Способ выделения основного тона

Способ выделения основного тона

Реферат

 

Изобретение относится к технике речевого анализа. Его использование для выделения основного тона речевых сигналов позволяет достичь технического результата в виде повышения надежности выделения основного тона исходного речевого сигнала. Способ заключается в том, что выделяют основные максимумы временной функции исходного сигнала, после выделенного максимума в течение интервала блокировки блокируют поиск максимума, после интервала блокировки генерируют спадающий сигнал, снижающийся относительно выделенного максимума. Технический результат достигается благодаря тому, что спадающий сигнал генерируют с максимальным значением, которое в момент окончания времени блокировки превышает абсолютный максимум исходного сигнала на анализируемом периоде основного тона. 6 з.п.ф-лы, 15 табл., 154 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области выделения первичных признаков сигнала, в частности к области выделения основного тона речевого сигнала.

Известны способы выделения основного тона по временной или спектральной функции исходного сигнала.

В фильтровом методе выделения основного тона [М. А. Сапожков. Речевой сигнал в кибернетике и связи. - М.: Связьиздат, 1963. - 472 с.] исходный сигнал ограничивают фильтром нижних частот или полосовым фильтром так, что сигнал после фильтрации содержит, в основном, только основную гармонику сигнала. По отфильтрованному сигналу определяют главные максимумы, соответствующие моментам возбуждения речевого тракта. Метод не отслеживает быстрые изменения частоты основного тона, например на переходах между вокализированными и невокализированными звуками, требует точной установки частоты среза предварительного фильтра низких частот или полосового фильтра.

В методе Рабинера - Голда [В. Gold, L. Rabiner. Parallel processing techniques for estimating pitch period of speech in the time domain // J. Acoustic Soc. Am., 1969 - 46.- N 2 (Pt. 2). - P. 442 - 448] речевой сигнал ограничивают фильтром нижних частот с частотой среза в диапазоне 600 - 800 Гц, в отфильтрованном сигнале определяют расстояния между всеми максимумами сигнала, расстояния между всеми минимумами сигнала, расстояния между разностями минимумов и максимумов и затем определяют период по наибольшему количеству совпадений выделенных расстояний. Метод не определяет моменты возбуждения речевого тракта, имеет увеличенное количество ошибок при быстрых изменениях речевого сигнала.

В кепстральном методе выделения основного тона [A.М. Noll. Short-Time spectrum and "Cepstrum" techniques for vocal-pitch detection // J. Acoustic. Soc. Am. - 36. - N 2, 1955] получают широкополосный спектр сигнала путем прямого преобразования Фурье, логарифмируют спектр, выполняют обратное преобразование Фурье логарифмированного спектра по пику, полученного после обратного преобразования Фурье сигнала, расположенного в области допустимых значений периода основного тона, определяют период основного тона. Метод требует большого количества вычислений, он не определяет моменты возбуждения речевого тракта, имеет большое количество ошибок при резких изменениях входного сигнала, в том числе на переходах между вокализированными и невокализированными звуками, чувствителен к широкополосным помехам.

В автокорреляционном методе выделения основного тона [А. А. Пирогов. Устройство для автоматического выделения основного тона. - А. с. N 129 739 СССР. - Приор, от 08.06.58. - НКИ 21е 1/20 42е] определяют автокорреляционную функцию входного сигнала, по максимумам которой принимают решение о периоде основного тона. Автокорреляционный метод чувствителен к изменениям формы огибающей временной функции исходного сигнала, к изменениям формы сигнала от периода к периоду основного тона, имеет сбои на гармоники и субгармоники основного тона, не определяет моменты возбуждения речевого тракта, требует большого количества вычислений.

В алгоритме ЛЛК (Лобанова - Левин - Коваль) [Методические рекомендации по практическому использованию программы SIS при работе с речевыми сигналами / Центр речевых технологий. С. Петербург. - С. Петербург, 1997. - С. 279] сначала определяют автокорреляцию сигнала, по ней находят наиболее вероятное значение периода основного тона, после этого пиковым методом определяют максимумы сигнала с учетом значения наиболее вероятного периода основного тона. Данный метод дает повышенное количество ошибок при резких изменениях основного тона, особенно на участках переходов между вокализированными и невокализированными звуками.

