Brevet FR2647248A1 — publié le 19901123

- I - PROCEDE ET DISPOSITIF DE RECONNAISSANCE DE PAROLES La présente invention concerne un procédé de reconnaissance de paroles, dans lequel on délivre des signaux dits vocaux représentant des paroles prononcées par une personne et l'on compare ces signaux vocaux à des signaux vocaux memorises. L'invention concerne également un dispositif de reconnaissance de paroles, comportant un capteur de parole, agencé pour délivrer des signaux dits vocaux représentant des paroles prononcées par une personne, et un moyen comparateur agencé pour comparer ces signaux vocaux à des signaux vocaux mémorisés. Un dispositif de reconnaissance de paroles opère en comparant les informations qu'il reçoit de la personne qui parle à des informations mémorisées représentant un vocabulaire de référence. Si les paroles prononcées par la personne ont une similitude étroite avec les informations spectrales/temporelles ou acoustiques/phonétiques contenues dans la mémoire, on obtient une grande vitesse de reconnaissance. Le vocabulaire de référence peut être créé sur la base de signaux produits par l'élocution de différentes personnes dans différentes circonstances et on peut le modifier pour le caractériser plus spécialement par les motifs vocaux de l'une des personnes. Ceci peut conduire à une reconnaissance précise et fiable de la parole quand la voix de la personne est semblable à celle qui a servi à créer le vocabulaire de référence. Cependant, dans certaines conditions d'environnement, la voix de la personne qui parle peut se modifier suffisamment pour que la reconnaissance de paroles ne soit plus fiable. En particulier si la personne est influencée par des forces d'accélération, par exemple un nombre élevé de g dans un avion, ou par des vibrations, ou encore par le stress, cela peut altérer ses motifs vocaux suffisamment pour réduire la capacité du dispositif de reconnaissance de paroles à identifier les mots prononcés. On a fait différentes tentatives pour résoudre ce problème, - 2 - par exemple comme le décrit le GB-A-2 186 726. Ce document propose de mesurer l'accélération ou d'autres influences physiques et de modifier par adaptation dynamique les motifs de référence ou les modèles de mots mémorisés dans le vocabulaire, de façon à anticiper les modifi- cations de la parole sous l'effet des influences physiques de l'environnement. De cette manière, les informations mémorisées et adaptées représenteront mieux la parole réelle, influencée par exemple par l'accélération. Toutefois, cet agencement nécessite une capacité de traitement considérable et peut entraîner des retards dans la reconnais- sance de paroles. La présente invention a pour but de créer un procédé et un dispositif de reconnaissance de paroles de manière à améliorer leurs performances quand la personne qui parle est soumise à des influences physiques de son environnement. Selon un premier aspect, l'invention fournit un procédé du type indiqué plus haut, caractérisé en ce que l'on détecte des influences physiques agissant sur ladite personne et susceptibles de déformer son élocution, en ce que l'on détecte les moments o la personne prononce des sons sonores, en ce que l'on réduit une déformation spectrale des signaux vocaux quand des sons sonores sont prononcés et que les influences physiques détectées sont suffisantes pour amener la personne à élever la fréquence fondamentale moyenne de son élocution, la réduction de la déformation spectrale étant effectuée de manière à compenser au moins partiellement ladite élévation de la fréquence fondamentale moyenne, et en ce que l'on compare les signaux vocaux aux signaux vocaux mémorisés, après ladite réduction de la déformation spectrale. De préférence, la réduction de la déformation spectrale croît avec les - influences physiques détectées. Selon un autre aspect de l'invention, un dispositif de reconnaissance de paroles est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur d'environnement agencé pour détecter une influence physique agissant sur ladite personne et susceptible de modifier son élocution, un - 3 détecteur agencé pour indiquer qu'un son sonore est prononcé, et un filtre agencé pour réduire une déformation spectrale des signaux vocaux quand un son sonore est prononcé et que l'influence physique détectée est suffisante pour amener la personne à élever la fréquence fonda- mentale moyenne de son élocution, la réduction de la déformation spectrale étant effectuée de manière à compenser au moins partiel- lement ladite élévation de la fréquence fondamentale moyenne, et en ce que le comparateur est agencé pour comparer les signaux vocaux aux signaux vocaux mémorisés, après ladite réduction de la déformation spectrale. Le capteur d'environnement peut comprendre un capteur d'accélération, un capteur de vibration et/ou un capteur de bruit. Le détecteur agencé pour indiqur qu'un son sonore est prononcé peut être sensible à des mouvements des cordes vocales de la personne. Dans une forme de réalisation préférée, ledit filtre est connecté entre le capteur de parole et une unité d'analyse spectrale agencée pour délivrer des signaux de sortie représentatifs des bandes de fréquence couvertes par les paroles prononcées. De préférence, ledit filtre est agencé pour accroître la réduction de la déformation spectrale quand l'influence physique détectée augmente. Le dispositif peut déliver, en fonction de mots identifiés, un signal de sortie à un dispositif de commande d'un aéronef. