатора речи на приемной стороне, содержит генератор возбуждающей функции е(с), которая может быть или шумовой (е(с)=е с,) .для невокализованных участков речи или квазипериодической импульсной последовательностью (е(с)е (с си частотой основного тока Г т для невокализованных участков речи 31, В соответствии с этим такой синтезатор состоит из генератора белого шума с равномерным спектром и генератора квазипериодических импульсов. В зависимости от вида возбуждающей функции к одному из укаэанных генераторов подключается с помощьюпереключателя "тон-шум" усилитель,.регулируемый коэффициент А усилениякоторого определяет интенсивностьсоответствующих участков речи. Выходной сигнал усилителя Е(с)=А е(с)подается на первый вход сумматора,выход которого через линейный фильтрс регулируемыми параметрами А = 10 = (д, , д. ) подключен ко входу второго сумматора, Указанные сумматори фильтр образуют линейную системус переменными параметрами, модулирующу:о речеобразующий голосовой 15 тракт. Выходной сигнал этой линейной4системы является речевым сигналом5(с). На передающей стороне анализатор 20 речевого сигнала по его дискритизированной копии 5; дает оченки рядапараметров, что выполняет специальные оцениватели, функционирующие поизвестному алгоритму. В их число 25 входит устройс;во оценки соотношения "тон-шум",устройство оценки интенсивности А участка речи, выделитель основного тона, идентификаторвектора параметров. Последний опре деляет оценкувектора 4 в соответствии с алгоритмом минимума среднеквадратической ошибки.С выхода анализатора через уплотнитель в канал (далее он предполагается дискретным) передаются сигнал классификации "тон-шум" (например 0 - тон, 1 - шум) оценка А ин+ 5тенсивности анализируемого участкаречи, оценка Гс на выходе блокавыделения основного тона, оценка Авектора А с выхода блока идентификации параметров, на вход которогоподается сигнал 5 и ошибка е,.На приемной стороне принятые оценки тон-шум А , Г , а после их разот фделения в блоке разделения сигналовподаются в соответствующие блоки 13синтезатора: на переключатель "тоншум", усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, генератор ква.зипериодических импульсов, линейныйФильтр с регулируемыми параметрами. роСтруктура синтезатора, как указывалось, полностью повторяет модельречеобраэующего тракта,Такой вокодер не позволяет добиться высокого качества системы рсинтетической телефонии в силу отсутствия в ней компонента моделирующихучастков речевого сигнала, соответствующих носовым звукам. Это снижаетузнаваемость говорящего, речевое со- Зобщение которого передается по такойсистеме синтетической телефонии.Целью изобретения является улуч.шение качества вводимой и выводимойинформации путем повышения степениидентификации сигналов.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для ввода и выводаречевой информации, содержащее первый линейный фильтр, подключенный кпервому вычитателю, и последовательно соединенные преобразователь речевых сигналов, микрофон, аналого-цифровой преобразователь, первый дискриминатор, блок уплотнения сигналов,параллельно подключенный через блокиизмерения интенсивности речевого сигнала и выделения основного тона каналого-цифровому преобразователю,блок сопряжения, блок разделения сигналов, подключенный через второй линейный фильтр к первому сумматору,первый генератор, первый переключатель, подключенный ко второму генератору и блоку разделения сигналов,и усилитель, подключенный к блоку разделения сигналов, дополнительно вве 55дены последовательно соединенные второй переключатель, подключенный каналого-цифровому преобразователю иблоку уплотнения сигналов, второйвычитатель, третий вычитатель, тре- Щтий линейный фильтр, первый блокидентификации параметров, подключенный к третьему вычитателю и первомублоку идентификации параметров, второй дискриминатор, подключенный к 6 аналого-цифровому реобразователю и блоку уплотнения сигналов, третий переключатель, подключенный ко второму переключателю, второй блок идентификации параметров, подключенный к первому линейному фильтру, блоку уплотнения сигналов и второму вычитателю, четвертый линейный фильтр, подключенный к первому вычитателю, четвертый вычитатель, подключенный ко второму переключателю, второму вычитателю и первому блоку идентификации параметров, второй сумматор, подключенный к третьему переключателю, и пятый линейный Фильтр, подключенный ко второму дискриминатору, и последовательно соединенные четвертый переключатель, подключенный к усилителю, блоку разделения сигналов и первому сумматору, третий сумматор, шестой линейный фильтр, подключенный к блоку разделения сигналов, четвертый сумматор, подключенный к выходной шине, и седьмой линейный фильтр, подключенный к блоку разделения сигналов, первому сумматору и второму линейному Фильтру.