Brevet FR2074813A1 — publié le 19711008

L'invention est du domaine des dispositifs servant à reconnaître les sons vocaux. Elle concerne un système permettant d'analyser avec un nombre réduit de composants une gamme de sons élémentaires ou phonèmes émis par plusieurs locuteurs. La principale application envisagée dans l'immédiat est d'obtenir à 5 partir d'un vocabulaire réduit des commandes de commutations simples, et dans un avenir plus lointain des commandes à la voix d'organes complexes. Parmi les principaux essais d'adaptation des systèmes d'analyse de la parole en vue de la reconnaissance, on peut citer le brevet français N° 1 428 460, ayant pour titre "Procédé et dispositif pour la modification 10 dynamique et l'analyse de signaux électriques représentant des sons". Le système décrit dans ce brevet est constitué d'un ou plusieurs compresseurs formantiques suivis d'un banc de filtres d'analyse. Le compresseur formantique est essentiellement un amplificateur à contre-réaction à réglage de gain par une boucle comprenant un filtre passe-bande : ceci permet d'effectuer la régulation du gain 15 de l'amplificateur d'après les composantes du spectre de la parole. Le dispositif assure donc la formation des niveaux de l'information à la sortie de l'analyseur de parole formé du banc de filtres passe-bande suivi de détecteurs et de filtres passe-bas coupant à 16 Hz ou 50 Hz. Un autre exemple d'adaptation a été décrit dans la revue "IEEE Transactions 20 on Audio and Electroacoustics", décembre 1968, pages 523 et suivantes "Adaptive spectral analysis for speech-sound récognition". La présente invention est basée sur les considérations suivantes : Il est connu des phonéticiens que l'ensemble des saris constituant une langue donnée est de l'ordre de quelques dizaines. En particulier on admet que 25 la langue française comprend environ 36 sons différents. Il est passible de constituer un système de filtrage comprenant un banc de filtres par son, soit 36 bancs de filtres pour isoler et identifier tous les sons de la langue française. Mais il est connu aussi que chaque locuteur énonce les sons avec des caractéristiques qui lui sont propres : registre, accent, intonation, etc. 30 En appliquant un tel schéma a une population de 100 locuteurs, par exemple, on arrive à un ensemble de 3600 bancs de filtres, ce qui est manifestement prohibitif, alors que, d'une part, un nombre de 100 locuteurs envisagés est faible, et que, d'autre part, l'adjonction de locuteurs nouveaux oblige à constituer autant de bancs de filtres supplémentaires. 35 Le but de l'invention est d'obtenir un fonctionnement selon le schéma précédent, manifestement très simple et fiable, en réduisant le nombre de filtres de base par exemple à moins de vingt, rendus adaptables non seulement à la reconnaissance des 36 sons de la langue française (par exemple) émis par un locuteur donné, mais aussi à l'extension à un locuteur quelconque, à la ♦0 condition que les paramètres propres à l'élocution de chaque locuteur puissent 70 03429 2074813 •êtrB introduits dans le processus d'identification. Les inventeurs arrivent à ce résultat par la conjugaison de trais mesures : 1°) Au lieu de présenter un son incident à 36 filtres en parallèle, l'analyse est faite en série, bien entendu à une cadence plus rapide que la durée de 5 chaque son individuel. 2°) C'est la même unité de filtrage qui est adaptée à prendre successivement 3B configurations distinctes propres à reconnaître chacun des 36 sons élémentaires : au cours d'une exploration, .l'une des configurations est trouvée en correspondance avec le son présenté au moment concerné, l'identification du son élémentaire est alors effectuée. 3°) Les paramètres propres à chaque locuteur sont déterminés d'avance et mis en mémoire au préalable, et sont appliqués au processus d'adaptation ci-dessus. Les inventeurs obtiennent ces résultats très simplement et économiquement par l'emploi de filtres numériques. Un filtre numérique comportant un schéma 15 de calcul, on obtient d'une structure fixe des caractéristiques variables en modifiant les coefficients introduits dans le calcul. L'invention prévoit, à partir de .tableaux de coefficients mémorisés, de façonner un ensemble de filtres en petit nombre Cpar exemple 16) de façon à répondre individuellement à chacun des 36 sons émis par la voix d'un locuteur donné L, préalablement analysée. 