Teza doctorat (pdf) - Universitatea Tehnică

Teza doctorat (pdf) - Universitatea Tehnică Teza doctorat (pdf) - Universitatea Tehnică

users.utcluj.ro
from users.utcluj.ro More from this publisher
15.06.2013 Views

4.8.4.1. Calculul distanţei dintre două seturi de coeficienţi fonematici 138 Cap. 4. Analiza semnalului vocal Există mai multe metode de calcul a distanţei dintre două seturi de coeficienţi asociaţi unor cadre de semnal. Astfel, pentru două seturi de vectori X={x1, x2, …, xp} şi Y={y1, y2, …, yp}, putem calcula distanţele [Web02]: Distanţa Euclidiană: (4.77) Distanţa Manhattan: (4.78) Distanţa Cebîşev: (4.79) Distanţa Minkovski: (4.80) Toate aceste distanţe se calculează pe baza diferenţei coeficienţilor corespunzători din cei doi vectori. Totuşi, pentru două seturi de coeficienţi Fourier este mult mai adecvat calculul pe baza rapoartelor de coeficienţi decât pe baza diferenţelor. Acest fapt este simplu de observat în cazul a două cadre de semnal de aceeaşi formă dar de amplitudine diferită (de exemplu o aceeaşi vocală rostită cu intensităţi diferite). În acest caz cele două seturi de coeficienţi Fourier sunt asemenea şi se obţin unul din altul prin aplicarea unui factor de multiplicare proporţional cu raportul intensităţilor celor două forme de semnal. Ca urmare, s-a urmărit calcularea unei distanţe între două seturi de coeficienţi Fourier a={a1, a2, …,an} şi b={b1, b2, …,bn} între care se calculează un raport r, distanţă notată cu E(a,b,r). Acestă distanţă are rol de eroare pătratică minimă şi respectă proprietăţile: P1. E(a,b,r)= E(b,a,1/r) P2. E(a,a,1)=0 (4.81) P3. E(a,ra,r)=0 P4. E(a,b,r)= E(na,mb,(m/n)r) Proprietatea P1 reprezintă proprietatea de comutativitate a distanţei. Proprietatea P2 statuează faptul că distanţa E calculată asupra aceluiaşi vector este nulă. P3 este proprietatea de scalare a unui vector: distanţa dintre un vector şi vectorul scalat cu un raport r este nulă. P4 este proprietatea de scalare generalizată: distanţa dintre doi vectori având raportul r este aceeaşi cu distanţa dintre vectorii scalaţi cu factorii n, respectiv m, raportul modificându-se proporţional cu factorii de scalare. S-a luat următoarea formulă de calcul pentru distanţa E bazată pe raportul r dintre vectorii a şi b : 2 a i bi 1 E( a, b, r) r (4.82) i1 , nb i ai r Se observă că distanţa definită de relaţia (4.82) respectă condiţiile P1 ... P4 din (4.81). În continuare se urmăreşte calculul raportului r astfel încât distanţa E (cu rol de eroare pătratică) să fie minimă.

Dacă notăm sau, explicitând suma: a a a 1 2 n p1 , p 2 , …, p n , atunci relaţia (4.82) devine: b1 b2 bn 139 2 Cap. 4. Analiza semnalului vocal 1 E( a, b, r) p ir (4.83) i1 , n pi r 2 2 2 2 1 1 1 1 E( a, b, r) ( p1 p 2 ... p n ) r ( ... ) 2 n (4.84) 2 2 2 2 p p p r dE Punând condiţia ca E să fie minimă, avem 0 , adică: dr 2 2 2 1 1 1 1 2( p1 p 2 ... p n ) r 2 ( ... ) 0 2 2 2 3 p p p r Rezultă valoarea lui r care minimizează distanţa E: Sau dacă notăm r 4 2 1 2 1 2 2 2 2 1 2 1 2 n 2 n 2 n n (4.85) 1 1 1 ... p p p (4.86) p p ... p 1 1 1 I ... şi p p p 2 1 2 2 r I S 2 n S p p p , atunci: 2 2 2 1 2 ... n 2 (4.87) Din (4.87), expresia lui E devine: 2 1 E ( a , b, r ) Sr I 2 n (4.88) 2 r Înlocuind pe (4.87) în (4.88), obţinem distanţa minimă dintre a şi b în funcţie de r: E r ( a , b ) 2 ( IS n ) (4.89) min, Astfel putem alege expresia distanţei dintre a şi b: E ( a, b) IS n 1 expresie ce are proprietatea: ( E ( a, b)) 0 , sau: min 1 a, b (4.90) E2 ( a, b) IS , cu min( E2 ( a, b)) n . (4.91) a, b De aici obţinem valoarea distanţei pătratice minime în raport cu r dintre vectorii a şi b: 2 IS , unde min( E( a, b)) 0 a, b E ( a , b ) n . (4.92)

