Digitale Sprach- und Audiosignalverarbeitung
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- Nora Hede Winkler
- vor 8 Jahren
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Transkript
1 Digitale Sprach- und Audiosignalverarbeitung Hans-Günter Hirsch Digitale Nachrichtentechnik Webserver: dnt.kr.hs-niederrhein.de/dsav07/ Slide 1
2 Was ist Sprachverarbeitung? Codierung Verbesserung Erkennung Synthese gestört Störreduktion Slide 2
3 Integrierte Sprachverarbeitung in einem Endgerät Slide 3
4 Digitalisierung Mikrofon Analog/Digital- Umsetzer Vorverstärker Analoges Signal (zeit- und wertekontinuierlich) Digitales Signal (zeit- und wertediskret) Slide 4
5 Slide 5
6 Abtastung und Quantisierung Telefonsprache CD Abtastfrequenz: 8000 Hz Bitanzahl: 13 Bit ( 2 13 = 8192 Quantisierungsstufen) Datenrate: 8000 mal 13 Bit = Bit/s Abtastfrequenz: Hz Bitanzahl: 16 Bit ( 2 16 = Quantisierungsstufen) Datenrate: mal 16 Bit = Bit/s Slide 6
7 Wozu überhaupt Sprachcodierung? begrenzte Übertragungskapazitäten wirtschaftliche Aspekte Slide 7
8 Sprachcodierung in Telefonnetzwerken STANDARDISIERUNG VoIP Festnetz Mobilnetz ISDN GSM UMTS G.723 G.729 G.711 (alaw, law) G.726 (ADPCM) DECT schnurlos G.728 (LDCELP) Bild Telefonie Full-Rate (FR) Half-Rate (HR) Enhanced Full- Rate (EFR) Adaptive Multi- Rate (AMR) AMR-wideband Slide 8
9 Datenraten im ISDN und im Mobilfunk ISDN: 64 kbit/s Schnurlostelefon: 32 kbit/s Full-rate: 13 kbit/s Half-rate: 5.6 kbit/s Enhanced Full-Rate: 12.2 kbit/s Slide 9
10 Telefonieren im Internet (Voice over IP VoIP) Herkömmliche Telefonie Vermittlung leitungsgebundener, kontinuierlicher Datenstrom (64 kbit/s) Vermittlung Vermittlung Vermittlung Datenübertragung im Internet router Übertragung von Datenpaketen auf unterschiedlichen Übertragungswegen PC Slide 10 router router router Server
11 Praktische Realisierung von VoIP Als Endgerät kann man entweder einen PC mit einem Headset (Mikrofon und Kopfhörer) und einer entsprechenden Software (Softphone) oder ein VoIP- Telefon verwenden. Zum Auf- und Abbau eines Gesprächs wird ein spezielles Protokoll (SIPsession initiation protocol) verwendet. Anstelle von Telefonnummern werden IP Adressen (z.b oder in Namensform dnt.kr.hs-niederrhein.de) verwendet. Sprache wird codiert und kleinere Abschnitte jeweils als Datenpaket gesendet. PCs Server mit Asterisk Software ISDN- Karte TK-Anlage im Labor Öffentliche Telefonnetz LAN Öffentliche Internet Slide 11
12 Redundanz- und Irrelevanzreduktion zur Audiocodierung Slide 12
13 Spracherkennung Erkennungsergebnis Sprachsignal Sprachanalyse (Merkmalsextraktion) Muster- Erkennung Training Muster (z.b. für Wörter oder Laute) Kriterien zur Unterscheidung von Spracherkennungssystemen Erkennung von einzelnen Wörtern, Wortketten oder kontinuierlicher Sprache sprecherabhängige und sprecherunabhängige Erkennung Slide 13
14 Anforderungen für den praktischen Einsatz Sehr robuste Erkennung Hintergrundstörungen: ungestört Nahbesprechung im Auto Freisprechen im Auto Einfach bedienbare Benutzerschnittstelle (MMI) Slide 14
15 Robustheit beim Einsatz von Spracherkennungssystemen Raum Mobilfunk Spracherkenner Freisprechen in räumlicher Umgebung Additive Hintergrundstörungen Unbekannte Frequenzgänge (z.b. Mikrofon, Telefonkanal) Telefonübertragung, speziell Mobilfunk (Sprachcodierung, Funkkanal) Slide 15
16 Simulation tool hands-free background noise frequency characteristic cellular network clean speech signal * + AMR speech encoding office living room car convolution with impulse response x office living room car SNR G.712 IRS MIRS C/I dependent bit error patterns + AMR speech decoding Sampling frequencies: 8000 and Hz ITU recommendations and modules from the ITU and ETSI libraries Realization as C++/C program noisy speech signal Slide 16
17 Web Interface Ziele: Öffentliche Präsentation des Projekts und der Signalverarbeitung Signalverarbeitung für jedermann akustisch erfahrbar zu machen Realisierung mit HTML und PHP Slide 17
18 Sprachdialogsystem Sprachein/ausgabe entweder direkt über Mikro/Lautsprecher am PC oder per Telefon (ISDN Anschluß im Labor) öffentliches Telefonnetz ISDN Telefonanlage ISDN PC (Linux OS) Sprachdialog Software Spracherkennung Dialog- Beschreibung (ASCII file) Dialog- Controller Sprachausgabe ISDN oder Mikro/ Lautspr. Slide 18
19 Demonstration Spracherkennung - Kontrollfunktionen - Namenswahl Spracherkennung - sprecherunabhängig - kontinuierliche Sprache GSM base station MSC ISDN PSTN (ISDN) ISDN PC - Sprach (de)codierung - Sprachtranscodierung - Unterdrückung von Leitungsechos GSM - Global System for Mobile communication MSC - Mobile Switching Center PSTN - Public Switched Telephone Network ISDN - Integrated Services Digital Network Slide 19
20 Demo Sprachdienste öffentliche Telefonnetz ISDN Nebenstellenanlage ISDN PC (Linux OS) Sprach Dialog Software Server mit Asterisk Software ISDN- Karte DECT -Basis Demokasten LAN VoIP Slide 20
21 Verkehrsinfo A-57: Krefeld in Richtung Köln zwischen Neuss-West und A - 57 Sprachdialogsystem mit Spracherkennung Stauinformationen Internet Tel.-Nr Slide 21
22 Automatische Notenauskunft Der Student mit der Matrikelnummer hat die Note 1,3 erzielt Sprachdialogsystem mit Spracherkennung Tel.-Nr Auszug vorhandener Matrikelnummern: Slide 22
23 Gerätesteuerung per Sprache Rolladen rauf! Nebenstellen -anlage ISDN PC Steuereinheit Türöffner Rolladen Licht Slide 23
Einführung in die automatische Spracherkennung
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