Algorithmen der Sprachverarbeitung zur Entwicklung eines vollsynthetischen Sprachausgabesystems:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin u.a.
Springer
1991
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| Schriftenreihe: | IPA-IAO-Forschung und Praxis
155 |
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Algorithmen der
Sprachverarbeitung
zur Entwicklung
eines vollsynthetischen
Sprachausgabesystems
Mit 235 Abbildungen
O
*
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo
Hong Kong Barcelona 1991
Tnh altgyprgpichn ia
0 Abkürzungsverzeichnis 16
1 Einleitung 27
2 Stand der Forschung und Anwendungsmöglichkeiten der Sprachsynthese 29
2 1 Entwicklung der Sprachsynthese und Stand der Forschung 29
2 2 Anwendungsmöglichkeiten von vollsynthetischen Sprachausgabesystemen 30
2 3 Abgrenzung der Formabtensynthese zu anderen Syntheseverfahren 37
3 Aufbau und Design von vollsynthetischen Sprach ausgabesystemen 40
3 1 Anforderungen an die Funktionalität eines Sprachausgabesystems 40
311 Ein/Ausgabe 40
312 Möglichkeit zur unterschiedlichen Interpretation von Eingabesymbolen 40
313 Fähigkeit zur Kommunikation über eine Telefonleitüng 41
314 Möglichkeiten zur Veränderung der Aussprache und der Prosodie 42
315 Synthese unterschiedlicher Stimmen 42
3 2 Aufbau der Hardware ? 43
3 3 Konzipierung der Software 43
331 Prinzipielle Vorgehensweise bei der Umwandlung von Text in Sprache 43
332 Geeignete Programmiersprache 44
333 Abtastrate und Länge der Zeitfenster ? 45
334 Datenstrukturen und Datenverwaltung 45
335 Segmentale und nichtsegmentale Phoneme 47
336 Verwendung von Tabellen 49
337 Multilinguale Sprachausgabesysteme 49
4 Textnormalisierung und automatische Transkription 51
4 1 Textnormalisierung 51
4 2 Automatische Phonemisierung orthographischer Texte 51
4 3 Verwendeter Phonemvorrat 52
-10-
44 Wortbetonung * 53
4 5 Aufbau des Lexikons 54 ,
4 6 Allophonische Regeln 55
• 4 7 Strukturelle Satzanalyse 57
5 Phonetische Grundlagen „ 58
5 1 Der menschliche Spracherzeugungsapparat 58
5 2 Die Artikulation der Laute 59
521 Systematische Einteilung der Laute 59
522 Die Erzeugung der Vokale und Sonoranten 60
••5 2 3 Die Erzeugung der Obstruenten 62
524 Einteilung des verwendeten-^Phonemvorrats 63
5 3 Mathematische Modellierung der menschlichen Spracherzeugung 64
6 Digitale Modelle für die Sprachsynthese 68
6 1 Der digitale Resonator 68
611 Mathematische Beschreibung des digitalen Resonators 68
612 Übertragungsverhalten des digitalen Resonators 69
613 Stochastische Anregung des digitalen Resonators 72
614 Stabilität des digitalen Resonators • 74
6 2 Der digitale Antiresonator 76
6 3 Das digitale Tiefpaßfilter 1 Ordnung 76
631 Stochastische Anregung des Tiefpaßfilters 1 Ordnung 77 u
6 4 Digitale Sprachsynthetisatoren 4 78
641 Der parallele Synthetisator 78
642 Der kaskadenförmige Synthetisator 79
6 5 Der kaskadenförmig/parallele Formantensynthetisator 80
651 Der kaskadenförmige Zweig 80
6511 Aufbau und Übertragungsfunktion des kaskadenförmigen Zweiges 80
6512 Anregung des kaskadenförmigen Zweiges 81
652 Der parallele Zweig 86
6521 Aufbau und Übertragungsfunktion des parallelen Zweiges 86
6522 Anregung des parallelen Zweiges 87
-11-
