극점에서 비균일 표본화된 음성 신호는 크기열과 간격열의 이중구조로 표현되어, 균일 표본화된 신호에 근거한 기존의 신호처리 방법을 그대로 적용할 수 없다. 본 논문에서는 비균일 표본화된 음성 신호에서 에너지, 크기, 영교차율, 함수의 관계를 직접 유도하고, 특징을 살펴보아 비규닝ㄹ 펴본화된 음성신호에서도 균일 표본화된 신호에 해당하는 에너지, 크기, 영교차율과 같은 전처리과정 파라미터의추정이 가능함을 확인한다.
건강한 삶의 질이 향상되고 있으나 만성 질환으로 인한 고통은 날로 증가하고 있다. 만성 질환의 주요 요인은 스트레스, 혈압, 비만 등이 있으며 고혈압으로 인한 만성 질환 발병율은 매우 높은 편이다. 따라서 본 논문에서는 혈압 상승에 따른 음성을 분석하여 혈압 상승이 지속적으로 발생되는 현상을 조기에 진단하여 예방하기 위한 방법을 제안하고자 한다. 이를 위해 유산소 운동으로 혈압을 상승시킨 후 음성을 수집하고 음성 분석 기술 중 성대 진동을 측정하는 Pitch와 음성 에너지의 크기를 측정하는 Intensity를 적용하여 혈압 상승에 의해 음성에 미치는 영향을 분석, 연구하였다.
음성 신호는 시간에 따라 변하지만 일정 구간에서는 특성이 변하지 않는다고 가정하여 윈도우를 취해 단구간 분석을 한다. 이 때 윈도우의 적용은 필수적이다. 하지만 단구간 분석을 위해서 사용되는 윈도우에 의해 생기는 누설에너지 때문에 음성신호의 스펙트럼 정보가 왜곡되어 버린다. 본 논문에서는 스펙트럼 분석 시 발생되는 누설에너지를 최소화하는 방법을 제안하고자 한다. 음성신호에 고정된 크기의 rectangular Window를 취한 후 처음 샘플과 차이가 가장 작은 샘플을 프레임 크기의 3/4인 지점에서부터 검색하여 최소인 부분까지 시간 축 스케일링을 한 후 기존의 윈도우 크기와 같은 크기로 만든다. interpolation과 decimation을 조합하여 시간 축 스케일링을 한다. 이렇게 윈도우가 적용된 신호를 처리 후 위의 역 과정을 수행한다. 제안한 윈도우의 SNRseg는 rectangular window보다 평균 7.88dB 낮고, kaiser window보다 평균 1.65dB 높았다. 또한 제안한 윈도우의 SD는 rectangular window 보다 평균 $1.73dB^\2$ 낮았다.
전통적인 음성 향상 방법은 잘못된 잡음의 추정에 따라 남아있는 잡음이 발생하여 음성 스펙트럼을 왜곡하거나 음성 프레임을 찾지 못하여 음성 인식 성능을 저하시키는 문제가 발생된다. 본 논문에서는 음성 에너지 분포 처리와 음성 에너지 파라미터를 융합한 음성 검출 방법을 제안하였다. 제안한 방법은 음성 에너지를 최대화시켜 잡음의 영향을 적게 받는 특성을 이용하였다. 또한, 음성 신호의 특징 파라미터 중에서 작은 값을 가지는 로그에너지 특징의 구간에서는 큰 에너지를 가지는 구간에 비해 상대적으로 로그에너지 값을 더 많이 키워서 잡음이 포함한 음성신호의 로그에너지 특징의 크기와 비슷하게 하여 훈련과 인식 환경의 불일치를 융합으로 인해 줄여준다. 인식 실험 결과 기존 방법에 비해 향상된 인식 성능을 확인할 수 있었으며, car 잡음 환경의 음성 구간 적중률은 낮은 SNR구간인 0dB과 5dB에서는 97.1%와 97.3%의 정확도를 보였으며, 높은 SNR구간인 10dB와 15dB에서는 98.3%, 98.6%의 정확도를 보였다.
본 논문에서는 입력된 음성의 음소단위로 추출된 에너지 파라미터를 이용하여 에너지를 라벨링(energy labeling)하고 라벨링된 값에 따라 입력 음성을 그룹화하였다. 그리고 동적패턴정합 수행 시 입력된 실험음성에서 검출된 에너지의 크기에 따라 선택된 라벨의 그룹 내에서 DTW를 수행시켜 처리시간을 단축시켜 저가형 프로세서에서도 고속으로 동작할 수 있게 하고자 하였다. 본 논문의 음성 라벨링 단계는 음성의 구간 검출 및 에너지 파라미터의 추출 단계에서 정확한 파라미터의 검출을 전제로 하기 때문에 이를 보완하기 위해 피치의 주기에 따른 가변윈도우를 사용하였다. 피치주기를 먼저 구하고 그 주기에 200 프레임에서 300프레임 사이에서 윈도우의 크기를 결정함으로써 윈도우의 영향이 제거된 에너지를 구하는 방법을 제안하였다. 실험결과 제안된 방법이 약 $25\%$ 정도의 연산량을 감소시켰다.
