WO2002050815A1 - Vorrichtung und verfahren zur differenzierten sprachausgabe - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur differenzierten sprachausgabe Download PDF

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WO2002050815A1
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Georg Obert
Klaus Bengler
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS OR SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L13/00—Speech synthesis; Text to speech systems
    • G10L13/02—Methods for producing synthetic speech; Speech synthesisers
    • G10L13/033—Voice editing, e.g. manipulating the voice of the synthesiser

Definitions

  • the present invention relates to a device for differentiated speech output or speech generation and an associated method, systems for use with the speech output device and combinations of a speech output device with at least two systems, in particular for use in a vehicle.
  • a voice output module is directly assigned to each of these systems.
  • PCM pulse code modulation
  • MPEG subsequent compression
  • Other systems use speech synthesis methods, which form words and sentences mainly by assembling syllable segments (phonemes) (signal manipulation).
  • Methods are also known which are based on a full synthesis of the language.
  • methods are known which implement the human vocal tract as an electrical equivalent and work with a tone generator and several downstream filters (source-filter model).
  • a device that works according to this process is a so-called formant synthesizer (eg KLATTALK).
  • KLATTALK formant synthesizer
  • Such a formant synthesizer has the advantage that the voice characteristics can be influenced.
  • the object of the invention is to provide a device and an associated method with which a differentiated speech output is possible, as well as systems for use with the speech output device and combinations of a speech output device with at least two systems, in particular for use in vehicles.
  • the invention has the advantage that speech outputs for different systems are possible with a single speech output device or speech synthesis device, each system being identifiable by voice characteristic differences.
  • a parameter set is assigned to each system, which is used by the speech synthesis device in a speech output by this system.
  • a first parameter set for an on-board computer a second parameter set for a navigation system, a third parameter set for traffic information, a fourth parameter set for a TTS system (Text to Speach system), such as e-mail, and one or more further parameter sets 'provided for additional systems.
  • TTS system Text to Speach system
  • the speech synthesis device generates the speech output, for example with a soft female voice, e.g. B. for voice output of a navigation system, or with a hard male bass voice, e.g. B. for voice output of traffic reports.
  • a soft female voice e.g. B. for voice output of a navigation system
  • a hard male bass voice e.g. B. for voice output of traffic reports.
  • a method and a device for a full synthesis of speech is used, preferably a formant synthesizer.
  • the control parameters for the synthesizer are divided into classes.
  • a class of dynamic parameters controls the articulation, like the movement of the speech tract when speaking.
  • a second class of static parameters controls speaker-characteristic features, such as the generator basic frequency and fixed formants, which are used in a child, a woman or a male speaker are formed by the different geometric dimensions of the speech tract.
  • the device according to the invention and the method according to the invention can be used in particular in systems of a vehicle.
  • Each system has two options for voice output to control the voice output.
  • the first way of voice output involves sending an output of control commands for voice articulation, the sequence of control parameters for words, sentences and sentence sequences being stored in the system.
  • the second option for controlling the speech output is via a second output, which switches over a parameter set that is decisive for the speaker characteristic.
  • the generator and formant parameters are also changed dynamically. This makes it possible to achieve audible differences in the prosody, such as the duration and / or emphasis on syllable segments and / or the sentence melody.
  • prosodic modulation depending on e.g. B. from a traffic situation or a traffic situation can be used for the voice output of announcement texts.
  • the explosiveness of information can be expressed by modulating the voice.
  • the invention has the advantage that, for. B. in a vehicle only a single voice generator with a small parameter memory from multiple information sources can be controlled.
  • the information sources can be equipped with different voice characteristics.
  • a vocal tract synthesis device shows that the method is speaker-independent and no high-quality studio recordings are required.
  • emotional expression in the voice can also be given according to the invention.
  • the voice characteristics can be changed very easily using pre-made parameter templates.
  • the procedure is also suitable for converting free texts into speech (Text to Speech), e.g. B. reading aloud email.
  • FIG. 1 shows a basic illustration of a preferred embodiment of the invention for differentiated speech output with a plurality of systems according to the invention.
  • the preferred embodiment of the invention shown in FIG. 1 has a speech output unit 1 with a speech synthesis device 10, which in the example is a vocal tract synthesis module and is based on full speech synthesis.