653 Synthese unter gleichzeitiger Verwendung beider Synthetisatorzweige 87
654 Einteilung der Parameter des betrachteten Formantensynthetisators ! 88
7 Methoden zur Sprachanalyse und zur Synthetisatorparameterbest immung 90
7 1 Methoden zur Analyse von natürlicher Sprache 92
711 Spektrogramm 92
712 Spektrum 92
713 Sprachanalyse mit Hilfe von nichtlinearen Parameterschätzverfahren 94
7131 Rekursive Formantenschätzung mit erweiterten Kaiman-Filtern 94
71311 Formanten-LPC-Modell für den kaskadenförmigen Zweig 94
71312 Verbesserung durch Mitschätzung des Eingangssignals 101
71313 Schätzung von nasalen Nullstellen 104
71314 Formantenmodell für den parallelen Zweig 105
7132 Nichtrekursive Formantenschätzung mit Hilfe der Quesilinearisierung
! 111
71321 Anwendung der Quasilinearisierung auf die Formantenschätzung 112
71322 Implementierung des Schätzalgorithmus 116
71323 Ergebnisse und Vergleich mit anderen Verfahren 122
71324 Reduktion der Ordnung 128
714 Bestimmung der Sprachgrundfrequenz 130
7 2 Vergleich von natürlicher und synthetischer Sprache 131
721 Vergleich mit Hilfe des Spektrums 131
7211 Einstellstrategien für Vokale und Sonorantra 131
7212 Einstellstrategien für stimmlose Frikative 134
7213 Einstellstrategien für stimmhafte-Frikative 138
7214 Einstellstrategien fUr Verschlußlaute 141
722 Vergleich mit Hilfe des Spektrogramms 141
7 2:2 1 Einstellstrategien für Diphtonge ; 141
723 Vergleich mit Hilfe von Kaiman-Filtern 143
724 Vergleich mit Hilfe von LPC-Parametern 145
725 Vergleich des Grundfrequenzverlaufs 146
726 Perzeptueller Vergleich von natürlicher und synthetischer Sprache 147
-12-
8 Synthese der stationären Lautanteile ft 150
8 1 Auswahl der Sprachproben und allgemeine Vorgehensweise 150
8 2 Synthese von Vokalen 152
821 Vokale der Klasse vorne 153
822 Vokale der Klasse vorne-gerundet ,,, 155
8 2 3 Vokale der Klasse hinten 156
824 Vokale der Klasse offen 157
8 3 Diphtonge : ; 160
831 Der Diphtong /aXJf ; 160
832 Der Diphtong /o// 161
833 Der Diphtong /O// 162 o
8 4 Sonoranten 1 63
841 Der Sonorant /j/ 164
842 Das vokalische /r/ 164
843 Der Lateral /// 166
844 Das uvulare /R/ 167
8 5 Nasale 170
8 6 Nasalierte Vokale A 171
8 7 Frikative 173
871 Stimmlose Frikative 173
872 Stimmhafte Frikative 176
8 8 Plosive ^ 178
8 9 Affrikate 184
8 10 Silbische Konsonanten 186
8 11 Der Knacklaut 187
9 Synthese der Lautübergänge 190
9 1 Allgemeine Beschreibung eines Lautübergangs 190
9 2 Lautiibergangsinterpolationsfunktionen 191
9 3 Lautübergangskombinationen 193
931 Vokal-Vokal-Übergänge 194
932 Vokal-Sonoranten-Übergänge 194
-13-
933 Sonoranten-Sonoranten-Übergänge 195
934 Übergänge von Obstruenten zu Vokalen und Sonoranten 196
9341 Die Locus-Theorie 196
9342 Übergänge für Plosive 203
93421 Labiale Plosive 203
93422 Alveolare Plosive 205
93423 Velare Plosive 207
93424 Transitionszeiten für Übergänge von Plosiven 210
9343 Übergänge für Frikative 210
93431 Übergänge für labiale Frikative 211
93432 Übergänge für alveolarfe Frikative 212
93433 Übergänge für palatale Frikative 214
93434 Übergänge für velare Frikative 217
9344 Übergänge für Nasale 218
93441 Nasalunterscheidung für Vokale der Klasse vorne 219
93442 Nasalunterscheidung für Vokale der Klasse vorne-gerundet 219
