DE3823724A1 - Sprachcodierungs- und sprachsynthesesystem - Google Patents
Sprachcodierungs- und sprachsynthesesystemInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Sprachcodierungs- und Sprach
synthesesysteme und insbesondere auf Systeme, die Sprachdaten
erzeugen, die in Form von Barcodes oder dergleichen als
eine Art von Informationsspeicherelementen geschrieben werden
können, so daß eine wirksame Anwendbarkeit auf Sprach
antworteinrichtungen ermöglicht wird.
Das Sprachcodierungs- und Sprachsynthesesystem der erwähnten
Art kann in wirksamer Weise beispielsweise in Sprachlerngeräten,
insbesondere Sprachwörterbüchern mit gesprochener
Wortwiedergabe, in Warenunterscheidungseinrichtungen zur
Verwendung durch schwachsichtige und blinde Personen und
dergleichen angewendet werden.
Als Schnittstelle zwischen Computern und dem Menschen sind
in zunehmendem Ausmaß Sprachantworteinrichtungen als Terminal
geräte computergesteuerter Systeme angewendet. Die Sprach
antworteinrichtungen sind so ausgebildet, daß als Sprach
antwort zu verwendende Sprachausgangsdaten gespeichert werden,
und als Antwort auf eine Serviceanforderung auf der Basis
der gespeicherten Daten Sprache erzeugt wird, die als Sprach
ausgangssignal ausgegeben werden soll. Die Einfügung eines
Speichermittels in die Sprachantworteinrichtung macht es
wahrscheinlich, daß die erforderlichen Vorrichtungen zur
Verwirklichung des Synthesesystems größer hinsichtlich der
Abmessungen werden, da die benötigte Speicherkapazität trotz
einer kleinen verfügbaren Eingangsinformationsmenge groß ist.
Bei der Anwendung der Sprachantworteinrichtung der Lerngeräte
oder dergleichen ist es erwünscht, daß die Einrichtung
mit kleineren Abmessungen und mit niedrigeren Kosten hergestellt
wird, da sie von einzelnen Lernenden benutzt werden
soll. Außerdem müssen die Sprachdaten beim Speichern in eine
Form codiert werden, die sich für eine Verarbeitung zur
Sprachsynthese eignet, die in drei Verarbeitungsarten klassifiziert
werden, nämlich einen Prozeß mit regelmäßiger Synthese,
einen Aufzeichnungs- und Editierprozeß und einen
Parametereditierprozeß; Merkmale dieser Prozesse sind in der
folgenden Tabelle I angegeben.
Aus der obigen Tabelle I geht deutlich hervor, daß der
Prozeß mit regelmäßiger Synthese eine niedrigere Tonqualität
(der Verständlichkeit und der Natürlichkeit) als die anderen
zwei Prozesse hat, jedoch eine extrem hohe Informations
verdichtungsrate hat, so daß er sich sehr gut für kleine und
billige Sprachantworteinrichtungen eignet.
Der Prozeß mit regelmäßiger Synthese ist ein Prozeß, bei dem
Sprache aus phonetischen Informationen (Zeichenfeld) und
rhythmischen Informationen wie Betonung, Intonation und dergleichen
auf der Basis phonetischer und linguistischer Regeln
erzeugt werden. Insbesondere wird ein Prozeß zur Erzeugung
von Sprache ausschließlich aus phonetischen Informationen
(Zeichenfeld) als Textsyntheseprozeß bezeichnet, der als
der letzte Aspekt des Sprachsynthesesystems betrachtet werden
kann, der sogar bis in die intellektuellen Fähigkeiten
der menschlichen Sprache eingedrungen ist. Der Textsynthese
prozeß ist beispielsweise in einem Aufsatz mit dem Titel
"Conversion of unrestricted English text to voice" (MIT), in
MJTALK-79 erörtert worden, der 1979 veröffentlicht wurde.
Der Textsyntheseprozeß umfaßt allgemein einen Zusammensetzungs
analyseteil, der die phonetische Information und die
Rhythmusinformation wie den Akzent, die Intonation, die
phonetische Länge oder dergleichen für die eingegebenen
Textdaten mittels eines linguistischen Wörterbuchs oder
dergleichen erzeugt, ferner einen Steuerinformations-Erzeugungsteil,
der mittels der vom Zusammensetzungsanalyse-Teil erzeugten
Information eine Steuerinformation erzeugt, sowie
einen Sprachsyntheseteil, der die Sprachinformation auf der
Basis der Steuerinformation zusammensetzt. Bei dieser Anordnung
hat sich jedoch eine Schwierigkeit ergeben, da der Zusammen
setzungsanalyseteil zur Erzeugung der Rhythmusinformation
hinsichtlich der Kapazität so groß geworden ist, daß
die mittels des speziellen Prozesses arbeitende Sprach
antworteinheit schließlich mit größeren Abmessungen versehen
werden mußte.
Damit der Prozeß mit regelmäßiger Synthese als Lerngerät
oder dergleichen bei Aufteilung der Sprachcodiereinheit und
der Sprachantworteinheit in voneinander unabhängige Einheiten
optimal anwendbar wird, sind verschiedene Maßnahmen zur
Vereinfachung des Gesamtsystems durch Modifizieren der
Sprachcodiereinheit in der Weise, daß sie aus einer Barcode-
Einheit besteht, beispielsweise in der US-PS 43 37 375, der
US-PS 43 98 059 und der US-PS 44 57 719 beschrieben worden.
Die Maßnahmen gemäß diesen US-Patentschriften bewirken die
Erzielung der beabsichtigten Minimierung der Größe und des
Gewichts des Synthesesystems, so daß dieses bei der Anwendung
in Lerngeräten nützlich ist. Es bleibt jedoch das Problem
bestehen, daß der als Informationsspeichermittel für
die Sprachcodiereinheit verwendete Barcode in Handarbeit
herzustellen ist, was die Herstellung extrem kompliziert
macht, während das Informationsspeichermittel beträchtlich
kleiner gemacht werden kann.