  • a speech synthesis device 10 which in the example is a vocal tract synthesis module and is based on full speech synthesis.
  • the speech synthesis device 10 is connected to an amplifier 12, the output 14 of which supplies an audio signal which outputs speech via a loudspeaker (not shown).
  • the speech synthesis device 10 is assigned N parameter sets 21, 22 to 2N, which in the example shown are stored in a memory 20 of the speech output unit 1.
  • N systems 31, 32 to 3N are shown, each of which is connected to the voice output unit 1 via a data connection, such as individual lines, a bus system or data channels.
  • Each system can carry out a voice output via the voice output unit.
  • an on-board computer 31 with an associated parameter set for the on-board Computer 21 a navigation system 32 with an associated parameter set for navigation 22, a traffic information system 33 with an associated parameter set for traffic information 23, an e-mail system such as TTS system 34 with an associated parameter set for e-mail 24.
  • Additional systems 3N with a respective assigned parameter set 2N can be provided.
  • a parameter set 23 can also be provided for traffic reports, for example, with which a hard male bass voice is used in the speech output.
  • the sequence of the speech outputs can take place in succession according to the receipt of the order for the speech output from the systems.
  • Information with a higher priority e.g. Traffic information in dangerous situations such as wrong-way drivers is first output by voice output.
  • Information with the highest priority e.g. Information is immediately output from the on-board computer about malfunctions of the vehicle or the onset of slippery road surfaces, whereby an ongoing voice output can be interrupted. The interrupted speech output can then be completed or repeated.
  • the invention has the advantage that systems with an acoustic display provide the driver with information from various systems without distracting him from his task, as is the case with visual displays. Costs can be saved by using a speech synthesis device that can be used by various on-board computers. Compared to previously used language-producing methods in navigation systems, for example, the storage space requirement can be reduced.
  • the invention can be used particularly advantageously in motor vehicles.

Abstract

Die Vorrichtung und das Verfahren dienen zu einer differenzierten Sprachausgabe. Die in einem Fahrzeug vorhandenen Systeme wie Bordcomputer, Navigationssystem u. a. sind mit einer Sprachausgabevorrichtung verbindbar, wobei Sprachausgaben von verschiedenen Systemen über Stimmcharakteristika unterscheidbar sind.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur differenzierten Sprachausgabe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur differenzierten Sprachausga- be bzw Spracherzeugung und ein zugehöriges Verfahren, Systeme zur Verwendung mit der Sprachausgabevorrichtung und Kombinationen einer Sprachausgabevorrichtung mit mindestens zwei Systemen, insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug.
In Fahrzeugen werden einzelne Systeme eingesetzt, die über eine akustische Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Sprachausgabe verfügen. Bei diesen Systemen ist jeweils ein Sprachausgabemodul direkt zugeordnet. Die verwendeten sprachproduzierenden Verfahren beruhen meist auf Puls-Code-Modulation (= PCM), wobei eine nachfolgende Komprimierung (z. B. MPEG) angeschlossen sein kann. Andere Systeme verwenden Sprachsyntheseverfahren, die hauptsächlich über das Zusam- menstellen von Silbensegmenten (Phoneme) Worte und Sätze bilden (Signalmanipulation).
Bei den genannten Sprachausgabeverfahren besteht auch eine Sprecherabhängigkeit, die es erfordert, bei Erweiterung des Wort- oder Textumfanges immer wieder den gleichen menschlichen Sprecher für Aufnahmen zu bemühen. Des weiteren erfordern PCM-Verfahren genauso wie eine qualitativ hochwertige Phonemsynthese durch Signalmanipulation erheblichen Speicherplatz, um Texte oder Silbensegmente abzulegen. Bei beiden Verfahren nimmt der Speicherplatz noch erheblich zu, wenn unterschiedliche Landessprachen ausgegeben werden sollen.
