coupe sonore

Qu'est-ce que la segmentation vocale

La segmentation vocale est le processus de décomposition des signaux vocaux en unités vocales plus petites et significatives. De manière générale, les signaux vocaux continus sont segmentés en mots, syllabes ou segments vocaux. La segmentation vocale est à la base des tâches de traitement de la parole, telles que la reconnaissance vocale, la synthèse vocale et la conversion vocale. Dans la reconnaissance vocale, la segmentation vocale divise un signal vocal continu en mots ou phonèmes pour aider le module de reconnaissance à mieux comprendre le signal vocal. En segmentant le signal vocal en unités plus petites, le système de reconnaissance peut identifier plus précisément différents mots et phonèmes dans la parole, améliorant ainsi la précision de la reconnaissance. Dans la synthèse vocale et la conversion vocale, la segmentation vocale peut diviser le signal vocal en unités plus petites afin de mieux contrôler la qualité et la fluidité de la synthèse ou de la conversion vocale. En effectuant une segmentation fine des signaux vocaux, des paramètres tels que les phonèmes, les tonalités et la vitesse de parole peuvent être mieux contrôlés, obtenant ainsi une synthèse vocale ou des effets de conversion plus naturels et plus fluides. En bref, la segmentation de la parole est une technologie importante qui joue un rôle important dans les tâches de traitement de la parole et peut contribuer à améliorer les effets de reconnaissance, de synthèse et de conversion.

Dans la segmentation vocale, la sélection des caractéristiques appropriées pour déterminer la frontière entre les signaux vocaux et les signaux non vocaux est une question importante. Les fonctionnalités couramment utilisées incluent l'énergie de courte durée, le taux de passage à zéro et le coefficient cepstral (MFCC). L'énergie à court terme peut être utilisée pour évaluer la force du signal vocal, tandis que le taux de passage à zéro peut refléter les caractéristiques fréquentielles du signal vocal. MFCC est une méthode de représentation des caractéristiques vocales couramment utilisée. Elle peut convertir le signal vocal en un ensemble de vecteurs de grande dimension pour mieux représenter les caractéristiques spectrales du signal vocal.

Méthodes de segmentation de la parole

Les méthodes de segmentation de la parole peuvent être divisées en méthodes basées sur des seuils, méthodes basées sur des modèles et méthodes basées sur l'apprentissage en profondeur.

1) Méthode de segmentation basée sur un seuil

La méthode de segmentation basée sur un seuil détermine le seuil en fonction des caractéristiques du signal vocal, puis segmente le signal vocal en différents segments vocaux. Les méthodes basées sur des seuils utilisent généralement des caractéristiques de signal telles que l'énergie, le taux de passage à zéro et l'énergie à court terme pour déterminer la frontière entre les signaux vocaux et les signaux non vocaux. Cette méthode est simple et facile à comprendre, mais elle a un effet de segmentation médiocre sur les signaux vocaux présentant de fortes interférences de bruit.

2) Méthode de segmentation basée sur un modèle

La méthode de segmentation basée sur un modèle utilise le modèle statistique du signal vocal pour effectuer la segmentation et a une capacité relativement forte à supprimer le bruit. Cependant, le modèle doit être entraîné et la complexité informatique est élevée. Les méthodes basées sur des modèles utilisent souvent des modèles tels que les modèles de Markov cachés (HMM), les champs aléatoires conditionnels (CRF) et les modèles de Markov à entropie maximale (MEMM) pour modéliser et segmenter les signaux vocaux.

3) Méthode de segmentation basée sur le Deep Learning

La méthode de segmentation basée sur le Deep Learning utilise des réseaux de neurones pour effectuer la segmentation de la parole. Les réseaux de neurones couramment utilisés incluent des modèles d'apprentissage en profondeur tels que les réseaux de neurones convolutifs (CNN), les réseaux de neurones récurrents (RNN) et les réseaux de mémoire à long terme (LSTM) pour apprendre automatiquement les caractéristiques des signaux vocaux et les segmenter. Cette méthode peut apprendre des caractéristiques de niveau supérieur du signal vocal et obtenir de meilleurs résultats de segmentation. Cependant, une grande quantité de données et de ressources informatiques sont nécessaires à la formation.

