zinet home
home home
home ИНТЕЛЛЕКТ-ПОРТАЛ
home Стартовал прием материалов в сборник XХХIX-й научной конференции. Требования к публикациям - в разделе "Объявления".

На главную | Объявления | Отчеты предыдущих конференций | История Украины | Контакты

РЕСУРСЫ ПОРТАЛА:

Тридцать восьмая научно-практическая конференция
(23 - 28 мая 2016 г.)


Тридцать седьмая научно-практическая конференция
(19 - 22 апреля 2016 г.)


Тридцать шестая научно-практическая конференция
(29 декабря 2015 - 5 января 2016 г.)


Тридцать пятая научно-практическая конференция
(24-27 ноября 2015 г.)


Тридцать четвертая научно-практическая конференция
(13-17 октября 2015 г.)


Тридцать третья научно-практическая конференция
(20-27 мая 2015 г.)


Тридцать вторая научно-практическая конференция
(2-7 апреля 2015 г.)


Тридцать первая научно-практическая конференция
(25 февраля - 1 марта 2015 г.)


Тридцатая научно-практическая конференция
(19-25 января 2015 г.)


Двадцать девятая международная научно-практическая конференция
(19-25 ноября 2014 г.)


Двадцать восьмая международная научно-практическая конференция
(08-13 октября 2014 г.)


Двадцать седьмая научно-практическая конференция
(20-25 мая 2014 г.)


Двадцать шестая научно-практическая конференция
(7-11 апреля 2014 г.)


Двадцать пятая юбилейная научно-практическая конференция
(3-7 марта 2014 г.)


Двадцать четвертая научно-практическая конференция
(20-25 января 2014 г.)


Двадцать третья научно-практическая конференция
(10-15 декабя 2013 г.)


Двадцать вторая научно-практическая конференция
(4-9 ноябя 2013 г.)


Первая международная научно-практическая конференция
(14-18 мая 2013 г.)


Двадцать первая научно-практическая конференция
(14-18 мая 2013 г.)


Двадцатая научно-практическая конференция
(20-28 апреля 2013 г.)


Девятнадцатая научно-практическая конференция
(26 февряля - 3 марта 2013 г.)


Восемнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 декабря 2012 г.)


Семнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 октября 2012 г.)


Шестнадцатая научно-практическая конференция
(09-14 апреля 2012 г.)


Пятнадцатая научно-практическая конференция
(01 - 07 марта 2012 г.)


Четырнадцатая научно-практическая конференция
(12-20 декабря 2011 г.)


Тринадцатая научно-практическая конференция
(28 октября - 09 ноября 2011 г.)


Двенадцатая научно-практическая конференция
(28 мая - 06 июня 2011 г.)


Одинадцатая научно-практическая конференция
(26 апреля - 04 мая 2011 г.)


Десятая научно-практическая конференция
(15-23 марта 2011 г.)


Девятая научно-практическая конференция
(27-31 декабря 2010 г.)


Восьмая научно-практическая конференция
(05-12 декабря 2010 г.)


Седьмая научно-практическая конференция
(28 мая - 7 июня 2010 г.)


Шестая научно-практическая конференция
(1-15 апреля 2010 г.)


Пятая научно-практическая конференция
(20-27 мая 2009 г.)


Четвертая научно-практическая конференция
(10-17 апреля 2009 г.)


Третья научно-практическая конференция
(20-27 декабря 2008 г.)


Вторая научно-практическая конференция
(1-7 ноября 2008 г.)


Первая научно-практическая конференция
(10-15 мая 2008 г.)



НАШИ ПАРТНЕРЫ:

Студия веб-дизайна www.zinet.info



Студия ландшафтного дизайна Флора-МК


Уникальное предложение!



Сайт-визитка - теперь
всего за 200 грн!

подробнее>>>



АЛГОРИТМИ АНАЛІЗУ ГОЛОСОВИХ СИГНАЛІВ ЛЮДИНИ ДЛЯ ЗАДАЧІ ІДЕНТИФІКАЦІЇ ТА ДІАГНОСТИКИ ФІЗИЧНОГО СТАНУ

 

Новіков О.О., Мєшков О.Ю.

