Способ обнаружения границ слов и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G10L5/00 

сл

с

Изобретение относится к технике анализа и распознавания речевых сигналов и может быть использовано в управляющих, информационно-расчетных и справочных системах в условиях меняющейся окружающей шумовой обстановки, Цель изобретения - повышение помехоустойчивости при определении границ слов путем осуществления автоматической корректировки значений используемых временных параметров в зависимости от характера изменения уровня окружающих нестационарных шумов. Для этого в течение постоянных интервалов времени анализа окружающей шумовой обстановки производится измерение их уровня. Для реализации способа используются блок 3 преобразования входного сигнала, блок 2 памяти значений временных параметров, регистратор 1 границ и блок 4 управления. 2 с.п. ф-лы, 7 ил.

Фиг. 2

о

GO

СЛ 00 О

ю

Изобретение относится к технике анализа и распознавания речевых сигналов и может быть использовано в управляющих, информационно-расчетных и справочных системах в условиях меняющейся окружающей шумовой обстановки,

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости при определении границ слов путем автоматической коррекции значений временных характеристик в зависимости от изменения уровня окружающих шумов .

На фиг, 1 показан принцип реализации предлагаемого способа на примере коррекции временной характеристики Ti в зависимости от изменения уровня окружающих шумов; на фиг. 2 - структурная схема устройства для обнаружения границ слов; на фиг, 3 - структурная схема регистратора границ слова; на фиг, 4 - функциональная схема блока управления; на фиг. 5 - структурная схема блока хранения слов; на фиг. 6-функциональная схема преобразователя входных сигналов; на фиг. 7 - функциональная схема формирователя импульсов временных соотношений.

Устройство для обнаружения границ слов содержит регистратор 1 границ слова, блок 2 памяти характеристик, преобразователь 3 входного сигнала и блок 4 управления.

Первые входы регистратора 1 границ слова и преобразователя 3 входного сигнала подключены к входной шине аналогового сигнала устройства, Второй вход преобразователя подключен к первому входу блока 4 управления и первому дополнительному выходу регистратора 1, второй дополнительный выход которого подключен к соответствующему второму входу блока 4, выход которого соединен с третьим входом преобразователя 3 и первым дополнительным входом регистратора 1. Выход преобразователя 3 соединен с входом блока 2 памяти характеристик, первая - третья группы выходов которого соединены соответственно с первой - третьей дополнительными группами входов регистратора 1, второй вход которого подключен к второму входу устройства, а выход соединен с выходом устройства,

Регистратор 1 границ слова предназначен для регистрации границ слова в условиях нестационарного характера окружающего шумового фона (фиг, 3). Регистратор 1 состоит из формирователя 5 характеристик сигналов, формирователя 6 импульсов временных соотношений и блока 7 хранения слова. Первый вход регистратора 1 соединен с входом формирователя 5, первый и

второй выходы которого подключены к первому и второму входам формирователя 6. Первый дополнительный вход регистратора 1 соединен с третьим входом формирователя 6.

Первая - третья дополнительные группы входов регистратора 1 соединены соответственно с первой - третьей группами входов формирователя 6, четвертый - шестой входы которого подключены соответственно к первому - третьему выходам блока 7, Первый выход формирователя 6 соединен с первым входом блока 7 и первым дополнительным выходом регистратора 1, второй

выход формирователя б подключен к второму дополнительному выходу регистратора 1, третий - шестой выходы формирователя 6 соединены соответственно с вторым - пятым входами блока 7. Второй вход регистратора 1 соединен с информационным входом блока 7, информационный выход которого соединен с выходом регистратора 1. На фиг. 3 показан вход начальной установки регистратора 1, который подключен к шестому и

седьмому входам блока 7 хранения слова и формирователя 6 импульсов временных соотношений соответственно.

Формирователь 5 характеристических

сигналов предназначен для формирования из входного звукового сигнала двух характеристических сигналов fA и Функциональная схема формирователя 5 полностью соответствует прототипу.

Формирователь 6 импульсов временных соотношений (фиг. 7) предназначен для формирования необходимых сигналов, используемых при принятом в прототипе алгоритме обнаружения границ слов, а также

0 формирования сигналов, управляющих моментом подстройки (адаптации) к окружающим условиям. С этой целью формирователь 6 имеет один дополнительный выход, который подключен к второму дополнительному

5 выходу регистратора 1, т.е. к второму входу блока 4 управления. В том случае, если обнаружена вероятная начальная граница слова и проводи гея проверка ее истинности формирователем 6, благодаря наличию это0 го выхода формирователь 6 запрещает блоку 4 формировать сигнал разрешения коррекции временных характеристик. Если обнаруженная начальная граница слова оказалась ложной, то благодаря дополни5 тельным входам формирователя 6 осуществляется коррекция значений временных характеристик, в противном случае указанная коррекция будет проведена пбсле считывания обнаруженного слова из блока 7 хранения слова.

Формирователь 6 импульсов временных соотношений состоит из первого - третьего регистров 8-10, первого и второго детекторов 11 и 12 фронта импульсов, первого - третьего детекторов 13-15 спада импульсов, первого - пятого счетчиков 16-20 интервалов временных характеристик, первого - восьмого триггеров 21-28, первого - пятого элементов ИЛИ НЕ 29-33, первого и второго инверторов 34 и 35, первого - тринадцатого элементов И 36-48, первого - одиннадцатого элементов ИЛИ 49-59, первого и второго элементов 60 и 61 задержки.

Регистры 8-10 предназначены для приема и хранения значений временных характеристик Ti-Тз соответственно.

Счетчики 16-18 предназначены для сравнения параметров входного звукового сигнала со значениями временных характеристик, хранящихся в регистрах 8-10, при поиске начальной границы слойа.

Триггер 28 служит для формирования запрещающих коррекцию временных характеристик сигналов в тех интервалах времени, когда ведется проверка истинности обнаруженной начальной границы слова или осуществляется поиск конечной границы слова.

Элементы И 36-39, детекторы 13 и 14, элементы ИЛИ-НЕ 29-31 и элемент ИЛИ 49 предназначены для перезаписи содержимого регистров 8-10 в счетчики 16-18 в том случае, если обнаруженная начальная граница слова оказалась ложной и возникла необходимость подготовить формирователь к анализу новой вероятной начальной границы слова.

