Teza doctorat (pdf) - Universitatea Tehnică

107
Cap. 4. Analiza semnalului vocal
4.5. Detectarea perioadelor din forma de undă. Punctele de închidere
glotală
Detectarea perioadelor din forma de undă, corespunzând frecvenţei fundamentale a
semnalului, este importantă atât pentru analiza sincronă cu frecvenţa ( pitch synchronous
analysis), cât şi pentru modificarea proprietăţilor semnalului vocal în domeniul timp (de exemplu
modificarea tonalităţii, intonaţiei şi ritmului vorbirii).
Metodele folosite pentru detectarea perioadelor formei de undă [Nay07] utilizează
modelarea LPC, calculând vârfurile din semnalul rezidual LPC prin filtrare adaptivă, sau calculul
discontinuităţilor spectrale prin transformate timp-frecvenţă, discontinuităţi de energie în
semnalul vorbit sau în forma de undă corespunzătoare tractului vocal.
O metodă generică este cea prezentată de Childers şi Hu în [Chi94]. Metoda utilizează
rezultatele segmentării S/U/V a semnalului vocal precum şi semnalul erorii de predicţie e(n) din
analiza LPC pentru a detecta atât perioadele din forma de undă a semnalului de intrare, cât şi
punctele de închidere glotală GCI ( Glottal Closure Instants). Punctele GCI corespund cu
momentele de vibraţie ale glotei în producerea semnalului vocal, respectiv cu trenurile de
impulsuri în semnalul de excitaţie glotală.
Algoritmul de detecţie constă din două etape: (1) estimarea perioadelor din forma de
undă şi (2) alegerea vârfului de semnal corespunzător fiecărei perioade.
1. Estimarea perioadelor din forma de undă
Algoritmul de estimare a perioadelor din semnalul de intrare este următorul:
P1. Se consideră un segment din semnalul erorii de predicţie LPC, semnal notat cu eLp(n).
P2. Se aplică un filtru trece-jos segmentului considerat.
P3. Se calculează cepstrumul Ce(n) pe segmentul n:
Ce Lp
( n)
IFFT (| FFT ( e ( n))
|), 1n
N
(4.63)
unde N este dimensiunea cadrului ( N 25).
P4. Se caută indexul m pentru care Ce(m) are amplitudinea maximă în subsetul:
i)
| 25 i
N
C e
( (4.64)
P5. Se caută indexul k pentru care Ce(k) are amplitudinea maximă în subsetul:
( i)
| 25 i m
25
C e
(4.65)
P6. Dacă Ce(k) > K Ce(m) (unde constanta K ~ 0.7), k este perioada estimată; în caz contrar
se alege indicele m pentru această estimare.
P7. Dacă se observă o schimbare bruscă în perioada formei de undă în comparaţie cu
perioadele detectate anterior, atunci semnalului i se aplică un filtru trece-jos şi
algoritmul se reia cu pasul 3.