20 Le nombre 16 qui a été articulé ci-dessus a été obtenu en considérant un spectre vocal de 300 - 3500 Hz, subdivisé en seize gammes ayant une largeur de 200 Hz. Ces valeurs numériques sont données à titre d'exemple. DESCRIPTION L'invention va être décrite en détail sur un exemple de réalisation, en se 25 référant aux dessins annexés, parmi lesquels : La figure 1 est un schéma général indiquant l'organisation d'un appareil selon l'invention ; La figure 2 est un schéma indiquant le processus d'entrée et de sortie d'une mémoire faisant partie de l'appareil selon la figure 1 j La figure 3 est un schéma montrant la constitution des filtres de Lerner par association de plusieurs résonateurs connectés en parallèle, pratiquement trois résonateurs adjacents choisis parmi toute une batterie de résonateurs. La figure 4 est un schéma montrant la constitution d'un résonateur pour filtre de Lerner de type numérique ; 35 |_a figure 5 est un schéma de principe simplifié d'un résonateur de Lerner' selon la figure 4. Les figures 6a et 6b sont des schémas de dispositifs correcteurs associés au schéma de la figure 5. La figure 7 est un schéma montrant là'constitution d'uri filtre numérique par association de trois résonateurs selon la figure 5, se terminant par un 70 03429 3 2074813 circuit d'intégration. La figure 8 est un schéma d'un filtrage passe-bas contenu dans le circuit d'intégration de la figure 7. FIGURE 1 - Un microphone 11, devant lequel parle un locuteur L, fournit des 5 courants vocaux qui sont échantillonnés par l'échantillonneur 12 à une cadence définie par une horloge 13, par exemple à la fréquence de 8 kHz (intervalles 125 ys). Les échantillons sont quantifiés dans un convertisseur analogique-numérique 14. L'échantillonnage et la quantification se font très rapidement, en quelques microsecondes. La quantification se fait, par exemple, sous forme d'un mot de dix bits d'information plus un bit de pariti, soit onze bits en tout. Un tel mot arrive en A dans une mémoire tampon 15 qui a une capacité, par exemple de 1024 mots. Lorsque la mémoire est pleine de haut en bas, l'inscription recommence par le haut et ainsi de suite indéfiniment. L'inscription d'un mot se faisant toutes Iss 125 ys, la mémoire contient en permanence un tronçon de 15 temps de 125 ys x 1024, soit 128 ms, ce qui est la durée approximative d'un son vocal. Chaque mot de 11 bits extrait de la mémoire 15 par une borne de sortie B est appliqué par un commutateur 16 à 36 positions (nombre de sons de la langue française] à une configuration de 16 filtres numériques 17, indicés a, b...p. 20 Pour chaque position du commutateur 16, un commutateur solidaire 18 applique les coefficients extraits d'un de 36 tableaux. Ces tableaux sont symbolisés par des lignes horizontales au nombre de 36 faisant partie d'un ensemble matriciel 19. Pour chacune des 36 positions du commutateur 18, la configuration 17 qui reçoit un échantillon à un moment donné a ses caractéristiques modelées en 2^ accord avec la position du commutateur 18. Les valeurs des paramètres du tableau 19 sont ajustées d'après des coefficients se référant audit locuteur L, enregistrés d'avance : chaque ligne verticale du tableau 19 est formée par une ligne verticale du tableau 20. L'insertion des paramètres du tableau 20 dans la matrice 19 peut se faire 3tl par tout moyen connu. Sur une borne de sortie 21 on obtient un signal logique pour la coïncidence d'un son en mémoire avec une des 36 configurations de filtrage présentées successivement. FIGURE 2 - La figure 2 montre une vue schématique de la mémoire 15 et des OC organes accessoires. La mémoire 15 contient, par exemple 1024 lignes de 11 bits. Elle est adressable par un registre d'entrée 31 qui avance d'une unité toutes les 125 ys, sous l'effBt de l'horloge 13. L'écriture des valeurs quantifiées (mots de onze bits) arrivant en A se ^ fait sur la ligne dont l'adresse est donnée par le registre 31. 