Устройство для выделения признаков речевых сигналов

1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 11432581 Союз Советских Социалистических Республик1) Завис;1 м с от а свидетельсв в 1),Ч. Кл. С 1 И 1,71 21) 1 725583/1 8-2явки о 22) Заявлено м За СОЕДИГ 1 Е 11 ИЕ ) Приортет Гасударственный комитет Совета Министров ССС по делам изобретений 153) 1 ДЕ 62.391,1(011 ч.Я) публпкова ,1 1 ОЯб 4. В,оллс.с.,ь и открыти описания 27."7. 5 Дата опублик ания 72) Авторизобретеня 71) Заявитель В. Н. Сорокит титут проблем передачи информаци ойСТВО ДЛЯ Вь тЕЛЕНИ 1 Ч ГтР-,1 ЗНА 1;,О ГЕЧЕВЫХ СИГНАЛОВ Изобретение относится к област 1 автоматического распознава 1 ия речевых сигналов.Из 1 вестны устройспва, позволяющие выделять 11 епосредст 1 венно из речевого сигнала дифференциальные 1 признаки фонем, имею;ц 11 е ди 1 скретный характер. При этом отыскива 11 е дифферег 1 циальных признаков осущест 1 вляется путем сепо становления множеств реализаци 1 и фонем и отбора таюих параметров речевото сигнала, которые могли бы обеопечнть 1 различение этак фонем в любом контексте. Однако фонемы находятся на высоком уровне абстракц:гн и иапользавание такого по 1 дхода в усло 1 виях недостаточного знания и возможности выделения информатианых параметров ,речевого сиггнала приводит к сложньвм и далеко не всегда эффективны 1 м решающим пра 1 вил,ам.Другой возмоленый путь к дисирепному описанию, речевого сигнала заключается в изучении артикуляции и а 1 кустиии в процессе речеобразованн 1 я и выделени 1 и на этой основе ,п 1 ризна 1 ков непосредственно кодирующих речевой ои 1 гнал без перехода к фонемам. В соответствии с этим пгтдхсдом целью изобретения я 1 вляется ис 1 пользование ко 1 д 1 ирования артикуляционных д 1 вгижен 1 ий для выделения признаков речевых сигналов, неза 1 висимых от диктора. Для этого предла 1 гаемое устройство содерж 1 ит блок нормировкивходы которого под,ключе 11 ь 1 к выходам олоков,выделения амплитуды и частоть 1 четвертой форманты и частоты и и,нтенс 11 гл 1 ост основного тона; блок;1 ,деления и блок оценщиц качества перехсд:1 ого процесса. Одни входы блоков деления подсоедигнеы соотзетстзснно и выходам блоков выделе.;11 я частот первой, второй и третьей формат, а другие - к выходу блока нормировки. Вход блока Оцеки качества переходного процесса подключен,к выходу олок;1 вы,делеся ампл 11 туды,перво 11 форматы. Выходы блокев делс 11 я и блока оценки качества пе)эехгтдного процесса первой форматы подсоединены к входам 1 пороговых элементов, 15 с 1 вязи.ных через д 11 фференцгирующне цепочкиС ОЛОК" Мн ДЕЛЕ:1 Я.Осп 1 сывая процесс арпикуляшш как откло 1 нение артикуляционных органов от некоторого нейтралы 1 ого положения и учитывая, что 20 частоты формант повышаются или понижаются в зав 1 воимостн от того, приходится ли сужение (нли расширение) в голосовом тракте на пучность илп узел соот 1 ветст 1 вующей собст 1 венной фу 1 нкции колебаний воздушного потока, получают возможность ко 1 д 1 ирования места артикуляшгп по акусчичеокому сигналу.В силу конечных размеров артикуляционных органов оказывается, что дзя 1 высшнх формант, начиная с четвертой, узлы и пучно- ЗО сти соот 1 ветст 1 ву 1 ощих собственных функций5; = 5 дд (Р; -- Ря) т1Р,= А А 1 Ж,дуо одновременно попадают в область артикуляции, и поэтому частоты высших формант не 1 и 1 с и ьтьуВ а ют регул ябан ОТО О пклонгн 11 я В пр О- цессе артикуляции, в результате чего инфсрмативными окяз 11 ваются только первые три фор манты,Если обозначить частоты формант, соот,ветствующих нейтральнс 1 му состоянию голосо,вого аппарата, как Р,1, РО 2 и 1 оя, то выделение при";1 яков, характеризующих место арти 1 куляции в квазистационарнам,реж 1 име, можно сГущестзить зяякямя р 23 ностгЙ текущего значгния формянт с этими пороговыми величи- нами Для динамичгск 14 х,режимов основную роль 1 В получении призня ксив и 1 граот не см 1 И зня 1 ки отклонения формант от нейпральных значе,ний, а значки их производных;по времени, указывающие на 1 пра 1 вление,перехода.