Brevet FR2502374A1 — publié le 19820924

DISPOSITIF DE DISCRIMINATION DE LA PAROLE. L'invention concerne un dispositif de discrimination de la parole dans un signal d'entrée formé d'un signal de parole mêlé de bruit, ce signal d'entrée étant appliqué à un filtre passe-bande pour limiter sa bande de fréquences. Un dispositif de discrimination de la parole est utilisé par exemple dans des postes émetteurs-récepteurs, pour une commande automatique d'alternat, l'émission n'étant effective que lorsqu'un signal de parole est reconnu dans le signal de modulation appliqué à l'entrée de l'émetteur. I1 se pose un problème difficile de discrimination de la parole lorsque le microphone fournissant le signal de modulation est placé dans une ambiance bruyante et fournit un signal de bruit acoustique se mêlant au signal de parole. Parmi les dispositifs de discrimination de la parole connus, on peut distinguer ceux qui sont basés sur une mesure de l'amplitude du spectre du signal d'entrée, en plusieurs fréquences situées dans la bande de fréquence des signaux de parole ; on peut déduire la présence ou l'absence de parole dans le signal d'entrée, d'une comparaison entre les amplitudes de spectre mesurées. Le brevet français nO 2 433 800 décrit un dispositif de ce genre dans lequel on effectue trois mesures d'amplitude spectrale à l'aide de trois filtres passe-bande à bande étroite centrée chacune sur une fréquence déterminée. La réalisation de ces filtres et des critères dç reconnaissance de la parole assez complexes rendent les dispositifs de ce genre assez onéreux. Un autre genre de dispositif de discrimination de la parole est décrit dans le brevet français nO 2 410 923. I1 est basé sur une mesure de la variation de l'énergie sonore captée par le microphone pendant une durée déterminée, choisie pour que seule la parole et non le bruit puisse produire une variation supérieure à un certain seuil. Ce dispositif est formé par une cascade de circuits ayant chacun une certaine constante de temps, notamment un circuit différentiateur ayant une forte constante de temps (200 mS), de sorte que ce dispositif a finalement un temps de réponse assez long. La présente invention vise à fournir un dispositif de discrimination de la parole d'une autre conception, évitant à la fois la complexité et la lenteur de réponse que présentent respectivement les deux genres de dispositifs connus mentionnés ci-dessus. Conformément à l'invention, un dispositif destiné à discriminer la parole dans un signal d'entrée appliqué à un filtre pas- se-bande est caractérisé en ce que ce signal d'entrée est également appliqué à un filtre coupe-bande coupant une bande de fréquence qui est approximativement centrée sur la fréquence moyenne du premier formant du signal de parole et qui couvre au moins une partie de la bande de fréquence de ce premier formant, un premier circuit détecteur détectant le signal de sortie du filtre coupe-bande avec une forte constante de temps de 1 tordre de la constante de temps de variation du niveau moyen de bruit, un deuxième circuit détecteur détectant le signal de sortie dudit premier filtre passe-bande avec une faible constante de temps de 1 tordre de la constante de temps syllabique des signaux de parole, les signaux de sortie des deux circuits détecteurs étant appliqués à un circuit de différence par l'intermédiaire d'au moins un circuit de réglage d'amplitude, le signal de différence étant appliqué à un circuit comparateur dont la sortie indique la présence de signal de parole quand ledit signal de différence dépasse en valeur absolue un certain seuil. Le dispositif de l'invention est basé sur deux observations pratiques. En premier lieu, du fait de différents échos, un bruit acoustique a le plus souvent le caractère d'un son continu d'intensité lentement varis- ble ; il en résulte que le premier circuit de détection à forte constante de temps et auquel on applique le signal d'entrée débarrassé par le filtre coupe-bande de la majeure partie de l'énergie du signal de parole, fournit un signal représentatif du niveau moyen du bruit. En deuxième lieu, un interlocuteur parlant devant un microphone en am biance bruyante, parle d'autant plus fort que le bruit ambiant est plus intense afin de surmonter ce bruit ; il en résulte que le signal fourni par le deuxième circuit détecteur à faible constante de temps surmontera le signal fourni par le premier circuit détecteur en présence d'un signal de parole. La description suivante en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée. La figure 1 représente le schéma du dispositif de discrimination de parole de