Из известных способов наиболее близким по технической сущности является пиковый способ выделения основного тона [L. О. Dolansky. Instantaneous pitch period indicator // J.Acoust. Sos. Am. - 27. - N 11, 1955. - P. 67 - 72], в котором определяют главные максимумы исходного сигнала путем последовательного поиска главного максимума, после определения главного максимума устанавливают интервал блокировки, в течение которого поиск максимума не производят, по окончании времени блокировки генерируют спадающий относительно последнего найденного главного максимума сигнал, в момент превышения исходным сигналом спадающего сигнала начинают поиск следующего главного максимума исходного сигнала, после чего процесс повторяется.

Указанный пиковый способ обладает рядом существенных недостатков. Он дает большие ошибки (сбои) в момент появления ложных максимумов после времени блокировки, сравнимых по величине с главными максимумами. Появление ложных максимумов объясняется следующими основными причинами: 1. Речевой сигнал есть нестационарный процесс. Если на стационарных участках его структура более или менее регулярна, то на переходных участках между фонемами, между паузами и речью он изменяется как по форме, так и по интенсивности. Количество ложных максимумов на нестационарных участках по сравнению со стационарными возрастает [Вокодерная телефония / Под ред. А.А. Пирогова. - М. : Связь, 1974. - 536 с.] из-за изменений спектра источника, из-за изменений формы речевого тракта и из-за нелинейных эффектов в источнике и речевом тракте.

2. Передаточная характеристика речевого тракта может подчеркивать высшие гармоники основного тона. Так фонема/и/ имеет максимум передаточной характеристики в области первой форманты F₁ = 240 Гц. Если частота основного тона лежит в диапазоне 100 - 120 Гц, то вторая гармоника основного тона попадает в область первой форманты и подчеркивается. Подчеркнутая вторая гармоника вызывает сбои на удвоенную частоту основного тона.

3. В процессе речеобразования возможно появление дополнительных возбуждений речевого тракта внутри периода основного тона [J.N. Holmes. An investigation of the volume velocity waveform at the larinx during speech by means of inverse filter // Proc. Speech Cmmun. Seminar. - Stockholm, 1962. - Vol 1. - B4].

4. Ложные максимумы могут появляться из-за фазовых сдвигов между частотами формант [В. Б. Гитлин и др. Выбор интервала измерений частоты и ширины формант // Автоматическое распознавание слуховых образов: Тез. докл. и сообщ. 10 Всесоюзн. школы-семинара. - Тбилиси: Мецниереба, 1978. - С. 20 - 21].

5. Ложные максимумы могут появляться из-за внешних аддитивных помех.

Наличие ложных максимумов приводит к тому, что надежность выделения основного тона пиковым способом зависит от формы речеобразующего тракта. При изменениях формы исходного сигнала, в частности, на переходах между фонемами, на переходах между вокализированными и невокализированными звуками, на переходах от паузы к речи, количество ошибочных решений возрастает. Надежность выделения основного тона пиковым способом чувствительна к аддитивному шуму. Метод требует предварительной оценки наличия вокализации в исходном сигнале. Надежность метода снижается при наличии нелинейных ограничений типа предельного ограничения (клиппирования).

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности выделения основного тона исходного сигнала путем более надежного выделения главных максимумов, соответствующих основному возбуждению, когда форма исходного сигнала претерпевает существенные искажения формы, в том числе из-за появления ложных максимумов внутри периода основного тона.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, в котором выделяют основные максимумы временной функции, после выделенного максимума в течение интервала блокировки поиск нового максимума не производят, а после интервала блокировки поиск нового максимума выполняют с использованием сигнала, снижающегося относительно выделенного максимума, для поиска каждого последующего максимума генерируют спадающий сигнал, максимальное значение которого в момент окончания времени блокировки превышает абсолютный максимум исходного сигнала на соответствующем периоде основного тона.

Кроме того, с целью упрощения генерации спадающего сигнала, исходный сигнал предварительно, до поиска максимумов, логарифмируют, а спадающий сигнал строят в виде линейно снижающегося сигнала. Время блокировки и скорость снижения спадающего сигнала адаптируют к текущему периоду основного тона. Исходный сигнал до логарифмирования сглаживают при помощи фильтра низких частот или полосового фильтра.