Получение признаков, характеризу 1 оших место образования, возмоино также по переходным,процессам алплиту 1 д формант, исходя из того, что инерционность пубкончи 1 ка языка и середины языка неодинаковы. Используя хакую-либо Оценку качеспва переходного процесса, например линейную интегральную. где А; (г) - текущее значение амплитуды 1-Йфо 1 рма 1 нты;А;, - значение, соот 1 ветствую 1 цее окончанию,переходного процесса;Т - В 1 ремя переходного процесса;к срав 1 нивая Р; с порогами, получают, специфичес 1 кий П 1 рззнак места образования, осно 1 ванный не на частотныха на 1 временных свойствах,речевого сигнала.поскольку динамика амплитуд формант сильно коррел 14 рована, то ацен 1 ку качества переходных процеосс 1 в можно;производить лишь по одлой фор 1 манте, наприме 1 р пер 1 вой, либо, пользуясь всеми формантам 1 И, повысить надежность этой оценки. Тот факт, что частоты высших фо 1 р 1 мант практи 1 чбски не зависят от а 1 ртикуляции, а опредгляюпся только 1 длиной гологолового тракта, позволяет, норми 1 р 1 уя пер 1 вые трои форманты по с 1 дной из 1 вы 1 оших фориант (1 напри 1 мер, чет 1 вертой), получить инва 1 р 1 иантность к:разб 1 росу дл 1 И 1 н голосовых трактов от ди 1 ктора к д 14 ктору и ком 1 пенсиро 1 вать таким образом более чем 20%нный разб 1 рос формант,на одних и тех же звуках. В тех случаях, когда высшие форманты не удается выделить и 1 з речевого сигнала, более грубая нормировка возможна,по частоте основного тона, усредненной за некоторый интервял времени. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Хотя полу 1 чаемое з результате использования 1 тзложенных процед 1 ур дискретно описа 1 ние речевого процесса и может быть иапользовано для распознавания фснем (в сочетании с уже извест 1 нымн П 1 роцедурями,выделения признаксв тон/шум, начальности и др,), в задаче распоз 1 навания не слишком больших словаре 14 такой нгооходимссти нет, и описан)ие слов проще производить, используя признаки, выделяемые,предлагаемым устройством.На ф 1 иг. 1 изображена блок-схема пргдлагаемого уст 1 ройства; на фиг, 2 - схема блока, 1 вьврабатывающвго,нормирующий сигнал; на ф 11 г. 3 - схема блска оценки качества переходн ого и р Оцесса.Вхсдами устройства служат блоки 1 - 8. В блокг 1 происхсдит выделение частоты оснсзного тона, в блоке 2 - интенсивности оснс 1 знсго тона, в блоках 8 и 4 - частоты и Я 1 мплитуды чгтвг 1 ртой форманты, в блоках 5, б и 7 - частот первой, второй и третьей формант соот 1 ветствгнно, в блоке 8 - амплит 1 уды первой форма 1 нты.Выходы блоков 1 - 4 связаны с входом блока Х, вычисляющего нормирующий сигнал, использующийся для деления частот;первых трех формант в блоках 10, 1( и 12 на велич 1 и 1 ну, пропорциональную частоте основного тона или четвертой форманты. Сигнал 1 С выхо 1 да бло 1 ка 8 постчпает на;вход блока 18, в котором осуществляется оценка качества пергхсндного процесса для первой форманты. Нормирсванные сигналы с,выхо 1 дов блоков 10, 11 и 12 проходят на 1 входы цепочек 14, 15 и 1 б, осущеспвляющ 1 их дифференцирование,по времени.,Каждый из,выходов блоков 10 - И и дифференцирующих цепочек 14, 15 и 1 б соединен с входами, пороговых элементов 17 - 28, имеюш 1 их зону нечувствительности, подб 1 ираемую для каждого канала в опдельности. Пороговые эломе 1 нты имеют "на выходе сигналы +1,0 - 1, Выходы элементов 17 - 28 соедине 1 ны с регистра 1 ми 24, 25 и 2 б, предназначгнными для запоминания кодс 1 вых комби 1 наций текущего рече 1 во 1 го сигикала. Перенос инфор 1 мации с одного репистра на другой осущест 1 вляется под дейспвием сигнала, формируемого в случае изменения на любом из входов элементов 17 - 28 блоком 27.