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif, d'un dispositif de reconnaissance de paroles dans un avion, ainsi que de son procédé de forictionnement, en référence aux dessins annexés, dans lesquels la fig. I représente schématiquement le dispositif selon l'invention, la fig. 2 est un diagramme illustrant le fonctionnement d'une partie d'un dispositif selon l'art antérieur, et -4- la fig. 3 est un diagramme illustrant le fonctionnement d'une partie du dispositif selon l'invention. En référence à la fig. 1, le dispositif de reconnaissance de paroles comporte une unité de traitement 10 qui reçoit des signaux d'entrée d'un microphone 1, d'un laryngographe 2, de capteurs d'environnement 3 et d'un bus de données 4. Le microphone est placé devant la bouche d'une personne de façon à capter les paroles qu'elle prononce. Le laryngographe, qui peut être d'un type décrit dans la demande de brevet GB-A-2 193 024, est fixé au cou de la personne de manière à être sensible aux mouvements de ses cordes vocales et de fournir un signal de sortie indiquant l'émission de sons sonores. Les capteurs d'environnement 3 sont placés de manière à répondre sensiblement aux mêmes influences physiques que celles qui s'exercent sur la personne qui parle. Plus particulièrement, les capteurs 3 peuvent comprendre un capteur d'accélération indiquant les forces d'inertie qui s'exercent sur la personne, un capteur de vibration et un capteur de bruit. Les signaux issus du microphone 1 sont tout d'abord délivrés, dans l'unité de traitement 10, à une unité de filtrage qui reçoit aussi des signaux d'entrée provenant du laryngographe 2 et des capteurs 3, et dont le fonctionnement sera décrit plus loin. La sortie de l'unité de filtrage est raccordée à une unité d'analyse spectrale 12 qui délivre des signaux de sortie en fonction des bandes de fréquences couvertes par le son capté par le microphone. Ces signaux de sortie sont délivrés, dans une forme de réalisation préférée, à une unité 13 de correction spectrale et d'adaptation de bruit, laquelle améliore le rapport signal/bruit ou bien élimine ou marque ceux des signaux qui ne peuvent provenir que du bruit et non pas de la parole. Les signaux de sortie de l'unité 13 sont délivrés à une entrée d'une unité de comparaison de motifs 14. L'autre entrée de- l'unité 14 est raccordée à une mémoire de vocabulaire 30 qui est décrite plus en détail ci-dessous. L'unité 14 compare. les motifs spectraux temporels fréquence/temps, dérivés des signaux du microphone 1, au vocabulaire stocké et elle délivre sur une ligne 15 un signal de sortie 5- représentant le mot qui est le mieux adapté ou qui a la plus grande probabilité de correspondre aux sons reçus par le microphone 1. Le signal de la ligne 15 est délivré à une première entrée d'une unité 16 de traitement après reconnaissance, dont une autre entrée reçoit des données de mode et des données dynamiques d'un terminal 17 situé à distance. L'unité 16 accomplit diverses tâches sur la chaîne de signaux représentatifs de mots, en provenance de l'unité 14, comme on le décrira plus en détail ci-dessous. L'unité 16 a trois sorties. L'une d'elles est une ligne 18 formant un canal de rétroaction vers un indicateur 21. Celuici peut être un indicateur phonique ou visuel destiné à la personne qui parle, à qui il peut confirmer les commandes vocales telles qu'elles ont été reconnues par les unités 14 et 16, ou demander de répéter tout ou partie de la commande si la reconnaissance s'est faite d'une manière non satisfaisante. La seconde sortie est une ligne 19 allant à une unité 32 de sélection de mots qui forme une partie de la mémoire de vocabulaire 30 et dont le fonctionnement sera décrit en détail ci-dessous. La troisième sortie est une ligne 20 transmettant un signal de commande de système au terminal 17. Le signal de commande de système est produit quand l'unité 10 identifie une commande vocale avec une probabilité suffisante et il peut, par exemple, être utilisé pour actionner un équipement externe par l'intermédiaire du bus 4. La mémoire 30 contient un vocabulaire de référence 31 sous la forme de modèles des motifs spectraux temporels des mots, ou de descriptions d'état de différents mots. Pour établir ce vocabulaire, une personne prononce une liste de mots dans des conditions d'environnement normales o il n'y a pas de vibrations, pas de bruit et pas d'accélération autre que la pesanteur. Les signaux vocaux: peuvent être mémorisés dans le vocabulaire 31 et dotés d'une étiquette indiquant le mot correspondant. L'ensemble du vocabulaire 31 peut faire ensuite l'objet d'une sélection partielle facultative dans l'unité 32 sous le contrôle de signaux