KR0144157B1 - 휴지기 길이 조절을 이용한 발음속도 조절 방법 - Google Patents
휴지기 길이 조절을 이용한 발음속도 조절 방법Info
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Abstract
본 발명은 음성정보안내 시스템, 문자음성변환시스템에서 휴지기 길이를 조절하여 발음속도를 자연스럽게 조절할 수 있는 방법에 관한 것으로, 합성음의 자연스러움을 유지하면서 음성발음속도를 자유로이 조절할 수 있는 휴지기 길이 조정을 이용한 발음속도 조절 방법을 제공하기 위하여, 음성구간의 길이 변화율과 휴지구간의 길이변화율을 조절하여 발음속도를 조절하도록 구성하여 합성음의 발음속도를 자연스러움을 떨어뜨리지 않고서도 자유로이 조절할 수 있는 효과가 있고, 일반적인 방법에 비하여 음절길이를 필요이상 줄이거나 늘릴 필요가 없기 때문에 음질의 저하를 방지할 수 있고, 발음 속도에 따라 음절길이의 변화 폭이 매우 작기 때문에 필요에 따라서는 음절길이를 고정시켜 놓고 사용해도 발음속도를 조절할 수 있기 때문에 저장된 DB를 거의 그대로 사용 가능하여 음절의 길이를 늘이는 경우의 계산량이 대폭 줄어들어 중아처리장치(CPU) 사용 및 계산시간의 단축으로 하드웨어(H/W)의 제작비용이 줄어들어 경제적인 효과가 있다.
Description
제1도는 종래의 발음속도 조절 방법에 대한 설명도,
제2도는 본 발명의 적용되는 음성정보 시스템의 구성도,
제3도는 휴지기 길이 조절을 이용한 발음속도 조절 방법에 대한 설명도,
제4도는 본 발명에 따른 흐름도,
제5도는 발음속도에 따른 음절길이 변화에 대한 설명도,
제6도는 발음속도에 따른 휴지기별 길이 변화에 대한 설명도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21:전화선 정합장치 22:PCM 코덱
23:DSP 24:메모리
25:중앙 제어장치 26:텍스트 DB
27:음성 DB 28:A/D
29:D/A
본 발명은 음성정보안내 시스템, 문자음성변환시스템에서 휴지기 길이를 조절하여 발음속도를 자연스럽게 조절할 수 있는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 음성정보안내 시스템에서 안내할 음성을 저장할 때에는 고정된 안내문과 데이타가 변화하는 경우에는 이를 안내할 수 있는 문장의 조합에 대한 단어를 분리하여 녹음한 후에 서비스에 따라 고정된 안내문을 출력하거나, 출력 정보에 따라 녹음된 데이타를 조합하여 출력하는 방식을 사용한다.
그러나, 이런 방식은 녹음된 데이타를 그대로 디지탈/아날로그(D/A) 변환하여 출력하기 때문에 녹음된 발음속도 이외의 속도로는 출력이 불가능하다. 물론 몇가지 다른 발음속도로 녹음하여 놓고 사용자가 원하는 발음속도로 출력하면 되지만 녹음 데이타의 양이 많아지기 때문에 시간과 비용이 더 많이 소요되고 정확하게 발음속도를 조절하기 어려운 문제점이 있었다. 또 아날로그/디지탈(A/D) 변환시의 샘플링 비율(sampling rate)보다 빠른 주파수로 디지탈/아날로그(D/A) 변환를 하게 되면 발음속도를 빠르게 할 수 있지만 피치(pitch)간격이 좁아져서 톤(tone)이 높아지게 되며, 반대로 낮은 주파수로 디지탈/아날로그(D/A) 변환하면 발음속도는 느려지지만 피치(pitch)간격이 넓어져서 톤(tone)이 낮아져서 사용자에게 청취감을 저하시키는 문제점이 있었다.
따라서, 방법은 복잡하지만 일반적으로 문자음성변환시스템에서는 제1도와 같은 발음속도 조절 방법이 사용되고 있다. 이 방식은 출력시킬 음성 데이타를 PCM(Pulse Code Modulation)이나 ADPCM(Adaptive Differential PCM)으로 코딩하여 저장한 경우뿐만 아니라 선형예측부호화 방식이나 PSOLA(Pitch synchronous Overiap and Add)방식을 이용한 합성기 경우에도 사용이 가능하다. 선형예측부호화 방식에서는 음성 데이타를 디지탈 필터(digital filter)의 계수인 반사계수와 입력으로 사용할 잔차예측신호와 음성 데이타의 주기를 나타내는 피치 정보로 분리하여 저장한다. 그리고 나서 음성출력을 빠르게 출력하기 위해서는 각 음절길이를 줄이는데 해당음절이 4개의 피치로 구성되어 있으면 제1도의 (b)와 같이 원하는 속도에 따라 2개나 3개만 출력시키고, 출력속도를 느리게 하기 위해서는 제1도의 (c)와 같이 피치를 중복시키는 방법으로 피치의 갯수를 늘려서 출력시키는 방법을 사용하면 톤은 높아지지 않고 출력속도만을 자연스럽게 조절할 수 있게 된다.