Україна, м. Херсон,

Херсонський національний технічний університет

 

Аннотация: данная статья посвящена разработке авторского алгоритма анализа голосовых сигналов человека. Алгоритм базируется на комплексе базовых методов обработки голоса в цифровой форме, а также авторской математической модели голоса человека, которая учитывает индивидуальные особенности ее организма.

Алгоритм реализован в виде программного кода для среды SciLab 5.5.2. Программа работает в двух режимах: на первом этапе выполняется идентификация человека среди определенного числа дикторов, на втором – сравнение реального голосового сигнала человека с его индивидуальным эталоном.

Результаты работы программы показывают достаточную точность разработанной программы при ее работе в обоих режимах. С целью улучшения адаптации алгоритма к реальным сигналам, он построен на принципе «самообучения».

Ключевые слова: голосовой сигнал человека; алгоритм обработки голоса; математическая модель; кластерный анализ; метод множественной регрессии; индивидуальный эталон голоса.

 

Голосовий сигнал людини є відображенням не лише мовлення та емоцій, а й її фізичного стану. Голос людини є одним із комплексних акустичних сигналів, який створюється спеціальним голосовим апаратом людини. До цього апарату входить ряд органів, які виконують чітко визначені функції. При цьому кожен орган чи система організму тим чи іншим чином впливає на голосову функцію людини.

Голос людини має ряд характеристик, які обумовлені амплітудними, частотними та спектральними особливостями голосового апарату. Ці характеристики формуються при модуляції потоку повітря, що видихається з легень. З урахуванням антропометричних, фізіологічних та інших особливостей людського організму, голосовий сигнал для кожної людини формується індивідуальним [1, 2].

На основі того, що голос кожної окремої людини є різним, побудовано велику кількість алгоритмів та програмних продуктів, призначених для ідентифікації людини. Ідентифікація – це процес визначення особистості за зразком голосу шляхом порівняння даного зразка з шаблонами або еталонами, які зберігаються в базі.

Наряду з ідентифікацією у задачах розпізнання голосових сигналів людини виконується верифікація диктора – процес, за якого шляхом порівняння наданого зразка голосу (найчастіше запису реального голосу людини) з шаблоном бази даних перевіряється ідентичність людини. Результатом верифікації є або позитивна («ця людина») або негативна відповідь («не ця людина»).

Під час процесу ідентифікації відбувається виявлення характерних ознак із вхідного сигналу, які потім порівнюються з моделями усіх зареєстрованих у системі користувачів, або певного ряду користувачів, які були попередньо відібрані. У випадку верифікації результат порівнюється з заданим пороговим значенням, на основі якого користувач або допускається до подальших дій, або ні.

З метою ідентифікації на сьогоднішній день використовується ряд стандартних методів виявлення характерних ознак голосових сигналів. Серед них метод мел-частотних кепстральних коефіцієнтів, методи лінійного передбачення, приховані Марковські моделі тощо. Для класифікації дикторів та визначення найбільш близьких дикторів використовуються методи кластерного аналізу, такі як методи найближчого сусіда, векторне квантування, матричні перетворення тощо [3, 4].

На основі аналізу літературних джерел та експериментальних досліджень було розроблено авторський алгоритм аналізу голосових сигналів людини. Метою розробки даного алгоритму було створення автоматизованої системи, яка на основі аналізу голосових сигналів має можливість робити висновок про загальний фізичний стан людини.

Первинним етапом роботи системи є обробка акустичного матеріалу диктора. Для аналізу використовувались записи вимови звуку «А» української мови. Запис виконувався за допомогою спеціального мікрофону з акустичним фільтром (частота дискретизації – 22050 Гц, моно). Після цього програмними засобами виділялась вокалізована ділянка запису, шляхом відсічення атаки звуку та гасіння звуку на початку та в кінці запису відповідно. На наступному етапі за допомогою уточненого кепстрального перетворення визначалось первинне значення основної частоти голосу. Відповідно до авторського алгоритму, далі сигнал розділявся на окремі фрейми, які відповідали основній частоті голосу. У результаті формується масив фреймів голосового сигналу людини, на основі якого визначається уточнене значення основної частоти її голосу та крива розподілу акустичного тиску у часовому просторі.