l'invention, utilisé pour commander un circuit interrupteur dans l'émetteur d'un poste émetteur-récepteur. La figure 2 représente le schéma de la figure 1 avec un mode de réalisation avantageux de la ligne à retard utilisée pour retarder le signal à transmettre. La figure 3 représente l'association du dispositif de discrimination de parole de l'invention et d'un dispositif de réduction du bruit utilisant des éléments communs. Sur la figure 1 est représenté un microphone 1 qui, situé dans une ambiance bruyante, fournit en meme temps qu'un signal de parole un signal de bruit d'origine acoustique. Le filtre passe-bande 2 représente l'effet de filtrage exercé par le microphone lui-même et par un amplificateur qui peut être disposé derrière le microphone. Le filtre 2 fournit un signal E qui couvre par exemple une bande de fréquences de 50 à 4000 Hz et qui est le signal d'entrée traité dans le dispositif de discrimination de la parole de l'invention. Le filtre passe-bande 3 limite la bande de fréquences du signal d'entrée E, à une bande normale pour des signaux de parole, c'est-à-dire par exemple 300-3000 Hz. Le signal E' fourni par le filtre 3 est utilisé par exemple dans un poste émetteurrécepteur comme signal de modulation de l'émetteur.Dans le cas ou ce poste est muni d'un dispositif pour un fonctionnement en alternat, le signal de modulation E' est transmis par l'intermédiaire d'un circuit interrupteur 4 à un modulateur non représente. Le circuit interrupteur 4 doit être commandé par un signal logique de commande V de façon à'entre c fermé que pendant les périodes de parole Ide l'interlocuteur parlant devant le microphone 1. Le dispositif de l'invention a pour but de discerner la présence de signal de parole dans le signal d'entrée E, en vue, dans l'exemple d'application choisi, de fournir le signal de commande Vc du circuit interrupteur 4. Le dispositif de l'invention comporté un filtre coupebande 5 recevant le signal d'entrée E et coupant une bande de fréquences approximativement centrée sur la fréquence moyenne du premier formant du signal de parole et couvrant au moins une partie de la bande de fréquen- ces de ce premier formant. On sait que les formants du signal de parole sont des bandes de fréquence dans lesquelles l'énergie est concentrée ; en particulier la plus grande partie de l'énergie du signal de parole est concentrée dans le premier formant qui occupe sensiblement la bande de fréquences 300-1000 Hz, cette concentration étant maximale vers la fréquence moyenne de ce premier formant.La bande coupée par le filtre 5 peut être par exemple la bande 550-750 Hz centrée sur la fréquence moyenne 650 Hz du premier formant Le signal fourni par le filtre 5 est appliqué à un circuit détecteur 6 formé de façon usuelle d'un circuit de redressement et d'un filtre passe-bas non représentés. Le filtre passe-bas est prévu de façon à procurer au circuit détecteur une forte constante de temps de détection de l'ordre de grandeur de la constante de temps de variation du niveau moyen du bruit d'origine acoustique capté par le microphone 1. On sait que, du fait de différents échos, un bruit acoustique a gEnérale- ment le caractère d'un son continu, d'intensité lentement variable avec une constante de temps de l'ordre de quelques dizièmes de seconde.Un bruit acoustique se distingue en cela de la parole qui a au contraire un caractère discontinu, avec des variations d'intensité notables en quelques millisecondes, à chaque syllabe. Comme dans le signal appliqué au circuit détecteur 6, on a déjà enlevé, grâce au filtre coupe-bande 5, une grande partie de l'énergie du signal de parole et comme le circuit détecteur 6 détecte son signal d'entrée avee une forte constante de temps de l'ordre par exemple de 0,2 à 0,5 S, le signal de parole n'est pratiquement pas pris en compte par le circuit détecteur 6 et ce dernier fournit un signal détecté V lentement variable représentant le niveau moyen de bruit d'origine acoustique capté par le microphone 1 en dehors de la bande de fréquences coupée par le filtre coupe-bande 5. Comme ce bruit a une énergie à peu près uniformément répartie dans le domaine des fréquences et comme la bande de fréquences coupée est relativement étroite, le signal détecté V représente en fait assez correctement le niveau moyen de bruit acoustique total. Le dispositif de l'invention comporte un deuxième circuit détecteur 7 qui reçoit le signal E' fourni par le filtre 3 limitant la bande de fréquence du signal d'entrée. Ce circuit détecteur 7 formé de façon classique d'un circuit de redressement et d'un filtre passe-bas non représentés, a son filtre passe-bas