그러나, 이 방식은 발음속도를 자유롭게 조절할 수 있는 방법이지만 복잡하고 계산량이 많기 때문에 이를 구현하기 위한 하드웨어와 소프트웨어가 복잡하여져서 생산비가 높아지는 문제점이 있었다.
그래서, 현재 사용되고 있는 제한단어합성시스템인 음성정보 안내 시스템의 거의 대부분이 가격 대 성능비가 우수한 ADPCM방식의 코딩 방식으로 음성 데이타를 저장하였다가 음성신호로 복원하여 출력시키는 방식을 사용하고 있다.
그렇지만 이러한 방식은 발음속도를 손쉽게 조절할 수가 없는 단점을 그대로 갖고 있다. 특히 지금까지 설명한 상기의 방법들은 음성구간의 길이를 발음속도의 가변에 따라 동일한 비율로 늘이거나 줄임으로서, 발음속도가 변화되었을 때 합성음의 자연스러움이 저하되는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 종래의 음성정보안내시스템 뿐 아니라 일반적인 문자음성변환시스템에서 합성음의 자연스러움을 유지하면서 음성발음속도를 자유로이 조절할 수 있는 휴지기 길이 조정을 이용한 발음속도 조절 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 사용자와 정합하는 정합수단; 상기 정합 수단에 연결되어 있으며, 입력 신호를 부호화/복호화하는 부호화/복호화 수단; 상기 부호화/복호화 수단에 연결되어 있으며, 음성을 합성하거나 인식하는 디지탈 신호 처리 수단; 음성 데이타베이스(DB)와 텍스트 데이타베이스를 구비하며, 상기 디지탈 신호 처리 수단을 통하여 상기 각 수단을 제어하는 중앙제어수단을 구비하는 장치에 적용되는 방법에 있어서, 음성구간의 길이변화율과 휴지구간의 길이변화율을 조절하여 발음속도를 조절하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명이 적용되는 음성정보 시스템의 구성도이다.
도면에서 21은 전화선 정합장치, 22는 PCM 코텍, 23은 DSP, 24는 메모리, 25는 중앙제어 장치, 26은 텍스트 데이타베이스(DB), 27은 음성 DB, 28은 아날로그/디지탈(A/D) 변환기, 29는 디지탈/아날로그(D/A) 변환기를 나타낸다.
동작을 살펴보면, 사용자가 음성정보 시스템으로 전화를 걸면 전화선 정합장치(21)를 통하여 링(ring) 신호가 중앙제어 장치(25)에 전달된다. 그러면 중앙제어 장치(25)는 전화선 정합장치(21)를 제어하여 전화를 받고서 안내음성을 디지탈 신호처리(DSP) 보드(23)와 PCM 코덱(codec)(22)의 디지탈/아날로그 변환기(29)와 전화선 정합장치(21)를 통하여 사용자에게 보낸다.
DSP 보드(23)는 중앙제어 장치(25)의 제어에 의해 음성을 합성하거나 인식등의 다양한 일을 로딩(loading)된 프로그램에 따라 빠르고 다양하게 수행할 수 있다.
사용자로 부터 원하는 서비스 선택을 위한 입력이 DTMF(Dual Tone Multiple Frequency)로 입력되면 전화선 정합장치(21)를 통하여 디지탈 데이타로 변경되어 중앙제어 장치(25)로 전달되고, 음성으로 입력되면 전화선 정합장치(21)와 PCM 코덱(22)을 통하여 DSP(23)로 입력되고, DSP(23)에서는 음성인식 프로그램을 통하여 그 결과를 중앙제어 장치(25)로 보낸다. 중앙제어 장치(25)에서는 입력된 내용에 따라 필요한 정보를 텍스트 데이타베이스(DB)(26)에서 찾아낸다. 이 텍스트 정보를 음성으로 출력할 경우 필요한 음성 데이타를 음성 DB(27)에서 읽어내어 DSP(23)를 통하여 PCM 코덱(22)으로 전송하면 음성으로 변환되어 전화선을 통하여 사용자에게 전달된다.
텍스트 정보를 음성으로 변환하는 과정으로는 단어나 문장단위로 녹음된 음성 데이타의 조합을 원하는 순서대로 PCM 코덱(22)으로 전송하는 방법과 무제한 음성합성 장치를 이용하여 음성을 만들어 출력하는 방법으로구분할 수 있으며, 무제한 음성합성 장치를 사용하는 경우에는 DSP(23)에 연결된 메모리(4)에 음성 DB가 들어있는 경우도 있다. 상기 두 방식 어느 것이나 말토막사이와 절사이 그리고 문장사이의 휴지기를 구분하여 삽입함으로써 발음속도를 조절할 수 있다.