Dacă notăm<br />

sau, explicitând suma:<br />

a<br />

a<br />

a<br />

1<br />

2<br />

n<br />

p1 , p 2 , …, p n , atunci relaţia (4.82) devine:<br />

b1<br />

b2<br />

bn<br />

139<br />

2<br />

Cap. 4. Analiza semnalului vocal<br />

1 <br />

E(<br />

a,<br />

b,<br />

r)<br />

p<br />

ir<br />

<br />

<br />

(4.83)<br />

i1 , n<br />

pi<br />

r <br />

2 2<br />

2 2 1 1 1 1<br />

E(<br />

a,<br />

b,<br />

r)<br />

( p1<br />

p<br />

2 ...<br />

p<br />

n ) r (<br />

...<br />

) 2<br />

n (4.84)<br />

2 2<br />

2 2<br />

p p p r<br />

dE<br />

Punând condiţia ca E să fie minimă, avem 0<br />

, adică:<br />

dr<br />

2 2<br />

2 1 1 1 1<br />

2( p1<br />

p<br />

2 ...<br />

p<br />

n ) r 2<br />

( ...<br />

) 0<br />

2 2<br />

2 3<br />

p p p r<br />

Rezultă valoarea lui r care minimizează distanţa E:<br />

Sau dacă notăm<br />

r<br />

4<br />

2<br />

1<br />

2<br />

1<br />

2<br />

2<br />

2<br />

2<br />

1<br />

2<br />

1<br />

2<br />

n<br />

2<br />

n<br />

2<br />

n<br />

n<br />

(4.85)<br />

1 1 1<br />

...<br />

<br />

p p p<br />

(4.86)<br />

p p<br />

...<br />

p<br />

1 1 1<br />

I ...<br />

şi<br />

p p p<br />

2<br />

1<br />

2<br />

2<br />

r <br />

I<br />

S<br />

2<br />

n<br />

S p p<br />

p<br />

, atunci:<br />

2 2<br />

2<br />

1 2 ... n<br />

2 (4.87)<br />

Din (4.87), expresia lui E devine:<br />

2 1<br />

E ( a , b,<br />

r ) Sr I<br />

2<br />

n<br />

(4.88)<br />

2<br />

r<br />

Înlocuind pe (4.87) în (4.88), obţinem distanţa minimă dintre a şi b în funcţie de r:<br />

E r ( a , b ) 2 ( IS n<br />

)<br />

(4.89)<br />

min,<br />

Astfel putem alege expresia distanţei dintre a şi b:<br />

E ( a,<br />

b)<br />

IS n<br />

1<br />

expresie ce are proprietatea: ( E ( a,<br />

b))<br />

0<br />

, sau:<br />

min 1<br />

a,<br />

b<br />

(4.90)<br />

E2 ( a,<br />

b)<br />

IS , cu min( E2<br />

( a,<br />

b))<br />

n<br />

. (4.91)<br />

a,<br />

b<br />

De aici obţinem valoarea distanţei pătratice minime în raport cu r dintre vectorii a şi b:<br />

2<br />

IS , unde min(<br />

E(<br />

a,<br />

b))<br />

0<br />

a,<br />

b<br />

E ( a , b ) n<br />

. (4.92)

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!