Предлагаемое устройство, блоксхема которого представлена на чертеже, содержит аналого-цифровой преобразователь 1, второй переключатель 2, четвертый:вычитатель 3, четвертый линейный фильтр 4, первый вычитатель 5, первый линейный фильтр б, третий переключатель 7, пятый линейный фильтр 8, второй блок 9 идентиФикации параметров, второй вычитатель 10, третий вычитатель 11, третий линейный фильтр 12, первый блок 13 идентификации параметров, первый дискриминатор 14, блок 15 измерения интенсивности сигнала, блок 16 выделения основного тока, второй дискриминатор 17, блок 18 сопряжения, второй генератор 19, первый генератор 20, первый переключатель 21, усилитель 22, четвертый переключатель 23, первый сумматор 24, второй линейный фильтр 25, седьмой линейный фильтр 26, четвертый сумматор 27, шестой линейный Фильтр 28, блок 29 уплотнения сигналов, блок 30 разделения сигналов, второй сумматор 31, третий сумматор 32, выходная шина 33 и микроФон 34.Предложенное устройство работает следующим образом,Речевой сигнал 5(с) подвергается обработке на приемной стороне в анализаторе с целью оценки по нему параметров модели речеобразующего тракта. При цифровой реализации предлагаемого устройства сигнал 5(с) проходит блок 1, где дискредитируется с частотой 1(обычно 6-20 кГц) и квантуется. Полученная последовательЭность 5,) проходит через схему обаэования оценки функции возбуждения(с) для случая прохождения 1(с) че 792247рез модель голосового тракта или Е(с)для случая прохождения Е(с) через модель носового тракта,Рассмотрим Е(с), Переключатель 2стоит в положении голосовой тракт. Ввычитателе 3 образуется у(с) - оценкау(с)=,5(с)-(с), а 1(с) - оценка 2(с),образуемая на выходе сумматора 31.Вычитание 2(с) необходимо для устранения влияния отключенного носовоготракта. Сигнал 2(с) проходит линейный фильтр 4. Далее полученный навыходе фильтра сигнал х(с) проходитвычитатель 5 и линейный Фильтр бцепи обратной связи. Вычитатель 5 илинейный Фильтр б выполняют роль линейного предсказателя. Точно такуюже роль играют вычитатель 11 и линейный фильтр 12. В вычитателе 10 образуется сигнал 2(с) = 5(с) - у(с), гдеустраняется влияние отключенного голосового тракта.Блоки 9 и 13 идентификации параметров на основе анализа соответственно сигналов у(с) и 2(с), а также Е(с) и Е(с) производят оценки параметров линейных Фильтров К+, Ь иф. Эти оценки управляют параметрамилинейных фильтров 4 и б (для д. и В+)и линеных фильтров 8 и 12 (для ).Новым является второй дискриминатор17, Его работа в простейшем случае:может быть основана на том, что непосредственно перед лицом говорящегоставят специальный микрофон с двумяраздельными секциями, направленнымина нос и рот. Более интенсивный сигнал в одной из секций и определяетположение переключателя. Другое решение - включение избирательногофильтра в схему переключателя (такойслучай изображен на чертеже), характеристика которого моделирует носовую полость,(фильтр, согласованный слинейной системой, образующий сигналу(с) из Е(с. Превышение эа интервал анализа уровнем сигнала заданного порога показывает, что Е(с) проходит в течение этого интервала через носовую область. Выходной сигналдискриминатора 17 подается на спаренные переключатели 2 и 7.Оценки векторов е. , 5 и ф, а также выходные сигналы дискриминаторов14 и 17, а также блоков 15 и 16 подаются в блок 18 сопряжения через блок29 уплотнения сигналов,Рассмотрим работу синтезатора на приемной стороне, параметры которого изменяются под воздействием соответствующих сигналов, принимаемых из канала.функция возбуждения е(с), соответствующая вокализованнйм участкам речи, генерируется блоком 20Частота следования импульсов Г соответствует частоте основного тона и может меняться в требуемых пределах.Параметрами генератора 20, поло О жением переключателей 21 и 23, усилением блока 22, фильтров 26, 27 и28 управляют соответственно переданные через блок 18 выходные сигналыблока 16, дискриминаторов 14 и 17,блока 15, блоков идентификации параметров 9 (оценки А и ) и 13 (оценка у ), Указанные сигналы подаются всоответствующие блоки после их разделения в блоке 30 разделения сигналов. 