De plus, des facteurs tels que les changements de signal vocal et les interférences sonores doivent également être pris en compte dans la segmentation de la parole. Par exemple, le volume et la vitesse des signaux vocaux affecteront la précision de la segmentation vocale, et les interférences sonores peuvent entraîner des erreurs d'appréciation dans les résultats de la segmentation vocale. Par conséquent, il est généralement nécessaire de prétraiter le signal vocal, tel que l’amélioration et le débruitage de la parole, pour améliorer la précision de la segmentation de la parole.

Exemple de segmentation vocale

Ce qui suit est un exemple de segmentation vocale basée sur un seuil, implémenté en Python. Cet exemple utilise les deux caractéristiques de l'énergie à court terme et du taux de passage à zéro pour déterminer la limite entre les signaux vocaux et les signaux non vocaux, et effectue une segmentation basée sur le taux de changement d'énergie et le taux de passage à zéro. Étant donné que les données réelles du signal vocal ne sont pas fournies, le signal vocal dans l'exemple est des données simulées générées via la bibliothèque NumPy.

import numpy as np

# 生成模拟语音信号
fs = 16000  # 采样率
t = np.arange(fs * 2) / fs  # 2秒语音信号
speech_signal = np.sin(2 * np.pi * 1000 * t) * np.hamming(len(t))

# 计算短时能量和过零率
frame_size = int(fs * 0.01)  # 帧长
frame_shift = int(fs * 0.005)  # 帧移
energy = np.sum(np.square(speech_signal.reshape(-1, frame_size)), axis=1)
zcr = np.mean(np.abs(np.diff(np.sign(speech_signal.reshape(-1, frame_size))), axis=1), axis=1)

# 计算能量和过零率的变化率
energy_diff = np.diff(energy)
zcr_diff = np.diff(zcr)

# 设置阈值
energy_threshold = np.mean(energy) + np.std(energy)
zcr_threshold = np.mean(zcr) + np.std(zcr)

# 根据能量和过零率的变化率进行分割
start_points = np.where((energy_diff > energy_threshold) & (zcr_diff > zcr_threshold))[0] * frame_shift
end_points = np.where((energy_diff < -energy_threshold) & (zcr_diff < -zcr_threshold))[0] * frame_shift

# 将分割结果写入文件
with open(&#x27;segments.txt&#x27;, &#x27;w&#x27;) as f:
    for i in range(len(start_points)):
        f.write(&#x27;{}\t{}\n&#x27;.format(start_points[i], end_points[i]))

L'idée de cet exemple est d'abord de calculer les caractéristiques d'énergie à court terme et de taux de passage à zéro du signal vocal, puis de calculer leur taux de changement pour déterminer la frontière entre le signal vocal et le signal non vocal. . Définissez ensuite les seuils d'énergie et le taux de passage à zéro, effectuez une segmentation basée sur le taux de changement d'énergie et le taux de passage à zéro, et écrivez les résultats de la segmentation dans un fichier.

Il convient de noter que le résultat de segmentation de cet exemple peut être mal évalué car il n'utilise que deux fonctionnalités et n'effectue pas de prétraitement. Dans les applications pratiques, il est nécessaire de sélectionner les fonctionnalités et méthodes appropriées en fonction de scénarios spécifiques, et de prétraiter le signal vocal pour améliorer la précision de la segmentation.

En bref, l'algorithme de segmentation de la parole est une direction de recherche importante dans le domaine du traitement du signal vocal. Grâce à différentes méthodes et technologies, les signaux vocaux peuvent être segmentés avec plus de précision et l'effet et la gamme d'applications du traitement vocal peuvent être améliorés.

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