С целью обеспечения устойчивости корреляционного метода линейного предсказания, анализ речи корреляционным методом выполняют синхронно с основным тоном, интервал анализа определяют как интервал между отмеченными предлагаемым методом выделения основного тона главными максимумам исходного сигнала, а исходный сигнал на анализируемом интервале между выделенными максимумами умножают на спадающую экспоненту.

При принятии решения о наличии вокализации анализ исходного сигнала ведут внутри интервала между выделенными предлагаемым методом максимумами исходного сигнала.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена временная диаграмма, поясняющая алгоритм работы предлагаемого способа поиска основных максимумов исходного сигнала; на фиг. 2 представлен перечень операций по предлагаемому способу; на фиг. 3 приведена осциллограмма предложения с транскрипцией "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной VBG; на фиг. 4 показан эталонный контур основного тона, полученный путем ручной обработки осциллограммы, представленной на фиг. 3; на фиг. 5 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 3, полученный пиковым методом при стандартном наборе параметров, соответствующих мужскому голосу; на фиг. 6 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 3, полученный фильтровым методом при стандартном наборе параметров, соответствующих мужскому голосу; на фиг. 7 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 3, полученный методом Рабинера - Голда при стандартном наборе параметров, соответствующих мужскому голосу; на фиг. 8 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 3, полученный кепстральным методом при стандартном наборе параметров, соответствующих мужскому голосу; на фиг. 9 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 3, полученный автокорреляционным методом при стандартном наборе параметров, соответствующих мужскому голосу; на фиг. 10 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 3, полученный методом ЛЛК при стандартном наборе параметров, соответствующих мужскому голосу; на фиг. 11 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 3, полученный предлагаемым методом при стандартном наборе параметров, соответствующих мужскому голосу; на фиг. 12 приведена осциллограмма предложения "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной VBG с марками пауз на интервалах смычек взрывных глухих фонем /т/ и /к/ в слове "такого"; на фиг. 13 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 12, полученный пиковым методом после подстройки параметров метода; на фиг. 14 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 12, полученный фильтровым методом после подстройки параметров метода; на фиг. 15 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 12, полученный методом Рабинера - Голда после подстройки параметров метода; на фиг. 16 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 12, полученный кепстральным методом после подстройки параметров метода; на фиг. 17 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 12, полученный методом ЛЛК после подстройки параметров метода; на фиг. 18 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 12, полученный автокорреляционным методом после подстройки параметров метода; на фиг. 19 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 12, полученный предлагаемым методом с ручной корректировкой пауз; на фиг. 20 приведена осциллограмма предложения с транскрипцией "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором женщиной IGF; на фиг. 21 показан эталонный контур основного тона, полученный путем ручной обработки осциллограммы, представленной на фиг. 20; на фиг. 22 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 20, полученный пиковым методом; на фиг. 23 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 20, полученный фильтровым методом; на фиг. 24 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 20, полученный методом Рабинера - Голда; на фиг. 25 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 20, полученный кепстральным методом; на фиг. 26 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 20, полученный автокорреляционным методом; на фиг. 27 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 20, полученный методом ЛЛК; на фиг. 28 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 20, полученный предлагаемым методом; на фиг. 29 приведена осциллограмма изолировано произнесенного слова "три", диктор мужчина VBG; на фиг. 30 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 29, полученный пиковым методом; на фиг. 31 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 29, полученный фильтровым методом; на фиг. 32 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 29, полученный методом Рабинера - Голда; на фиг. 33 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 29, полученный кепстральным методом; на фиг. 34 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 29, полученный автокорреляционным методом; на фиг. 35 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 29, полученный методом ЛЛК; на фиг. 36 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 