CN1804934A - 计算机辅助汉语发音学习方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计算机辅助汉语发音学习方法，要解决的技术问题是利用计算机多媒体系统，帮助各种母语人群学习汉语发音，本发明的计算机辅助汉语发音学习方法，包括以下步骤：用户选择语言环境；选择学习内容；显示器显示学习的语音；启动计算机的语音接收装置；语音接收装置接收信号；中央处理器提取语音单元；中央处理器采集语音信号、分析判断、评估；显示用户发音的准确度，本发明与现有技术相比，利用多媒体计算机，结合计算机图形图像软件技术和语音技术，采用中文、英语、日语、法语、藏语等20多种语言界面辅助具有各种不同母语的人群学习汉语普通话发音，拓宽普通话发音学习中反馈的来源，更快更方便的学习普通话。
Description
技术领域
本发明涉及一种计算机辅助学习方法，特别是一种计算机辅助汉语发音学习方法。
背景技术
改革开放以来，尤其是跨入新千年之后，随着我国的经济、政治、文化和科学技术力量的飞速发展，在全球范围内出现了一股学习汉语的热潮。特别是在我国加入WTO、北京成功申办2008年奥运会和上海成功申办2010年世博会后，汉语日益受到各国的重视。突出表现在以下几个方面：来华留学生人数急剧上升；国内外汉语教学机构数量快速增长；参加汉语水平考试(HSK)的考生人数快速增长。目前在国外通过各种方式学习汉语的人数已超过3000万，100个国家超过2500余所大学在教授中文。为了满足这些非汉语母语人群学习汉语的需求，我国政府已向数十个国家派遣了数百名专业汉语教师和国际汉语志愿者教师。即便这样，从事汉语教学的专业人士的数目还是极其有限，如此有限的汉语教师数量和如此庞大的汉语用户群相比，可以说是杯水车薪。除了国际上学习汉语普通话热潮的因素外，国内普通话普及工作对普通话教学的需求也不断增加。我国是一个具有56个民族的国家，大多数少数民族都有自己的民族语言。即使许多汉族地区，其地方方言的发音与普通话发音相差很大，为了普及普通话发音，标准语音的教学工作量很大。因此，为了在少数民族地区和中国南方的大部分地区普及普通话，也需要大量的师资。
在学习普通话发音的过程中，学习者要想能够正确发音，必须有一个对其普通话发音准确性的反馈来源，而目前这个反馈来源的唯一渠道就是专业汉语教师。由专业汉语教师对学习者的发音做出评估和判断，指点发音要领，纠正发音错误。但由于每个人的教学精力有限，一个专业汉语教师仅能指导数目非常有限的学生。
发明内容
本发明的目的是提供一种计算机辅助汉语发音学习方法，要解决的技术问题是利用计算机多媒体系统，帮助各种母语人群学习汉语发音。
本发明采用以下技术方案：一种计算机辅助汉语发音学习方法，包括以下步骤：一、用户选择并确定计算机运行的语言环境；二、用户选择并确定所需学习的汉语普通话发音学习内容；三、计算机的显示器向用户显示学习的语音和需注意的环节；四、启动计算机的语音接收装置，等待用户语音信号的输入；五、语音接收装置接收用户发出的语音信号，进行模拟/数字转换，并存储；六、计算机的中央处理器从存储装置提取语音单元；七、中央处理器采集语音信号、分析判断、并结合标准发音对用户的发音进行评估；八、在显示器上显示用户发音的准确度。
本发明的方法在用户选择并确定计算机运行的语言环境时，在系统主界面的语言选择菜单栏内选择并确定语言名称。
本发明的汉语普通话发音学习内容包括声母、韵母、单字、词组和句子选项。
本发明的显示器向用户显示需要学习的语音和需注意的环节时，在用户选择的语言环境下利用动画图像、声音和文字向用户提示发音时所需注意的环节，并示范所选学习内容的标准汉语发音，利用多媒体音箱播放真人教学录音。
本发明的方法在启动语音接收装置时，同时启动视频采集装置，捕捉用户发音时的口型等细部特征。