제3도는 휴지기 길이 조절을 이용한 발음속도 조절 방법에 대한 설명도로서, 발음속도를 변화시킬 대 음성구간의 길이변화율과 휴지구간의 길이변화율을 달리하여 발음속도를 조절하며, 특히 음성구간의 길이는 작은 비율로 변화시키며 휴지구간의 비율은 상대적으로 큰비율로 변화시킨다.
예를 들어 분당 250음절을 출력하려고 할 때에는 절 사이는 제6도에 의하여 1480ms와 문장사이는 967ms 정도의 휴지기를, 분당 350 음절을 출력하려고 할 때에는 절 사이는 934ms와 문장사이는 581ms의 휴지기를 삽입하면 된다. 그리고 음성구간의 길이는 20ms정도만을 변화시킨다.
제4도는 본 발명에 따른 흐름도이다.
음성을 출력하기에 앞서 사용자가 발음속도를 지금보다 빠르게 하거나 느리게 하기를 원하면(41) 발음속도에 따라 제6도의 휴지기별 근사식을 이용하여 각 휴지기 시간을 결정한다(42). 그리고 나서 합성할 문장에 필요한 음성정보를 말토막 단위로 음성 DB에서 가져와(43) 디지탈/아날로그(D/A) 변환기로 출력한다(44).
한 개의 말토막을 출력하고 나서 그 다음에 말토막이 이어지는가 혹은 절이나 다음 문장이 이어지는가를 판단하여(45) 휴지기 종류가 말토막이면 상기 42과정에서 계산한 말토막 사이 휴지기만큼 0을 디지탈/아날로그 변환기로 출력한다(46). 휴지기 종류가 절이면 상기 42과정에서 계산한 문장 사이 휴지기만큼 0을 디지탈/아날로그 변환기로 출력한다(47). 휴지기 종류가 문장이면 상기 42과정에서 계산한 문장 사이 휴지기만큼 0을 디지탈/아날로그 변환기로 출력한다(48).
각 휴지기만큼의 0을 출력한 후에 출력할 텍스트의 끝인지를 판단하여(49) 끝이면 합성을 종료하고, 끝이 아니면 다음 말토막을 출력하기 위하여 음성정보를 말토막 단위로 읽는 과정(43)부터 반복 수행한다. 말토막출력 중간이라도 발음속도에 따른 사용자의 요구가 새롭게 입력되면 제6도의 근사식에 의하여 휴지기별 길이를 새로 계산하여 휴지기 발생시 그 길이를 가감한다(50).
한편, 상기와 같은 본 발명은 파형코딩방식을 이용하는 종래의 음성정보안내시스템에서의 발음속도 조절방법에도 적용된다. 그 기본 방법은 음성구간이 발음속도에 따라 거의 변하지 않는다는 데 있다. 구체적인 방법은 다음과 같다.
먼저 음성을 녹음하여 아날로그/디지탈(A/D) 변환한 후에 코딩하기 전에 아날로그/디지탈(A/D) 변환되어 있는 문장을 그대로 보관하는 것이 아니라 휴지기를 제거한 말토막(억양구), 절 그리고 문장의 경계단위로 분리하여 원하는 부호화(coding) 방식으로 부호화(encoding)하여 파일(file)이나 롬(ROM)에 저장한다. 문장을 복원할 때에는 분리된 말토막, 절 그리고 문장순으로 부호화 데이타를 읽어내어 복호화(decoding)하여 디지탈/아날로그(D/A) 변환기로 출력하면 되는데 말토막과 절 그리고 문장사이에 필요한 휴지구간을 삽입한다.
상기와 같은 본 발명의 발음속도 조절방법을 이용하면, 기존의 문자음성변환시스템에서 발음속도를 자연스러움을 떨어뜨리지 않고서도 자유로이 조절할 수 있는 효과가 있다. 물론 음성구간의 길이조절에는 종래의 방법을 사용할 수 있다. 특히 본 발명에 의한 발음속도 조절을 이용하고자 할 때, 제5도에 따라 정상속도에서 음절길이의 평균길이에 맞추어 합성을 위한 음성 DB를 만들고 제5도에 따라 발음속도에 따른 음절길이를 조절하면 제1도에서 설명한 방법과 같은 일반적인 방법에 비하여 음절길이를 필요이상 줄이거나 늘릴 필요가 없기 때문에 음질의 저하를 방지할 수 있고, 제5도에서 보면 발음 속도에 따라 음절길이의 변화 폭이 매우 작기 때문에 필요에 따라서는 음절길이를 고정시켜 놓고 사용해도 발음속도를 조절할 수 있기 때문에 저장된 DB를 거의 그대로 사용 가능하여 음절의 길이를 늘이는 경우의 계산량이 대폭 줄어들어 중앙처리장치(CPU) 사용 및 계산시간의 단축으로 하드웨어(H/W)의 제작비용이 줄어들어 경제적인 효과가 있다.
