66. Метод кепстральных коэффициентов. Особенности восприятия речи. Свойства рецептивного восприятия речи человеком. Метод кепстральных коэффициентов

Еще одним активно используемым в настоящее время методом анализа РС является метод кепстральных коэффициентов (рис.). Слово "CEPSTRUM" произошло от слова "SPECTRUM" и вторично по отношению к нему. Так как при спектрально-полосном кодировании берутся отдельные отсчеты спектра (рис. а), а при кепстральном кодировании применяется вторичное разложение отсчетов спектра в ряд Фурье, рассматриваются синусоиды для каждого отсчета (рис.б,в) и рассчитываются спектральные коэффициенты (Cn) для каждого отсчета (Si) по формуле 

Особенности восприятия речи:

Еще одним очень важным направлением исследований особенностей естественной речи является исследование вопросов восприятия речи человеком. Результаты, полученные в этом направлении, могут оказать важное влияние на разработку методов автоматического распознавания речи. Самым любопытным в данных исследованиях является тот факт, что человек умеет слышать и воспринимать речь в различных условиях и в разных состояниях. Слух человека способен отличить речь от других звуков, которые его окружают. При этом решается самая главная задача – понимание. Кроме того, слух человека и его способность слушать и понимать услышанное является результатом высшей нервной деятельности, присущей только разумному существу.

Свойства рецептивного восприятия речевых сигналов

Слуховой аппарат человека, как известно, способен воспринимать и анализировать акустические сигналы, существенно отличные от речевых как по динамическому и частотному диапазонам, так и по своей природе. Поскольку в силу эволюционного развития речь появилась на более поздних его этапах, можно ожидать, что для восприятия акустических сигналов самого различного происхождения слуховой анализатор должен обладать некоторыми универсальными свойствами. И действительно, как показали опыты по восприятию, слуховой анализатор одинаково хорошо справляется с анализом как коротких (импульсных), так и длительных сигналов, как чистых тонов, так и сложных сигналов, как стационарных, так и изменяющихся во времени (модулированных) сигналов. Одним из важных проявлений универсальности слухового анализатора состоит в том, что он обладает высокой разрешающей способностью как по частоте, так и по времени. Высокая разрешающая способность по времени указывает на то, что частотная избирательная система слухового анализатора на первичном (рецепторном) этапе восприятия должна быть эквивалентна набору широкополосных фильтров. И действительно, снятые экспериментально амплитудно-частотные характеристики основной мембраны обнаружили низкую (порядка единицы) добротность избирательных фильтров слухового анализатора. Было установлено, что основная мембрана эквивалентна анализатору спектра с малой разрешающей способностью по частоте, но с высокой разрешающей способностью по времени. Высокую разрешающую способность по частоте слуховой анализатор приобретает на последующих этапах обработки информации, на нейронном уровне. При этом возможны различные механизмы повышения разрешающей способности по частоте - как путем обострения частотных характеристик основной мембраны, так и путем оценки величин, обратных интервалу времени между импульсами возбуждения нейронов, т.е. путем временного анализа функций возбуждения эквивалентных фильтров основной мембраны. Последнее предполагает запоминание прошлых значений сигналов возбуждения основной мембраны на некоторое время. Хотя из-за методологических трудностей прямых доказательств этого получить не удалось, но изученные свойства слуховосприятия хорошо согласуются с гипотезой о существовании такого механизма. Таким образом, накопленные данные о свойствах слухового анализатора свидетельствуют в пользу того, что: • на первом рецептивной уровне (уровне ощущения) используется полное описание акустического сигнала в виде несглаженных частотно-временных функций возбуждения основной мембраны, запоминаемые в кратковременной оперативной памяти с временным окном порядка 70-150 мсек, т.е. описание сигнала в виде спектрально-временного рельефа, образующегося с помощью гребенки широкополосных фильтров основой мембраны; • в зависимости от того, какая решается задача – сравнение сигналов (установление тождества или различия, определение степени сходства сигналов) или оценка сигнала (отнесение его к какой-либо группе сигналов, выбор формы реагирования на сигналы той или иной группы) – используется, соответственно, или полное спектрально-временное описание сигналов, или их сокращенное описание в терминах параметров и признаков спектрально-временного описания, полезных в данной ситуации; • переход к сокращенному описанию сигналов по полезным параметрам и признакам относится к следующему за перцептивным этапом обработки информации, а сами параметры и признаки – к приобретенным в процессе обучения.