Weiterhin sind Verfahren bekannt, die auf einer Vollsynthese der Sprache beruhen. Bekannt sind insbesondere Verfahren, die den menschlichen Vokaltrakt als elektrische Entsprechung umsetzen und mit einem Tongenerator und mehreren nachgeschalteten Filtern arbeiten (Quelle-Filter-Modell). Ein nach diesem Verfahren arbei- tendes Gerät ist ein sog. Formantsynthetisator (z. B. KLATTALK). Ein solcher Formantsynthetisator hat den Vorteil, daß die stimmcharakteristischen Eigenschaften beeinflußbar sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein zugehöriges Verfahren bereitzustellen, mit denen eine differenzierte Sprachausgabe möglich ist, sowie Systeme zur Verwendung mit der Sprachausgabevorrichtung und Kombinationen einer Sprachausgabevorrichtung mit mindestens zwei Systemen, insbesonde- re zur Verwendung in Fahrzeugen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß mit einer einzigen Sprachausgabeeinrichtung bzw Sprachsyntheseeinrichtung Sprachausgaben für verschiedene Systeme möglich sind, wobei jedes System durch stimmcharakteristische Unterschiede identifizierbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist für jedes System ein Parametersatz zugeordnet, der von der Sprachsyntheseeinrichtung bei einer Sprachausgabe von diesem System verwendet wird. Beispielsweise wird ein erster Parametersatz für einen Bordcomputer, ein zweiter Parametersatz für ein Navigationssystem, ein dritter Parametersatz für Verkehrsinformationen, ein vierter Parametersatz für ein TTS-System (Text to Speach-System), wie E-Mail und ein oder meh- rere weitere Parametersätze' für zusätzliche Systeme bereitgestellt.
Abhängig von dem zugeordneten Parametersatz erzeugt die Sprachsyntheseeinrichtung die Sprachausgabe beispielsweise mit einer weichen weiblichen Stimme, z. B. für Sprachausgaben eines Navigationssystems, oder mit einer harten männlichen Baßstimme, z. B. für die Sprachausgabe von Verkehrsmeldungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Vollsynthese der Sprache verwendet, vorzugsweise ein Formantsynthetisator. Dabei werden die Steuerparameter für den Synthetisator in Klassen geteilt. Eine Klasse von dynamischen Parametern steuert die Artikulation, wie die Bewegung des Sprachtraktes beim Sprechen. Eine zweite Klasse von statischen Parametern steuert sprechercharakteristische Merkmale, wie die Generatorgrundfrequenz und feststehende Formanten, die bei einem Kind, einer Frau oder einem männlichen Sprecher durch die unterschiedliche geometrische Dimension des Sprachtraktes gebildet werden.
Bei einem erweiterten Modell des Formantsynthetisators ist eine getrennte Generie- rung von stimmhaften und stimmlosen Lauten möglich. Dabei können durch weitere Parameter zusätzliche Resonatoren oder Dämpfungsglieder eingeschaltet oder die dynamischen Parameter für die Artikulation beeinflußt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ist ins- besondere einsetzbar in Systemen eines Fahrzeuges. Jedes System hat für eine Sprachausgabe zwei Möglichkeiten, die Sprachausgabe zu steuern. Die erste Möglichkeit der Sprachausgabe umfaßt das Senden einer Ausgabe von Steuerbefehlen für die Sprachartikulation, wobei die Abfolge der Steuerparameter für Wörter, Sätze und Satzfolgen im System abgespeichert sind. Die zweite Möglichkeit zur Steuerung der Sprachausgabe erfolgt über eine zweite Ausgabe, die einen Parametersatz umschaltet, der für die Sprechercharakteristik bestimmend ist.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, diesen Parameterdatensatz direkt im System zu speichern und bei einer erforderlichen Sprachausgabe den Parameterda- tensatz in die Sprachsyntheseeinrichtung zu laden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die alternativ oder zusätzlich zu den vorstehenden Ausführungsformen einsetzbar ist, können zur Unterscheidung der Informationsquellen, d. h. der Systeme, die eine Sprachausgabe durchführen, die Generator- und Formantparameter zusätzlich dynamisch geändert werden. Dadurch können hörbare Unterschiede in der Prosodie erreicht werden, wie die Dauer und/oder Betonung von Silbensegmenten und/oder der Satzmelodie. Im speziellen kann eine prosodische Modulation in Abhängigkeit z. B. von einer Verkehrslage o- der einer Verkehrssituation für die Sprachausgabe von Ansagetexten genutzt wer- den. Schließlich kann die Brisanz einer Information durch Modulation der Stimme ausgedrückt werden.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß z. B. in einem Fahrzeug nur ein einziger Sprachgenerator mit kleinem Parameterspeicher von mehreren Informationsquellen ange- steuert werden kann. Die Informationsquellen können dabei mit unterschiedlichen Stimmcharakteristiken ausgestattet werden.