Элемент ИЛИ 51 и элементы 60 и 61 задержки предназначены для подачи сигнала, который разрешает запись информации в регистры 8-10 и счетчики 16-20.

Элементы И 43 и 44, инвертор 34, элемент ИЛИ 52 и триггер 23 предназначены для формирования второго характеристического сигнала.

Счетчики 19 и 20, элементы И 45-47, элементы ИЛИ-НЕ 32 и 33, инвертор 35, элементы ИЛИ 53 и 56, триггеры 24 и 25 и детектор 12 фронта импульсов реализуют принятый в прототипе алгоритм поиска конечной границы слова,

Элементы И 40-42, элементы ИЛИ 54- 55, 57-58 и триггеры 22, 26 и 27 предназначены для выдачи в блок 7 хранения команд управления Прием начальной границы, Начальная блокировка, Прием конечной границы, Конечная блокировка, Включение.

Первый вход формирователя 6 подключен к третьему и первому входам элементов И 43 и 44 соответственно, второй вход - к второму входу элемента И 37, входам детек- 5 тора 11 фронта импульса и инвертора 34, второму входу элемента И 43 и третьим входам элементов И 45 и 47, а третий вход - к первому и третьему входам элементов ИЛИ 51 и 52 соответственно. 10

Первая - третья дополнительные группы входов формирователя 6 подключены к информационным входам регистров 8-10 соответственно.

5 Четвертый вход формирователя 6 подключен к третьему, второму и первому входам элементов И 37-39 соответственно, а также к первому и четвертому входам элементов И 46 и 47 соответственно.

0Пятый вход формирователя 6 подключен к входу установки в единицу триггера 27. Шестой вход формирователя 6 подключен к третьим входам элементов ИЛИ 50 и 59, первому входу элемента ИЛИ 55, а также

5 к вторым входам элементов ИЛИ 57 и 58.

Седьмой вход начальной установки формирователя 6 подключен к входам R счетчиков 16-20. вторым входам элементов ИЛИ 51, 52, 55 и 59, первым входам элемен0 тов ИЛИ 53, 56-58 первому входу элемента

И 43 и четвертому входу элемента ИЛИ 50.

Выходы регистров 8 и 9 подключены

соответственно к информационным входам

счетчиков 16, 20 и 17, 19, а выходы регистра

5 10 - к информационным входам счетчика 18. Выход детектора 11 подключен к вторым входам элементов И 40 и 41. Выход инвертора 34 соединен с третьими входами элементов И 38 и 46, входом детектора 15, а

0 также с вторыми входами элемента И 44 и элемента ИЛИ 53. Выход элемента ИЛИ 51 подключен к входу первого элемента 60 задержки, выход которого соединен с входами С регистров 8 и 9, а также с входом второго

5 элемента 61 задержки. Выход элемента 61 задержки соединен с первыми входами элементов ИЛИ-НЕ 29-31, а также с вторыми входами элементов ИЛИ-НЕ 32 и 33. Выход элемента И 43 соединен с входом установки

0 в единицу триггера 23, вход установки в нуль которого подключен к выходу элемента ИЛИ 52. Выход элемента И 44 соединен с четвертым входом элемента ИЛИ 52. Единичный и нулевой входы триггера 24 под5 ключены соответственно к выходам элемента И 45 и элемента ИЛИ 53. Инверсный выход триггера 24 соединен с вторым входом элемента И 45 и входом детектора 12, выход которого подключен к третьему входу элемента ИЛИ-НЕ 33, выход которого

соединен с входом V счетчика 20. Выход триггера 23 подключен к инверсным четвертому и первому входам элементов И 37 и 38, второму входу элемента И 39, а также к входу детектора 14, выход которого соединен с третьим входом элемента ИЛИ 49 и первыми входами элементов ИЛИ 50 и 59. Выход детектора 15 подключен к первым входам элементов И 42 и 48, а также к второму входу элемента И 36, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 49. Выход элемента ИЛИ 49 соединен с вторыми входами элементов ИЛИ-НЕ 29-31, выходы которых подключены к входам V счетчиков 16-18 соответственно. Выход элемента И 37 подключен к входу -1 счетчика 16, выход которого соединен с инверсным входом S триггера 21. Выход элемента И 38 соединен с входом -1 счетчика 17, выход которого подключен к инверсным вторым входам элементов ИЛИ 50 и 59, выходы которых соединены соответственно с входами R триггеров 21 и 28. Прямой выход триггера 21 подключен к первому входу элемента И 40, четвертому входу элемента И 38 и входу детектора 13. Выход детектора 13 соединен с первым входом элемента ИЛИ 49. Инверсный выход триггера 21 подключен к первым входам элементов И 36, 37 и 41 и второму входу элемента И 48. Выход элемента И 39 соединен с входом -1 счетчика 18, выход которого .подключен к второму инверсному входу элемента ИЛИ 54, первый вход которого соединен с выходом элемента И 40. Единичный и нулевой входы триггера 22 подключены соответственно к выходам элементов ИЛИ 54 и 55. Инверсный выход триггера 22 подключен к третьему входу элемента И 41, выход которого подключен к третьему выходу формирователя 6 импульсов, а также к входу установки триггера 28 в единичное состояние. Выход триггера 28 подключен к второму выходу формирователя 6. Выход элемента И 48 соединен с четвертым входом элемента ИЛИ 59, Прямой выход триггера 22 соединен с первым выходом формирователя 6 импульсов, вторыми входами элементов И 42, 46 и 47, третьими входами элементов ИЛИ-НЕ 2,9-31, первым входом элемента ИЛИ 52 и третьим инверсным входом элемента И 43. Выход элемента И 42 соединен с четвертым выходом формирователя 6 импульсов. Выход элемента И 46 соединен с входом -1 счетчика 19 и входом S триггера 25. Выход элемента ИЛИ-НЕ 32 соединен с входом V счетчика 19, выход которого подключен к инверсному третьему входу элемента ИЛИ 56 и инверсному единичному входу триггера 26. Выход элемента И 47 подключен к входу

-1 счетчика 20 и первому входу элемента И 45. Выход счетчика 20 подключен к входу инвертора 35, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ 56 и третьему