50 55 бО 65 5 О 15 20 25 ЗО 35 функция возбуждения е,(с) для невокалиэованных участков речи формиру. ется генератором 19, на выходе которого появляется случайный процесс с равномерным спектром, Переключатель 21 выбирает в соответствии с участком речи тип функции возбуждения е(с) путем подключения к формирователю речевого сигнала генераторов 19 или 20. После усиления в блоке 22 функция Е(с) = А е(с) подается на переключатель 23. Он выполняет роль мягкого неба, отключая блоки, моделирующие голосовой тракт в момент произнесения носовых звуков, функция Е(с) с выхода сумматора 24 подается на линейный Фильтр 8, вектор параметров 5 = ,5) кото рого подбирается так, чтобы корректировать требуемым образом сквозную характеристику., моделирующую Форму голосового тракта, Параметры К и отражают положение артикуляционных органов, причем вектор Я определяет в .некоторой мере характер коартикуляции и взаимодействие голосового и носового трактов. В другом положении переключателя 23 (стрелка вниз) сигнал Е(с) подается на линейный фильтр образованный сумматором 32 и фильтром с параметрами 7 =( Т.) в петле обратной связи (фильтр 28), В простейшем случае параметры у постоянны, если считать, что форма носовой полости неизменна. На выходе сумматора 27 образуется речевой сигнал 5(с) - 2(с) + у(с), где 2(с)сигнал на выходе линейного Фильтра, моделирующего носовой тракт,а у(с) выходной сигнал фильтра 26. Предложенное устройство для ввода и вывода речевых сообщений позволяет существенно повысить качество системы при незначительном увеличении скорости передачи цифровой информации об оценках параметров модели речеобраэующего тракта, что обес" печит более высокую степень идентиФикации говорящего. При использовании предложенного устройства в системах речевого общения человека и ЭВМ значительно расширяются возможности систем путем улучшения характеристик идентификации дикторов или их верификации.792247 формула изобретения Устройство для ввода и выводаречевой инфоРмации, содержащее первый линейный Фильтр, подключенный к первому вычитателю, и последовательно соединенные преобразователь речевых сигналов, микрофон, аналого-цифровой преобразователь, первый дискриминатор, блок уплотнения сигналов, параллельно подключенный через блоки р измерения интенсивности речевого сигнала и выделения основного тона к аналого-циФровому преобразователю, блок сопряжения, блок разделениясигналов, подключенный через второй линейный фильтр к первому сумматору,15 первый генератор, первый переключатель, подключенный ко второму генератору и блоку разделения сигналов, и усилитель, подключенный .к блоку разделения сигналов, о т л и ч а ю щ е е- ф с я тем, что, с целью улучшения качества вводимой и выводимой инфогмации путем повышения степени идентификации сигналов, в устройство введены последовательно соединенные вто рой переключатель, подключенный к аналого-циФровому преобразователю и блоку уплотнения сигналов, второй вычитатель, третий вычитатель, третий линейный фильтр, первый блок 30 идентификации параметров, подключенный к третьему вычитателю и первому блоку идентификации параметров, второй дискриминатор, подключенный к аналого-цифровому преобразователю и блоку уплотнения сигналов, третий переключатель, подключенный ко второму переключателю, второй блок идентификации параметров, подключенныйк первому линейному фильтру, блокууплотнения сигналов и второму вычитателю, четвертый линейный фильтр,подключенный к первому вычитателю,четвертый вычитатель, подключенныйко второму переключателю, второмувычитателю и первому блоку идентификации параметров, второй сумматор, подключенный к третьему переключателю, и пятый линейный фильтр,подключенный ко второму дискриминатору, и последовательно соединенныечетвертый переключатель, подключенный к усилителю, блоку разделениясигналов и первому сумматору, третий сумматор, шестой линейный фильтр,подключенный к блоку разделения сигналов, четвертый сумматор, подключенный к выходной шине, и седьмойлинейный фильтр, подключенный к бло"ку разделения сигналов, первому сумматору и второму линейному фильтру,"Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Шефер, Рабинер. Цифровое представление речевых сигналов. - "ТИИЭР". т.63, Р 4,1975. с.141-159. 2. Шредер. Вокодеры, анализ и синтез речи. - "ТИИЭР", т. 54, Р 5, 1966.3. Г 1 ападап 1,1., 5 реесй Апа 1 уь 1 ь, 5 упСЬеьа апд Регсерс 1 оп, 2-пд ед. 5 рг 1 п 9 ег-Чег 1 о 9, 5 ег 1 п 1972 (прототип). ВНИИПИ Заказ 9434/48Тираж 751 Подписное илиал ППП Патент, Ужгород, ул. Проектная, 4