29, полученный предлагаемым методом; на фиг. 37 приведена в увеличенном во времени масштабе осциллограмма перехода от смычки /т/ к звонкой /р/ - начало гласной /и/ для слова "три", показанного на фиг. 29; на фиг. 38 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 37, полученный предлагаемым методом; на фиг. 39 приведена в увеличенном во времени масштабе осциллограмма стационарного участка гласной /и/ для слова "три", показанного на фиг. 29; на фиг. 40 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 39, полученный предлагаемым методом; на фиг. 41 приведена в увеличенном во времени масштабе осциллограмма окончания гласной /и/ для слова "три", показанного на фиг. 29; на фиг. 42 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 41, полученный предлагаемым методом; на фиг. 43 приведена осциллограмма предложения "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной VBG с марками пауз на интервалах смычек взрывных глухих фонем /т/ и /к/ в слове "такого" при соотношении сигнал / шум 40 дБ; на фиг. 44 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 43, полученный пиковым методом; на фиг. 45 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 43, полученный фильтровым методом; на фиг. 46 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 43, полученный методом Рабинера - Голда; на фиг. 47 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 43, полученный кепстральным методом; на фиг. 48 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 43, полученный автокорреляционным методом; на фиг. 49 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 43, полученный методом ЛЛК; на фиг. 50 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 43, полученный предлагаемым методом; на фиг. 51 приведена осциллограмма предложения "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной VBG с марками пауз на интервалах смычек взрывных глухих фонем /т/ и /к/ в слове "такого" при соотношении сигнал / шум 30 дБ; на фиг. 52 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 51, полученный пиковым методом; на фиг. 53 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 51, полученный фильтровым методом; на фиг. 54 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 51, полученный методом Рабинера - Голда; на фиг. 55 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 51, полученный кепстральным методом; на фиг. 56 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 51, полученный автокорреляционным методом; на фиг. 57 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 51, полученный методом ЛЛК; на фиг. 58 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 51, полученный предлагаемым методом; на фиг. 59 приведена осциллограмма предложения "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной VBG с марками пауз на интервалах смычек взрывных глухих фонем /т/ и /к/ в слове "такого" при соотношении сигнал / шум 20 дБ; на фиг. 60 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 59, полученный пиковым методом; на фиг. 61 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 59, полученный фильтровым методом; на фиг. 62 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 59, полученный методом Рабинера - Голда; на фиг. 63 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 59, полученный кепстральным методом; на фиг. 64 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 59, полученный автокорреляционным методом; на фиг. 65 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 59, полученный методом ЛЛК; на фиг. 66 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 59, полученный предлагаемым методом; на фиг. 67 приведена осциллограмма предложения "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной VBG с марками пауз на интервалах смычек взрывных глухих фонем /т/ и /к/ в слове "такого" при соотношении сигнал / шум 10 дБ; на фиг. 68 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 67, полученный пиковым методом; на фиг. 69 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 67, полученный фильтровым методом; на фиг. 70 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 67, полученный методом Рабинера - Голда; на фиг. 71 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 67, полученный кепстральным методом; на фиг. 72 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 67, полученный автокорреляционным методом; на фиг. 73 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 67, полученный методом ЛЛК; на фиг. 74 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 67, полученный предлагаемым методом; на фиг. 75 приведена осциллограмма предложения "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной VBG с марками пауз на интервалах смычек взрывных глухих фонем /т/ и /к/ в слове "такого" при соотношении сигнал / шум 5 дБ; на фиг. 76 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 75, полученный пиковым методом; на фиг. 77 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 75, полученный фильтровым методом; на фиг. 78 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 75, полученный методом Рабинера - Голда; на фиг. 79 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 