входу элемента ИЛИ--НЕ 32, выход которого соединен с V входом счетчика 19. Выход элемента ИЛИ 56 подключен к входу R триггера 25, выход которого подключен к первому входу элемента И 47. Выход элемента

ИЛИ 57 подключен к входу R триггера 26, выход которого подключен к пятому выходу формирователя 6 импульсов, четвертому инверсному входу элемента И 46 и первым входам элементов ИЛИ 32 и 33. Выход элемента ИЛИ 58 подключен к входу R триггера 27, выход которого соединен с шестым выходом формирователя 6 импульсов,

Блок 7 хранения слова (фиг. 5) предназначен для организации записи входного звукового сигнала в блок памяти с последующим считыванием из блока памяти обнаруженного слова в его истинных границах. Элементы и связи блока 7 полностью идентичны устройству-прототипу за исключением того, что формирователь 5 характеристических сигналов и формирователь 6 импульсов временных соотношений выполнены отдельно (фиг. 3), к тому же формирователь импульсов временных соотношений выполнен с рядом дополнительных входов и выходов.

Блок 7 хранения слова содержит первый - четвертый коммутаторы 62, 63, 69 и 68,

счетчик 64 адресов, первый и второй регистры 67 и 70 адреса, первый и второй блоки 66 и 71 сравнения, блок 65 памяти, причем на . входы первого и второго коммутаторов 62 и 63 поданы два вида синхросигналов, а их

выходы соединены с входами счетчика 64 адресов. Выход коммутатора 62 соединен, кроме того, сдополнительным выходом блока 7 хранения. Выход счетчика 64 подключен к nepsoN J управляющему входу блока 65

памяти, информационный вход которого соединен с информационным входом блока 7, а второй управляющий вход подсоединен к выходу первого блока 66 сравнения, а также к третьему выходу ,блока 7. Два входа блока

0 66 сравнения подсоединены соответственно к выходу и входу регистра 67 адреса, соединенного с выходом счетчика 64 адресов. Пгрвый, второй и третий, четвертый входы блоча 7 попарно подключены соот5 ветственно к входам третьего 68 и четвертого 69 коммутаторов, выходы которых соединены с входами соответствующих регистров 67 и 70. Выход второго регистра 70 подключен к первому входу второго блока 71, второй вход которого подсоединен к выходу счетчика 64 и входу второго регистра 70, а третий вход - к управляющим входам первого 62, второго 63 и четвертого 69 коммутаторов, третьему входу блока памяти и четвертому входу блока 7 хранения. Выход второго блока 71 подсоединен к второму выходу блока 7 и четвертому входу блока 65, второй вход которого подключен к третьему выходу блока 7 хранения. Пятый вход блока хранения соединен с третьим входом первого блока 66. Информационный выход блока 65 подключен к информационному выходу блока 7.

Блок 2 памяти характеристик предназначен для хранения различных значений используемых временных характеристик. По команде из преобразователя 3 входного сигнала от осуществляет подключение к регистратору 1 границ слова таких значений используемых временных характеристик, которые наилучшим образом отвечают уровню имеющегося в данный момент времени окружающего шумового фона. Вход блока 2 памяти подключен к выходу преобразователя 3 входного сигнала, а три выхода блока 2 памяти подключены к соответствующим второму - четвертому дополнительным входам регистратора 1.

Преобразователь 3 входного сигнала предназначен для постоянного измерения уровня окружающего шумового фона в течение интервалов времени анализа ТА и по истечении каждого такого интервала анализа шумовой окружающей обстановки формирования адреса, по которому из блока 2 памяти считываются соответствующие данной оценке уровня шума временные характеристики. В случае, если обнаружена истинная начальная граница слова, устройство прекращает производить оценку уровня входного звукового сигнала и возобновляет измерение уровня шума после обнаружения истинной конечной гоани- цы слова. В этом случае, если обнасужена вероятная начальная граница слова, оценка уровня входного звукового сигнала не прекращается, и, если эта начальная граница слова оказывается ложной, то происходит коррекция значений временных характеристик, а если подтверждается истинность об- наруженной начальной границы, то результаты измерения уровня входного звукового сигнала анулируются и процесс измерения уровня входного звукового сигнала возобновляется после обнаружения истинной вероятной конечной границы слова.

Преобразователь 3 входного сигнала (фиг. 6) состоит из генератора 72 синхрЬимпульсов, счетчика 73 временного интервала Тд, триггера 74, входного усилителя 75, детектора 76. интегратора 77, аналого-цифрового преобразователя 78, регистра 79, 5 первого - трет ьего элементов И 80-82, первого - шестого элементов ИЛИ 83-88. первого - второго элементов 89-90 задержки и блока 91 элементов И Первый вход преобразователя 3 подключен к входу усилителя 75, вы10 ход которого подключен к входу детектора 76, выход которого соединен с входом интегратора 77, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 78, выход которого подключен к информаци5 онному входу регистра 79, выход которого подключен к вторым входам блока элементов / 91, вылод которого выходом преобразователя 3 Второй преобразователя 3 подключен к первому входу элемен0 та ИЛИ 87 вы-от, которого соединен с входами установки Б .юл- счетчика 73 и регистра 79 а Тгжже с вторыми входами элементов ИЛИ 83 и 68 1 вход преобразователя 3 подключен к второму входу

5 элемента И 80 пе;. вому входу элемента И 82 и второму входу э-| менга И 81. Вход Начальная установка -преобразователя 3 подключен к втооому входу элемента ИЛИ 87, а также к входу генератора 72, выход которо0 го подключен к счетному входу счетчика 73, выход которого подключен к первым входам элементов И 80 и 81 Выход элемента И 80 подключен к входу элемента задержки 89, первому входу элемента ИЛИ 86 и второму

5 входу элемента ИЛЬ - 85 8УХОД элемента И 81 соединен с входом S триггера 74, первым входом элемента ИЛИ 85 и вторым входом элемента ИЛИ 86 Выход элемента ИЛИ 83 подключен к входу R трриггера 74, выход

0 которого подключен к второму входу элемента И 82 и третьему инверсному входу элемента И 80. Выход эпемента И 82 подключен к первому входу элемента ИЛИ 83, а также к второму входу элемента ИЛИ 84,