本发明的语音接收装置接收用户发出的语音信号时，记录用户发音时的语音，消除语音信号中的噪声干扰，视频采集装置记录用户发音时的口型图像，并存储。
本发明计算机的中央处理器提取语音单元时采用端点检测的方法，通过计算信号能量和过零率实现对输入话音信号起始和终止位置的初步判决。
本发明的中央处理器采集语音信号、分析判断、并结合标准发音对用户的发音进行评估时，通过Viterbi算法的寻优结果，找出真实的发音轨迹，并在基于隐含马尔可夫方法的分段对准的基础上，使用短时自相关方法，结合隐含马尔可夫方法的输出概率结果对发音进行最终评估。
本发明的显示器上显示用户发音的准确度时，利用百分数显示语音准确度，同时回放用户发音时的录音及口型录像。
本发明的方法在用户根据评判结果后，选择重复上次练习、开始新的练习或退出。
本发明的用户在选择并确定计算机运行的语言环境、选择并确定所需学习的语音内容或启动计算机的语音接收装置时，使用键盘、鼠标或遥控器。
本发明与现有技术相比，利用多媒体计算机，结合计算机图形图像软件技术和语音技术，采用中文、英语、日语、法语、藏语等20多种语言界面辅助具有各种不同母语的人群学习汉语普通话发音，拓宽普通话发音学习中反馈的来源，让更多学习汉语的人能够得到纠正自身发音的机会，更快更方便的学习普通话。
附图说明
图1是本发明计算机辅助汉语发音学习方法实施例的流程图。
图2是本发明实施例系统主界面示意图。
图3是本发明实施例的英文环境下学习内容选择界面图。
图4是本发明实施例的英文环境下韵母选择界面图。
图5是本发明实施例的英文环境下韵母a的发音教学图。
图6是本发明实施例的英文环境下韵母a的测试结果及反馈图。
图7是本发明实施例的英文环境下单字选择界面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例并对本发明作进一步详细的描述。如图1所示，本发明的计算机辅助汉语发音学习方法，采用以下步骤：一、开启计算机，启动汉语发音辅助学习系统；二、用户在系统主界面的语言选择菜单栏内选择并确定母语语言名称，从而确定计算机运行的语言环境；三、用户选择并确定所需学习的汉语普通话发音学习内容，在声母、韵母、单字、词组和句子五个选项中确定其中一个选项；四、计算机的显示器向用户显示学习的语音内容和需注意的环节，在用户选择的语言环境下利用动画图像、声音和文字向用户提示发音时所需注意的环节，并示范所选学习内容的标准汉语发音，利用多媒体音箱播放真人教学录音；五、启动计算机的语音接收装置，等待用户语音信号的输入，同时启动视频采集装置，用于捕捉用户发音时的口型等细部特征；六、语音接收装置接收用户发出的语音信号，记录用户发音时的语音，实施反混叠滤波，消除语音信号中的噪声干扰，进行模拟/数字转换，并存储，视频采集装置记录用户发音时的口型图像，并存储；七、计算机的中央处理器从存储装置提取语音单元，采用端点检测的方法，通过计算信号能量和过零率实现对输入话音信号起始和终止位置的初步判决；八、中央处理器采用隐含马尔可夫方法对语音单元发音过程进行分段时间对准，使用短时自相关方法提取发音过程的声调变化轨迹进行分析，采用Viterbi算法的寻优结果，对被训练者发音与标准发音间的相似程度给出初步判断，结合隐含马尔可夫方法的输出概率结果对发音进行评估；九、在显示器上显示用户发音的准确度，利用百分数显示语音准确度，同时回放用户发音时的录音及口型录像；十、用户根据评判结果，选择重复上次练习、开始新的练习或退出。
在学习的过程中，用户选择中断，系统则退出，用户在选择并确定计算机运行的语言环境、选择并确定所需学习的语音内容、启动计算机的语音接收装置或中断时，使用键盘、鼠标或遥控器。