Указані характеристики заносяться до спеціальної бази даних дикторів разом з акустичними записами їх голосів. На основі цих характеристик проводиться ідентифікація дикторів у розробленій системі. У якості кількісних характеристик обрано основну частоту голосу та коефіцієнт середньоквадратичного відхилення між реальним голосовим сигналом, та еталонним сигналом із бази. Розроблений алгоритм побудований на ступінчатому принципі, тобто спочатку на основі критерію основної частоти голосу виділяється кластер дикторів, параметри яких є найбільш близькими до введених. Потім обирається один диктор, коефіцієнт середньоквадратичного відхилення для якого є найменшим. Якщо значення цього коефіцієнту перевищує гранично встановлену норму, видається повідомлення про відсутність даного диктора у базі системи [5].

З метою власне аналізу фізичного стану людини було розроблено авторську математичну модель голосу людини. Модель визначає значення основної частоти голосу людини та розподіл кривої голосового тиску у часовому просторі на основі ряду антропометричних параметрів людини. Серед останніх основу увагу приділено віку, зросту, масі людини, а також її статевим особливостям. Математична модель побудована на основі методу множинної регресії і визначає необхідні параметри з урахуванням голосових сигналів дикторів, які уже наявні у базі. Диктори, які необхідні для формування моделі, обираються за допомогою KNN-графу як способу розбиття загальної бази на кластери. Результатом роботи алгоритму є фрейм голосового сигналу людини, який є індивідуальним еталоном її голосу та може порівнюватись з реальним голосовим сигналом на основі частотних та амплітудних параметрів, вказаних вище.

У випадку, якщо різниця між параметрами реального голосового сигналу та еталону не виходять за межі програмно встановлених норм, то голосовий сигнал і, як наслідок, фізичний стан людини вважається нормальним. У випадку виявлення характерних відхилень даних параметрів, може бути зроблений висновок про наявність певних відхилень у стані здоров’я людини [6].

Розроблена система реалізована у вигляді програмного коду для середовища SciLab 5.5.2. Вона може функціонувати як цілісний програмний продукт, або як дві окремі програми – для ідентифікації диктора та аналізу його стану.

На сьогоднішній день проводиться дослідження точності та адекватності даних алгоритмів. Оскільки абсолютно точно неможливо врахувати індивідуальні особливості усіх людей, що аналізуються в базі, алгоритми роботи системи організовані на принципі «самонавчання», що значно підвищує точність їх роботи.

Висновки. Розроблено авторський алгоритм для ідентифікації та аналізу стану людини на основі аналізу її голосового сигналу. Алгоритм побудований на методах цифрового аналізу сигналів, кластерного аналізу та методу множинної регресії.

Розроблені алгоритми реалізовано у вигляді програмного коду для середовища SciLab 5.5.2. На даний момент проводиться тестування розробленої системи.

 

Список використаних джерел

1.     I. Titze, Principles of voice production. National Center for Voice and Speech, 2000.

2.     J. Kreiman and D. Sidtis, Foundations of Voice Studies: An Interdisciplinary Approach to Voice Production and Perception. Wiley, 2011.

3.     A. Tsanas, M. Zanartu, M. Little, C. Fox, L. Ramig, and G. Clifford, Robust fundamental frequency estimation in sustained vowels: detailed algorithmic comparisons and information fusion with adaptive Kalman fltering, Journal of Acoustic Society of America, vol. 135, no. 5, pp. 2885-2901, 2014.

4.     Первушин Е.А. Обзор основных методов распознавания дикторов. // Математические структуры и моделирование, вып. 24, с. 41-54, 2011.

5.     Понизов А.Г. Устройство и методика формирования тестовых акустических сигналов эквивалентных камертону для оценки качества слуха: автореф. дис. на соискание ученой степени кандидата технических наук: спец. 05.13.05 – Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления / Понизов А.Г. – Томск, 2012. – 20 с.

6.     Mieshkov O.Y, Novikov O.O. Development of Universal Program Complex for Human Condition Analysis, Based on the Analysis of Human Voice // Theoretical and Applied Aspects of Cybernetics. Proceedings of the 4th International Scientific Conference of Students and Young Scientists – Kyiv: Bukrek, 2014. – P. 294-305.