5 первый вход которого соединен с выходом элемента задержки 89 Выход элемента ИЛИ 84 соединен с первыми входами блока элементов И 91. Выход эпемента ИЛИ 85 подключен к входу элемента задержки 90,

0 выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ 88, выход которого соединен с входом С интегратора 77 Выход элемента 86 подключен к входу С регистра 79

5Блок 4 управления предназначен для

управления моментами адаптации устройства к изменившимся шумовым условиям, Блок 4 управления состоит(фиг 4) из счетчика 92 интервалов времени Т, триггрра 93, генератора 94 импульсов детектора 95 спада импульсов, первого-третьего элементов ИЛИ 96-98, первого - третьего элементов И 99-101. Первый вход блока 4 подключен к первому входу элемента ИЛИ 97, вторым входам элемента ИЛИ 96 и элемента И 101, а также к третьему входу элемента И 100, Второй вход блока 4 подключен к второму и первому входам элементов И 99, 100 и 102 соответственно, а также к входу детектора 95, выход которого подключен к третьему входу элемента И 101. Вход Начальная установка блока 4 подключен к первым входам генератора 94 и элемента ИЛИ 96, Выход генератора 94 подключен к счетному входу счетчика 92, вход установки в ноль которого соединен с выходом элемента ИЛИ 96, а выход - с первым и вторым входами элементов И 99 и 100 соответственно, Единичный и нулевой входы триггера 93 соединены с выходами элементов И 100 и ИЛИ 97 соответственно. Выход триггера 93 подключен к первому входу элемента И 101, выход которого соединен с вторыми входами элементов ИЛИ 97, 98 и 100. Выход элемента И 99 подключен к первому входу элемента ИЛИ 98, выход которого соединен с выходом блока 4 управления.

Требование к стационарности окружающих шумов в прототипе позволяет считать стабильными во времени математическое ожидание и дисперсию указанных случайных величин,.Пользуясь постоянством во времени среднего значения длительности импульсов и пауз характеристических сигналов, по заданному алгоритму производят сравнение этих характеристик с постоянны ми значениями временных характеристик звукового сигнала Ti, T2 и Тз, где Ti - максимальная длительность неречеподобной звуковой помехи на входе; Та - максимальная длительность участка глухой смычки речевого сигнала, уровень которой не превышает уровня стационарных звуковых шумов; Тз- минимальная длительность присущего речи временного интервала от момента появления звука до появления глухой смычки.

На фиг. 1., а, б изображены плотности вероятности длительности выбросов шумового сигнала с математическим ожиданием m {Tim} и длительности выбросов с математическим ожиданием m{Tip}. Выбором величины характеристики Ti с определенной достоверностью производится классификация выбросов входного сигнала на шумовые и речевые. Область двойной штриховки на фиг. 1, а соответствует случаям ложной классификации шумового выброса как речевого для прототипа. Аналогичным образом выбираются значения Тя иТз для анализа входного сигнала. Все временные характеристики Ti - Тз остаются постоянными в течение всего периода работы, Однако реальные акустические шумы не являются стацинарными. Случайные характеристики таких шумов меняются во времени. Сравнение этих характеристик с постоянными значениями величин TI - Тз приводит к ухудшению показателей работы устройства. Так, увеличение

0 уровня шума приводит к смещению вправо математического ожидания длительности выбросов шумового сигнала (фиг. 1, а), что в силу постоянства TI влечет за собой возрастание ложных классификаций шумовых вы5 бросов как речевых (см. горизонтально заштрихованную область на фиг. 1, а), Указанное обстоятельство приводит к росту числа ложных срабатываний устройства. В том случае, когда уровень шума

0 уменьшается, происходит смещение влево математического ожидания длительности выброса шума относительно пороговых уровней. Создаются благоприятные условия для снижения числа пропусков устройством

5 истинных границ слова. Однако в прототипе .этого не происходит, поскольку речевой сигнал сравнивается с фиксированным значением величины Т-г(см. область вертикальной штриховки на фиг. 1, б). Таким образом, же0 сткая фиксация временных характеристик Тг Тз,которые предназначены для разделения речевого сигнала от шума, лишает прототип гибкости и способности самоадаптироваться к изменению окружающей шу5 мовой обстановки. Вследствие этого прототип имеет низкие значения достоверности определения границ слов при работе в условиях реальных нестационарных окружающих шумов. В предлагаемом способе

0 дополнительно измеряют уровень окружающего шума в течение фиксированного интервала времени анализа окружающей шумовой обстановки и по результатам этого анализа корректируют значения используе5 мых временных характеристик Tr-Т з. Так, если наблюдается возрастание уровня шума, что приводит к смещению вправо графика плотности вероятности длительности выбросов шума над пороговым уровнем, то,

0 если пропорционально этому смещению осуществить увеличение значения временной характеристики Т г. произойдет снижение вероятности- определения ложных границ слова (фиг. 1, а). Если же в течение

5 времени анализа уровня шумового фона наблюдается снижение его величины, что приводит к смещению влево графика плотности вероятности длительности выбросбв шума над пороговым уровнем, то, если пропорционально этому смещению осуществить

уменьшение значения временной характеристики Ti произойдет снижение вероятности пропуска границ слова (фиг 1, б). При осуществлении коррекции значений временных характеристик Ту и Тз прими- маются во внимание аналогичные рассуждения.

Например, при возрастании уровня шума наблюдается возрастание средней длительности выбросов случайного шумового сигнала. Это равносильно смещению вправо графика распределения плотности вероятности длительности выбросов, который саппроксимирован прямыми линиями у - ах + b и представляет собой равносторон- ний треугольник (фиг. 1, в). Горизонтально заштрихованная область на фиг. 1, а соответствует случаям неверной классификации прототипом длительности выброса относительно постоянного значения временной характеристики TV.

Количественную оценку Дчисла неправильных классификаций входного сигнала прототипа и по параметру Ti определяют следующим образом:

Ь +ы

A /(-ax + b + bi)dx, (1)

где выражение у (-ax + b + bi), a, b, bi 0 - уравнение прямой аппроксимирующей правую часть графика плотности распределения вероятности длительности выбросов (фиг. 1, в);

bi - величина смещения вправо графика плотности распределения вероятности длительности выбросов шумового сигнала.