75, полученный кепстральным методом; на фиг. 80 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 75, полученный автокорреляционным методом; на фиг. 81 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 75, полученный методом ЛЛК; на фиг. 82 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 75, полученный предлагаемым методом; на фиг. 83 приведена осциллограмма предложения "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной VBG с марками пауз на интервалах смычек взрывных глухих фонем /т/ и /к/ в слове "такого" при соотношении сигнал / шум 0 дБ; на фиг. 84 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 83, полученный пиковым методом; на фиг. 85 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 83, полученный фильтровым методом; на фиг. 86 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 83, полученный методом Рабинера - Голда; на фиг. 87 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 83, полученный предлагаемым методом; на фиг. 88 приведена осциллограмма предложения "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной VBG с марками пауз на интервалах смычек взрывных глухих фонем /т/ и /к/ в слове "такого", отфильтрованая фильтром нижних частот с частотой среза 800 Гц; на фиг. 89 приведена осциллограмма предложения "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной VBG с марками пауз на интервалах смычек взрывных глухих фонем /т/ и /к/ в слове "такого" при соотношении сигнал / шум 0 дБ; на фиг. 90 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 89, полученный предлагаемым методом; на фиг. 91 приведена в увеличенном во времени масштабе осциллограмма перехода от смычки /д/ к гласной /а/ для слова "не видали", показанного на фиг. 88; на фиг. 92 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 91, полученный предлагаемым методом; на фиг. 93 приведена в увеличенном во времени масштабе осциллограмма перехода от гласной /а/ к сонорной /л/ и далее к гласной /и/ для слова "невидали", показанного на фиг. 88; на фиг. 94 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 93, полученный предлагаемым методом; на фиг. 95 приведена в увеличенном во времени масштабе осциллограмма перехода от сонорной /м/ к гласной /ы/ для слова "мы", показанного на фиг. 88; на фиг. 96 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 95, полученный предлагаемым методом; на фиг. 97 приведена в увеличенном во времени масштабе осциллограмма перехода от смычки /т/ к гласной /а/ и далее к смычке /к/ для слова "такого", показанного на фиг. 88; на фиг. 98 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 97, полученный предлагаемым методом; на фиг. 99 приведена в увеличенном во времени масштабе осциллограмма перехода от гласной /о/ к смычке /д/ для слова "невода", показанного на фиг. 88; на фиг. 100 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 99, полученный предлагаемым методом; на фиг. 101 приведена осциллограмма предложения "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной VBG с марками пауз на интервалах смычек взрывных глухих фонем /т/ и /к/ в слове "такого"; на фиг. 102 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 101, полученный предлагаемым методом; на фиг. 103 приведена осциллограмма предложения "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной VBG с марками пауз на интервалах смычек взрывных глухих фонем /т/ и /к/ в слове "такого", сигнал ограничен на уровне 100 отсчетов; на фиг. 104 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 103, полученный пиковым методом; на фиг. 105 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 103, полученный фильтровым методом; на фиг. 106 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 103, полученный методом Рабинера - Голда; на фиг. 107 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 103, полученный кепстральным методом; на фиг. 108 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 103, полученный автокорреляционным методом; на фиг. 109 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 103, полученный методом ЛЛК; на фиг. 110 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 103, полученный предлагаемым методом; на фиг. 111 приведена осциллограмма предложения "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной VBG с марками пауз на интервалах смычек взрывных глухих фонем /т/ и /к/ в слове "такого", сигнал ограничен на уровне 50 отсчетов; на фиг. 112 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 111, полученный пиковым методом; на фиг. 113 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 111, полученный фильтровым методом; на фиг. 114 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 111, полученный методом Рабинера - Голда; на фиг. 115 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 111, полученный кепстральным методом; на фиг. 116 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 111, полученный автокорреляционным методом; на фиг. 117 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 111, полученный методом ЛЛК; на фиг. 118 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 111, полученный предлагаемым методом; на