实施例1，英语语言背景下汉语拼音韵母“a”的发音学习。所使用计算机型号为Dell Dimension 5150-n，CPU为Intel Pentium 43.00GHz，内存为512MB，80GB硬盘，17英寸液晶显示器，声卡为Creative Ectiva Audio 5.1，多媒体音箱使用Edifier 2.1TC，语音接收装置采用新贵ME-818、视频采集装置采用多彩DLV-B16，操作系统使用Microsoft Window XP Professional，版本2002，Service Pack2，“多语言计算机辅助汉语普通话发音学习系统”为根据本发明申请开发的“Acoustic-Visual Bimodal Learning System for MandarinPronunciation”软件，Version 2.0。首先开启多媒体计算机，启动本辅助学习系统。学习系统检测到各必要硬件设施都获得正确安装后，进入本辅助学习系统主界面。如图2所示，主界面所使用的语言为中文，在主界面上用户可以看到“选择学习语言种类”的中文提示。用户可以通过下拉菜单选择在学习过程中辅助教学系统所使用的教学语言。本具体实施例用户的母语为英语，希望使用英语来指导用户进行普通话发音练习，因此用户选择“英语”。此后系统所使用的提示语言为英文和中文两种语言。
如图3所示，选择“英语”后，进入学习内容选择界面，用户可以看到“Initial Consonant(声母)”、“Simple or Compound Vowel(韵母)”、“Character(单字)”、“Phrase(词组)”、“Sentence(句子)”共五个由中文和英文共同显示的选项，用户学习汉语拼音“a”的发音，因此用户在屏幕上用鼠标左键单击“Simple or CompoundVowel(韵母)”选项。如图4所示，进入韵母选择界面后，用户可以看到计算机屏幕上显示出全部24个韵母。
用户使用鼠标左键单击韵母“a”，如图5所示，计算机屏幕显示出韵母“a”以及发“a”音的中英文提示：“Open your mouth naturallyand let your tongue off to pronounce.Bear in mind to lay yourtongue as low as possible and keep the tip of your tongue awayfrom teeth.Remember to low your Chin and relax your tongue thenyou can pronounce smoothly.(发音时，嘴巴自然张大，舌头放平，舌位低，唇态自然)”。同时，屏幕显示正确发出“a”音时口型的正面录像、侧面录像和发声器官解剖结构的发音过程录像，并通过多媒体音箱播放系统所存储的真人教学录音，讲解发“a”音时所需注意的要点。用户可以点击屏幕左下角的“Play the Standard Pronunciation(播放标准发音)”按键，系统将通过音箱播放标准发音示范人发“a”的标准发音。用户点击屏幕右下方“test(开始测试)”，则屏幕显示视频采集装置所捕捉的实时画面，并提示“(Please adjust theposition of your head correctly)请正确调整头部的位置”。用户根据提示调整自己头部的位置和角度，使视频采集装置能够稳定清晰的捕捉到用户发音时的口型及面部特征。调整结束后，用户再次点击“test(开始测试)”。此时语音采集装置和视频采集装置开始分别记录下长度为10秒钟的音频和视频信号，并在计算机屏幕上显示十秒钟倒计时。在十秒钟之内，用户对准语音采集装置发出“a”的声音。十秒钟后，语音采集装置和视频采集装置停止记录音频和视频信号。