Пределы интегрирования выражения (1) получаются из совместного решения уравнений, описывающих правую и левую сторо- ны графика распределения вероятности длительностей выбросов шума и речи соответственно, а также при построении аппроксимирующей функции плотности распределения вероятности шума

тг,(2)

а + ар

где a, b и ар Ьр - положительные коэффициенты в уравнениях прямых, которые аппроксимируют графики плотности вероятности длительности выбросов шума и речи соответственно.

b +bi

(Kbi + c)2 (3)

где К

а + af 4а2

(4)

an b - а Ьр. ,

с --- - постоянные коэффициен4а

ты.

Таким образом, ошибка классификации параметра Ti зависит по квадратичному закону от величины сдвига средней длительности выбросов шумового сигнала bi. Следовательно, такое смещение необходимо компенсировать пропорциональным смещением величины используемого временного параметра TL

Тогда соответствующее число At - число ложных классификаций входного сигнала прототипом по параметру Ti будет выглядеть как

h + ы

(- ах b f- bi) dx

i 3

1 b +bn +Ы

(5)

30

(6)

где

4a2 3p b - a bp

c 17T

постоянные коэффициенты.

Как следует из сопоставления констант К и «1, количество ложных срабатываний AI во втором случае меньше, чем Д в пер0 вом случае

Аналогично можно показать возможность достижения положительного эффекта при снижении уровня шума исмещении влево вследствие этого графика средней дли5 тельности выбросов шумового сигнала.

Устройство обнаружения границ слова в условиях нестационарных звуковых шумов работает следующим образом.

После начальной установки устройства

0 (на фиг. 2 не показано) все блоки устанавливаются в исходное состояние (все операции, происходящие в каждом блоке по сигналу Начальная установка будут описаны ниже по мере описания работы данного блока). В

5 результате выполнения указанной начальной установки с выхода блока 2 памяти характеристик будут считаны в регистратор 1 границ слова начальные значения временных характеристик Tr-Тз Входной звуковой сигнал или его параметры в цифровой

форме начинает поступать в регистратор 1, где происходит его запись в блок памяти. Одновременно этот же звуковой входной сигнал в аналоговом виде поступает на вход преобразователя 3 входного сигнала и на вход регистратора 1 границ, где он используется для формирования первого и второго характеристических сигналов.В преобразователе 3 входного звукового сигнала происходит измерение уровня окружающих шумов в течение фиксированных интервалов времени анализа уровня окружающего шума ТА. Эти равные друг другу интервалы времени формируются блоком 4 управле ния, Каждому разумному значению уровня окружающих акустических шумов априорно поставлено взаимно однозначное соответствие значения временных параметров Тз в блоке 2 памяти характеристик. По истечении времени анализа ТА на выходе преобразователя 3 появляется преобразованное в цифровую форму значение уровня входного звукового сигнала за время ТА. Данный цифровой код является адресом, по которому из блока 2 памяти характеристик считываются для дальнейшей обработки в регистраторе 1 новые откорректированные значения используемых временных параметров Ti - Тз . Таким образом, по сигналу из блока 4 происходит подстройка или сэмоадаптация устройства к изменившимся внешним условиям. В том случае, если в регистраторе 1 обнаружена вероятная начальная граница слова и осуществляется проверка ее истинности, до окончания этой проверки блоком 4 запрещается всякая подстройка устройства. Однако измерение уровня входного сигнала в течение интервала ТА в преобразователе 3 входного сигнала продолжается, По окончании данного интервала анализа ТА величина уровня входного сигнала запоминается в выходном регистре преобразователя 3, вслед за чем производится измерение уровня входного сигнала на следующем интервале анализа ТА. Если проверка истинности обнаруженной начальной границы слова заканчивается в, регистраторе 1 отрицательным результатом, то по его сигналу блок 4 управления производит немедленную корректировку значений временных параметров Тт-- Тз , не дожидаясь окончания текущего интервала времени анализа. Для этого используются данные об уровне шума, хранящиеся в выходном регистре преобразователя 3. Если же окажется, что обнаруженная начальная граница слова является таковой, то по сигналу Начальная блокировка, который из регистратора 1 подается а блок 4 управления и преобразователь 3

входного сигнала, запрещаются формирование интервалов времени анализа ТА и измерение уровня входного сигнала и сбрасываются в ноль содержимые выходного регистра и измерителя уровня преобразо- вателя 3. Как только регистратор 1 обнаружит истинную конечную границу слова, он разрешит блоку 4 и преобразовате- / лю 3 возобновить формирование

0 временных интервалов анализа окружающих шумов и измерение величины их уровня в течение этих интервалов. Однако до окончания первого после обнаружения конца слова интервала анализа ТА регистратор 1

5 будет использовать те значения временных параметровТ Тз, которые были записаны в него непосредственно перед обнаружением начала слова. В дальнейшем цикле работы устройства повторяется.

0 Регистратор 1 (фиг. 3) работает следующим образом,

Входной звуковой сигнал поступает на вход формирователя 5 характеристических сигналов, сигналы fA и fА с выхода которого

5 подаются на вход формирователя 6 импульсов временных соотношений.

Формирователь 6 импульсов временных соотношений (фиг. 7) работает следующим образом,

0 Сигнал Начальная установка поступает через элементы ИЛИ 50, 55, 52,53, 56, 57, 58 и 59 соответственно на нулевые входы триггеров 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 и 28 и устанавливает их в ноль, кроме того, воздей5 ствуя на R-входы счетчиков 16-20, сбрасывает в ноль их содержимое, а также, пройдя через элемент ИЛИ 51 и элемент 60 задержки, осуществляет запись в регистры 8-10 значений начальных временных парамет0 ровТг--Тз. Величина задержки выбирается такой, чтобы на выходе блока 2 памяти характеристик (фиг. 2) или, что то же самое чтобы на информационных входах регистров 8-10 (фи. 7) закончились переходные