délivrés sur la ligne 19, en fonction de mots prononcés et reconnus auparavant. A la suite de la sélection partielle, le vocabulaire restant est soumis à une sélection active de mots dans une unité 33, en réponse à des données 6- de mode transmises par le terminal 17 sur la ligne 34 et dérivées d'informations arrivant au terminal par le bus 4. Par exemple dans un avion, les données de mode peuvent indiquer si l'avion est en train d'atterrir ou de décoller, ou se trouve en plein vol. Dans un autre cas, si un canal de communication radio a déjà été sélectionné par commande vocale, la probabilité d'une nouvelle sélection est faible, de sorte que les mots relatifs à la sélection de ce canal peuvent être exclus du vocabulaire dans l'unité 33. Une mauvaise corrélation avec les motifs choisis par la sélection active peut commander un nouveau traitement des signaux vocaux sur la base d'une syntaxe plus large. Les tâches accomplies par l'unité 16 sont les suivantes: 1. des techniques d'analyse grammaticale et de repérage de mots sont utilisées pour détecter des erreurs et retrouver des mots qui n'ont pas été identifiés; 2. l'unité identifie la chaîne de motifs ou la séquence de modèles de mots qui s'adapte le mieux au contexte du moment. Comme certaines chaînes de mots ont de plus grandes probabilités d'être prononcées dans certaines conditions particulières d'environnement, ce fait peut être utilisé pour améliorer l'identification d'une commande vocale émise par un utilisateur; 3. à la suite de l'identification finale, l'unité 16 peut générer des signaux destinés à mettre à jour la sélection partielle de vocabulaire accomplie par l'unité 32. Ces signaux sont délivrés à la mémoire 30 par la ligne 19. Il est bien connu que la parole peut être influencée par les conditions d'environnement auxquelles est soumise la personne qui parle. Par exemple, une forte accélération agissant sur cette personne peut soumettre son thorax et sa gorge à de fortes pressions, rendant l'élocution difficile et inintelligible pour un appareil classique de reconnaissance de paroles. De même, les fortes vibrations empêchent aussi un fonctionnement normal des organes produisant le langage -7- articulé et elles altèrent donc la parole. Ces phénomènes sont décrits dans "Effects of Low Frequency WholeBody Sinusoidal Vibration on Speech", Michael R. Taylor; Proc. I. O. A. Vol 11 PArt 5 (1989) pages 151 à 158 et dans "Studies in Automatic Speech Recognition and its Application in Aerospace" Chapter 5 - PhD thesis by Michael R. Taylor. On a constaté que, dans un environnement très bruyant, une personne modifie automatiquement son élocution, mais pas simplement par augmentation d'intensité. Des conditions de stress accentué causées par exemple par la fatigue, la surcharge de travail ou le danger influencent aussi l'élocution. Les altérations produites sur la parole par ces différentes conditions d'environnement sont complexes et leur compen- sation dans un dispositif de reconnaissance de paroles nécessiterait une grande capacité de traitement. Cependant, on a constaté que ces conditions d'environnement produisent sur la parole un certain type d'effet universel. Plus particulièrement, toutes ces conditions d'environ- nement conduisent à une élévation de la fréquence fondamentale moyenne du langage sonore, c'est-à-dire des sons produits par des mouvements des cordes vocales, d'o il résulte un décalage vers le haut dans le spectre de la voix. Dans un dispositif classique de reconnaissance de paroles, il est courant d'employer un filtre de précorrection ayant pour effet de renforcer l'amplitude relative A dans les fréquences F élevees du signal vocal avant de le soumettre à toute comparaison. L'effet d'un tel filtre est illustré par la fig. 2. Au contraire, l'unité filtrante Il du dispositif selon l'invention opère dans un sens opposé, de manière à réduire dans certaines circonstances la fréquence moyenne du signal vocal, donc sa déformation spectrale, comme le montre la fig. 3. Il le fait en atténuant les fréquences les plus élevées de manière de plus en plus forte. La fig. 3 représente une famille de trois courbes d'atténuation A à C, bien que l'on puisse utiliser en pratique un beaucoup plus grand nombre de courbes. La courbe à utiliser est choisie en fonction de la nature et de l'amplitude des influences physiques agissant sur la personne qui parle. Par exemple, en présence d'une accélération de plusieurs g et d'un fort bruit, l'unité de filtrage 11 pourra travailler avec les caractéristiques illustrées par la courbe A, tandis qu'avec une moindre accélération et un - 8 - moindre bruit, elle pourra employer la courbe C. La fonction de correction de la déformation spectrale n'est mise en oeuvre que lorsque les influences physiques de l'environnement sont suffisamment fortes pour affecter le langage et que ce langage est sonore. Dans des circonstances normales o les influences de l'environnement sorot faibles, l'unité de filtrage 11 adopte une caractéristique neutre (plate) ou une caractéristique classique selon la fig. 2 o le spectre est