Разработка структурной схемы устройства определения количества звуков в изолированном слове речи

Структурная схема разрабатываемого устройства, анализирующего информационные признаки речевых сигналов и определяющего начало и конец звука в слове, изображена на рисунке 1.3. Она состоит из следующих блоков:

1 – первый формирователь;

2 – цифровая линия задержки (ЦЛЗ);

3 – первый реверсивный счетчик;

4 – второй РС;

5 – первый сумматор;

6 – третий РС;

7 – четвертый РС;

8 – второй сумматор;

9 – пятый РС;

10 – шестой РС;

11 – третий сумматор;

12 – первый вычислитель модуля;

13 – второй вычислитель модуля;

14 – третий вычислитель модуля;

15 – первое пороговое устройство;

16 – второе ПУ;

17 – третье ПУ;

18 – второй формирователь;

19 – третий формирователь;

20 – четвертый формирователь;

21 – схема ИЛИ.

Рисунок 1.3 - Структурная схема устройства определения количества звуков

Речевой сигнал, произносимый человеком, попадает в микрофон. Микрофон служит для преобразования акустических волн, возбуждаемых голосовым трактом человека, в электрические колебания.

Для формирования бинарно-квантованного сигнала из аналогового речевого сигнала применяется АЦП с однобитной словарной организацией. В качестве такого АЦП можно использовать компаратор. Амплитудная характеристика компаратора приведена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Амплитудная характеристика компаратора

Задачей компаратора является отслеживание превышения входным речевым сигналом некоторого порога Uпор (для отрицательной полуволны сигнала –Uпор). Когда речевой сигнал на входе компаратора мал (находится в интервале –Uпор<Uвх<Uпор), то на выходе будет присутствовать уровень сигнала, соответствующий логическому «0». При превышении входным сигналом некоторого порога Uпор (или если сигнал меньше чем –Uпор по амплитуде), на выходе компаратора будет присутствовать уровень сигнала, соответствующий логической «1».

На выходе компаратора формируется сигнал в виде последовательности бинарно-квантованных отсчетов, то есть в виде последовательности логических «0» и «1». Появление сигналов на выходе компаратора определяется частотой поступления на его стробирующий вход стробирующих импульсов. Частота следования стробирующих импульсов, которая также является частотой дискретизации входного речевого сигнала, выбирается из условия выполнения теоремы Котельникова, то есть не менее 2Fmax, где Fmax - это максимальная частота в спектре речевого сигнала.

С выхода компаратора оцифрованный сигнал поступает на первую ЦЛЗ, которая обеспечивает задержку сигнала на 100 отсчетов, и на суммирующий вход первого реверсивного счетчика. Параметр, выделяемый реверсивным счетчиком, носит название первой конечной разности полной фазовой функции речевого сигнала или функцией среднего числа переходов через нуль. Схема, вычисляющая первую конечную разность, состоит из линии задержки и реверсивного счетчика. Она работает в режиме «скользящее окно». Ширина временного окна составляет 100 отсчетов. Код на выходе реверсивного счетчика показывает количество пересечений через нуль на интервале времени 100 отсчетов. Сдвигаясь на один отсчет, «скользящее окно» выдает новый код, показывающий количество нулевых пересечений.

Вторая ЦЛЗ и второй реверсивный счетчик также вычисляют первую конечную разность, но задержанную на 100 отсчетов относительно той, которая вычисляется первой ЦЛЗ и первым реверсивным счетчиком. Имея две первые конечные разности полной фазовой функции речевого сигнала, можно дать оценку изменения частоты речевого сигнала во времени, т.е. вычислить скорость изменения функции среднего числа пересечений через нуль.

Операция нахождения второй конечной разности выполняется в первом сумматоре, который вычитает из первой конечной разности в текущий момент времени первую конечную разность, задержанную на длину временного окна 100 отсчетов.

Следующие блоки в схеме (четыре реверсивных счетчика и два сумматора) предназначены для 200 и 300 отсчетов.

Так как вторая конечная разность имеет отрицательные значения, то с 1, 2, 3-го сумматоров она поступает на 1, 2, 3-й блоки вычислителя модуля. Затем на 1, 2 и 3-е пороговое устройство и на формирователи. После чего идет схема ИЛИ.