фиг. 119 приведена осциллограмма предложения "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной VBG с марками пауз на интервалах смычек взрывных глухих фонем /т и /к/ в слове "такого", сигнал ограничен на уровне 10 отсчетов; на фиг. 120 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 119, полученный предлагаемым методом; на фиг. 121 приведена осциллограмма предложения "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной VBG с марками пауз на интервалах смычек взрывных глухих фонем /т/ и /к/ в слове "такого", сигнал ограничен на уровне 5 отсчетов; на фиг. 122 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 121, полученный предлагаемым методом; на фиг. 123 приведена осциллограмма предложения "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной VBG с марками пауз на интервалах смычек взрывных глухих фонем /т/ и /к/ в слове "такого", сигнал ограничен на уровне 1 отсчета; на фиг. 124 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 123, полученный предлагаемым методом; на фиг. 125 приведена в увеличенном во времени масштабе осциллограмма смычки /д/ для слова "не видали", показанного на фиг. 101; на фиг. 126 приведена осциллограмма предложения "Не видали мы такого невода", произнесенная диктором мужчиной AIO; на фиг. 127 приведена осциллограмма ресинтезированного сигнала фиг. 126 с использованием контура основного тона, полученного предлагаемым методом и параметрами, определяемыми корреляционным методом на периоде основного тона без умножения на окно; на фиг. 128 приведена осциллограмма ресинтезированного сигнала фиг. 126 с использованием контура основного тона, полученного предлагаемым методом и параметрами, определяемыми корреляционным методом на периоде основного тона с умножением сигнала на экспоненциальное окно; на фиг. 129 приведена картина формантных траекторий для сигнала, показанного на фиг. 126; на фиг. 130 приведена картина формантных траекторий для сигнала, показанного на фиг. 127; на фиг. 131 приведена картина формантных траекторий для сигнала, показанного на фиг. 128; на фиг. 132 приведена осциллограмма слова "четыре", произнесенная диктором мужчиной AIO; на фиг. 133 показан эталонный контур основного тона, полученный ручным способом, для осциллограммы, показанной на фиг. 132; на фиг. 134 представлена осциллограмма сигнала, приведенного на фиг. 132 совместно с белым шумом при соотношении сигнал / шум С/Ш = 5 дБ; на фиг. 135 приведена осциллограмма сигнала, показанного на фиг. 132, сглаженная секансным окном; на фиг. 136 представлен контур основного тона, полученный предлагаемым методом по сглаженному сигналу, показанному на фиг. 135; на фиг. 137 приведена временная функция секансного окна; на фиг. 138 приведена осциллограмма сигнала с шумом, показанная на фиг. 134, сглаженная секансным окном; на фиг. 139 представлен контур основного тона, полученный предлагаемым методом по сглаженному сигналу, показанному на фиг. 138, при синхронном с основным тоном формированием признака ТОН/НЕ_ТОН; на фиг. 140 представлен контур основного тона, полученный предлагаемым методом по сглаженному сигналу, показанному на фиг. 138, при асинхронном с основным тоном формировании признака ТОН/НЕ_ТОН; на фиг. 141 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 134, полученный пиковым методом; на фиг. 142 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 134, полученный кепстральным методом; на фиг. 143 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 134, полученный методом Рабинера - Голда; на фиг. 144 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 134, полученный фильтровым методом; на фиг. 145 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 134, полученный методом ЛЛК; на фиг. 146 показана осциллограмма сигнала, показанного на фиг. 132, после ограничения в полосе частот 300 - 3300 Гц (телефонный канал); на фиг. 147 показана осциллограмма сигнала, полученного после сглаживания секансным окном сигнала, показанного на фиг. 146; на фиг. 148 представлен контур основного тона, полученный предлагаемым методом по сглаженному сигналу, показанному на фиг. 147, при синхронном с основным тоном принятии решения ТОН/НЕ_ТОН; на фиг. 149 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 146, полученный пиковым методом; на фиг. 150 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 146, полученный кепстральным методом; на фиг. 151 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 146, полученный методом Рабинера - Голда; на фиг. 152 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 146, полученный фильтровым методом; на фиг. 153 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 146, полученный автокорреляционным методом; на фиг. 154 показан контур основного тона осциллограммы, представленной на фиг. 146, полученный методом ЛЛК; Работа алгоритма по предлагаемому способу пояснена на фиг. 1. Перечень операций по предлагаемому способу показан на фиг. 2. Исходный сигнал пропускают через фильтр низких частот (ФНЧ) с частотой среза в диапазоне от 600 до 1500 Гц (операция 1). ФНЧ повышает надежность выделения основного тона, хотя для ряда голосов не является обязательным.