93443 Nasalunterscheidung für Vokale der Klasse offen 220
o
93444 Nasalunterscheidung für Vokale der Klasse hinten 221
9345 Übergänge für Affrikate - 221
9346 Zusammenfassung der Übergänge von Obstruenten zu Vokalen 222
935 Obstruenten-Obstruenten-Übergänge 224
10 Koartikulationseflekte 227
10 1 Allgemeine ICoartikulationsregeln für stationäre Laute 228
10 2 Koartikulationsregeln für Obstruenten 229
10 2 1 Koartikulation bei Obstruenten-Vokal-Übergängen 230
10 2 2 Temporale Effekte der Koartikulation 230
10 2 3 Einfluß der Koartikulation auf die stationären Obstruentenanteile 231
10 3 Koartikulation bei Sonoranten 234
10 3 1 Koartikulation beim vokalischen /r/-Laut 235
10 3 2 Koartikulation beim ///-Laut 236
10 3 3 Koartikulation beim uvularen ]R/ 240
-14-
11 Prosodie - 244
11 1 Lautdauerberechnung 245
11 1 1 Satzanalyse für die Lautdauerberechnung 245
11 1 2 Modell für die Lautdauerberechnung 246
11 1 3; Berechnung der Lautdauerveränderungen 348
11 131 Kontextabhängige Lautdauerveränderungen 248
11 132 Ginfluß der Sprechrate auf die Lautdauern 251
11 2 Intonation 254
11 2 1 Intonationsmodelle 255
11 2 2 Das Hutrandmodell 255
11 2 3 Das Kadenzen-Modell O 256
11 2 4 Syntaktische Satzanalyse für die Intonation 259
11 241 Analyse auf der Basis von Wortklassen 261
11 242 Bestimmung des Hauptiktus 265
11 2 5 Realisierung des Grundfrequenzverlaufs 268
11 251 Grundfrequenzverlauf innerhalb von betonten Vokalen 269
11 252 Verlauf der Grundfrequenz-Grundlinie 270
11 253 Giundfrequenzverlauf für normale Betonung f 270
11 254 Grundfrequenzverlauf für weiterführende Kadenzen 272
11 255 Grundfrequenzverlauf für-Endkadenzen 273
11 256 Grundfrequenzverlauf für Fragesätze 274
11 257 Grundfrequenzverlauf für Ausrufesätze 275
11 258 Grundfrequenzverlauf für Sonderfälle 275
11 259 Phonemspezifische Einflüsse auf den Grundfrequenzverlauf 278
11 2 5 10 Mathematisches Modell für die Grundfrequenzberechnung 279
11 2 6 Manipulationsmöglichkeiten der Prosodie für den Benutzer 282
11 2 7 Synthese von gesungenen Stimmen 286
12 Erzeugung verschiedener Stimmen 288
12 1 Unterschiede zwischen Männer- und Frauenstimmen 288
12 2 Parameter zur Erzeugung unterschiedlicher Stimmen 289
12 2 1 Anregungsparameter 289
-15-
12 211 Brillianz 290
12 212 Heiserkeit 291
12 213 Laryngalisierung 292
12 2 2 Vokaltraktparameter 292
12 221 Sprechertyp 293
12 222 Dämpfung ! 293
12 223 Kopfgröße 294
12 224 Der vierte Formant 295
12 2 3 Prosodische Parameter 295
12 231 Mittlere Grundfrequenz 296
12 232 Dynamischer Grundfrequenzbereich 297
12 233 Anfangs- und Gndwert der Grundfrequenz-Grundlinie 298
12 234 Endabfall der Grundfrequenz 299
12 3 Kombination der Sprecherparameter zur Veränderung von Stimmen 299
12 3 1 Wechselwirkungen der Sprecherparameter und Stabilitätsprobleme 299
12 3 2 Erzeugung typischer Stim mcharakteristiken 301
12 3 3 Imitation von natürlichen Stimmen 305
13 Zusammenfassung und Ausblick 9 307
13 1 Oberblick über die geleisteten Arbeiten 307
13 2 Leistungsmerkmale des entwickelten Sprachausgabesystems 307
13 3 Ausblick auf zukünftige Entwicklungen 308
14 Literaturverzeichnis A 312
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