本发明中计算机的语音评估模块负责对当前发音进行基于隐含马尔可夫HMM(Hidden Markov Model)方法的统计参数匹配和发音过程基音轨迹分析，并给出准确性评价。语音信号由声卡实现模拟/数字变换，计算机首先对采集到的数字音频数据流进行短时分帧，由于语音信号具有短时平稳特性，在连续的短时数字语音帧之间保持一定的交叠。数字音频数据经过加窗，本发明的方法使用汉明窗处理后，再通过预处理数字滤波，实现环境噪声抑制和高频信号分量预加重。在连续的短时语音帧中，通过计算信号能量和过零率参数实现对输入话音信号起始和终止位置的初步判决。在经过初步确认的数字话音流中，对连续短时语音帧进行基于μ律倒谱分析的MFCC(Mel-FrequencyCepstral Coefficients，MFCC)参数计算，在每个参数矢量中包含信号短时能量以及参数的一阶、二阶差分分量。本发明的方法覆盖了全部训练场景的非特定人隐含马尔可夫模型HMM(Hidden Markov Model)集合。以该集合为基础，对特征提取后得到的特征向量序列应用Viterbi最优化算法。由于已知话音的内容，通过Viterbi算法是要找到被训练者本次发音的真实状态转移路径。例如，对于发音“a”，在语音流中找到“a”的相应发音轨迹及其起止短时帧的位置。这时，本系统已经可以根据Viterbi算法的寻优结果，对被训练者发音与标准发音间的相似程度给出初步判断。汉语发音包含5种声调变化，他们是阴平、阳平、上声、去声和轻声。发音声调是非汉语母语被训练者学习汉语过程的突出难点。为了更加严格地评价被训练者发音水平，在基于HMM的分段对准的基础上，使用短时自相关方法，提取被训练者发音过程包含的音调变化信息，即基音轨迹。将当前发音的基音轨迹与正确发音的基音轨迹进行比对，并向被训练者给出可视化的比对结果。以上述分析处理过程的结果为基础，本系统将以百分制对被训练者给出评测成绩。
如图6所示，语音评测结束后，在计算机屏幕上方用百分数显示出本次发音的得分。同时，屏幕中反复回放视频采集装置所记录下的用户在发“a”音过程中口型及面部特征变化的视频录像，并利用音频装置通过音箱播放用户所发“a”音的录音。用户还可以点击屏幕右方的“Standard Audio(标准发音)”与“Standard Video(标准口型)”两个按键。点击“Standard Audio(标准发音)”按键，音频装置通过音箱播放标准发音示范人发“a”的标准发音；点击“Standard Video(标准口型)”按键，显示器上播放标准发音示范人发“a”音的标准发音口型录像。用户可以将自己的发音和口型与标准发音和口型做比较，根据这些反馈信息反复矫正自己的发音。测评完毕，界面最下方有三个选项：“Try again(重复上次测试)”、“Choose new section(选择新的学习内容)”、“Quit(退出系统)”。如果用户选择“Tryagain(重复上次测试)”，则系统重新进行拼音“a”的发音辅助训练。如果用户选择“Choose new section(选择新的学习内容)”，则系统退回到主界面，等待用户选择新的语音训练。如果用户选择“Quit(退出系统)”，则退出，返回操作系统界面。
实施例2，英语语言背景下汉语拼音“shā”的发音学习，学习拼音为“shā”的常用汉字“沙、纱、杀”等字发音。所使用的软件与硬件，以及计算机辅助学习系统与实施例1相同。启动方式与实施例1相同。选择语言环境为“英语”，用户同样看到“Initial Consonant(声母)”、“Simple or Compound Vowel(韵母)”、“Character(单字)”、“Phrase(词组)”、“Sentence(句子)”五个选项。在本实施例中，用户学习的是单字“shā”的发音，因此用户在屏幕上用鼠标左键单击“Character(单字)”选项。如图7所示，进入该子选项后，用户可以看到计算机屏幕分为上下两部分，上半部分显示出全部23个声母，下半部分显示出全部24个韵母，用户使用鼠标左键首先单击声母“sh”，然后单击韵母“a”，并单击声调“the first expression(第一声)”，最后单击“Enter(确认)”。计算机屏幕显示拼音“shā”以及拼音为“shā”的常用汉字“沙、纱、杀”等字，显示出拼音“shā”发音的中英文提示，屏幕播放标准发音的多角度视频录像，多媒体音箱播放真人教学录音。播放屏幕下方同样有“Play the StandardPronunciation(播放标准发音)”按键和“test(开始测试)”按键，用户选择后，计算机的处理过程与实施例1相同。
