SPEECH DETECTOR WITH A VARIABLE THRESHOLD LEVEL

Abstract: 1. Speech detector with a variable threshold level, for detecting speech signals amongst a source of signals that may contain other sorts of signals, of the type including : sampling means (3) for sampling signals issued from said source at a frequency fs, measuring means for measuring the absolute values A of the samples taken by said sampling means, first comparing means (6) for comparing the absolute values A of said samples to each other, first storing means (5) for storing the maximum absolute value AM of the n samples taken during an initial time period T, determined by said first comparing means, means for determining, from the maximum absolute values obtained during several successive time periods, an amplitude threshold value B of said signals, second comparing means (4) for comparing the absolute values A of said samples to said threshold value B, and means for indicating the presence of speech whenever the value of said samples is greater than said threshold value, characterized in that said means for determining said threshold value include : third comparing means (10) for comparing the i maximum values, each being determined as above, during i consecutive time periods T, second storing means (9) for storing the minimum value Bm of said i maximum values, each determined by said third comparing means, and multiplying means (13, 14) for multiplying said minimum value Bm by an appropriate factor k, and to thus obtain said threshold value B.

Description: DETECTEUR DE PAROLE A NIVEAU DE SEUIL VARIABLE Description Domaine Technique La présente invention concerne les systèmes analogiques ou numériques de transmission de la voix tels que ceux qui sont généralement employés aux fins de communications à longue distance faisant appel à l'emploi de canaux de transmission radio. Plias particulièrement, l'invention concerne les systèmes de communication tels que ceux qui sont utilisés dans les transmissions par satellite, dans des systèmes d'emmagasinage de la voix et dans les techniques de compression de la voix dans lesquelles des détecteurs de parole sont employés. Technique Antérieure Dans ces systèmes de communication, on a souvent recours à des techniques de compression de la voix pour obtenir une utilisation optimale de la capacité disponible du canal. Ces techniques tirent parti du fait que, lorsqu'une personne parle, les paroles qu'elle prononce sont séparées par des silences. Pendant ces silences, des paroles prononcées par d'autres personnes peuvent être transmises sur un même canal, augmentant ainsi l'utilisation effective du canal et le nombre d'informations transmises. I1 est évident qu'un dispositif permettant de reconnaître les périodes durant lesquelles des paroles sont effectivement prononcées est indispensable dans tout système de compression de la voix. Les dispositifs de ce type qui existent dans l'art antérieur sont souvent appelés "détecteurs de parole", et cette appellation sera retenue ciaprès pour décrire la fonction et l'appareil employés à cette fin. Les détecteurs de parole de l'art antérieur sont de deux types généraux. Le premier de ces types fait appel à l'emploi d'une technique dans laquelle le spectre de fréquences d'un signal reçu est analysé afin de détecter la présence de paroles. Les détecteurs de ce type, bien qu'ils donnent d'excellents résultats, sont coûteux et ne peuvent pas fonctionner en temps réel en raison de l'importance du traitement numérique ou par calculateur qui est nécessaire pour analyser les configurations de signaux, au moyen, par exemple, de transformées de Fourier, afin d'isoler les signaux analogiques représentant les paroles du bruit ou des silences. Le second type connu de détecteur de parole compare l'amplitude instantanée du signal reçu avec une valeur de seuil fixe. Si l'amplitude du signal dépasse cette valeur de seuil, le signal est considéré comme représentant la parole. Ce type de détecteur donne de bons résultats à la condition que le niveau de bruit de fond dans le système soit très inférieur au niveau de seuil, et que l'amplitude la plus faible des signaux de parole soit supérieure au niveau de seuil. Dans les milieux tels que ceux dans lesquels les réseaux téléphoniques commutés publics sont utilisés, la plage des niveaux des signaux de parole recouvre celle des niveaux de bruit généralement présents. Pour un ensemble donné de connexions établissant une voie de communication, un niveau fixe donné peut se révéler trop élevé, tous les signaux de parole de faible amplitude étant alors perdus. Dans d'autres cas, le bruit de fond peut se trouver au même niveau que le seuil, ou à proximité de celui-ci, le bruit de fond ne pouvant alors plus être distingué des signaux de parole. On a cherché à résoudre ce problème en réglant le niveau de seuil de telle sorte qu'il dépasse toujours