70 03429 4 2074813 La lecture se fait, par la borne de sortie B, sous la commande d'un registre d'adresse de lecture 32, qui avance d'une unité en accord avec une horloge 33, qui est réglée sur la vitesse de traitement. FIGURE 3 - Pour constituer les filtres passe-bande, au nombre de 16 dans 5 le cas présent, il est particulièrement avantageux d'adopter la structure de Lerner, décrite dans "Proceedings of the IEEE", mars 1964, "Band-pass filters with linear phase". La caractéristique la plus intéressante d'un tel filtre est la linéarité de la phase qui introduit un temps de retard de groupe pratiquement constant dans la bande passante. 10 on réalise un filtre de Lerner en disposant n résonateurs en parallèle. Par exemple pour n = 3, avec trois cellules de fonction de transfert individuel- 1 1 les S., S_, S„, an a la fonction de transfert résultante :S=--=-S. +S - — S . 12 3 ZI z Z o Avec 2n + 1 résonateurs disposés en parallèle en groupant par récurrence deux résonateurs de rang impair et le résonateur de rang pair intermédiaire, on 15 obtient n filtres à trois cellules. □ans la figure 3, le signal arrivant par une borne a est multiplé sur 2n + 1 cellules C „, C , C„,.....C . La sortie des cellules de rang impair, 1 z 3 zn+1 telles que C , C , est équipés d'un amplificateur multiplicateur X., X„ respec- 1 CJ ^ 1 O tivement, fournissant une multiplication par - -5-. La sortie du filtre 1 est 1 i 20 assurée par un sommateur Z s qui fournit en s^ la somme ~ ^ ^^ * ^2 ~ 'T. C3' en appelant le signal de sortie de la cellule C^. De même on obtient sur la borne de sortie s^ du sommateur le signal de sortie du filtre formé par les cellules C„, C,, C_, etc. o *r b FIGURE 4 - La figure 4 présente le schéma synoptique fonctionnel d'un 25 résonateur pour filtre de Lerner de type numérique. . Le signal incident X est appliqué à un premier amplificateur sommateur A^, dont le signal de sortie Y est appliqué d'une part à une mémoire de premier mot et à un deuxième amplificateur sommateur A^. La sortie de T^, , est appliquée à une deuxième mémoire dite mémoire de deuxième mot, ainsi qu'à l'entrée 30 d'un amplificateur X multipliant par un facteur -B., et à l'entrée d'un a i amplificateur X^ multipliant par B^/2. La sortie de T2 est appliquée à un troisième amplificateur multiplicateur qui multiplie par un factsur Les mémoires et gardent l'information pendant T (= 125 ys). Les sorties de Xg et de X^ sont connectées à deux entrées de l'amplificateur 35 sommateur A^. La sortie de X^ est connectée à une entrée de l'amplificateur ' sommateur A^. La sortie S de l'amplificateur sommateur sortie du résonateur. FIGURE 5 - La figure 5 est un schéma technologique simplifié d'un résonateur de Lerner de type numérique selon la figure 4. Les multiplications qui figurent dans le schéma de la figure 4 sont 70 03429 5 2074813 effectuées par sommation de logarithmes, avec passage linéaire - logarithme et passage inversa logarithme-linéaire. est une mémoire contenant log pour un résonateur déterminé, extrait du tableau 19 de la figure 1. M2 est une mémoire qui contient log Y^, équivalent 5 à de la figure 4. M3 est une mémoire qui contient log Y,,, équivalent à T2 ds la figure 4. est une mémoire qui contient log B2> extrait du tableau 19 de la figure 1. Q2 sont deux sommateurs de logarithmes. Q^, G}^, sont des sommateurs de quantités linéaires. 10 et K2 sont des convertisseurs logarithme-linéaire. est un convertisseur linéaire-logarithme. D est un diviseur par deux. X est un registre d'entrée correspondant à la borne de mSme désignation dans la figure 4. Le sommateur reçoit les signaux de sortie de et de M2 et fait leur 15 somme, qui est appliquée à l'entrée du convertisseur K.^. A la sortie du convertisseur K.^ on obtient la grandeur Cette grandeur est appliquée à une première entrée du sommateur 0^. Elle est appliquée également à l'entrée du diviseur par deux D. Ce dernier fournit la grandeur -B Y^/2 qui est appliquée à une première entrée du sommateur Q^. 