实施例3，日语语言背景下词组“沙滩”的发音学习，所使用的软件与硬件，以及“多语言计算机辅助汉语普通话发音学习系统”与实施例1相同。学习系统的启动后，用户在主界面上的语言种类中选择“日语”。选择“日语(日语)”后，用户可以看到“声母(声母)”、“韻母(韵母)”、“語彙(单字)”、“連語(词组)”、“センテンス(句子)”共五个由日文和中文共同显示的选项，在本具体实施例中，用户学习的是词组“沙滩”的发音，因此用户在屏幕上用鼠标左键单击“語彙(词组)”选项。进入该子选项后，用户可以看到计算机屏幕分为上下两部分，上半部分显示出全部23个声母，下半部分显示出全部24个韵母。用户使用鼠标左键首先单击声母“sh”，然后单击韵母“a”，再单击声母“t”，然后单击韵母“an”，并单击“確認(确认)”后，屏幕显示出拼音“shātān”以及与该拼音相对应的词组“沙滩(砂浜)”。此后的辅助学习过程与测试及结果的反馈过程与实施例2相同。
本次测试结束后，屏幕最下方有三个选项：“前回テストを繰り返す(重复上次测试)”、“新しい内容(选择新的学习内容)”、“终了(退出系统)”。如果用户选择“前回テストを繰り返す(重复上次测试)”，则系统重新进行拼音“shātān”的发音辅助训练。如果用户选择“新しい内容(选择新的学习内容)”，则系统退回到主界面，等待用户选择新的语音训练。如果用户选择“终了(退出系统)”，则程序退出，返回操作系统界面。
实施例4，法语语言背景下句子“世界需要和平”的发音“shìjìexūyào hépíng”的计算机辅助学习方法，所使用的软件与硬件，以及“多语言计算机辅助汉语普通话发音学习系统”与实施例1相同。学习系统的启动后，用户在主界面上的语言种类中选择“法语”。选择“French(法语)”后，用户可以看到“les initiales(声母)”、“lesfinales(韵母)”、“un caractère(单字)”、“une locution(词组)”、“une phrase(句子)”共五个由法文和中文共同显示的选项，用户在屏幕上用鼠标左键单击“une phrase(句子)”选项。进入该子选项后，用户可以看到计算机屏幕分为上下两部分，上半部分显示出全部23个声母，下半部分显示出全部24个韵母。用户使用鼠标左键首先单击声母“sh”，然后单击韵母“i”；单击声母“j”，然后单击韵母“ie”；单击声母“x”，然后单击韵母“u”；再单击声母“y”，然后单击韵母“ao”；单击声母“h”，然后单击韵母“e”；单击声母“p”，然后单击韵母“ing”；并单击“confirmer(确认)”后，屏幕显示出拼音“shìjìe xūyào hépíng”以及与该拼音相对应的句子“Le monde a besoinde la paix(世界需要和平)”。此后的辅助学习过程与测试及结果的反馈过程与实施例3相同。本次测试结束后，屏幕最下方有三个选项：“Répéter le test precedent(重复上次测试)”、“choisir unnouveau sujet(选择新的学习内容)”、“quitter(退出系统)”。如果用户选择“Répéter le test precedent(重复上次测试)”，则系统重新进行拼音“shìjìe xūyào héping”的发音辅助训练。如果用户选择“choisir un nouveau sujet(选择新的学习内容)”，则系统退回到主界面，等待用户选择新的语音训练。如果用户选择“quitter(退出系统)”，则程序退出，返回操作系统界面。