légèrement le niveau de bruit de fond, ce réglage ne devant être effectué que lorsque du bruit seul est présent sur la ligne ou dans le canal. Le problème devient alors un problème de discri mination entre la parole et le bruit de fond; c'est cette difficulté que l'on a cherché à pallier grâce à l'emploi du présent détecteur à niveau de seuil variable. Les solutions proposées dans l'art antérieur et évoquées cidessus n'ont pas permis de résoudre ce problème, notamment dans le cas de réseaux de communication par satellite. L'un des objets de la présente invention est donc de fournir un procédé et un dispositif de détection de la parole dans lesquels un niveau de seuil variable est établi de manière à permettre une répartition efficace de la capacité du canal entre différents utilisateurs, les signaux dont l'amplitude dépasse ledit niveau de seuil étant considérés comme représentant la parole, les autres signaux représentant du bruit ou des silences. Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif de détection de la parole qui fonctionne en temps réel et permette d'obtenir un niveau de seuil que l'on peut faire varier de façon précise, de manière à commander la répartition de la capacité de canal entre différents utilisateurs. La présente invention permet notamment d'atteindre les objectifs ci-dessus grâce à l'emploi d'un circuit d'échantillonnage du signal analogique reçu. Ce circuit d'échantillonnage est mis en service n fois pendant un intervalle de temps T. L'amplitude A de chaque échantillon ainsi obtenu est mesurée ou calculée et la valeur la plus grande obtenue pendant ledit intervalle de temps est mise en mémoire sous la forme Am Cette valeur est comparée avec la valeur précédemment emmagasinée pendant un intervalle de temps précédent, qui représente la valeur la plus faible obtenue lors des intervalles de temps précédents. La plus faible de ces deux valeurs est mise en mémoire sous la forme d'une nouvelle valeur Bm Ce processus se poursuit pendant i intervalles de temps T. A la fin du i e intervalle de temps, la valeur emmagasinée est multipliée par une constante k et le produit est emmagasiné en tant que valeur de seuil pour les i intervalles de temps suivants. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 représente schématiquement un circuit de détection de la parole comportant un niveau de seuil fixe. La figure 2 représente schématiquement un circuit de détection de la parole comportant un niveau de seuil variable, qui constitue la réalisation préférée de la présente invention. Sur la figure 1, un signal reçu possédant une valeur X à un instant donné et une amplitude de J X2 est comparé avec une valeur de seuil fixe dans un comparateur. Lorsque la valeur de l'amplitude dudit signal est supérieure à celle du seuil, on considère qu'il s'agit d'un signal représentant la parole. La capacité du canal peut alors être affectée à la transmission des données représentées par ce signal X. Pendant les intervalles de temps durant lesquels l'amplitude du signal reçu est inférieure à la valeur Ce seuil, le canal peut être employé par d'autres utilisateurs. La figure 2 représente la réalisation préférée de la présente invention, dans laquelle un niveau de seuil variable est engendré aux fins d'une comparaison avec l'amplitude du signal reçu. Sur cette figure, un signal reçu et/ou la composante de bruit d'un signal X est échantillonné à une fréquence fs au moyen d'un commutateur schématiquement représenté en 1 et commandé à la fréquence f5, cette dernière étant établie par une horloge 2. Un circuit 3 fournit la valeur absolue A de l'amplitude de cet échantillon. On obtient ainsi un signal qui est comparé dans un compa rateur 4 avec un niveau de seuil B de la façon indiquée sur la figure 1, de telle sorte que si l'amplitude du signal A est supérieure à celle du signal B, le signal A soit considéré comme représentant la parole. La valeur de seuil B est obtenue selon le mécanisme logique décrit ci-après: Au départ, le registre 5 contient la valeur "zéro" et le registre 9 contient une valeur élevée (sur laquelle des éclaircissements seront donnés plus loin). Le comparateur 6 est conçu de façon à ne laisser passer que la plus grande des deux valeurs comparées, tandis que le comparateur 10 ne laisse, lui, passer que la plus petite des deux valeurs comparées. Lorsqu'un premier échantillon de valeur absolue Al est délivré par le circuit 3, cet échantillon est comparé au "zéro" contenu dans le registre 5 et la valeur Al est trans férée dans ce registre à l'instant d'échantillonnage tl, grâce à la porte ET El. Le second échantillon A2 est ensuite comparé à l'échantillon A1 contenu dans le registre 5 et la valeur du plus grand de ces deux échantillons est transférée (ou reste) dans ce registre à l'instant d'échantillonnage t2. Le même processus est répété pour n échantillons successifs prélevés