20 Le signal de sortie de la mémoire M2 est appliqué à la mémoire Mg, en un temps d'horloge différent d'une unité. La sortie de la mémoire et la sortie de la mémoire sont appliquées à deux entrées du sommateur dont la sortie est connectée au convertisseur K2- Ce dernier fournit grandeur qui est appliquée à une entrée du sommateur Q^, lequel reçoit sur une autre entrée la 25 grandeur X. La sortie du sommateur est appliquée d'une part à une deuxième entrée du sommateur Qg, qui fournit en sortie la grandeur Y = X - B^Y^ - B2Y2" Cet'fce grandeur, reconvertie en logarithme par le convertisseur Kg est injectée à l'entrée de la mémoire 30 D'autre part la sortie du sommateur GJ^ est encore appliquée à une deuxième entrée du sommateur Q^, lequel fournit en sortie la grandeur, de sortie de la cellule : S = X - B.Y./2 - B_Y_. c 11 2 2 FIGURES Ba et Bb - En fait, pour augmenter la précision des calculs par 35 logarithmes, on applique une correction à la conversion logarithme-linéaire ou à la conversion inverse. La valeur de la quantité log w est fournie à partir de w par un générateur de fonction de type numérique, en mémoire sous forme de segments de droite. Aux points de recoupement des extrémités de segments avec la courbe, l'erreur 40 est nulle. Au milieu des segments, l'écart entre la valeur vraie et la valeur 70 03429 6 2074813 approchée est maximal. L'invention prévoit des moyens pour corriger cette erreur. La figure 6a présente le dispositif correcteur pour une conversion logarithme-linéaire : elle comprend un convertisseur K.^ qui reçoit directement la caractéristique c du logarithme, tandis que la mantisse m est appliquée 5 d'une part à un sommateur d'autre part à une mémoire de termes de correction M.. La sortie de la mémoire M. est connectée à une deuxième entrée du sommateur î .i Le convertisseur reçoit la caractéristique c et la mantisse corrigée issue de La figure 6b présente le dispositif correcteur pour une conversion 10 linéaire-logarithme. La mantisse m sortant du convertisseur est appliquée à un sommateur G), et à une mémoire de correction M.i dont le signal de sertie 3 J est appliqué à une deuxième entrée du sommateur Qj. A la sortie du sommateur Qj, on reconstitue le logarithme caractéristique c + mantisse corrigée. FIGURE 7 - La figure 7 présente l'association de trois résonateurs pour 15 former un filtre de Lerner [ce nombre trois ayant été choisi à titre d'exemple), ainsi que le circuit de sortie d'un tel filtre de Lerner, comportant des moyens d'intégration de l'énergie sortante. La grandeur S (voir figure 5) est appliquée en progression à trois C registres R^, R^, Rg, qui à une époque déterminée contiennent respectivement 20 s S _, S „. Ces grandeurs sont transférées sous la commande d'un réseau cl cZ c3 de commutation P dans trois registres RJ, R£,-R£, sous la forme a^S^, a2SC2' agS^g, repectivement. Les coefficients ont la valeur a^ = - = 1, a3 = - (Voir figure 3) Ces opérations sont rythmées par une horloge H. Les signaux de sortie des trois registres R,j, R^» Rg sont appliqués à un 25 sommateur Q dont la sortie est obtenue dans un registre Rp de sortie Sp (sortie de filtre de bande). Le registre Rp possède en principe une borne b sur laquelle on pourrait appliquer une commande de signe. Cette borne étant inutilisée dans le montage de la figure 7, il en résulte que le signal obtenu a la même polarité quelle 30 qUe soit la polarité du signal sortant de Q : autrement dit, on obtient un effet de redressement onde entière. Le signal redressé sortant de Rp est appliqué à un dispositif de filtrage passe-bas faisant fonction d'intégrateur. Ce dispositif comprend avantageusement par exemple deux cellules de filtre passe-bas, F^, F^, de type numérique, faisant 35 application de coefficients contenus dans une mémoire Ces deux cellules auront par exemple une pente de filtrage de 18 dB par octave. La mémoire peut être une mémoire morte contenant des coefficients pour une fréquence de I coupure fixe, par exemple 20 à 25 Hz. La mémoire M peut être aussi plus complexe K et contenir plusieurs jeux de coefficients, sélectés automatiquement selon les 40 nécessités instantanées (par exemple fréquence de coupure de l'ordre de 60 Hz 70 03429 7 2074813 .pour une plosive). A la sortis de la deuxième cellule borne G, un organe de prélèvement E, rythmé par exemple sur 50 Hz fournit le signal de sortie à une borne S. FIGURE 8 - La figure 8 donne un schéma fonctionnel des deux cellules de 5 filtres passe-bas F^ et F2 dB la figure 7. L'ensemble comprend trois sommateurs Q„, Q_, QD, trois mémoires ToJ T., T,., b / o o 4 b analogues aux mémoires et T2 de la figure 4, quatre amplificateurs multiplieurs xr x2> x3, x4. Le signal Sp arrivant sur une entrée de Qg> est additionné avec le signal 10 de sortie u, ayant été retardé dans la mémoire sous forme u^, et multiplié dans X^ par un coefficient k. Le signal u de sortie de Qg est appliqué à une entrée de qui fournit un signal