Синтез речи

Си́нтез ре́чи — в широком смысле — восстановление формы речевого сигнала по его параметрам; в узком смысле — формирование речевого сигнала по печатному^{[уточнить]} тексту. Часть искусственного интеллекта.

Синтезом речи — прежде всего называется всё, что связано с искусственным производством человеческой речи.

Синтезатор речи — структура, способная переводить текст/образы в речь, в программном обеспечении или аппаратных средствах.

Голосовой движок — непосредственно система/ядро преобразования текста/команд в речь, это также может существовать независимо от компьютера.

Применение синтеза речи

Синтез речи может потребоваться во всех случаях, когда получателем информации является человек. Но вот о самом качестве синтезатора речи прежде всего судят по его сходству с человеческим голосом, а также способностью быть понятным. Что непосредственно позволяет пользоваться людям с ослабленным зрением или же просто чтением слушать письменные работы на домашнем компьютере. Самую простую синтезированную речь можно создавать путём объединения частей записанной речи, которые затем будут храниться в базе данных. И как ни странно, с таким способом синтезирования мы сталкиваемся уже повсеместно, даже не обращая порой на это внимания.

• Синтез речи по тексту или коду сообщения может быть использован в информационно-справочных системах, для помощи слепым и немым, для управления человеком со стороны автомата.
• При объявлениях об отправлении поездов и тому подобное.
• Для выдачи информации о технологических процессах: в военной и авиакосмической технике, в робототехнике, в акустическом диалоге человека с компьютером.
• Как звуковой эффект нередко используется в создании электронной музыки.

Способы синтеза речи

Все способы синтеза речи можно подразделить на группы:

• параметрический синтез;
• конкатенативный, или компиляционный (компилятивный) синтез;
• синтез по правилам;
• предметно-ориентированный синтез.

Параметрический синтез

Параметрический синтез речи является конечной операцией в вокодерных системах, где речевой сигнал представляется набором небольшого числа непрерывно изменяющихся параметров. Параметрический синтез целесообразно применять в тех случаях, когда набор сообщений ограничен и изменяется не слишком часто. Достоинством такого способа является возможность записать речь для любого языка и любого диктора. Качество параметрического синтеза может быть очень высоким (в зависимости от степени сжатия информации в параметрическом представлении). Однако параметрический синтез не может применяться для произвольных, заранее не заданных сообщений.

Компиляционный синтез

Компиляционный синтез сводится к составлению сообщения из предварительно записанного словаря исходных элементов синтеза. Размер элементов синтеза не меньше слова. Очевидно, что содержание синтезируемых сообщений фиксируется объёмом словаря. Как правило, число единиц словаря не превышает нескольких сотен слов. Основная проблема в компилятивном синтезе — объёмы памяти для хранения словаря. В связи с этим используются разнообразные методы сжатия/кодирования речевого сигнала. Компилятивный синтез имеет широкое практическое применение. В западных странах разнообразные устройства (от военных самолётов до бытовых устройств) оснащаются системами речевого ответа. В России системы речевого ответа до недавнего времени использовались в основном в области военной техники, сейчас они находят всё большее применение в повседневной жизни, например, в справочных службах операторов сотовой связи при получении информации о состоянии счета абонента.

Полный синтез речи по правилам

Полный синтез речи по правилам (или синтез по печатному тексту) обеспечивает управление всеми параметрами речевого сигнала и, таким образом, может генерировать речь по заранее неизвестному тексту. В этом случае параметры, полученные при анализе речевого сигнала, сохраняются в памяти так же, как и правила соединения звуков в слова и фразы. Синтез реализуется путём моделирования речевого тракта, применения аналоговой или цифровой техники. Причём в процессе синтезирования значения параметров и правила соединения фонем вводят последовательно через определённый временной интервал, например 5—10 мс. Метод синтеза речи по печатному тексту (синтез по правилам) базируется на запрограммированном знании акустических и лингвистических ограничений и не использует непосредственно элементы человеческой речи. В системах, основанных на этом способе синтеза, выделяется два подхода. Первый подход направлен на построение модели речепроизводящей системы человека, он известен под названием артикуляторного синтеза. Второй подход — формантный синтез по правилам. Разборчивость и натуральность таких синтезаторов может быть доведена до величин, сравнимых с характеристиками естественной речи.

