WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     |
|

На правах рукописи

Калюжный Михаил Васильевич СИСТЕМА РЕАБИЛИТАЦИИ СЛАБОВИДЯЩИХ НА ОСНОВЕ НАСТРАИВАЕМОЙ СЕГМЕНТАРНОЙ МОДЕЛИ СИНТЕЗИРУЕМОЙ РЕЧИ Специальность: 05.11.17 – Приборы, системы и изделия медицинского назначения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург – 2009 2

Работа выполнена в Тверском государственном техническом университете.

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Филатова Наталья Николаевна.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Аббакумов Константин Евгеньевич;

доктор технических наук, доцент Вахитов Шакир Яшэрович.

Ведущая организация – Научно-производственное предприятие "Межотраслевой центр эргономических исследований и разработок" (НПП "ЭРГОЦЕНТР"), г. Тверь

Защита диссертации состоится “13” мая 2009 г. в 11 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.238.09 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета “ЛЭТИ” имени В. И. Ульянова (Ленина) по адресу:

197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5, ауд. 5652.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан “02” апреля 2009 г.

Учный секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Болсунов К.Н.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное общество, следуя в свом развитии принципам гуманизма, должно обеспечивать равные права и возможности каждому человеку. Поэтому актуальной проблемой является реабилитация инвалидов и просто людей с ослабленным здоровьем.

Развитие информационных технологий и распространение персональных компьютеров привело к их повсеместному использованию в качестве рабочего инструмента и домашнего многофункционального бытового прибора.

Это, с одной стороны, позволяет людям с ограниченными физическими возможностями более полноценно трудиться и жить более активной жизнью, а с другой стороны, делает актуальной проблему использования компьютера такими людьми. Решение данной проблемы видится в создании специальных технических средств реабилитации (ТСР), позволяющих инвалидам эффективно и комфортно работать с компьютером.

Основной задачей реабилитации слепых и слабовидящих является восстановление информационного обмена между личностью и внешним миром, нарушенного вследствие зрительной патологии.

Анализ современных систем реабилитации позволяет выделить два основных подхода: коррекционный и компенсационный.

При реабилитации людей с нарушением зрения первый подход реализуется с помощью ТСР, позволяющих увеличить резкость, размер или контрастность изображения и тем самым дать возможность человеку воспринимать визуальную информацию. К таким средствам относятся очки, контактные линзы, оптические увеличители и т.п. Второй подход, подразумевающий использование других каналов восприятия – осязания и слуха, построен на применении специальных рельефных изображений и шрифтов, а также звуковых сигналов, главным образом, речи.

Применение синтеза речи в средствах реабилитации незрячих и слабовидящих, сдерживается недостаточным качеством получаемого речевого сигнала (РС). Основными показателями качества синтезированной речи являются естественность и разборчивость. РС современных синтезаторов, обладая хорошей разборчивостью, звучит недостаточно естественно. Это приводит к быстрому утомлению пользователя и понижает эффективность ТСР.

Причина низкой естественности заключается в несоответствии ритмоинтонационных характеристик синтезируемой речи соответствующим характеристикам естественной речи.

Проблеме синтеза естественно звучащей речи посвящены работы И.

Алдошиной, А.В. Бабкина, В.И. Галунова, О.Ф. Кривновой, Б.М. Лобанова, Р.К. Потаповой, F. Charpentier, Sh. Naraynan, где отмечено влияние эмоциональных проявлений в речи на естественность е звучания и отсутствие решений, позволяющих синтезировать эмоционально окрашенную речь.

Приведенные факты позволяют сделать вывод об актуальности темы диссертации, которая определяется:

- отсутствием эргономичных речевых интерфейсов, позволяющих незрячим и слабовидящим людям эффективно и комфортно пользоваться компьютером;

- отсутствием моделей и алгоритмов синтеза естественно звучащей эмоционально окрашенной речи;

- существующими тенденциями развития и потребностями общества, делающими пользование компьютером существенным условием для полноценной жизни и профессиональной деятельности;

- возможностями компьютерных технологий и современных методов обработки информации.

Цели и задачи работы.

