语音声韵母切分器的制作方法

本实用新型涉及语音信号处理技术领域，特别是一种语音声韵母切分装置的电路结构。

背景技术：

普通话中，每个字对应一个音节，每个音节由声母、韵母和声调组成。声韵母分割是语音信号处理中的重要预处理步骤，有着广泛的运用。在大词汇的语音识别系统中，以音节作为识别单元有有很多局限性，而声韵母具有基元数目少、语音段长度适中、上下文关系确定、同时还有许多相关语音学知识可以应用的优点，若将声韵母作为基本的识别单元，在一定程度上可以提高识别效率，改善语音识别系统的性能。在大词汇语音数据库中，使用手工方法进行分割和标注工作量大，且只能由具有良好语音学和语音信号处理知识背景的专业人员进行，专业人员有限。同时存在人为因素，如:不同的研究者对波形的观察能力不同，造成切分结果具有很大的主观特性，切分正确率不高。因此，高精度的语音自动切分方法具有很大的现实意义。正确的声韵分割不仅有利于语音识别精度的提高，也有助于语音合成性能的提升。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够识别语音声韵母切分帧的语音声韵母切分器。

本实用新型采用的技术方案是这样的：包括话筒、语音预处理电路、语音过零率检测电路、语音能量检测电路以及与门；

所述话筒与语音预处理电路具有信号连接；

语音预处理电路的输出端与语音过零率检测电路、语音能量检测电路均具有信号连接；

语音预处理电路用于对语音信号进行滤波、电平抬升以及模数转换；

语音过零率检测电路用于在待测语音信号的过零次数小于过零率设定值时输出有效电平；

语音能量检测电路用于在待测语音信号的能量值大于能量设定值时输出有效电平；

语音过零率检测电路的输出端、语音能量检测电路的输出端均与所述与门具有信号连接；

所述与门在语音过零率检测电路及语音能量检测电路均输出有效电平时输出声韵母切分信号。

进一步，语音预处理电路包括滤波电路、电平抬升电路、AD转换电路、串转并移位寄存器以及除法器；

所述滤波电路的输入端与话筒的输出端连接；

滤波电路、电平抬升电路、AD转换电路、串转并移位寄存器以及除法器顺序连接；

其中除法器的第一输入端与串转并移位寄存器连接，第二输入端接收反应语音最大幅值大小的数字信号；

除法器的输出端为语音预处理电路的输出端。

进一步，语音能量检测电路包括乘法器、第一寄存器、第二寄存器、加法器及第一数字比较器；

乘法器的第一输入端及第二输入端均接收语音预处理电路的输出结果，乘法器的输出端与第一寄存器连接；加法器的第一输入端与第一寄存器连接，第二输入端与第二寄存器连接，加法器的输出端与第二寄存器也连接；

第二寄存器还与第一数字比较器的第一输入端连接，第一数字比较器的第二输入端连接反应能量设定值大小的数字信号；

第一数字比较器用于在第二寄存器的值大于所述数字信号时输出有效值。

进一步，语音过零率检测电路包括基线值获取电路、第三寄存器、第二数字比较器、延时器、第四寄存器、第三数字比较器、异或门、计数器以及第四数字比较器；

第三寄存器接收语音预处理电路的输出结果，第三寄存器还与第二数字比较器的正相输入端连接，第二数字比较器的反相输入端接收基线值获取电路的输出值；

延时器接收语音预处理电路的输出结果，第四寄存器与延时器连接，第四寄存器还与第三数字比较器的正相输入端连接，第三数字比较器的反相输入端接收基线值获取电路的输出值；

基线值获取电路用于输出反应没有语音输入时话筒的输出信号大小的电信号；

第二数字比较器的输出端、第三数字比较器的输出端对应与异或门的两输入端连接；

异或门的输出端与计数器的输入端连接；

第四数字比较器的第一输入端与计数器的输出端连接，第四数字比较器的第二输入端接收反应过零率设定值大小的数字信号，第四数字比较器用于在计数器的输出值小于所述数字信号时输出有效值。

进一步，语音过零率检测电路包括基线值获取电路、第三寄存器、第二数字比较器、延时器、第四寄存器、第三数字比较器、异或门、计数器以及第四数字比较器；

第三寄存器接收语音预处理电路的输出结果，第三寄存器还与第二数字比较器的反相输入端连接，第二数字比较器的正相输入端接收基线值获取电路的输出值；

延时器接收语音预处理电路的输出结果，第四寄存器与延时器连接，第四寄存器还与第三数字比较器的反相输入端连接，第三数字比较器的正相输入端接收基线值获取电路的输出值；

基线值获取电路用于输出反应没有语音输入时话筒的输出信号大小的电信号；

第二数字比较器的输出端、第三数字比较器的输出端对应与异或门的两输入端连接；

异或门的输出端与计数器的输入端连接；

第四数字比较器的第一输入端与计数器的输出端连接，第四数字比较器的第二输入端接收反应过零率设定值大小的数字信号，第四数字比较器用于在计数器的输出值小于所述数字信号时输出有效值。