durant une période de temps donnée T. A la fin de la période T le registre 5 contient la valeur AM du plus grand (en valeur absolue) des échantillons prélevés durant cette période. Cette valeur est comparée dans le comparateur 10 avec la valeur contenue dans le registre 9 et, du fait que ce dernier contient une valeur élevée la valeur A M est transférée dans ce registre. Ce transfert s'opère au premier instant t'l d'échantillonnage d'une seconde période de temps T', grâce à la porte ET E2 dont la borne de conditionnement est raccordée à la sortie d'un diviseur de fréquence par n référencé 7, lui-même alimenté par le circuit d'horloge 2. Le diviseur de fréquence 7 délivre donc des impulsions à la fréquence fs/n, c'est-à-dire dont la période est T. D'un autre côté un circuit à retard 8 connecté également sur la sortie du diviseur 7 et introduisant un retard de 1/2fs, permet de ramener à zéro le contenu du registre 5 juste après le transfert dans le registre 9 du résultat de la comparaison entre le contenu du registre 5 et celui du registre 9. Une nouvelle période d'échantillonnage T' de durée T recommence, à la fin de laquelle le registre 5 contient une nouvelle valeur absolue maximale A'M Cette dernière valeur est alors comparée à la valeur AM précédente dans le comparateur 10 et la plus faible de ces valeurs est introduite dans le registre 9, après quoi le registre 5 est remis à zéro, grâce au circuit à retard 8. Une autre période d'échantillonnage T" de durée T recommence et ainsi de suite jusqu'à ce que i périodes de durée T chacune se soient écoulées. A la fin de la période ixT le registre 9 contient la plus faible (en valeur absolue) des valeurs maximales (en valeurs absolues) des échantillons prélevés durant chacune des i périodes d'échantillonnage de durée T chacune, soit la valeur B . m Cette valeur est alors transférée dans un multiplicateur 14, où elle est multipliée par un facteur k approprié contenu dans un registre 13. Le résultat de l'opération, soit une valeur B, est introduit dans un registre 15. Ce transfert s'opère au premier instant d'échantillonnage d'une nouvelle période de temps de durée ixT grâce à une porte ST w3 dont la porte de conditionnement est raccordée à la sortie d'un diviseur de fréquence par i référencé 11, lui-même alimenté par la sortie du diviseur par n référencé 7. Le diviseur 11 fs délivre donc des impulsions à la frequence nfS, c'est-à- dire dont la période est ixT. D'un autre côté un circuit à retard 12 connecte également sur la sortie du diviseur 11 et introduisant un retard 2fs ' permet de ramener à une valeur élevée le contenu du registre 9 juste après que la valeur Bm a été transférée au multiplicateur 14. Cette valeur élevée est choisie de façon à être supérieure a n'importe quelle valeur prévisible de AM. La valeur B contenue dans le registre 15 est appliquée au comparateur 4 en tant que valeur de seuil pour toute la période suivante de durée ixT, et ainsi de suite. La valeur emmagasinée dans le registre 15 est présente en permanence à sa sortie et une nouvelle valeur est chargée dans ce registre chaque fois que son entrée de conditionnement 16 est activée. La valeur effective des différentes variables ne présente pas un caractère très critique. Les valeurs données ci-après ont été déterminées expérimentalement lors de la mise en oeuvre de la réalisation préférée de la présente invention: n = 480, T = 15 millisecondes, i = 60, k = 2,25. Les règles générales ci-après peuvent être appliquées pour choisir les valeurs applicables: T/n doit être supérieur à la fréquence de Nyquist. 2T doit être inférieur à la fréquence des syllabes dans la parole. i.T doit être très supérieur à la période des syllabes. k proportionnel à i/T, où k donne les meilleurs ré sultats, ainsi qu'on l'a constaté expérimenta lement, lorsque sa valeur est comprise entre 1,9 et 3,0, la valeur préférée dans le cas de la présente réalisation étant de 2,25. Les tests effectués ont permis de constater que la présente invention fonctionnait exceptionnellement bien en temps réel. Les circuits sont simples, peu coûteux et de faibles dimensions, et peuvent donc aisément être réalisés en utilisant les techniques dites d'intégration à grande échelle. Le détecteur décrit ci-dessus est orignal car le niveau de seuil est constamment ajusté à la valeur requise sans avoir à recourir à une analyse du spectre pour différencier les signaux de parole et les signaux de bruit. Le coût du matériel utilisé est beaucoup plus faible que dans le cas de celui qui est nécessaire aux fins d'une analyse du spectre, et le détecteur de l'invention peut être directement utilisé dans le produit considéré au lieu de devoir l'être en laboratoire, comme l'exigent souvent les techniques d'analyse du spectre. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celleci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention.