Целью работы является создание моделей, алгоритмов и программного обеспечения, позволяющего синтезировать естественно звучащий речевой сигнал, и разработка на их основе системы реабилитации слабовидящих.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертации необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить функционально-структурный анализ существующих подходов к решению задачи реабилитации незрячих и слабовидящих, а также способов их реализации в современных ТСР.

2. Выполнить анализ роли и места средств речевого вывода в ТСР, способов формирования РС и методов оценки качества РС.

3. Определить параметры, позволяющие количественно описывать характеристики, влияющие на качество сигнала. Разработать алгоритмы оценки и модификации параметров, определяющих различие естественного и искусственного речевых сигналов.

4. Разработать методику и провести экспериментальные исследования с целью получения образцов РС с заданными характеристиками, а также с целью оценки характеристик естественных и модифицированных РС.

5. Разработать алгоритмическое и программное обеспечение для анализа и коррекции просодических характеристик РС, обеспечивающее синтез естественно звучащей эмоционально окрашенной речи.

6. Разработать архитектуру программной системы реабилитации слабовидящих на основе созданных моделей и алгоритмов синтеза естественно звучащей речи, выполнить экспериментальную проверку новых моделей и алгоритмов.

Объектом исследования является метод синтеза естественно звучащей речи в системах реабилитации незрячих и слабовидящих.

Предметом исследования является информационное, методическое, алгоритмическое и программное обеспечение для коррекции просодических характеристик, позволяющей повысить качество синтезируемой речи.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в качестве базовой методологии, являющейся основой исследования, в работе использовались методы структурного системного анализа. Также в работе использовались методы обработки сигналов, теории вероятностей и математической статистики, теории нечтких множеств, методы кластерного анализа, теории биотехнических систем и элементы психологии эмоций.

Новые научные результаты:

1. Информационная модель просодии, описывающая взаимосвязи между факторами, характеристиками и параметрами для естественного и для синтезируемого речевого сигнала.

2. Экспериментальная методика получения образцов РС, различающихся по эмоциональному окрасу.

3. Методика пофонемной оценки эмоциональности речевого сигнала.

4. Экспериментально подтвержднная гипотеза о локализации эмоциональной компоненты на гласных и вокализованных звуках РС.

5. Сегментарная модель представления вокализованных участков РС.

Практическую ценность работы составляют:

1. Алгоритм коррекции эмоционального окраса речи путм изменения параметров сегментарной модели РС.

2. Программное обеспечение для коррекции просодических, в т.ч.

эмоциональных характеристик РС на основе сегментарной модели, позволяющее проводить сегментацию РС, вычислять параметры шаблона, их приращения и отношения, редактировать значения параметров, работать с файлами параметров, синтезировать РС по заданным параметрам.

3. Компоненты ПО для речевых движков, реализующие коррекцию эмоциональных характеристик при синтезе речи.

4. Результаты экспериментальных исследований, подтверждающие достоверность предложенных методик, моделей и алгоритмов.

5. Архитектура программной системы реабилитации слабовидящих на базе приложения типа «Голосовой менеджер» и речевого движка, реализующего синтез речи на основе настраиваемой сегментарной модели.

Внедрение результатов.

Результаты диссертационной работы внедрены в ОАО НПП "ЭРГОЦЕНТР" (г. Тверь); внедрены в НПО «Вымпел» (г. Тверь); создан учебный стенд, используемый в учебном процессе Тверского государственного технического университета.

Апробация результатов работы. Научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались в 2005-2008 годах на V Международной научно-технической конференции «Электроника и информатика-2005» (МИЭТ, Зеленоград, 2005), на «Научной сессии МИФИ2008» (МИФИ, Москва, 2008) и на XXI Международной НТК «Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-21)» (СГТУ, Саратов, 2008).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Возможно управление эмоциональной характеристикой синтезируемой речи путм изменения параметров гласных фонем.

2. Сегментарная модель позволяет описывать гласные участки речевого сигнала без потери качества.

3. Методика коррекции параметров шаблонных сегментов позволяет изменять эмоциональный окрас речи, сохраняя индивидуальные особенности голоса.

Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 7 работах, среди которых 1 публикация в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, а также 2 статьи в других журналах и изданиях, 3 публикации в трудах международных научно-технических конференций, Основные положения защищены 1 свидетельством на программу для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав с выводами, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание работы

изложено на 137 страницах машинописного текста, 32 рисунках, 29 таблицах, 2 приложениях. Список использованной литературы включает 69 наименований, среди которых 38 отечественных и 31 иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, приведено краткое содержание работы по главам.

В первой главе диссертации выполнен функционально-структурный анализ технических средств реабилитации (ТСР) незрячих и слабовидящих, используемых при работе на компьютере, рассмотрена реализация компенсационного и коррекционного подходов.

Дополнительно к описанным в литературе аспектам реабилитации (медицинскому, физическому, психологическому, профессиональному и социально-экономическому) рассмотрен технический аспект – разработка и внедрение технических средств, используемых в целях реабилитации.

Предложена классификация методов, реализуемых в ТСР незрячих и слабовидящих. Выделены визуальные (увеличение размера и повышение контрастности изображения), тактильные (использование шрифта Брайля и рельефных изображений) и речевые (воспроизведение записанных речевых сообщений и синтез речи по тексту) методы. Первая группа методов отнесена к коррекционным, две других – к компенсационным методам реабилитации.

Показано, что использование речевых технологий как инструмента для реабилитации слабовидящих наиболее перспективно. Речь является универсальным способом взаимодействия программ и технических средств с незрячим или слабовидящим пользователем. Брайлевские устройства вывода (дисплеи и принтеры) уступают речевому выводу информации по скорости и доступности, так как требуют от пользователя умения читать рельефноточечный шрифт, сложны в освоении и недешевы.

Выделено 3 класса ТСР: аппаратные, программные и автономные.

Среди существующих программных ТСР перспективными являются типа приложений: программы экранного доступа (ПЭД) и голосовые менеджеры (ГМ). Проведен сравнительный анализ ряда ГМ, в том числе: «JAWS»;

«VIRGO»; «Говорящая мышь (Speaking Mouse Home)» v. 4.6; «VoiceMan» (+L&H TTS Engine Russian); «Talker» (+Sakrament TTS Engine Russian v.2.5);

«DigIt Clipboard Reader» по следующим критериям: функциональность, свойства голосового модуля, свойства интерфейса, дополнительные возможности.

Анализ показал, что для программных ТСР наиболее эффективным является использование внешних голосовых модулей, устанавливаемых как компонент операционной системы (ОС), или речевых движков (TTS-engine).

Данный подход имеет ряд преимуществ, в том числе: избавляет разработчиков ТСР от необходимости создания собственных речевых движков; позволяет выбрать наиболее подходящий движок из доступных; позволяет обновлять или заменять модули, не переписывая код и не переустанавливая приложений. Отмечена перспектива использования в ТСР специальных языков разметки, таких как VXML и SSML.

Обоснована цель диссертационной работы и сформулированы основные задачи исследования.

Во второй главе диссертации рассмотрены аспекты использования речевых сигналов в ТСР незрячих и слабовидящих.

Исследованы строение речевого и слухового аппаратов человека, механизмы порождения и восприятия звуков речи, их характеристики.

Выделено 2 класса речевых сигналов (РС) – натуральные и ненатуральные. Натуральный РС – это речь, порождаемая непосредственно человеком. На звучание естественной речи влияют особенности строения голосового тракта и сенсомоторные навыки. Сложность точного и полного описания процесса порождения речи усугубляется сложностью е восприятия, обусловленной нелинейными свойствами слуха, поэтому весьма сложной задачей является модификация параметров РС без ущерба для его естественности. Ненатуральный РС – акустический сигнал, получаемый с помощью технических средств, и воспринимаемый человеком как речь. По способу получения выделены: предварительно записанный сигнал; сигнал, обработанный в реальном времени и синтезированный. Синтезированный сигнал, дифференцирован по технологии синтеза на артикуляторный, формантный и компилятивный РС.

Среди систем синтеза речи наилучшей естественностью и разборчивостью обладают системы, использующие компилятивный метод, основанный на использовании образцов отдельных звуков.

Естественность речи определяется, главным образом, е просодией, или совокупностью ритмоинтонационных характеристик.

Pages:     |
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.