디지털 이동통신 시스템에서 가장 빈번하게 발생하는 음성 서비스의 궁극적인 목표는 양호한 음성 품질과 높은 주파수 효율의 제공에 있다. 음성은 묵음 구간에 의하여 구분되어진 짧고 간헐적인 음성 에너지의 반복으로 표현 가능하며 실제 음성 통화중 활성 음성이 존재하는 구간은 약 40%, 나머지 60% 구간은 묵음 또는 상대방의 음성을 듣는 구간이다. 이 묵음 구간을 효율적으로 활용함에 의해 시스템의 스펙트럼 이득을 얻을 수 있다. 본 논문에서는 디지털 이동통신 시스템과 같이 다양하게 변화하는 주변 잡음 환경에서도 강건하게 동작 가능하여 10msec 프레임 크기를 갖는 음성부호화기에 적용 가능한 음성 활성도 측정 방안을 설계하였다. 설계된 알고리즘은 음성에너지, 스펙트럼 분포, 영교차율, 그리고 LPC 잔여신호의 Peakiness 측정값을 이용하였다.
본 논문에서는 반향이 큰 로봇 환경에 강인한 음성 끝점 검출 방법을 제안한다. 양방향 대화 로봇과 같이 반향대 신호 비가 -5 dB 이하인 반향환경에서는, 반향제거기의 성능이 저하되어 사용자 음성 에너지와 비슷한 크기의 에너지를 갖는 잔여반향이 생긴다. 잡음에 강인한 기존의 음성 끝점검출 방법이라도, 사용자 음성과 비슷한 수준의 에너지를 갖는 잔여반향은 음성으로 오검출하기 때문에 정확한 음성 끝점검출이 어렵다. 반향 환경에 강인한 끝점검출을 위해, 본 논문에서는 음성/반향 구간 판별에 좋은 성능을 보이는 동시통화검출의 결과를 기존의 음성끝점검출 방법과 AND 연산하여 음성끝점검출기를 구성하였다. 제안하는 방법의 평가를 위해 반향이 큰 환경에서 고립단어 인식을 실험하였고, 다양한 실험환경에서 기존 음성 끝점검출 방법보다 평균 30 % 이상의 인식 성능 향상을 확인할 수 있었다.
음성인식 시스템의 실용화를 위해서 우선적으로 해결되어야 될 문제중 하나로 잡음환경하에서의 끝점검출을 들 수 있다. 잡음이 존재하지 않는 환경에서는 기존의 에너지 파라미터만으로도 어느정도 신뢰성있는 끝점 구간을 검출할 수 있으나 도심 소음과 같은 실제 잡음환경하에서는 대부분 좋지 않은 결과를 보인다. 본 논문에서는 도심환경의 배경잡음을 제거하는 방법으로 입력되는 음성에 대하여 주변소음에 의해 손상된 음성스펙트럼의 크기 성분만을 제거하는 전처리 기법인 Bark scale에 기반한 스펙트럼 차감법을 사용하고, 인간의 청각특성을 고려하여 음성의 주파수 대역을 3개의 대역으로 분리한 후, 대역별로 세밀한 에너지 문턱치값을 설정하여 음성의 끝점을 탐색하는 방법을 제안한다. 제안한 방법의 유효성을 확인하기 위해 실제 사무실 및 지하철역 등의 잡음환경하에서 녹음된 데이터베이스를 이용하여 끝점검출을 수행한 결과 기존의 에너지와 영교차율을 이용한 방법에 비해 평균 $46\%$의 오차율 감소와 대역에너지만을 사용한 경우에 비해 평균 $17\%$의 오차율 감소를 나타내어 제안한 방법의 유효성을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 잡음에 의해 기인된 음성의 왜곡을 제거하여 음성인식기의 성능을 향상시키는 방법을 기술한다. 잡음 환경에서는 음성의 발성 방식이 변이하고(롬바드효과), 잡음이 음성신호에 첨가되므로 음성인식기의 성능을 저하시킨다. 롬바드 효과는 주변 잡음의 크기나 종류, 화자의 특성과 음소 등에 종속적인 비선형적인 변환이므로 측정방법이 알려져 있지 않았다. 본 연구에서는 롬바드 효과의 크기를 측정하는 방법을 제시하고, 롬바드 효과의 크기에 따른 롬바드 효과의 보정방법을 제안한다. 잡음에 의한 음성의 왜곡은 다음의 과정을 통해서 제거한다. 우선, 스펙트럼 차감법을 사용하여 음성에 포함된 잡잡음을 제거하고, 음성의 동적인 특성을 강조하기 위해 대역 통과 필터링을 한다. 두 번째로 에너지 정규화 과정을 통해서 롬바드 효과에 의한 음성의 발성 강도의 변이를 제거한다. 마지막으로 제안한 롬바드 효과의 크기 척도는 롬바드 음성의 켑스트럼에 존재하는 왜곡을 제거하는 변환에 이용한다. 제안한 방법을 음성인식에 적용한 결과, SNR(signal-to-noise ratio) 0, 10, 20 dB에서 46.3%, 75.5%, 87.4%의 인식률을 82.6%, 95.7%, 97.6%로 향상시켰다.
본 논문에서는 잡음이 첨가된 연속음성에서의 자동 음절분할을 위해 기존에 사용되고 있는 특징 파라미터인 단구간 에너지 이외에 잡음에 강인한 특성을 가지고 있는 새로운 특징인 스펙트럼 밀도비교척도와 의사역행렬을 이용한 선형판별함수를 제안한다. 기존에 사용되는 단구간 에너지는 잡음이 없는 환경에서는 좋은 성능을 나타내지만 잡음환경에서는 그렇지 못하다. 반면에 논문에서 제안한 척도들은 반대의 성능을 가지므로 주변잡음의 크기에 따라 각각의 파라미터를 적절한 가중치로 조합하는 음절구간 결정함수와 유한상태 머신을 추가로 사용면 무 잡음 환경뿐만 아니라, 잡음이 첨가된 연속음성에서도 일정수준 이상의 음절구간을 분리해 낼 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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