Claims: REVENDICATIONS 1. Détecteur de parole à niveau de seuil variable, pour détecter des signaux de parole parmi une source de signaux pouvant comprendre d'autres sortes de signaux, du genre comprenant des moyens d'échantillonnage pour échantillonner les signaux issus de ladite source à une fréquence fs, des moyens pour déterminer une valeur de seuil d'ampli tude B desdits signaux, des moyens pour mesurer la valeur absolue A des échan tillons prélevés par lesdits moyens d'échantillonnage, des premiers moyens de comparaison pour comparer la valeur desdits échantillons avec ladite valeur de seuil B, et des moyens pour indiquer la présence de parole lorsque la valeur desdits échantillons est supérieure à ladite valeur de seuil, caractérisé en ce que lesdits moyens pour déter miner ladite valeur de seuil comportent: : des deuxièmes moyens de comparaison pour comparer lesdits échantillons entre eux, des premiers moyens d'emmagasinage pour emmagasiner la valeur maximale AM de n échantillons prélevés durant une première période de temps T, déterminée par lesdits deuxièmes moyens de comparaison, des troisièmes moyens de comparaison pour comparer les i valeurs maximales, déterminées chacune comme précé demment, durant i périodes de temps T consécutives, des seconds moyens d'emmagasinage pour emmagasiner la valeur minimale B desdites i valeurs maximales, m déterminées chacune par lesdits troisièmes moyens de comparaison, et des moyens de multiplication pour multiplier par un facteur k approprié ladite valeur minimale Bm, et obtenir ainsi ladite valeur de seuil B. 2. Détecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits deuxièmes moyens de comparaison sont conçus de façon à comparer la valeur absolue de chaque échan tillon prélevé par lesdits moyens d'échantillonnage avec le contenu desdits premiers moyens d'emmagasinage et à transférer dans ces derniers après chaque compa raison, la plus grande des deux valeurs comparées. 3. Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour ramener à zéro le conte nu desdits premiers moyens d'emmagasinage à la fin de chacune desdites i périodes T, après que ladite valeur maximale AM a été comparée avec le contenu desdits seconds moyens d'emmagasinage. 4. Détecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits troisièmes moyens de comparaison sont conçus de façon à comparer ladite valeur maximale AM contenue dans lesdits pre miers moyens d'emmagasinage avec le contenu desdits seconds moyens d'emmagasinage et à transférer dans ces derniers, après chaque comparaison, la plus petite des deux valeurs comparées. 5. Détecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour amener à une valeur élevée plus grande que n'importe quelle valeur prévi sible de ladite valeur maximale A, le contenu desdits seconds moyens d'emmagasinage, à la fin de la période de temps ixT, après que ladite valeur minimale Bm a été multipliée par ledit facteur k pour obtenir ladite valeur de seuil B. 6. Détecteur selon les revendications 3 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte: un circuit d'horloge délivrant des impulsions chronolo giques à la fréquence fs, pour activer lesdits moyens d'échantillonnage et transférer dans lesdits premiers moyens d'emmagasinage, les résultats des comparaisons effectuées dans lesdits seconds moyens de comparaison à cette fréquence fs, un diviseur de fréquence par n connecté audit circuit d'horloge pour délivrer des impulsions à la fréquence fs n et transférer dans lesdits seconds moyens d'emrnaga- sinage les résultats des comparaisons effectuées dans lesdits troisièmes moyens de comparaison à la fréquence fs n un diviseur de fréquence par i connecté à la sortie du diviseur de fréquence par n, pour délivrer des fs impulsions à la fréquence nxi et appliquer ladite valeur 3m contenue dans lesdits seconds moyens d'em magasinage après la fin d'une période de temps ixT, auxdits moyens de multiplication. 7. Détecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un premier circuit à retard, engendrant un retard 2fs ' connecté à la sortie dudit diviseur de fréquence par n pour commander lesdits moyens de remise à zéro desdites premiers moyens d'emmagasinage, et un second circuit à retard, engendrant un retard de 2fs connecté à la sortie dudit diviseur de fréquence par i, pour commander lesdits moyens d'amenée à une valeur elevee desdits second moyens d'emmagasinage. 8. Detecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sortie desdits moyens de multiplication est connectée à des troisièmes moyens d'emmagasinage, pour emmagasiner ladite valeur de seuil B, et la sortie desdits troisièmes moyens d'emmagasinage est connectée à une entrée desdits premiers moyens de comparaison. 9. Détecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, la valeur dudit facteur k est comprise entre 1,9 et 3.

Inventors: CROUSE, WILLIAM GEORGE, KNOX, CHARLES, ROBERT
Applicants: INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORPORATION
Application year: 1980
Main classification: H04J6
IPC codes: G10L11, H04B3, G10L19, H04J3