Синтез речи по правилам с использованием предварительно запомненных отрезков естественного языка — это разновидность синтеза речи по правилам, которая получила распространение в связи с появлением возможностей манипулирования речевым сигналом в оцифрованной форме. В зависимости от размера исходных элементов синтеза выделяются следующие виды синтеза:

• микросегментный (микроволновый);
• аллофонический;
• дифонный;
• полуслоговой;
• слоговой;
• синтез из единиц произвольного размера.

Обычно в качестве таких элементов используются полуслоги — сегменты, содержащие половину согласного и половину примыкающего к нему гласного. При этом можно синтезировать речь по заранее не заданному тексту, но трудно управлять интонационными характеристиками. Качество такого синтеза не соответствует качеству естественной речи, поскольку на границах сшивки дифонов часто возникают искажения. Компиляция речи из заранее записанных словоформ также не решает проблемы высококачественного синтеза произвольных сообщений, поскольку акустические и просодические (длительность и интонация) характеристики слов изменяются в зависимости от типа фразы и места слова во фразе. Это положение не меняется даже при использовании больших объёмов памяти для хранения словоформ.

Предметно-ориентированный синтез

Предметно-ориентированный синтез компилирует слова, записанные заранее, а также фразы для создания полных речевых сообщений. Он используется в приложениях, где многообразие текстов системы будет ограничено определенной темой/областью, например объявления об отправлении поездов и прогнозы погоды. Эта технология проста в использовании и достаточно долго применялась в коммерческих целях: её так же применяли при изготовлении электронных приборов, таких как говорящие часы и калькуляторы. Естественность звучания этих систем потенциально может быть высокой благодаря тому, что многообразие видов предложений ограничено и близко с соответствием интонацией исходных записей. А так как эти системы ограничены выбором слов и фраз в базе данных, они в дальнейшем не могут иметь широкое распространение в сферах деятельности человека, лишь потому, что способны синтезировать комбинации слов и фраз, на которые они были запрограммированы.

История

В конце XVIII века датский учёный Христиан Кратценштейн, действительный член Российской Академии Наук, создал модель речевого тракта человека, способную произносить пять долгих гласных звуков (а, э, и, о, у). Модель представляла собой систему акустических резонаторов различной формы, издававших гласные звуки при помощи вибрирующих язычков, возбуждаемых воздушным потоком. В 1778 австрийский учёный Вольфганг фон Кампелен дополнил модель Кратценштейна моделями языка и губ и представил акустическо-механическую говорящую машину, способную воспроизводить определённые звуки и их комбинации. Шипящие и свистящие выдувались с помощью специального меха с ручным управлением. В 1837 учёный Чарльз Уитстоун (Charles Wheatstone) представил улучшенный вариант машины, способный воспроизводить гласные и большинство согласных звуков. А в 1846 году Джезеф Фабер (Joseph Faber) продемонстрировал свой говорящий орга́н Euphonia, в котором была реализована попытка синтезирования не только речи, но и пения.

В конце XIX века знаменитый учёный Александр Белл создал собственную «говорящую» механическую модель, очень схожую по конструкции с машиной Уитстоуна. С наступлением XX века началась эра электрических машин, и учёные получили возможность использовать генераторы звуковых волн и на их базе строить алгоритмические модели.

В 1930-х годах работник Bell Labs Хомер Дадли (Homer Dudley), работая над проблемой поиска путей для снижения пропускной способности, необходимой в телефонии, чтобы увеличить её передающую способность, разрабатывает VOCODER (сокращенно от англ. voice — голос, англ. coder — кодировщик) — управляемый с помощью клавиатуры электронный анализатор и синтезатор речи. Идея Дадли заключалась в том, чтобы проанализировать голосовой сигнал, разобрать его на части и пересинтезировать в менее требовательный к пропускной способности линии. Усовершенствованный вариант вокодера Дадли, VODER, был представлен на Нью-Йоркской Всемирной выставке 1939 года.