В,процессе работы устройства по окончании произносимого слова регистры,представл 1 яют собой матрицу нз проичных элемантов, при 1 чем нс 1 мер,регистра косвевно отображает реальное, время, но не завиаит от твмпа произ и эшен и я.В блоке Х (Ом. фиг. 2) нормирующий сигнал Вычисляется либо по частоте чепвертой форманты, либо по ча 1 стоте осно 1 вного тана, либо остается постоянным и соопветспвует .го 4=2500 Гц, причем приоритет отдается надежно вычисленной частоте Р 4. Если амплитуда четвертой форма 1 нты, определенная блоком 4, больше,накоторото парога, установленного в элементе 28, то сигнал от блока 1 че 43258110А;(1)й оА;, +А,(1)рез схему И 29 и схему ИЛИ 30 подается на усредняющую цепочку 31 с лостоянной времени 200 - 400 мс, а затем на занаминающее устройство 32. Одновременно сигнал с ,выхода элегмента 28 падается на блок ЗЗ, запрещающий через схему И 34,прохождение остальных сигналов на схему 30 в течение 0,8 - 1 с. Если интенсивность оснавного тона, определяемая блоком 2, выше порота, устанавленнаго в элементе Зб, а сипнал в элементе 28 ниже порога, то частота четвертой форманты из блока 3 через схему И Зб и усилительный элемент 37 проходит на схему ИЛИ 38. Если же и амплитуда четвертой форманты и интансивнасть основного тона ниже порога, то сигнал, соответствующий Ро 4=2500 Гц, выдается из блока 39 через схему И 40.Схема блака 13 оценки качества переход- лого процесса (см. фиг, 3) реализует формУлу,где А;, - начальное значание амплитуды первой форманты,Если амПлитуда Первой форм аппты, определяемая блоком 8, больше некотарой величи(ны, то пороговый элемент 41 срабатывает и выдает импульс на схему И 42, разрешающую,прохождение аигнала от блока 43, вычисляющего праизвадную от амплитуды, блока 44, нормирующего эту производную, и лсрогсвого эламанта 4 б. Выход схемы 42 запускает интегратор 4 б и дает сигнал на залоьщнание отсчета блоком 47. Это значение А;, суммируется с текущей величиной А;(1) в 15 25 30 35 40 блаке 48 и нормирует результат текущего интегрирования А;(1) в блоке 49. В момент спада А;(1) иливиже порога зыдаются,импульсы на сброс блака 47, выдачу через схему И б 0 накопленного значения оценки казачества переходного процесса и сброс интегратора 4 б. Предмет изооретення Устройство для выделения,признаков речевых оигналав, садаржащее олоки;выделения частот первой, втарой и третьей формант, блохи выделения частоты и амплитуды четзертой форманты и частоты и интенсивности основного тона, блок,вьпделания амплитуды,первой формантыпороговые эламенты с зоной чечувспвительности, выходы которых подключены пс,параллельным регистрам и входам форми,рователя сдзига регистров, отличаосцеесл тем, что, с целью выделения призиаков речевого сигнала, независимых от диктора, оно содержит блок нормировки, входы которого падключены к,выхсдам блоков,выделения амплитуды и частоты четвертой форманты и частоты,и интенсивности сонавного тона, олоки деления, одни вхадь которых подсоединены соответственно к выходам блоков выделения частот,первой, второй и третьей формант, а дру,гие - к пзыхаду блока нормировки. блок оценки качества парехадного процессавход которого поделючан к выхаду блока выделения амплитуды первой форманты, а выходы блокав деления и блока оцанки качества переходного ппроцесса первой фарманты подключены к входам пороговых элементов, соединенных через дифференцирующие цепочки с блоками деления.Редактор Т. Юрчикова С оста вп тель Б. Ру дны й Техред Г. ДворинаЗаказ 434/902 Изд. М 1730 Тира к 482 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Тип. Харьк. фил. пред. Патент,