进一步，基线值获取电路的电路结构与语音预处理电路的电路结构完全相同。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过硬件电路实现了语音声韵母切分，处理速度更快，切分更加客观、准确。为提高语音识别精度提供了硬件基础。

附图说明

图1是本实用新型电路原理框图。

图2是本实用新型具体实施例的电路原理框图。

图3是本实用新型基线值获取电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型包括话筒、语音预处理电路、语音过零率检测电路、语音能量检测电路以及与门。

所述话筒与语音预处理电路具有信号连接。

语音预处理电路的输出端与语音过零率检测电路、语音能量检测电路均具有信号连接。语音预处理电路用于对语音信号进行滤波、电平抬升以及模数转换等处理。

语音过零率检测电路用于在待测语音信号的过零次数小于过零率设定值时输出有效电平。

语音能量检测电路用于在待测语音信号的能量值大于能量设定值时输出有效电平。

语音过零率检测电路的输出端、语音能量检测电路的输出端均与所述与门具有信号连接。

所述与门在语音过零率检测电路及语音能量检测电路均输出有效电平时输出声韵母切分信号。

在一个具体实施例中，语音预处理电路包括滤波电路、电平抬升电路、AD转换电路、串转并移位寄存器以及除法器。

所述滤波电路的输入端与话筒的输出端连接；一般来说滤波电路选择滤除50Hz工频干扰的带阻滤波器。

滤波电路、电平抬升电路、AD转换电路、串转并移位寄存器以及除法器顺序连接。电平抬升电路的目的是将语音信号抬升到0电平以上，如抬升的电平为5V，3V等，以便后续归一化。可以采用运算放大器搭建一个加法器，运算放大器的一端输入语音信号，另一端为抬升的电平。

其中除法器的第一输入端与串转并移位寄存器连接，第二输入端接收反应语音最大幅值大小的数字信号；除法器的目的是将输入的语音信号进行归一化。

除法器的输出端为语音预处理电路的输出端。

本实施例中，语音能量检测电路包括乘法器、寄存器A、寄存器B、加法器及数字比较器1。

乘法器的第一输入端及第二输入端均接收语音预处理电路的输出结果，乘法器的输出端与第一寄存器连接；加法器的第一输入端与第一寄存器连接，第二输入端与第二寄存器连接，加法器的输出端与第二寄存器也连接。

乘法器用于将某个语音采样点进行平方，然后再将各个平方后的语音采样点进行叠加，最后的结果是反应某段语音信号的能量值。优选的，将语音信号分帧后输入本实用新型处理。那么乘法器、加法器、寄存器A及寄存器B实现的是一帧语音信号的能量值计算。

寄存器B还与数字比较器1的第一输入端连接，数字比较器1的第二输入端连接反应能量设定值大小的数字信号。当寄存器B的值大于所述数字信号时输出有效值。优选的数字信号为1。

本实施例中，语音过零率检测电路包括基线值获取电路、寄存器C、数字比较器2、延时器、寄存器D、数字比较器3、异或门、计数器以及数字比较器4。

寄存器C接收语音预处理电路的输出结果，寄存器C还与数字比较器2的正相输入端连接，数字比较器2的反相输入端接收基线值获取电路的输出值。

延时器接收语音预处理电路的输出结果，延时器用于延时一个时钟节拍。寄存器D与延时器连接，寄存器D还与数字比较器3的正相输入端连接，数字比较器3的反相输入端接收基线值获取电路的输出值。

在其他实施例中，寄存器C与数字比较器2的反相输入端连接，数字比较器2的正相输入端接收基线值获取电路的输出值。同时寄存器D与数字比较器3的反相输入端连接，数字比较器3的正相输入端接收基线值获取电路的输出值。

基线值获取电路用于输出反应没有语音输入时话筒的输出信号大小的电信号。基线值获取电路的结构与语音预处理电路的结构一模一样，且各元件的电气参数也尽量与语音预处理电路对应的元件相同。参见图3。

数字比较器2的输出端、数字比较器3的输出端对应与异或门的两输入端连接。

此部分电路的逻辑是，当前一个语音采样值大于基线值且当前语音采样值小于基线值时，或者当前一个语音采样值小于基线值且当前语音采样值大于基线值时，都认为语音信号出现过零点。

异或门的输出端与计数器的输入端连接。每当异或门输出逻辑“1”时，计算器进行计数。当输入的语音信号为一帧时，计数器记录的是一帧语音信号中的过零点个数。

数字比较器4的第一输入端与计数器的输出端连接，数字比较器4的第二输入端接收反应过零率设定值大小的数字信号，数字比较器4用于在计数器的输出值小于所述数字信号时输出有效值。过零率设定值优选为45。

下面再接个使用过程进一步阐述本实用新型的原理。

预先将语音信号分帧，如通过时间对语音信号进行分帧，如以10ms来划分语音信号，将第一帧语音信号输入本实用新型。经过语音预处理电路后，分别送入语音能量检测电路及语音过零率检测电路，当语音能量检测电路检测到该帧语音信号的能量大于设定值，同时语音过零率检测电路检测到该帧语音信号的过零率小于设定值时，与门输出一个声韵母切分信号，告知后续电路此帧语音信号为声韵母切分帧。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。