5 процессы, связанные с работой блока.2 памяти характеристик. Кроме того сигнал Начальная установка, пройдя через элемент 61 задержки, величина которой компенсирует задержку срабатывания регистров 80 10, и элементы ИЛИ-НЕ 29-33 и на входы V соответствующих счетчиков 16-20, осуществляет запись в них содержимого регистров 8-10, выходы которых подключены к информационным входам счетчиков. Счетчики 165 20 представляют собой вычитающие двоичные счетчики, обладающие способностью осуществлять запись информации в параллельном коде. Таким образом, в счетчики 16 и 20 осуществляется запись значения временной характеристики Т i в

четчики 17 и 19 - значения временной характеристики Т2, а в счетчик 18 - значение з, причем счетчики 16-18 участвуют в поске начальной границы слова, а счетчики 19-20 - в конечной, После приведения формирователя 6 в исходное(начэльное)состоя- ние он находится в ожидании поступления импульсов первого характеристического сигнала fA. По приходу импульса первого характеристического сигнала происходит следующее: через элемент И 37 на вычитающий вход счетчика 16 начинают поступать импульсы CHi, уменьшая его содержимое с Ti до нуля; детектор 11 фронта импульсов через элемент И 41 формирует сигнал Прием начальной границы, дальнейшая обработка которого в блоке 7 хранения слова идентична прототипу. Этот же сигнал Прием начальной границы, поступая на S-вход триггера 28, устанавливает его в единичное состояние, запрещая тем самым блоку 4 управления производить адаптацию устройства к внешним условиям, до окончания проверки истинности обнаруженной начальной границы. Если длительность импульса первого характеристического сигнала окажется меньше длительности Тгг т.е. счетчик 16 не успеет досчитать до нуля, как импульс первого характеристического сигнала закончится, его спад, пройдя через инвертор 34, детектор 15, открытый вентиль 36, элемент ИЛ И 49 и элементы ИЛ И-Н Е 29-31, осуществит перезапись информации в счетчики 16-18. Кроме того, сигнал с выхода детектора 15 проходит через открытый вентиль 48 на нулевой вход триггера 28, опрокидывает его в нулевое состояние, что соответствует снятию ранее установленного блоку управления запрета на проведение коррекции используемых временных харакеристик . Таким образом, вероятная начальная граница слова не прошла проверку на истинность по временной характеристике TV. Если длительность импульса первого характеристического сигнала окажется больше интервала времени Ti , то на выходе счетчика 16 образуется сигнал низкого уровня, который, поступая на единичный вход триггера 21, устанавливает его в единичное состояние. Сигнал с инверсного выхода триггера 21 запрещает прохождение синхроимпульсов через элемент И 37 на вход счетчика 16, а также прохождения сигналов через элементы И 36, 41 и 48. Единичный потенциал с прямого выхода триггера 21 разрешает прохождение сигнала через лемент И 40, а также поступление синхромпульсов через элемент И 38 на счетный вход счетчика 17. По окончании импульса ервого характеристического сигнала указанные импульсы начнут поступать через полностью.рязблокированный элемент И 38 на вычитающий вход счетчика 17. Если пауза характеристического сигнала будет пре- 5 вышать длительность Т2 , то на выходе счетчика 18 появится сигнал переполнения, который через элементы ИЛИ 50 и 59 установит триггеры 21 и 28 в исходные нулевые состояния. В момент переключения тригге10 ра21 с единичного состояния в нулевое подключенный к его прямому выходу детектор 13 спада импульсов сформирует импульс, который через элемент ИЛИ 49 и элементы ИЛИ-НЕ 29-31 осуществит запись значений

5 временных параметров, хранящихся в регистрах. 8-9. В том случае, если измеряемая пауза первого характеристического сигнала закончилась раньше переполнения счетчика 17, то в момент окончания этой паузы на

0 выходе детектора 11 появится импульс, который, пройдя через разблокированный триггером 21 вентиль 40 и элемент ИЛИ 54, установит триггер 22 в единичное состояние, образуя тем самым сигнал Начальная

5 блокировка, поспе чего формирователь 6 переходит к поиску конечной границы слова. Согласно алгоритму работы прототипа, если после появления первого характеристического сигнала по°вится второй харак0 теристичсский сигнал, устройство осуществляет измерение входного звукового сигнала по параметру Тз . В формирователе 6 при одновременном появлении двух характеристических сигналов на выходе

5 элемента И 43 появится единичный потенциал, который установит триггер 23 в единицу. Сигнал с прямого выхода этого триггера заблокирует элементы И 37 и 38 и разблокирует элемент И 39. разрешив тем самым

0 прохождение синхроимпульсов на счетный вход счетчика 18. В том случае, если до момента переполнения счетчика 18 произойдет пропадание первого характеристического сигнала вслед за пропаданием

5 второго характеристического сигнала, на выходе элемента И ЛА будет сформирован сигнал, который через элемент ИЛ И 52 установит триггер 23 в нулевое состояние. В результате этого происходит блокировка

0 вентиля 39 и разблокировка вентилей 37 и 38. Подключенный к выходу триггера 23 детектор 14 спада импульсов в момент сброса триггера в ноль сформирует импульс, который сбросит в ноль триггер 21, а также через

5 элемент ИЛИ 49 и элементы ИЛИ-НЕ 29-31 осуществит регенерацию потерянной информации счетчиками 16-18 путем записи с них содержимого регистров 8-10. В том случае, если входной звуковой сигнал удовлетворяет параметру Тз, на выходе счетчика