modifié, tant pour le langage sonore que pour le langage sourd. Dans l'exemple précédent, le langage sonore est détecté au moyen d'un laryngographe, mais on pourrait utiliser à sa place d'autres dispositifs répondant aux mouvements des cordes vocales. Dans une autre variante, le langage sonore pourrait être identifié par analyse des signaux vocaux provenant du microphone. Une technique d'analyse appropriée est décrite dans "Theory and Applications of Digital Signal Processing", L. B. Rabiner and B. Gold, Prentice Hall Inc pub. 1975 pages 681 à 687. Une modification de la fréquence moyenne du signal vocal d'entrée peut se faire relativement simplement sans exiger une forte capacité de traitement. Néanmoins, on a constaté qu'elle conduit à une augmentation sensible de la vitesse de reconnaissance du langage sonore dans des conditions d'environnement défavorables. Bien que le dispositif décrit ci-dessus soit employé pour délivrer des signaux de commande, par exemple pour actionner des appareils, un dispositif similaire peut être utilisé dans un système de communication vocale. Dans un tel cas, la ligne 20, au lieu de transmettre des signaux de commande, transmettrait des signaux vocaux correspondant aux mots ou expressions identifiés. On remarquera aussi que les différentes étapes du procédé de fonctionnement du dispositif de reconnaissance de paroles n'ont pas besoin d'être effectuées par des unités distinctes, mais pourraient être des étapes programmées accomplies dans un ou plusieurs ordinateurs ou unités de traitement. D'une manière générale, la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus, mais elle s'étend à toute modification ou variante évidente pour un homme du métier. - 9 - Revendications 1. Procédé de reconnaissance de paroles, dans lequel on délivre des signaux dits vocaux représentant des paroles prononcées par une personne et l'on compare ces signaux vocaux à des signaux vocaux mémorisés, caractérisé en ce que l'on détecte des influences physiques agissant sur ladite personne et susceptibles de déformer son élocution, en ce que l'on détecte les moments o la personne prononce des sons sonores, en ce que l'on réduit une déformation spectrale des signaux vocaux quand des sons sonores sont prononcés et que les influences physiques détectées sont suffisantes pour amener la personne à élever la fréquence fondamentale moyenne de son élocution, la réduction de la déformation spectrale étant effectuée de manière à compenser au moins partiellement ladite élévation de la fréquence fondamentale moyenne, et en ce que l'on compare les signaux vocaux aux signaux vocaux mémorisés, après ladite réduction de la déformation spectrale. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réduction de la déformation spectrale croît avec les influences physiques détectées. 3. Dispositif de reconnaissance de paroles, comportant un capteur de parole agencé pour délivrer des signaux dits vocaux représentant des paroles prononcées par une personne, et un moyen comparateur agencé pour comparer ces signaux vocaux à des signaux vocaux mémorisés, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur d'environnement (3) agencé pour détecter une influence physique agissant sur ladite personne et susceptible de déformer son élocution, un détecteur (2) agencé pour indiquer qu'un son sonore est prononcé, et un filtre (11) agencé pour réduire une déformation spectrale des signaux vocaux quand un son sonore est prononcé et que l'influence physique détectée est suffisante pour amener la personne à élever la fréquence fondamentale moyenne de son élocution, la réduction de la déformation spectrale étant effectuée de manière à compenser au moins partiellement ladite élévation de la fréquence fondamentale moyenne, et en ce que le moyen comparateur (14) est agencé pour comparer les signaux vocaux aux signaux vocaux -10 - mémorisés, après ladite réduction de la déformation spectrale. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le capteur d'environnement comprend un capteur d'accélération (3). 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le capteur d'environnement comprend un capteur de vibration (3). 6. Dispositif selon la revendication 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que le capteur d'environnement comprend un capteur de bruit (3). 7. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit détecteur (2) est sensible à des mouvements des cordes vocales de la personne. 8. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit filtre (11) est connecté entre le capteur de parole (1) et une unité d'analyse spectrale (12) agencée pour délivrer des signaux de sortie représentatifs des bandes de fréquence couvertes par les paroles prononcées. 9. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit filtre (11) est agencé pour accroître la réduction de la déformation spectrale quand l'influence physique détectée augmente. 10. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est agencé pour déliver, en fonction de mots identifiés, un signal de sortie à un dispositif de commande d'un aéronef.