Bei dem Einsatz einer Vollsyntheseeinrichtung, z. B. einer Vokaltrakt- Syntheseeinrichtung ergibt sich, daß das Verfahren sprecherunabhängig ist und keine hochwertigen Studioaufzeichnungen benötigt werden.
Bei einem erweiterten Formantsynthetisator kann erfindungsgemäß auch emotionaler Ausdruck in der Stimme mitgegeben werden.
Durch vorgefertigte Parameterschablonen kann sehr einfach die Stimmcharakteristik verändert werden. Das Verfahren eignet sich auch für die Umsetzung freier Texte in Sprache (Text to Speech), z. B. das Vorlesen von E-Mail.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur differenzierten Sprachausgabe mit mehreren erfindungsgemäßen Syste- men.
Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist eine Sprachausgabeeinheit 1 mit einer Sprachsyntheseeinrichtung 10 auf, die in dem Beispiel ein Vokaltraktsynthesemodul ist und auf einer Vollsynthese der Sprache beruht. Beispielsweise kann ein Formantsynthetisator wie KLATTALK eingesetzt werden. Die Sprachsyntheseeinrichtung 10 ist mit einem Verstärker 12 verbunden, dessen Ausgang 14 ein Audiosignal liefert, das über einen Lautsprecher (nicht dargestellt) Sprache ausgibt. Der Sprachsyntheseeinrichtung 10 sind N Parametersätze 21 , 22 bis 2N zugeordnet, die in dem gezeigten Beispiel in einem Speicher 20 der Sprachausgabeeinheit 1 gespeichert sind. Weiterhin sind N Systeme 31 , 32 bis 3N gezeigt, die jeweils über eine Datenverbindung, wie einzelne Leitungen, ein Bussystem oder Datenkanäle, mit der Sprachausgabeeinheit 1 verbunden sind. Jedes System kann über die Sprachausgabeeinheit eine Sprachausgabe durchführen. Im einzelnen ist ein Bordcomputer 31 mit einem zugehörigen Parametersatz für den Bord- Computer 21 , ein Navigationssystem 32 mit einem zugehörigen Parametersatz für die Navigation 22, ein Verkehrsinformationssystem 33 mit einem zugehörigen Parametersatz für die Verkehrsinformation 23, ein E-Mail-System wie TTS-System 34 mit einem zugehörigen Parametersatz für E-Mail 24 vorhanden. Es können weitere Systeme 3N mit einem jeweiligen zugeordneten Parametersatz 2N vorgesehen werden. In dem gezeigten Beispiel ist es möglich, unter Verwendung einer einzigen Sprachausgabeeinheit 1 das Navigationssystem 32 zum Beispiel mit einer weichen weiblichen Stimme sprechen zu lassen, die durch den Parametersatz für das Navigationssystem 22 bestimmt ist. Weiter kann beispielsweise für Verkehrsmeldungen ein Parametersatz 23 vorgesehen sein, mit dem eine harte männliche Baßstimme bei der Sprachausgabe verwendet wird.
Die Reihenfolge der Sprachausgaben kann zeitlich nacheinander erfolgen entsprechend dem Eingang des Auftrags zur Sprachausgabe von den Systemen. Vorzugs- weise werden Informationen mit höherer Priorität, z.B. Verkehrsinformationen bei Gefahrsituationen wie Falschfahrer zuerst per Sprachausgabe ausgegeben. Besonders bevorzugt werden Informationen mit höchster Priorität, z.B. Informationen vom Bordcomputer über Fehlfunktionen des Fahrzeuges oder einsetzende Fahrbahnglätte sofort ausgegeben, wobei eine laufende Sprachausgabe unterbrochen werden kann. Die unterbrochene Sprachausgabe kann anschließend zu Ende geführt oder wiederholt werden.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß Systeme mit akustischer Anzeige dem Fahrer, ohne ihn von seiner Aufgabe abzulenken, wie das bei visuellen Anzeigen der Fall ist, Auskunft von verschiedenen Systemen bereitzustellen. Durch den Einsatz einer Sprachsyntheseeinrichtung, die von verschiedenen Bordcomputern verwendbar ist, lassen sich Kosten sparen. Gegenüber bisher verwendeten sprachproduzierenden Verfahren bei beispielsweise Navigationssystemen läßt sich der Speicherplatzbedarf verringern.