1В появится сигнал переполнения, который через элемент ИЛИ 54 заставит триггер сформировать сигнал Начальная блокировка. Дачный сигнал через третьи входы элементов ИЛИ-НЕ записывает-в счетчики содержимое регистров 8-10 и запрещает работу этих счетчиков на все время своего существования, т.е. до момента считывания обнаруженного слова из регистратора 1. Кроме того, сигнал Начальная блокирсэ- а разблокирует элемент И 42, 46 и 47, блокирует элемент И 43. В момент пропадания первого характеристического сигнала детектором 15 через элемент И 42 будет сформирован сигнал Прием начальной гра- ницн, который поступает на идентичную прототипу обработку в регистратор 1. Кроме этого, с этого момента времени через полностью разблокированный элемент И 46 на счетный вход счетчика 19 начинают посту пать синхроимпульсы, первый из которых устанавливает триггер 25 в единичное состояние, что позволяет разблокировать первый вход элемента И 47. Если пауза первого характеристического сигнала длится боль- ше записанной в счетчик 19 величины Т2, то сигнал переполнения с выхода этого счетчика сбрасывает чероз элемент ИЛИ 56 т риггер 25 и, устанавливая триггер 26 в единичное состояние, формирует сигнал Ко- вечная блокировка. Однако, если в момент подсчета паузы первого характеристического сигнала на вход формирователя 6 поступает импульс, он запрещает прохождение синхросигналов на счетный вход счетчика 19, но, разблокируя четвертый вход элемента И 47, разрешает прохождение этих им- пульслз на счетный вход счетчика 20, первый из которых устанавливает через элемент И 45 триггер 24 в единицу. Если дли- тельность этого импульса Зу,ет больше длительности Ti, т.е, больше емкости счетчика 20, то это означает, что устройством обнаружена ложная конечная граница и поиск конца слова надо повторять. В этом слу- чае сигнал переполнения с выхода счетчика 20 через инвертор 35 и элемент ИЛИ 56 установит триггер 25 в начальное нулевое состояние и, кроме гого, через элемент ИЛИ-НЕ 32 осуществит запись в счетчик 19 содержимого регистра 9. В момент повторного пропадания первого характеристического сигнала триггер 24 установи гея в ноль сигналом с выхода инвертора 34, что приведет к формированию на выходе детектора 12 импульса, который через элемент ИЛИ 33 осуществит запись информации в счет- чик 20, В том случае, когда длительность импульса первого характеристического сигнала окажется меньше длительности Тг,

возобновляется работа счетчика 19 через разблокированный элемент И 46, а в счетчик 20 производится перезапись информации из-за сброса триггера 24 в ноль. Таким образом, если снова появится импульс первого характеристического сигнала, снова начнет работу счетчик 20 до тех пор, пока не будет обнаружена истинная конечная граница слов.. В этом случае на пятый вход формирователя 6 поступит сигнал Чтение, который установит триггер 27 в единичное состояние, который сигналом Включение разрешит считывание обнаруженного слова из блока 7 памяти хранения слова. По истечении этого процесса на шестой вход формирователя 6 поступит сигнал Конец чтения, который приведет формирователь 6 в исходное состояние путем установки через элементы ИЛИ 50, 55, 57, 58 и 59 соответствующих триггеров 21, 22, 26, 27 и 28. В том с/.учае, когда формирователь 6 не занят проверкой на истинность обнаруженной начальной границы слова, блок 4 управления через равные промежутки времени посылает на третий вход формирователя 6 сигнал, осуществляющий обновление информации в регистрах 8-10 и счетчиках 16-20. Указанный сигнал, пройдя через элемент ИЛИ 34 и задержавшись на элементе 60 на время срабатывания блока 2 памяти характеристик, поступает на синхровход регистров 8-10, записывая в них поставленную на информационных входах информацию. Кроме того, задержавшись на элементе 61 на время срабатывания регистров 3-10, он аналогичным образом осуществляет запись информации в счетчики 16-20.

Блок 7 хранения слова, его алгоритм работы, совокупность элементов и связей полностью соответствуют прототипу (фиг. 5) за исключением того, что формирователь 6 импульсов временных соотношений выполнен с четырьмя дополнительными входами и одним допог нительным выходом и вместе с формирователем 5 характеристических сигналов описан и изображен на фиг. 3 и 7.

Блок 2 памяти характеристик {фиг. 3) представляет собой три блока памяти с объединенными адресными входами. В ячейках каждого блока памяти хранятся значения соответствующих временных характеристик Т Л- Тз , Адресом для этих блоков памяти является двоичное представление уровня шума за период анализа входного звукового сигнала. Значения временных параметров Тг-- Тз размещаются в бпоках памяти во взаимнооднозначном соответствии с возможным уровнем входного сигнала.

Преобразователь 3 входного сигнала (фиг. 6) работает следующим образом.

Сигнал Начальная установка сбрасывает в ноль содержимое счетчика 73, регистра 79, через элементы ИЛИ 83 и 88 содержимое триггера 74 и интегратора 77, а также запускает генератор 72 синхроимпульсов. Импульсы синхрогенератора 72 поступают на счетный вход счетчика 73. емкость которого рассчитана на длину интервала анализа окружающего шума ТА. Входной звуковой сигнал после усиления в усилителе 75 и детектирования детектором

76поступает на вход интегратора 77 уровня. Сигнал с выхода интегратора 77 уровня преобразуется в двоичную форму с помощью аналого-цифрового преобразователя 78 и поступает на информационные входы регистра 79. По окончании интервала анализа ТА на третий вход преобразователя 3 поступа- етс блока 4управления одиночный импульс. Одновременно с ним на выходе счетчика 73 появляется такой же импульс, в ресульгате чего данный импульс появляется на выходе элемента И 80, Он проходит через элемент ИЛИ 86 на синхровход регистра 79 и осуществляет запись в него содержимого интегратора 77 уровня в двоичном коде. Этот же самый импульс с выхода элемента И 80 задерживается элементом 89 на время окончания процесса записи информации в регистр 79, проходит элемент ИЛИ 84, поступает на первые входы блока элементов И, разблокируя его и подключая выходы регистра 79 к адресным входам блока 2 памяти характеристик. Кроме того, этот импульс с выхода элемента И 80 проходит через элемент ИЛИ 85, задерживается элементом 90 на время окончания переходных процессов при записи информации в регистр 79 и после этого через элемент ИЛИ 88 сбрасывает в ноль содержимое интегратора 77 уровня, подготавливая его тем самым к измерению уровня шума в течение следующего интервала времени анализа ТА. В том случае, когда формирователь 6 обнаружит вероятную начальную границу слова, он до проверки ее истинности запрещает блоку 4 управления формировать импульс управления корректировкой значений временных параметров. Тогда сигнал с выхода счетчика 73 через разблокированный элемент И 81 установит триггер 74 в единичное состояние, а также через элемент ИЛИ 86 осуществит запись информации в регистр 79, а через элемент ИЛИ 85, элемент задержки 90 и элемент ИЛИ 88 сбросит содержимое интегратора