Положительные значения исходного сигнала логарифмируют (операция 2). В предположении, что спадающий сигнал, путем сравнения с которым принимают решение о поиске следующего максимума, имеет экспоненциальный характер, операция логарифмирования входного сигнала позволяет выполнить операцию генерирования спадающего сигнала в виде линейно понижающегося сигнала. Переход к линейной форме спадающего сигнала позволяет упростить процедуру изменения параметров этого сигнала в процессе его адаптации к исходному входному сигналу. Основание логарифма выбирают так, чтобы обеспечить нормализацию прологарифмированного сигнала в пределах допустимого диапазона значений устройств обработки сигнала. Логарифм положительных значений исходного сигнала показан на фиг. 1 сплошными толстыми линиями.

При выполнении операции 3 ищут первый максимум исходного сигнала, который на фиг. 1 обозначен как A₁. Этому максимуму соответствует маркер M₁ на оси времени, отмечающий положение максимума A₁ во времени.

На следующей операции 4 оценивают время блокировки поиска максимума по формуле T_бл = Q*T₀, где T_бл - время блокировки принятия решений, Q - коэффициент, меньший единицы и определяющий какую долю от периода основного тона должно составлять время блокировки, T₀ - период основного тона, оцененный на предшествующих этапах алгоритма.

При поиске первого максимума в качестве T₀ принимают средний период основного тона исходного сигнала T_0ср, оцененный, например, так, как это осуществлено в методе ЛЛК.

Операция 5. Оценивают положение и значение максимума спадающего сигнала. Положение максимума спадающего сигнала находят как B_k=M_k+T_бл ^k, где B_k - положение во времени максимума спадающего сигнала на k-м периоде основного тона, M_k - марка k-го периода основного тона, T_бл ^k - время блокировки k-го периода основного тона.

Максимумы спадающего сигнала определяют по формуле G_max ^k = A_k + D, где G_max ^k - максимумы спадающего сигнала на k-м периоде основного тона, A_k - значение максимума сигнала, соответствующего марке M_k на k-м периоде основного тона, D - значение приращения максимума спадающего сигнала, обеспечивающее надежное выделение последующего основного максимума исходного сигнала.

Значение приращения D определяют из статистики исходного сигнала на этапе предварительных экспериментов.

Операция 6. Определяют наклон спадающего сигнала. Для этого сначала находят наклон на участке T_бл, при предположении линейного нарастания сигнала от A_k до G_k: R_k = D/T_бл ^k, где R_k - наклон линейного нарастания на интервале T_бл ^k k-го периода основного тона.

Наклон спадающего сигнала на участке снижения определяют как L_k = R_k*A_s, где L_k наклон спадающего сигнала на участке снижения k-го периода основного тона, A_s - коэффициент асимметрии, определяемый на основе статистики измерений периода основного тона в ходе предварительных экспериментов.

Операция 7. Генерируют спадающий сигнал в соответствии с формулой G_k(t) = G_max ^k - L_k(t - B_k), где G_k (t) - значение спадающего сигнала в момент времени t, t - текущее время, B_k - положение во времени максимума спадающего сигнала на k-м периоде основного тона.

Операция 8. На каждом шаге определения спадающего сигнала проверяют условие G_k(t) log_a(s(t)), где s(t) - исходный сигнал, а - основание логарифма.

Если указанное условие выполнено, то продолжают определять _k(t) для последующих значений t. Если указанное условие нарушено, то переходят к поиску следующего максимума. На фиг. 1 точка, соответствующая нарушению указанного условия для первого периода основного тона обозначена как C₁, для второго - C₂.

Операция 9. После оценки нарушения указанного выше условия переходят к поиску следующего основного максимума исходного сигнала. Для второго периода основного тона эта точка на фиг. 1 обозначена как A₂, ей соответствует временная марка М₂. По разности M_k+1 - М_k = T₀ ^k определяют значение k-го периода основного тона. Если значение T₀ ^k не выходит за допустимые пределы изменений периода основного тона, т.е. если T^k-1₀- ^* T^k-1₀ T^k₀ T^k₀+^* T^k-1₀, где - допустимое относительное изменение периода основного тона, определяемое на основе статистики исходного сигнала в ходе предварительных экспериментов, то при определении длительности времени блокировки для (k+1)-го периода основного тона T_бл ^k+1 значение T₀ заменяют на T₀ ^k, в противном случае значение T₀ в формуле для определения T_бл оставляют неизменным.

Далее переходят к операции 4, и процесс оценки нового периода основного тона повторяется.

На фиг. 3 - 143 приведены результаты сравнительного анализа выделения основного тона предлагаемым методом и расматриваемыми аналогами (пиковый метод, фильтровой метод, метод Рабинера - Голда, кепстральный метод, автокорреляционный метод, метод ЛЛК). Методы-аналоги реализованы на установке STC-D 106.1 с использованием системы программного обеспечения SIS 4.0, разработанных и изготовленных фирмой "Центр речевых техноло