prévu pour que la détection s'effectue avec une constante de tempsdel'ordre de la constante de temps syllabique des signaux de parole, c'est-à-dire de l'ordre de quelques millisecondes. Le signal de sortie V' du circuit détecteur 7 représente donc, dans la bande passante du filtre 3, le niveau moyen de bruit, auquel s'ajoute le niveau moyen du signal de parole, pendant les périodes de parole. En tenant compte de.la répartition à peu près uniforme de l'énergie du bruit dans le domaine des fréquences et en supposant que les filtres 3 et 5 ont la même atténuation dans leurs bandes de transmission, on voit aisément qu'en l'absence de signal de parole le signal V' fourni par le circuit détecteur 7 est inférieur au signal V fourni par le circuit détecteur 6, avec un rapport Vv sensiblement constant. A V la sortie du circuit détecteur 6 est disposé un circuit atténuateur 8, dont le coefficient d'atténuation k est réglé en l'absence du signal de parole pour que le signal kV fourni par cet atténuateur soit sensiblement égal au signal V' fourni par le circuit détecteur 7. Les signaux V' et kV sont appliqués respectivement aux entrées positive et négative d'un circuit de différence 9.Le signal de différence Vd = V' - kV fourni par le circuit 9 reste proche de zéro en l'absence du signal de parole, sans dépendre sensiblement du niveau du bruit. Le signal de différence Vd est appliqué à un circuit comparateur 10 pour y être comparé à un seuil fixe Vo. En l'absence de signal de parole le signal de différence Vd reste inférieur au seuil Vo et le signal logique Vs fourni par le comparateur 10 est au niveau "0". En présence d'un signal de parole dans le signal E', le signal détecté V' est supérieur au signal kV et le signal de différence Vd devient supérieur au seuil Vo. Le signal logique Vs prend le niveau "1" indiquant la présence de parole. Le signal logique Vs constitue ainsi le signal de sortie du discriminateur de parole de l'invention. On peut noter la simplicité des circuits utilisés ainsi que la rapidité de réponse du dispositif, qui est déterminée par la faible constante de temps (quelques mS) du circuit détecteur 7. Une variante du dispositif de l'invention consiste à disposer à l'entrée du circuit détecteur 7 un filtre passe-bande 11 représenté par des traits en pointillé. Ce filtre 11 réduit la bande de fréquences du signal F' à une bande de fréquences ou se trouve concentrée beaucoup d'énergie du signal de parole, c'est-à-dire par exemple la bande de fréquences du premier formant ou une fraction de celle-ci. On diminue alors notablement la composante de bruit dans le signal détecté V' et relativement peu la composante du signal de parole. Il en résulte que les fluctuations inévitables dues au bruit, dans le signal de différence Vd, sont notablement diminuées cependant que l'accroissement de niveau de ce signal de différence Vd procuré par la parole n'est presque pas affecté.On obtient ainsi une plus grande sécurité dans la discrimination de la parole par le comparateur 10. Il peut aussi etre avantageux à cet égard que la bande de fréquences transmise par le filtre 11 soit sensiblement la même que la bande de fréquences coupée par le filtre 5. On a disposé sur la figure 1, un circuit atténuateur réglable 8 seulement à la sortie du circuit détecteur 6 Mais il est clair que pour compenser des différences d'atténuation dans les filtres et les circuits de détection servant à produire les signaux V et ', on pourrait aussi mettre des circuits de réglage (atténuateurs ou amplificateurs) à la sortie de l'un ou l'autre, ou des deux circuits détecteurs 6 et 7. Pour l'application du dispositif de l'invention envisagé sur la figure 1, c'est-à-dire la commande du circuit interrupteur 4 destiné à transmettre le signal E seulement en présence d'un signal de parole, on doit prévoir deux circuits supplémentaires. Une ligne à retard 12 est insérée entre le filtre 3 et le circuit interrupteur à comm & der 4 de façon que le signal E' parvienne au circuit interrupteur 4 après que le dispositif de l'invention a détecté la présence de parole et fermé ce circuit interrupteur. Le temps de détection du signal de parole, principalement exterminé par le circuit de détection 7, est de l'ordre de quelques millisecondes et il suffit gue la ligne à retard 12 produise un retard de l'ordre de deux ou trois fois ce temps de détection.D'autre part le signal de sortie V du circuit comparateur 10 ne commande pas directement le circuit interrupteur 4. Ce signal logique Vs est appliqué à un circuit monostable 13 dont le signal de sortie constitue le signal de commande Vc du circuit interrupteur 