Первые синтезаторы речи звучали довольно неестественно, и часто едва можно было разобрать производимые ими фразы. Однако качество синтезированной речи постоянно улучшалось, и речь, генерируемую современными системами синтеза речи, порой не отличить от реальной человеческой речи. Но несмотря на успехи электронных синтезаторов речи, исследования в области создания механических синтезаторов речи по-прежнему ведутся, например, для использования в роботах-гуманоидах.

Первые системы синтеза речи на базе вычислительной техники стали появляться в конце 1950-х годов, а первый синтезатор «текст-в-речь» был создан в 1968 году.

Настоящее и будущее

Пока что рано говорить о каком-то перспективном будущем на ближайшие десятилетия для синтеза речи по правилам, так как звучание все ещё напоминает больше всего речь роботов, а местами это ещё и трудно понимаемая речь. Что мы точно можем безошибочно определять, так это то что говорит ли синтезатор речи мужским или женским голосом, а тонкости присущие человеческому голосу мы порой все ещё не различаем. Поэтому технология разработки, частично отвернулась от фактического построения синтеза речевых сигналов, но все также продолжает использовать простейшую сегментацию записи голоса.

Гибридный синтез речи может использоваться для взлома систем распознавания диктора.

См. также

• Голосовой поиск
• Вокалоид
• Вокодер
• Клонирование голоса
• Распознавание речи
• JAWS
• VoiceXML

Литература

• Б. М. Лобанов, Л. И. Цирульник «Компьютерный синтез и клонирование речи». — Минск, «Белорусская Наука», 2008. — 316 стр.
• Джеймс Л. Фланаган. Анализ, синтез и восприятие речи. — М., Связь, 1968. — 394 с.
• В. Н. Сорокин. Синтез речи. — Наука, 1992.
• Dutoit, Thierry. An Introduction to Text-to-Speech Synthesis. — Kluwer Academic Publishers, 1997. — 312 p. — ISBN 0-7923-4498-7.

Ссылки

• [rssradio.ru/ Русскоязычное чтение новостей синтезом]
• [festlang.berlios.de/docu/doku.php?id=russian Русскоязычный голос для системы Festival]
• Синтез речи в каталоге ссылок Open Directory Project (dmoz).
• Thierry Dutoit. [tcts.fpms.ac.be/synthesis/introtts_old.html A Short Introduction to Text-to-Speech Synthesis] (англ.). TTS research team, TCTS Lab. (17.12.1999). Проверено 4 января 2014.
• [voicefabric.ru/ Облачный синтез речи от Центра Речевых Технологий]
• [www.nytimes.com/2001/07/31/technology/31VOIC.html Software Called Capable of Copying Any Human Voice, NY Times, July 31, 2001] — Статья «Нью-Йорк Таймс» о начале продажи телефонным гигантом AT&T компьютерной программы способной, по заявлению, к модификации и клонированию любого человеческого голоса
• [habrahabr.ru/company/yandex/blog/243813/ Как устроен синтез речи от Яндекса | Хабрахабр]
• [tech.yandex.ru/speechkit/cloud/doc/intro/overview/concepts/speechkit-overview-technology-tts-docpage/ Технология Синтеза Речи Yandex SpeechKit от Яндекса]