77в ноль. Интегратор 77 приступит в новому циклу измерения уровня входного сигнала, а его данные за предыдущий интервал анализа записаны в регистр 79. Если обнаруженная начальная граница слова оказалась ложной, то формирователь б снимает свой запрет с блока 4 управления, который, не 5 дожидаясь окончания текущего интервала анализа ТА, выдает импульсный сигнал, разрешающий проведение адаптации устройства. Указанный сигнал поступает на третий вход преобразователя 3, проходит через

0 разблокированный триггером 74 элемент И 82, сбсасыв-аег через элемент ИЛИ 83 этот триггер в ноль, а также зрез элемент ИЛИ 84 разблокирует блок элементов И 91, что приводит к считыванию из блока 2 памяти

5 характеристик новых их значений, хранящихся по адресу, записанному в регистре 79. Далее цикм анализа и корректировки повторяется по огнччн. оч/ алгоритму, В случае, если обнаруженная на0 чале-чзя границ- глова о1 азялась истинной, формирор тель 5 гегер руо ;пгнал Начальная блокировка который поступает на входы преобоазовэтепя 3 и блока 4 управления и запрещает не только корректировку,

5 но и изменение уровня входного сигнала. Данный сигнал поступает из второй вход преобразователя 3, проходит через элемент ИЛИ 87 .1 удерживает счет шк 73 и регистр 79 в нулевом состоянии в т ечение всего вре0 мени своего существования, аналогичным образом через элемент ИЛИ 8 и 88 устанавливаются в ноть тр ггоо 74 i интегратор 77 уровня По оксмч ии с i. i ыоаиия обнаруженною снова из регистратора 1 сигнал

5 Начальная блокировка прекращает свое запрещающее воздействие на элементы преобразователя 3 посте чего он возобновляет свою работу

Блок 4 управления работает следующим

0 образом (фиг 4)

Сигнал Начальная установка запускает в работу генератор 94 и через элемент ИЛИ 96 устанавливает в на1 альное нулевое состояние счетчик 92 Емкость счетчика 92

5 равна емкости идентичного счетчика 73 пре- обрззоза епя 3 сходного сигнала п рассчитана на подсчет интервала времени ТА, времени анализа уровня окружающего шумового сигнала 1о окончании данного ин0 тервала на выходе счетчика 92 появляется одиночный 1 мп чье который проходит через разблокировчннмй элемент И 99 р элемент ИЛИ 98 на вход блока 4 Этот единичный импульс используется преобра5 зователем 3 входного сигнала и регистратором 1 для организации процесса корректировки устройства к изменяющейся окружающей шумовой обстановке В том случае, если формиои-затель 6 обнаруживает вероятную границ слгвз c|j подает запрещающий единичный сигнал на второй вход блока 4 управления. Этот сигнал блокирует элемент И 99 и разблокирует элемент И 100. Если до выяснения истинности или ложности обнаруженной начальной границы слова произойдет переполнение счетчика 92, т.е. закончится интервал анализа Тд, то импульс переполнения счетчика 92 через элемент ИЛИ 100 установит триггер 93 в единичное состояние. Одновременно в преобразователе 3 произойдет запись измеренного уровня входного сигнала в выходной регистр. Если истинность обнаруженной границы не подтвердится, то формирователь 6 снимает с второго входа блока 4 управления единичный запрещающий сигнал. На этот процесс отреагирует детектор 95 спада импульсов, который формирует на своем выходе единичный импульс. Этот импульс проходит через разблокированный элемент И 101 и элемент ИЛИ 98 на выход устройства. Таким образом, не дожидаясь окончания текущего интервала анализа уровня окружающего шума, блок 4 сразу же после заключения о ложности обнаруженной начальной границы слова организует формирование сигнала, разрешающего адаптацию устройства к внешним условиям. Выходной сигнал с элемента И 101 проходит через элемент ИЛИ 97 и устанавливает триггер 93 в начальное нулевое состояние. В том случае, если формирователь 6 подтвердит истинность обнаруженной начальной границы слова, он подает на первый вход блока 4 сигнал Начальная блокировка, который на время сво его существования через элементы ИЛИ 96 и 97 устанавливает в ноль счетчик 92 и триггер 93 соответственно, а также блокирует элемент И 101. После считывания обнаруженного слова из блока памяти сигнал Начальная блокировка снимает свое блокирующее действие с элементов блока 4, после чего возобновляется работа счетчика 92 и всего блока 4 в целом по описанному выше алгоритму.

Оценим технико-экономическую эффективность предлагаемого способа и устройства по отношению к прототипу.

Вероятность обнаружения слова прототипом определяется выражениями:

Pn Pin Pan;(8)

Pn - Pan.(9)

где Pin - вероятность того, что длительность импульса первого характеристического сигнала будет больше, чем Тч;

Р2п - вероятность того, что длительность паузы первого характеристического сигнала окажется меньше времени Та, при условии, что предшествующий импульс этого сигнала имел длительность большую, чем

Ti;

Рзп вероятность того, что время от момента появления второго характеристического сигнала до пропадания первого характеристического сигнала будет

превышать длительность Тз.

Формула изобретения

что, с целью повышения помехоустойчивости при определении границ слов, дополнительно измеряют уровень окружающего шума в течение фиксированного интервала времени анализа окружающей шумовой обстановки и по результатам анализа корректируют значения используемых временных характеристик.

2,Устройство для обнаружения границ слов по авт. св. № 1040512, отличающеес я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены блок памяти временных характеристик, преобразователь входного сигнала, блок управления, два входа которого подключены к соответствующим двум дополнительным выходам формирователя импульсов временных соотношений, первый из которых соединен с вторым входом преобразователя входного сигнала, первый вход которого подключен к

входной шине аналогового звукового сигнала устройства и дополнительному входу формирователя характеристических сигналов, выход блока управления соединен с первым ДОП01--отельным входом формиро5 вателя импульсов временных соотношений и третьим входом преобразователя входного сигнала, выход которого подключен к входу блока памяти временных характеристик. три групповых выхода которого соединены

0 с вторым, третьим и четвертым дополнительными групповыми входами формирователя импульсов временных соотношений.

Гч

35у гпф

09S1C9L

tea

со

:з

в