Первая научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(10-15 мая 2008 г.)


(отчет)
Вторая научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(1-7 ноября 2008 г.)
(отчет)
Третья научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(20-27 декабря 2008 г.)
(отчет)
Четвертая научно-практическая конференция
(10-17 апреля 2009 г.)
(отчет)
Пятая научно-практическая конференция
(20-27 мая 2009 г.)
(отчет)
Шестая научно-практическая конференция
(1-15 апреля 2010 г.)
(отчет)
Седьмая научно-практическая конференция
(28 мая - 7 июня 2010 г.)
(отчет)
Восьмая научно-практическая конференция
(05-12 декабря 2010 г.)
(отчет)
Девятая научно-практическая конференция
(27-31 декабря 2010 г.)
(отчет)
Десятая научно-практическая конференция
(15-23 марта 2011 г.)
(отчет)
Одинадцатая научно-практическая конференция
(26 апреля 04 мая 2011 г.)
(отчет)
Двенадцатая научно-практическая конференция
(28 мая - 06 июня 2011 г.)
(отчет)
Тринадцатая научно-практическая конференция
(28 октября - 09 ноября 2011 г.)
(отчет)
Четырнадцатая научно-практическая конференция
(12-20 декабря 2011 г.)
(отчет)
Пятнадцатая научно-практическая конференция
(01-07 марта 2012 г.)
(отчет)
Шестнадцатая научно-практическая конференция
(09-14 апреля 2012 г.)
(отчет)
Семнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 октября 2012 г.)
(отчет)
Восемнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 декабря 2012 г.)
(отчет)
Девятнадцатая научно-практическая конференция
(26 февраля - 3 марта 2013 г.)
(отчет)
Двадцатая научно-практическая конференция
(20-28 апреля 2013 г.)
(отчет)
Двадцать первая научно-практическая конференция
(13-18 мая 2013 г.)
(отчет)
Первая международная научно-практическая конференция
"Перспективные направления отечественной науки - ХХI век"
(13-18 мая 2013 г.)
(отчет)
Двадцать вторая научно-практическая конференция
(4-9 ноября 2013 г.)
(отчет)
Двадцать третья научно-практическая конференция
(10-15 декабря 2013 г.)
(отчет)
Двадцать четвертая научно-практическая конференция
(20-25 января 2014 г.)
(отчет)
Двадцать пятая юбилейная научно-практическая конференция
(3-7 марта 2014 г.)
(отчет)
Двадцать шестая научно-практическая конференция
(7-11 апреля 2014 г.)
(отчет)
Двадцать седьмая научно-практическая конференция
(20-25 мая 2014 г.)
(отчет)
Двадцать восьмая научно-практическая конференция
(08-13 октября 2014 г.)
(отчет)
Двадцать девятая научно-практическая конференция"
(19-25 ноября 2014 г.)
(отчет)
Тридцатая научно-практическая конференция
(19-25 января 2015 г.)
(отчет)
Тридцать первая научно-практическая конференция
(25 февраля - 1 марта 2015 г.)
(отчет)
Тридцать вторая научно-практическая конференция
(2 - 7 апреля 2015 г.)
(отчет)
Тридцать третья научно-практическая конференция
(20 - 27 мая 2015 г.)
(отчет)
Тридцать четвертая научно-практическая конференция
(13 - 17 октября 2015 г.)
(отчет)
Тридцать пятая научно-практическая конференция
(24 - 27 ноября 2015 г.)
(отчет)
Тридцать шестая научно-практическая конференция
(29 декабря 2015 - 5 января 2016 г.)
(отчет)
Тридцать седьмая научно-практическая конференция
(19 - 22 апреля 2016 г.)
(отчет)
Тридцать восьмая научно-практическая конференция
(23 - 25 мая 2016 г.)
(отчет)

На главную | Объявления | Отчеты предыдущих конференций | История Украины | Контакты

Copyright © Zinet.info. Разработка и поддержка сайта - Студия веб-дизайна Zinet.info