Отрывок, характеризующий Синтез речи

Вскоре после своего приема в братство масонов, Пьер с полным написанным им для себя руководством о том, что он должен был делать в своих имениях, уехал в Киевскую губернию, где находилась большая часть его крестьян.
Приехав в Киев, Пьер вызвал в главную контору всех управляющих, и объяснил им свои намерения и желания. Он сказал им, что немедленно будут приняты меры для совершенного освобождения крестьян от крепостной зависимости, что до тех пор крестьяне не должны быть отягчаемы работой, что женщины с детьми не должны посылаться на работы, что крестьянам должна быть оказываема помощь, что наказания должны быть употребляемы увещательные, а не телесные, что в каждом имении должны быть учреждены больницы, приюты и школы. Некоторые управляющие (тут были и полуграмотные экономы) слушали испуганно, предполагая смысл речи в том, что молодой граф недоволен их управлением и утайкой денег; другие, после первого страха, находили забавным шепелявенье Пьера и новые, неслыханные ими слова; третьи находили просто удовольствие послушать, как говорит барин; четвертые, самые умные, в том числе и главноуправляющий, поняли из этой речи то, каким образом надо обходиться с барином для достижения своих целей.
Главноуправляющий выразил большое сочувствие намерениям Пьера; но заметил, что кроме этих преобразований необходимо было вообще заняться делами, которые были в дурном состоянии.
Несмотря на огромное богатство графа Безухого, с тех пор, как Пьер получил его и получал, как говорили, 500 тысяч годового дохода, он чувствовал себя гораздо менее богатым, чем когда он получал свои 10 ть тысяч от покойного графа. В общих чертах он смутно чувствовал следующий бюджет. В Совет платилось около 80 ти тысяч по всем имениям; около 30 ти тысяч стоило содержание подмосковной, московского дома и княжон; около 15 ти тысяч выходило на пенсии, столько же на богоугодные заведения; графине на прожитье посылалось 150 тысяч; процентов платилось за долги около 70 ти тысяч; постройка начатой церкви стоила эти два года около 10 ти тысяч; остальное около 100 та тысяч расходилось – он сам не знал как, и почти каждый год он принужден был занимать. Кроме того каждый год главноуправляющий писал то о пожарах, то о неурожаях, то о необходимости перестроек фабрик и заводов. И так, первое дело, представившееся Пьеру, было то, к которому он менее всего имел способности и склонности – занятие делами.
Пьер с главноуправляющим каждый день занимался . Но он чувствовал, что занятия его ни на шаг не подвигали дела. Он чувствовал, что его занятия происходят независимо от дела, что они не цепляют за дело и не заставляют его двигаться. С одной стороны главноуправляющий выставлял дела в самом дурном свете, показывая Пьеру необходимость уплачивать долги и предпринимать новые работы силами крепостных мужиков, на что Пьер не соглашался; с другой стороны, Пьер требовал приступления к делу освобождения, на что управляющий выставлял необходимость прежде уплатить долг Опекунского совета, и потому невозможность быстрого исполнения.
Управляющий не говорил, что это совершенно невозможно; он предлагал для достижения этой цели продажу лесов Костромской губернии, продажу земель низовых и крымского именья. Но все эти операции в речах управляющего связывались с такою сложностью процессов, снятия запрещений, истребований, разрешений и т. п., что Пьер терялся и только говорил ему:
– Да, да, так и сделайте.
Пьер не имел той практической цепкости, которая бы дала ему возможность непосредственно взяться за дело, и потому он не любил его и только старался притвориться перед управляющим, что он занят делом. Управляющий же старался притвориться перед графом, что он считает эти занятия весьма полезными для хозяина и для себя стеснительными.
В большом городе нашлись знакомые; незнакомые поспешили познакомиться и радушно приветствовали вновь приехавшего богача, самого большого владельца губернии. Искушения по отношению главной слабости Пьера, той, в которой он признался во время приема в ложу, тоже были так сильны, что Пьер не мог воздержаться от них. Опять целые дни, недели, месяцы жизни Пьера проходили так же озабоченно и занято между вечерами, обедами, завтраками, балами, не давая ему времени опомниться, как и в Петербурге. Вместо новой жизни, которую надеялся повести Пьер, он жил всё тою же прежней жизнью, только в другой обстановке.
Из трех назначений масонства Пьер сознавал, что он не исполнял того, которое предписывало каждому масону быть образцом нравственной жизни, и из семи добродетелей совершенно не имел в себе двух: добронравия и любви к смерти. Он утешал себя тем, что за то он исполнял другое назначение, – исправление рода человеческого и имел другие добродетели, любовь к ближнему и в особенности щедрость.
