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时间:2020-07-15
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1、电子知识语音合成系统(2)语音合成(7) 语音合成是通过机械的、电子的方法产生人造语音的技术。TTS技术(又称文语转换技术)隶属于语音合成,它是将计算机自己产生的、或外部输入的文字信息转变为可以听得懂的、流利的汉语口语输出的技术 语音合成技术 语音合成和语音识别技术是实现人机语音通信,建立一个有听和讲能力的口语系统所必需的两项关键技术。使电脑具有类似于人一样的说话能力,是当今时代信息产业的重要竞争市场。和语音识别相比,语音合成的技术相对说来要成熟一些,并已开始向产业化方向成功迈进,大规模应用指日可待。 语音合成,又称文语转换(TexttoSpe
2、ech)技术,能将任意文字信息实时转化为标准流畅的语音朗读出来,相当于给机器装上了人工嘴巴。它涉及声学、语言学、数字信号处理、计算机科学等多个学科技术,是中文信息处理领域的一项前沿技术,解决的主要问题就是如何将文字信息转化为可听的声音信息,也即让机器像人一样开口说话。我们所说的“让机器像人一样开口说话”与传统的声音回放设备(系统)有着本质的区别。传统的声音回放设备(系统),如磁带录音机,是通过预先录制声音然后回放来实现“让机器说话”的。这种方式无论是在内容、存储、传输或者方便性、及时性等方面都存在很大的限制。而通过计算机语音合成则可以在任何时候将任意文
3、本转换成具有高自然度的语音,从而真正实现让机器“像人一样开口说话”。 文语转换系统实际上可以看作是一个人工智能系统。为了合成出高质量的语言,除了依赖于各种规则,包括语义学规则、词汇规则、语音学规则外,还必须对文字的内容有很好的理解,这也涉及到自然语言理解的问题。下图显示了一个完整的文语转换系统示意图。文语转换过程是先将文字序列转换成音韵序列,再由系统根据音韵序列生成语音波形。其中第一步涉及语言学处理,例如分词、字音转换等,以及一整套有效的韵律控制规则;第二步需要先进的语音合成技术,能按要求实时合成出高质量的语音流。因此一般说来,文语转换系统都需要一套
4、复杂的文字序列到音素序列的转换程序,也就是说,文语转换系统不仅要应用数字信号处理技术,而且必须有大量的语言学知识的支持。 TTS的基本结构 语言学处理 在文语转换系统中起着重要的作用,主要模拟人对自然语言的理解过程——文本规整、词的切分、语法分析和语义分析,使计算机对输入的文本能完全理解,并给出后两部分所需要的各种发音提示。 韵律处理 为合成语音规划出音段特征,如音高、音长和音强等,使合成语音能正确表达语意,听起来更加自然。 声学处理 根据前两部分处理结果的要求输出语音,即合成语音。 参数合成 在语音合成技术的发展中,早期的研究主要是
5、采用参数合成方法。值得提及的是Holmes的并联共振峰合成器(1973)和Klatt的串/并联共振峰合成器(1980),只要精心调整参数,这两个合成器都能合成出非常自然的语音。最具代表性的文语转换系统当数美国DEC公司的DECtalk(1987)。但是经过多年的研究与实践表明,由于准确提取共振峰参数比较困难,虽然利用共振峰合成器可以得到许多逼真的合成语音,但是整体合成语音的音质难以达到文语转换系统的实用要求。 波形拼接 自八十年代末期至今,语言合成技术又有了新的进展,特别是基音同步叠加(PSOLA)方法的提出(1990),使基于时域波形拼接方法合成
6、的语音的音色和自然度大大提高。九十年代初,基于PSOLA技术的法语、德语、英语、日语等语种的文语转换系统都已经研制成功。这些系统的自然度比以前基于LPC方法或共振峰合成器的文语合成系统的自然度要高,并且基于PSOLA方法的合成器结构简单易于实时实现,有很大的商用前景。IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/OBUFFER快速准确建模方法,是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准,它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数,非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。IBIS本身只是一种文件格式,它说明在一标准IBIS文件中
7、如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数,但并不说明这些被记录参数如何使用,这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真,需要先完成四件工作:获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源;获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法;提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息;提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。IBIS模型优点可以概括为:在I/O非线性方面能够提供准确模型,同时考虑了封装寄生参数与ESD结构;提供比结构化方法更快仿真速度;可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS模型分析信号完整性问题
8、包括:串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS尤其能够对高
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