Устройство для измерения формантной частоты речевого сигнала

Устройство для измерения формантной частоты речевого сигнала

Реферат

 

Изобретение относится к технике анализа и распознавания речи и может быть использовано для речевого управления автоматизированными системами, в системах обучения иностранной речи, в системах обучения глухих и людей с нарушениями функции речеобразования. Целью изобретения является повышение точности измерения формантной частоты при воздействии импульсных помех и при изменениях частоты основного тона. Для достижения цели устройство содержит последовательно соединенные приемник 1 речевого сигнала, усилитель 2, формантный фильтр 3 и канал 4 оценки формантной частоты, состоящий из последовательно соединенных устройства 5 автоматического регулирования уровня сигнала, дифференцирующего устройства 6, двухполупериодного выпрямителя 7, первого фильтра 8 нижних частот, пикового детектора 9 и второго фильтра 10 нижних частот. 1 ил.

Изобретение относится к технике анализа и распознавания речи и может быть использовано для речевого управления автоматизированными системами, в системах обучения иностранной речи, в системах обучения правильной речи глухих и людей с нарушенной функцией речеобразования.

Известны устройства измерения формантной частоты отфильтрованного сигнала путем оценки частоты гармоники основного тона с небольшой амплитудой [1] . Полученные таким образом оценки формантной частоты зависят от изменений частоты основного тока на интервале звучания речевого сигнала. Таким образом, в получаемую оценку формантной частоты вносится неконтролируемая погрешность.

Известны устройства измерения формантной частоты отфильтрованного сигнала независимо от изменений частоты основного тона путем измерения амплитуды производной нормированного сигнала с помощью пикового детектора [2] . Независимость от основного тона измеряемой частоты форманты достигается тем, что оценка частоты форманты производится внутри периода основного тона. Недостатком такого устройства является большая погрешность измерения частоты форманты при воздействии акустических импульсных помех. Данное устройство выбрано за прототип.

Для повышения надежности и точности измерения формантной частоты при воздействии импульсных помех и изменениях частоты основного тона в устройство, содержащее источник речевого сигнала, усилитель, формантный фильтр и канал оценки частоты форманты, состоящий из устройства автоматической регулировки уровня сигнала, дифференцирующего устройства, двухполупериодного выпрямителя и пикового детектора, входящие в состав канала оценки частоты форманты дифференцирующее устройство, двухполупериодный выпрямитель и пиковый детектор включены последовательно и введены два фильтра нижних частот, причем первый фильтр нижних частот с постоянной времени больше периода измеряемой форманты, но меньше периода основного тона включен между выходом двухполупериодного выпрямителя и входом пикового детектора, а второй фильтр нижних частот с постоянной времени больше периода основного тона, но меньше длительности коротких звуков речи подключен к выходу пикового детектора.

Повышение точности оценки частоты форманты при изменении частоты основного тона достигается тем, что оценка частоты форманты производится внутри периода основного тона по максимумам функции интенсивности огибающей производной сигнала с помощью пикового детектора, а также сглаживанием функции формантной частоты вторым фильтром нижних частот. Повышение точности оценки формантной частоты при воздействии импульсных помех достигается сглаживанием функции модуля производной и функции формантной частоты первым и вторым фильтрами нижних частот.

На чертеже дана структурная схема предлагаемого устройства для измерения формантной частоты речевого сигнала.

Устройство содержит последовательно соединенные приемник 1 речевого сигнала, усилитель 2, формантный фильтр 3 и канал 4 оценки формантной частоты, состоящий из последовательно соединенных устройства 5 автоматического регулирования уровня сигнала, дифференцирующего устройства 6, двухполупериодного выпрямителя 7, первого фильтра 8 нижних частот, пикового детектора 9 и второго фильтра 10 нижних частот.

Устройство работает следующим образом.

Речевой сигнал от приемника 1, например микрофона, поступает на усилитель 2 и затем на формантный фильтр 3, реализуемый, например, в виде полосового фильтра. На выходе формантного фильтра 3 получают сигнал отфильтрованного формантного колебания. Отфильтрованный сигнал формантного колебания поступает в канал 4 оценки частоты форманты на устройство 5 автоматического регулирования амплитуды сигнала, нормирующего амплитуду формантного колебания на каждом периоде основного тона. Эта операция позволяет устранить зависимость измеряемой частоты формантного колебания от изменений уровня речевого сигнала на входе устройства. Нормированный по амплитуде сигнал формантного колебания поступает на дифференцирующее устройство 6, на выходе которого амплитуда сигнала на периоде основного тона пропорциональна частоте формантного колебания. Однако эта зависимость справедлива лишь для сигнала, не подверженного воздействию импульсных помех. С учетом фактора помех необходимо измерять на амплитуду сигнала, а амплитуду его интенсивности на периоде основного тона. Эта операция осуществляется с помощью двухполупериодного выпрямителя 7, первого фильтра 8 нижних частот с постоянной времени больше периода формантного колебания, но меньше периода основного тона и пикового детектора 9. На выходе пикового детектора получают амплитудную огибающую интенсивности продифференцированного формантного колебания. Полученная амплитудная огибающая является функцией частоты формантного колебания. Однако полученная функция формантной частоты пульсирует с частотой основного тона. Для сглаживания этой пульсации полученный на выходе пикового детектора 9 сигнал пропускается через второй фильтр 10 нижних частот с постоянной времени больше периода основного тона, но меньше длительности коротких звуков речи. В результате на выходе второго фильтра нижних частот получают сигнал, величина которого пропорциональна формантной частоте, не зависит от изменений частоты основного тона и устойчива к воздействию импульсных помех.

Анализатор необходимого для решения конкретной задачи числа формантных частот может быть построен путем использования соответствующего числа формантных фильтров 3 с каналами 4 оценки частоты форманты, подключенных к выходу усилителя 2.

Достигаемое в устройстве повышение точности измерения частоты форманты при воздействии импульсных помех позволяет повысить надежность распознавания речевых сигналов в системах речевого ввода информации и управления. Повышение точности измерения формантных частот при изменении частоты основного тона дает возможность реализовать режим обучения артикуляции звуков в составе требуемых звукосочетаний. Это важно также и для обучения иностранной речи. Следовательно, заявляемое устройство имеет более широкую сферу применения в системах, основанных на речевой технологии обработки информации, улучшает их потребительские характеристики и повышает социальную значимость. (56) 1. Патент США N 3548100, кл. G 01 L 1/00, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР N 585519, кл. G 01 L 1/02, 1977.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФОРМАНТНОЙ ЧАСТОТЫ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА , содеpжащее последовательно соединенные пpиемник pечевого сигнала, усилитель, фоpмантный фильтp и канал оценки частоты, состоящий из пикового детектоpа и последовательно соединенных узла автоматического pегулиpования уpовня сигнала, диффеpенциpующего узла и двухполупеpиодного выпpямителя, отличающееся тем, что канал оценки частоты содеpжит пеpвый фильтp нижних частот с постоянной вpемени больше пеpиода измеpяемой фоpманты, но меньше пеpиода основного тока, вход котоpого соединен с выходом двухполупеpиодного выпpямителя, а выход соединен с входом пикового детектоpа, и втоpой фильтp нижних частот с постоянной вpемени больше пеpиода основного тока, но меньше длительности коpотких звуков pечи, выход котоpого является выходом устpойства, а вход соединен с выходом пикового детектоpа.

РИСУНКИ

Рисунок 1