Весной 1807 года Пьер решился ехать назад в Петербург. По дороге назад, он намеревался объехать все свои именья и лично удостовериться в том, что сделано из того, что им предписано и в каком положении находится теперь тот народ, который вверен ему Богом, и который он стремился облагодетельствовать.
Главноуправляющий, считавший все затеи молодого графа почти безумством, невыгодой для себя, для него, для крестьян – сделал уступки. Продолжая дело освобождения представлять невозможным, он распорядился постройкой во всех имениях больших зданий школ, больниц и приютов; для приезда барина везде приготовил встречи, не пышно торжественные, которые, он знал, не понравятся Пьеру, но именно такие религиозно благодарственные, с образами и хлебом солью, именно такие, которые, как он понимал барина, должны были подействовать на графа и обмануть его.
Южная весна, покойное, быстрое путешествие в венской коляске и уединение дороги радостно действовали на Пьера. Именья, в которых он не бывал еще, были – одно живописнее другого; народ везде представлялся благоденствующим и трогательно благодарным за сделанные ему благодеяния. Везде были встречи, которые, хотя и приводили в смущение Пьера, но в глубине души его вызывали радостное чувство. В одном месте мужики подносили ему хлеб соль и образ Петра и Павла, и просили позволения в честь его ангела Петра и Павла, в знак любви и благодарности за сделанные им благодеяния, воздвигнуть на свой счет новый придел в церкви. В другом месте его встретили женщины с грудными детьми, благодаря его за избавление от тяжелых работ. В третьем именьи его встречал священник с крестом, окруженный детьми, которых он по милостям графа обучал грамоте и религии. Во всех имениях Пьер видел своими глазами по одному плану воздвигавшиеся и воздвигнутые уже каменные здания больниц, школ, богаделен, которые должны были быть, в скором времени, открыты. Везде Пьер видел отчеты управляющих о барщинских работах, уменьшенных против прежнего, и слышал за то трогательные благодарения депутаций крестьян в синих кафтанах.
Пьер только не знал того, что там, где ему подносили хлеб соль и строили придел Петра и Павла, было торговое село и ярмарка в Петров день, что придел уже строился давно богачами мужиками села, теми, которые явились к нему, а что девять десятых мужиков этого села были в величайшем разорении. Он не знал, что вследствие того, что перестали по его приказу посылать ребятниц женщин с грудными детьми на барщину, эти самые ребятницы тем труднейшую работу несли на своей половине. Он не знал, что священник, встретивший его с крестом, отягощал мужиков своими поборами, и что собранные к нему ученики со слезами были отдаваемы ему, и за большие деньги были откупаемы родителями. Он не знал, что каменные, по плану, здания воздвигались своими рабочими и увеличили барщину крестьян, уменьшенную только на бумаге. Он не знал, что там, где управляющий указывал ему по книге на уменьшение по его воле оброка на одну треть, была наполовину прибавлена барщинная повинность. И потому Пьер был восхищен своим путешествием по именьям, и вполне возвратился к тому филантропическому настроению, в котором он выехал из Петербурга, и писал восторженные письма своему наставнику брату, как он называл великого мастера.
«Как легко, как мало усилия нужно, чтобы сделать так много добра, думал Пьер, и как мало мы об этом заботимся!»
Он счастлив был выказываемой ему благодарностью, но стыдился, принимая ее. Эта благодарность напоминала ему, на сколько он еще больше бы был в состоянии сделать для этих простых, добрых людей.
Главноуправляющий, весьма глупый и хитрый человек, совершенно понимая умного и наивного графа, и играя им, как игрушкой, увидав действие, произведенное на Пьера приготовленными приемами, решительнее обратился к нему с доводами о невозможности и, главное, ненужности освобождения крестьян, которые и без того были совершенно счастливы.
Пьер втайне своей души соглашался с управляющим в том, что трудно было представить себе людей, более счастливых, и что Бог знает, что ожидало их на воле; но Пьер, хотя и неохотно, настаивал на том, что он считал справедливым. Управляющий обещал употребить все силы для исполнения воли графа, ясно понимая, что граф никогда не будет в состоянии поверить его не только в том, употреблены ли все меры для продажи лесов и имений, для выкупа из Совета, но и никогда вероятно не спросит и не узнает о том, как построенные здания стоят пустыми и крестьяне продолжают давать работой и деньгами всё то, что они дают у других, т. е. всё, что они могут давать.