4. Ce circuit monostable est enclenché pendant une durée fixe, de l'ordre par exemple de 0,2 S, lorsqu'une transition correspondant à la détection du signal de parole apparat dans le signal V8, ce qui évite de couper le transfert du signal de parole par le circuit interrupteur 4, lorsque ce signal de parole subit des interruptions brèves inférieures à 0,2 S. La ligne à retard 12 peut être réalisée suivant n'importe quelle technique connue, par exemple au moyen d'un circuit échantillonné à transfert de charges. I1 peut être intéressant aussi d'utiliser la technique indiquée sur la figure 2 qui représente le dispositif de l'invention de la figure 1 avec un moyen avantageux pour assurer simultanément la fonction de la ligne à retard 12 et du circuit de détection 7. Les éléments identiques sur les figures 1 et 2 sont référencés de la même manière. La figure 2 montre, insérés en cascade entre le filtre 3 et le circuit interrupteur 4, un codeur delta 20 codant en delta le signal E', un registre à décalage 21 recevant le signal binaire codé en delta, enfin un décodeur delta 22 muni d'un circuit de filtrage non représenté pour restituer un signal analogique. Le générateur d'impulsions 23 fournit le rythme d'horloge au codeur, au registre et au décodeur. Ce dernier restitue le signal analogique appliqué au codeur après le retard désiré, déterminé par le nombre d'éléments du registre 21 et par le rythme d'horloge. Le codeur delta 20 est du type cornu sous le nom de codeur à compression numérique.On sait que dans ce type de codeur décrit par exemple dans le brevet français nO 2 198 686, on forme à partir de la succession des bits du signal binaire delta, un signal de compression représentant le niveau du signal analogique à coder et servant à régler l'amplitude de l'échelon de quantification. Or cette caractéristique du signal de compression est celle que l'on exige du signal détecté V' dans le présent dispositif de discrimination de la parole. Comme le montre la figure 2, on peut donc utiliser le signal de compression formé dans le codeur delta et prélevé sur sa borne 24, pour constituer le signal V' appliqué à une entrée du circuit de différence 10. Sur la figure 2, le signal apparaissant à la sortie du circuit interrupteur 4 est transmis vers un récepteur distant sous forme analogique du fait de la présence du décodeur delta 22 immédiatement après le registre à décalage 21. Si on désire effectuer une transmission vers le récepteur distant sous forme de signal numérique delta, il suf fit de disposer le décodeur delta 22 dans ce récepteur distant, Rien n'est changé du cssté de l'émetteur, en ce qui concerne le fonctionnement du dispositif de discrimination de la parole et le décodeur delta du ré- cepteur fonctionne alors de façon classique pour reconstituer le signal analogique appliqué au codeur delta 20 de I'émetteur, Il peut être avantageux de combiner le présent dispositif de discrimination de la parole avec un dispositif de réduction du signal de bruit, du type décrit dans la demande de brevet nO 81 OS 410 déposée simultanément avec la présente demande de brevet. Ce dispositif permet de réduire le signal de bruit d'origine acoustique, dans le signal E' à transmettre, en utilisant le signal de bruit détecté V déjà créé pour la discrimination de la parole. Cette combinaison des deux dispositifs peut être réalisée comme l'indique le schéma de la figure 3, qui représente le schéma de la figure 1 muni des éléments supplémentaires 30 et 31 nécessaires pour constituer le dispositif de réduction du bruit. L'élément 30 est un circuit à seuil variable qui est inséré entre la ligne à retard 12 et le circuit interrupteur 4 pour réduire le bruit dans le signal E' retardé par la ligne à retard 12. Le signal de bruit détecté V fourni par le circuit détecteur 6 est appliqué à un circuit atténuateur réglable 31 qui fournit un signal Va. Ce signal Va est utilisé comme signal de seuil dans le circuit à seuil variable 30, qui est agencé pour ne transmettre les variations du signal Ve à son entrée, que lorsque ce signal V est en va e leur absolue supérieur au signal de seuil Va.Le réglage du circuit atténuateur 31 dont le rôle ressemble à celui du circuit atténuateur 8, est effectué de façon que le signal de seuil Va représente le niveau moyen du signal de bruit contenu dans la bande de fréquence limitée du signal V e appliqué au circuit à seuil variable 30. De cette manière, le circuit à seuil variable 30 ne transmet que les variations du signal V e qui sont supérieures à ce niveau moyen de bruit. I1 en résulte que les variations du signal de parole supérieures au niveau