Die Erfindung ist insbesondere in vorteilhafter Weise einsetzbar in Kraftfahrzeugen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur differenzierten Sprachausgabe (1), die mit einem ersten System (31) und mindestens einem weiteren System (32, 33 bis 3N) verbindbar ist, wobei der Sprachausgabe des ersten Systems (31) eine erste Stimmcharakteristik zugeordnet ist und der weiteren Sprachausgabe des weiteren Systems (32, 33 bis 3N) eine weitere Stimmcharakteristik zugeordnet ist, die sich von der ersten Stimmcharakteristik hörbar unterscheidet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Sprachsyntheseeinrichtung (10), die Steuerparameter erhält, die eine erste Klasse von dynamischen Parametern und eine zweite Klasse von statischen Parametern aufweisen, wobei die dynamischen Parameter die Artikulation, entsprechend der Bewegung eines Sprachtraktes, und die statischen Parameter die stimmcharakteristischen Merkmale steuert .
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die statischen Parameter eine Generatorgrundfrequenz und/oder feststehende Formanten aufweisen, die vorzugsweise der unterschiedlichen geometrischen Dimension des Sprachtraktes bei einem Kind, einer Frau oder einem männlichen Sprecher entsprechen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei Generator- und/oder Formantparameter für die Sprachausgabe von verschiedenen Systemen änderbar sind und vorzugsweise hörbare Unterschiede in der Prosodie wie der Dauer und/oder Betonung von Silbensegmenten und/oder der Satzmelodie bewirkt werden.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Sprachsyntheseeinrichtung (10) ein Formantsynthetisator ist, mit dem die stimmcharakteristischen Eigenschaften beeinflußbar sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Formantsynthetisator geeignet ist, stimmhafte und stimmlose Laute getrennt zu generieren, und wobei insbesondere durch weitere Parameter zusätzliche Resonatoren oder Dämpfungsglieder ein- schaltbar sind und/oder die dynamischen Parameter für die Artikulation beeinflußbar sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die dynamischen Parameter entsprechend der Abfolge von Wörtern, Sätzen und Satzfolgen in jedem System abgespeichert sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die statischen Parameter als Parametersatz in jedem System gespeichert sind und bei einer erforderlichen Sprachausgabe dieser Parametersatz zur Sprachsyntheseeinrichtung (10) übertragen wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die statischen Parameter für die Systeme als zugeordnete Parametersätze in einem Speicher (20) der Sprachausgabevorrichtung gespeichert sind und abhängig von einem Auswahlsig- nal eines Systems ein zugeordneter Parametersatz von der Sprachsyntheseeinrichtung (10) für die Sprachausgabe verwendet wird.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Sprachsyntheseeinrichtung (10) mit einem Verstärker (12) verbunden ist und über einen Audioaus- gang (14) des Verstärkers (12) eine Sprachausgabe erfolgt .
11. System zur Verwendung mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem ersten Ausgang zur Ausgabe von dynamischen Parametern und einem zweiten Ausgang zum Ausgeben eines Auswahlsignals zum Umschalten ei- nes Parametersatzes in der Sprachausgabevorrichtung (10).
12. System zur Verwendung mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Ausgang zur Ausgabe von dynamischen Parametern und statischen Parametern vorzugsweise als ein Parametersatz an die Sprachausgabevorrichtung (10).
13. Kombination einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit mindestens einem ersten und einem weiteren System, wie ein Bordcomputer (31), ein Navigationssystem (32), ein Verkehrsinformationssystem (33), ein E-Mail-System (34), oder ein Informationssystem (3N), vorzugsweise zur Verwendung in einem Fahrzeug.
14. Verfahren zur differenzierten Sprachausgabe unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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