В самом счастливом состоянии духа возвращаясь из своего южного путешествия, Пьер исполнил свое давнишнее намерение заехать к своему другу Болконскому, которого он не видал два года.
Богучарово лежало в некрасивой, плоской местности, покрытой полями и срубленными и несрубленными еловыми и березовыми лесами. Барский двор находился на конце прямой, по большой дороге расположенной деревни, за вновь вырытым, полно налитым прудом, с необросшими еще травой берегами, в середине молодого леса, между которым стояло несколько больших сосен.
Барский двор состоял из гумна, надворных построек, конюшень, бани, флигеля и большого каменного дома с полукруглым фронтоном, который еще строился. Вокруг дома был рассажен молодой сад. Ограды и ворота были прочные и новые; под навесом стояли две пожарные трубы и бочка, выкрашенная зеленой краской; дороги были прямые, мосты были крепкие с перилами. На всем лежал отпечаток аккуратности и хозяйственности. Встретившиеся дворовые, на вопрос, где живет князь, указали на небольшой, новый флигелек, стоящий у самого края пруда. Старый дядька князя Андрея, Антон, высадил Пьера из коляски, сказал, что князь дома, и проводил его в чистую, маленькую прихожую.
Пьера поразила скромность маленького, хотя и чистенького домика после тех блестящих условий, в которых последний раз он видел своего друга в Петербурге. Он поспешно вошел в пахнущую еще сосной, не отштукатуренную, маленькую залу и хотел итти дальше, но Антон на цыпочках пробежал вперед и постучался в дверь.
– Ну, что там? – послышался резкий, неприятный голос.
– Гость, – отвечал Антон.
– Проси подождать, – и послышался отодвинутый стул. Пьер быстрыми шагами подошел к двери и столкнулся лицом к лицу с выходившим к нему, нахмуренным и постаревшим, князем Андреем. Пьер обнял его и, подняв очки, целовал его в щеки и близко смотрел на него.
– Вот не ждал, очень рад, – сказал князь Андрей. Пьер ничего не говорил; он удивленно, не спуская глаз, смотрел на своего друга. Его поразила происшедшая перемена в князе Андрее. Слова были ласковы, улыбка была на губах и лице князя Андрея, но взгляд был потухший, мертвый, которому, несмотря на видимое желание, князь Андрей не мог придать радостного и веселого блеска. Не то, что похудел, побледнел, возмужал его друг; но взгляд этот и морщинка на лбу, выражавшие долгое сосредоточение на чем то одном, поражали и отчуждали Пьера, пока он не привык к ним.
При свидании после долгой разлуки, как это всегда бывает, разговор долго не мог остановиться; они спрашивали и отвечали коротко о таких вещах, о которых они сами знали, что надо было говорить долго. Наконец разговор стал понемногу останавливаться на прежде отрывочно сказанном, на вопросах о прошедшей жизни, о планах на будущее, о путешествии Пьера, о его занятиях, о войне и т. д. Та сосредоточенность и убитость, которую заметил Пьер во взгляде князя Андрея, теперь выражалась еще сильнее в улыбке, с которою он слушал Пьера, в особенности тогда, когда Пьер говорил с одушевлением радости о прошедшем или будущем. Как будто князь Андрей и желал бы, но не мог принимать участия в том, что он говорил. Пьер начинал чувствовать, что перед князем Андреем восторженность, мечты, надежды на счастие и на добро не приличны. Ему совестно было высказывать все свои новые, масонские мысли, в особенности подновленные и возбужденные в нем его последним путешествием. Он сдерживал себя, боялся быть наивным; вместе с тем ему неудержимо хотелось поскорей показать своему другу, что он был теперь совсем другой, лучший Пьер, чем тот, который был в Петербурге.
– Я не могу вам сказать, как много я пережил за это время. Я сам бы не узнал себя.
– Да, много, много мы изменились с тех пор, – сказал князь Андрей.