moyen de bruit sont transmises avec un bruit fortement réduit. Avec l'agencement représenté sur la figure 4, le fonctionnement du circuit de discrimination de la parole est inchangé. L'adjonction du dispositif de réduction de bruit permet d'améliorer le confort d'écoute pour l'interlocuteur distant. Une variante de 1acombinaison d'un dispositif de discrimination de la parole et d'un dispositif de réduction de bruit consis te à insérer le circuit à seuil variable 30 entre le filtre 3 et la ligne à retard 12, le circuit détecteur 7 ayant son entrée connectée à la sortie du circuit à seuil variable 30. Le fonctionnement du circuit à seuil variable est inchangé ; par contre comme le circuit détecteur 7 reçoit un signal dans lequel le bruit est réduit, la discrimination de la parole est améliorée. REVENDICATIONS : 1. Dispositif de discrimination de la parole dans un signal d'entrée formé d1un signal de parole mlé de bruit, ce signal d'entrée étant appliqué à un premier filtre passe-bande (3) pour limiter sa bande de fréquences, caractérisé en ce que le signal d'entrée est également appliqué à un filtre coupe-bande (5) coupant une bande de fréquences qui est approximativement centrée sur la fréquence moyenne du premier formant du signal de parole et qui couvre au moins une partie de la bande de fréquences de ce premier formant, un premier circuit détecteur (6) détectant le signal de sortie du filtre coupe-bande avec une forte constante de temps de lwordre de la constante de temps de variation du niveau moyen de bruit, un deuxième circuit détecteur (7) detectant le signal de sortie dudit premier filtre passe-bande avec une faible constante de temps de l'ordre de la constante de temps syllabique des signaux de parole, les signaux de sortie des deux circuits détecteurs étant appliqués à un circuit de différence (9) par l'intermédiaire d'au moins un circuit de réglage d'amplitude (8), le signal de différence étant appliqué h un circuit comparateur (10) dont la sortie indique la présence de signal de parole quand ledit signal de différence dépasse en valeur absolue un certain seuil. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de réglage (8) est réglé de façon qu'en l'absence de signal de parole ledit signal de différence soit proche de zéro. 3. Dispositif selon l'une-des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'entrée du deuxième circuit détecteur (7) est connectée à la sortie du premier filtre passesbande (3) par l'intermédiaire d'un deuxième filtre passe-bande (11) dont la bande passante couvre au moins une partie de la bande de fréquences du premier formant du signal de parole. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bande passante dudit deuxième filtre passe-bande (11) correspond sensiblement à la bande de fréquence coupée par le filtre coupe-bande (5). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la bande de fréquences coupée par le filtre coupe-bande (5) est centrée vers 650 Hz et a une largeur de quelques centaines de Ht 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la constante de temps du premier circuit détecteur (6) est de l'ordre de quelques dizièmes de seconde. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la constante de temps du deuxième circuit détecteur (7) est de l'ordre de quelques millisecondes. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, utilisé pour commander un circuit interrupteur (4) couplé à la sortie du premier filtre passe-bande (3) par l'intermédiaire d'un circuit de retard (12), caractérisé en ce que le circuit de retard est réalisé au moyen d'un registre à décalage (21) connecté à la sortie d'un codeur delta (20) codant le signal de sortie dudit premier filtre passe-bande, ce codeur delta étant du type à compression numérique et son circuit de compression jouant le rôle dudit deuxième circuit détecteur de sorte que le signal de compression utilisé pour le réglage de l'échelon de quantification dans le codeur delta est utilisé également pour être appliqué audit circuit de différence (9). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 associé à un dispositif de réduction du bruit comportant un circuit à seuil variable (30) transmettant les variations du signal fourni par le premier filtre passe-bande (3) quand les valeurs de ce dernier signal sont supérieures en valeur absolue à un signal de seuil, caractérisé en ce que ce signal de seuil est formé à partir du signal fourni par ledit premier circuit détecteur (6) et le signal appliqué audit deuxième circuit détecteur (7) est prélevé soit avant l'entrée soit après la sortie dudit circuit à seuil variable (30).