本发明的方法合理而有效地将语音识别、语音评估、图形图像处理、音频处理等计算机技术结合起来。针对使用对象具有不同国家(地区)、不同母语的特点，在辅助教学过程中可以使用多种不同的教学语言，可以充分满足众多不同国家和地区学习普通话的人群的需要。本学习辅助系统简便易用，用户可以在任何一台带有语音接收装置、视频采集装置和多媒体音箱的多媒体电脑上使用。对学习对象的普通话发音突破简单的“正确”或是“错误”的评价，而是对其正确性用百分数进行量化评估，并利用声音对比与视频动画对比等手段向学习者充分反馈其发声与参考标准的差异。
本发明充分利用多媒体计算机的语音接收装置、视频采集装置、多媒体音箱以及显示器等多个硬件装备，将计算机图形图像技术，包括静态图像技术和动画技术，多媒体计算机语音技术，包括语音识别和语音评测以及多媒体音频技术，包括真人发音教学有机的结合起来，能够帮助各种母语人群进行简单汉语发音的学习，有效解决全球范围内汉语普通话教学师资力量不足的问题。
Claims (11)
1.一种计算机辅助汉语发音学习方法，包括以下步骤：一、用户选择并确定计算机运行的语言环境；二、用户选择并确定所需学习的汉语普通话发音学习内容；三、计算机的显示器向用户显示学习的语音和需注意的环节；四、启动计算机的语音接收装置，等待用户语音信号的输入；五、语音接收装置接收用户发出的语音信号，进行模拟/数字转换，并存储；六、计算机的中央处理器从存储装置提取语音单元；七、中央处理器采集语音信号、分析判断、并结合标准发音对用户的发音进行评估；八、在显示器上显示用户发音的准确度。
2.根据权利要求1所述的计算机辅助汉语发音学习方法，其特征在于：所述用户选择并确定计算机运行的语言环境时，在系统主界面的语言选择菜单栏内选择并确定语言名称。
3.根据权利要求2所述的计算机辅助汉语发音学习方法，其特征在于：所述汉语普通话发音学习内容包括声母、韵母、单字、词组和句子选项。
4.根据权利要求3所述的计算机辅助汉语发音学习方法，其特征在于：所述显示器向用户显示需要学习的语音和需注意的环节时，在用户选择的语言环境下利用动画图像、声音和文字向用户提示发音时所需注意的环节，并示范所选学习内容的标准汉语发音，利用多媒体音箱播放真人教学录音。
5.根据权利要求4所述的计算机辅助汉语发音学习方法，其特征在于：所述启动语音接收装置时，同时启动视频采集装置，捕捉用户发音时的口型等细部特征。
6.根据权利要求5所述的计算机辅助汉语发音学习方法，其特征在于：所述语音接收装置接收用户发出的语音信号时，记录用户发音时的语音，消除语音信号中的噪声干扰，视频采集装置记录用户发音时的口型图像，并存储。
7.根据权利要求6所述的计算机辅助汉语发音学习方法，其特征在于：所述计算机的中央处理器提取语音单元时采用端点检测的方法，通过计算信号能量和过零率实现对输入话音信号起始和终止位置的初步判决。
8.根据权利要求7所述的计算机辅助汉语发音学习方法，其特征在于：所述中央处理器采集语音信号、分析判断、并结合标准发音对用户的发音进行评估时，通过Viterbi算法的寻优结果，找出真实的发音轨迹，并在基于隐含马尔可夫方法的分段对准的基础上，使用短时自相关方法，结合隐含马尔可夫方法的输出概率结果对发音进行最终评估。
9.根据权利要求8所述的计算机辅助汉语发音学习方法，其特征在于：所述显示器上显示用户发音的准确度，利用百分数显示语音准确度，同时回放用户发音时的录音及口型录像。
10.根据权利要求9所述的计算机辅助汉语发音学习方法，其特征在于：所述用户根据评判结果，选择重复上次练习、开始新的练习或退出。
11.根据权利要求10所述的计算机辅助汉语发音学习方法，其特征在于：所述用户选择并确定计算机运行的语言环境、选择并确定所需学习的语音内容或启动计算机的语音接收装置时，使用键盘、鼠标或遥控器。
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