de sortie v. Ce signal v est retardé dans la mémoire T^, et sort en v^. Le signal v^ est appliqué à l'amplificateur X2, qui le multiplie par -B^/2, 15 et applique son signal de sortie v2 à une deuxième entrée de Le signal v^ est encore appliqué : - à une entrée de l'amplificateur Xg, qui lui fait subir une multiplication par B1 j - à l'entrée de la mémoire Tc, dont la sortie v„ est appliquée à une 20 entrée de l'amplificateur X^, qui la multiplie par B2 Le sommateur Qg reçoit v, la sortie v^ de X^ et la sortie v,_ de X^ : c'est la borne G. 25 30 35 40 70 03429 B- 2074813 REVENDICATIONS 1/ Analyseur de parole opérant sur des échantillons de parole fournis par un locuteur prélevés à intervalles réguliers, par .exemple toutes les 125 microsecondes, convertis en valeurs numériques par un convertisseur analogique-5 numérique, caractérisé en ce qu'il contient une mémoire auxiliaire dont la capacité embrasse un nombre d'échantillons numériques couvrant approximativement la durée d'un son vocal, par exemple 1024 échantillons couvrant 128 ms, un jeu de filtres numériques passe-bande-en nombre inférieur à 20 couvrant l'ensemble •du spectre vocal utile, un commutateur construit de façon à permettre l'associa-10 tion desdits filtres numériques selon un nombre de configurations supérieur à 30, dont chacune correspond à un son vocal élémentaire, ledit commutateur étant relié fonctionnellement à un dispositif pour le transfert dans Issdits filtres numériques des coefficients caractérisant la voix dudit locuteur. 2/ Analyseur de parole selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il 15 comporte des moyens pour transférer dans lesdits filtres numériques à volonté plusieurs séries d'autres coefficients caractérisant respectivement la voix de plusieurs locuteurs. 3/ Analyseur de parole selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits filtres numériques sont de préférence des filtres de Lerner numériques consti-20 tués par la conjugaison d'un certain nombre de résonateurs connectés en branches parallèles. 4'' Analyseur de parole selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des filtres numériques de Lerner comprenant une association de trois résonateurs numériques, ayant des fonctions de transfert individuelles 25 S., S. S. la sortie du filtre correspondant ayant la fonction de transfert 1 1+1 1+2 1 1 résultante S = - — S. + S. - — S. _, les coefficients - tt étant introduits par 2 1 1+1 2 1+2 2 des moyens en soi connus. 5/ Analyseur de parole selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un résonateur est commun à deux filtres adjacents, ce qui fait qu'avec 2n+1 résonateurs 30 on peut constituer n filtres, 6/ Analyseur de parole selon la revendication 5, caractérisé en ce. qu'il comporte 1B filtres ayant chacun une bande passante de l'ordre dé 200 Hz. 7/ Analyseur de parole selon la revendication 5, caractérisé en ce.que la sortie d'un filtre formé par l'association de trois résonateurs est appliquée à 35 l'entrée d'un dispositif de filtrage passe-bas agencé de façon à avoir un effet' de redressement et jouant le rôle d'intégrateur. 3/ Analyseur de parole selon la revendication 7, caractérisé en', ce que ledit dispositif de filtrage passe-bas comporte de préférence deux cellules passe-bas de type numérique. 40 3/ Analyseur de parole selon la revendication 8, caractérisé en ce que les 70 03429 b 2074813 •coefficients des filtres passe-bas numériques sont contenus dans une mémoire morte. 10/ Analyseur de parole selon la revendication B, caractérisé en ce que lesdits coefficients sont contenus dans une mémoire et peuvent être sélectés en fonction ^ des nécessités instantanées par des moyens en soi connus. 11/ Analyseur de parole selon la revendication 10, caractérisé en ce que les résonateurs et filtres numériques sont constitués essentiellement par des amplificateurs sommateurs et des mémoires, les multiplications s'effectuant par le truchement d'addition de logarithmes. 12/ Analyseur de parole selon la revendication 11, caractérisé en ce que, les conversions nombre-logarithme et inverses se faisant par des générateurs de fonction en segments de droite en soi connus, le dispositif de calcul comporte des organes d'interpolation pour réduire les erreurs de conversion maximales au milieu des segments. 15 20 25 30 35 40