또한, 파형코딩방식은 출력하려는 문장이 길수록 그 효과가 뛰어나며 기존의 음성정보 시스템에 소프트웨어만 간단히 수정하면 되므로 추가의 비용이 별로 들지 않고 발음속도를 조절할 수 있는 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.
Claims (8)
- 사용자와 정합하는 정합수단(21); 상기 정합 수단(21)에 연결되어 있으며, 입력 신호를 부호화/복호화하는 부호화/복호화 수단(22); 상기 부호화/복호화 수단(22)에 연결되어 있으며, 음성을 합성하거나 인식하는 디지탈 신호 처리 수단(23); 음성 데이타베이스(DB)(27)와 텍스트 데이타베이스(26)를 구비하며, 상기 디지탈 신호 처리 수단(23)을 통하여 상기 각 수단을 제어하는 중앙제어 수단(25)을 구비하는 장치에 적용되는 방법에 있어서, 음성구간의 길이변화율과 휴지구간의 길이변화율을 조절하여 발음속도를 조절하도록 구성한 것을 특징으로 하는 휴지기 길이 조절을 이용한 발음속도 조절 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 음성구간의 길이변화율은 적은 비율로 변화시키며, 상기 휴지구간의 길이변화율은 상대적으로 큰 비율로 변화시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 휴지기 길이 조절을 이용한 발음속도 조절 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 휴지구간은, 말토막, 절 및 문장 사이의 휴지기를 포함하도록 구성한 것을 특징으로 하는 휴지기 길이 조절을 이용한 발음속도 조절 방법.
- 제3항에 있어서, 분당 250음절을 출력하려고 할 때, 상기 절 사이 휴지기는 1480ms, 상기 문장 사이의 휴지기는 967ms 및 상기 음성구간의 길이 변화는 20ms가 되도록 구성한 것을 특징으로 하는 휴지기 길이 조절을 이용한 발음속도 조절 방법.
- 제3항에 있어서, 분당 350음절을 출력하려고 할 때, 상기 절 사이의 휴지기는 934ms, 상기 문장 사이의 휴지기는 581ms 및 상기 음성구간의 길이 변화는 20ms가 되도록 구성한 하는 것을 특징으로 하는 휴지기 길이 조절을 이용한 발음속도 조절 방법.
- 제1항에 있어서, 휴지구간의 길이변화율을 조절하는 과정은, 사용자가 원하는 발음속도에 따라 휴지기 시간을 결정하고 음성정보를 음성 데이타베이스에서 읽어와 출력한 후에 휴지기의 종류를 판단하는 제1단계(41 내지 45); 상기 제1단계(41 내지 45)수행 후, 휴지기 종류가 말토막이면 말토막 사이 휴지기만큼 0을 출력한 후에 출력할 텍스트의 끝인지를 판단하여 끝이면 합성을 종료하고 끝이 아니면 상기 제1단계(41 내지 45)의 음성정보를 읽는 과정부터 반복 수행하는 제2단계(46,49); 상기 제1단계(41 내지 45) 수행 후, 휴지기 종류가 절이면 절 사이 휴지기만큼 0을 출력한 후에 출력할 텍스트의 끝인지를 판단하여 끝이면 합성을 종료하고 끝이 아니면 상기 제1단계(41 내지 45)의 음성정보를 읽는 과정부터 반복 수행하는 제3단계(47,49); 상기 제1단계(41 내지 45) 수행 후, 휴지기 종류가 문장이면 문장 사이 휴지기만큼 0을 출력한 후에 출력할 텍스트의 끝인지를 판단하여 끝이면 합성을 종료하고 끝이 아니면 상기 제1단계(41 내지 45)의 음성정보를 읽는 과정부터 반복 수행하는 제4단계(48,49)를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴지기 길이 조절을 이용한 발음속도 조절 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 각 단계의 텍스트 끝 판단 과정 수행후, 끝이 아니면 발음속도에 따른 사용자의 새로운 요구가 있는지를 판단하여 없으면 상기 제1단계(41 내지 45)의 음성정보를 읽는 과정부터 반복하고 요구가 있으면 상기 제1단계(41 내지 45)의 휴지기 시간 결정 과정부터 반복 수행하는 제5단계(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴지기 길이 조절을 이용한 발음속도 조절 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 음성정보를 읽는 과정은, 말토막 단위로 읽도록 구성한 것을 특징으로 하는 휴지기 길이 조절을 이용한 발음속도 조절 방법.
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