Mit Hilfe der Erfindung soll ein Sprachcodierungs- und
Sprachsynthesesystem geschaffen werden, das die Vorbereitungs
arbeit für das Informationsspeichermittel in großem
Ausmaß vereinfachen kann, so daß auf diese Weise die
Kompaktheit des Gesamtsystems erhalten bleibt, und das bei Anwendung
auf ein Lerngerät und dergleichen eine sehr einfache
Handhabung ergibt.
Nach der Erfindung kann dies dadurch erreicht werden, daß
ein Sprachcodierungs- und Sprachsynthesesystem geschaffen
wird, bei dem Sprachdaten (Zeichenfeld) von einem Dateneingabe
mittel als Eingangssignale an ein Zusammensetzungsanalyse
mittel geliefert werden, das eine phonetische Information
und eine Rhythmusinformation erzeugt, wobei die von dem
Zusammensetzungsanalysemittel erzeugten Informationen als
Eingangssignale einem Speichermittel zum Abspeichern zugeführt
werden, die gespeicherten Informationen als Eingangssignale
Mitteln zum Erzeugen eines Steuersignals zugeführt
werden und ein Sprachsynthesemittel in Abhängigkeit von der
Steuerinformation eine als Sprachausgangssignal abzugebende
Sprachinformation zusammensetzt, wobei das Dateneingabemittel,
das Zusammensetzungsanalysemittel und das Informations
speichermittel als Sprachcodiereinheit unabhängig von einer
Sprachantworteinheit zusammengefügt sind, die das Mittel zum
Erzeugen der Steuerinformation und das Sprachsynthesemittel
enthält, und wobei in der Sprachcodiereinheit die von dem
Zusammensetzungsanalysemittel gelieferte Information durch
ein Schreibmittel in das Speichermittel geladen wird.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden durch die
nachfolgende Beschreibung der Erfindung verdeutlicht, in der
Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläutert werden.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Sprachcodierungseinheit
in dem Sprachcodierungs- und Sprachsynthesesystem
nach der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Sprachantworteinheit in
dem Sprachcodierungs- und Sprachsynthesesystem nach
der Erfindung,
Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise
der Sprachcodierungseinheit von Fig. 1,
Fig. 4 ein erläuterndes Diagramm für die Erstellung eines
Barcodes als Informationsspeichermittel in Fig. 1,
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht eines im Hinblick
auf die praktische Anwendung ausgeführten Sensors
für die Verwendung als Leseorgan der Sprachantwort
einheit von Fig. 2,
Fig. 6 bis 8 ähnliche Schnittansichten weiterer Ausführungs
formen des Sensors,
Fig. 9 bis 11 erläuternde Darstellungen für den Betrieb des
Leseorgans gemäß der Erfindung,
Fig. 12 bis 16 schematisch erläuternde Darstellungen für
ein Sprachwörterbuch gemäß dem System nach der
Erfindung,
Fig. 17 eine erläuternde Darstellung eines weiteren Leseorgans
nach der Erfindung,
Fig. 18 eine erläuternde Darstellung einer Lernanordnung
nach der Erfindung,
Fig. 19 ein Blockschaltbild der Lernanordnung von Fig. 18,
Fig. 20 ein Blockschaltbild der genauen Schaltungsanordnung
der Lernanordnung von Fig. 18,
Fig. 21 eine erläuternde schematische Darstellung der Verwendung
einer gemäß der Erfindung ausgeführten
Warenerkennungsvorrichtung für Blinde,
Fig. 22 eine schematische perspektivische Ansicht eines
weiteren Aspekts des im erfindungsgemäßen System
verwendeten Leseorgans und
Fig. 23 und 24 erläuternde Darstellungen weiterer Aspekte
des Leseorgans.
Die Erfindung wird nun zwar unter Bezugnahme auf die in den
Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispiele
beschrieben, doch ist zu erkennen, daß eine Beschränkung der
Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele nicht beabsichtigt
ist, sondern daß die Erfindung alle im Rahmen der
Ansprüche erfaßten Modifikationen und äquivalenten Ausführungen
beinhaltet.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Sprachcodierungs- und Sprach
synthesesystem nach der Erfindung dargestellt, wobei Fig. 1
eine Sprachcodierungseinheit 10 zeigt, während Fig. 2 eine
Sprachantworteinheit 20 zeigt. Gemäß einem wichtigen Merkmal
der Erfindung sind die Sprachcodiereinheit 10 und die
Sprachantworteinheit 20 unabhängig voneinander vorgesehen.
Die Sprachcodiereinheit 10 enthält ein Textdaten-Eingabemittel
11, das als Eingangssignale Grunddaten zum Zusammensetzen
eines Textes enthält und Textdaten liefert, ferner ein Zusammen
setzungsanalysemittel 12, das die Textdaten empfängt
und als Ausgangssignale eine Rhythmusinformation RI und eine
phonetische Information PI liefert, außerdem ein Schreibmittel
13, das die Rhythmusinformation RI und die phonetische
Information PI empfängt und verschlüsselt und einen Schreib
vorgang mit den codierten Sprachdaten ausführt, sowie ein
Informationsspeichermittel 14, in das die codierten Sprach
daten durch das Schreibmittel 13 geschrieben werden.
Die Sprachantworteinheit 20 enthält ein Steuerinformations-
Erzeugungsmittel 21, das eine (nicht dargestellte) Leseeinrichtung
für die codierten Sprachdaten im Speichermittel 14
enthält und die gelesenen Daten in die Rhythmusinformation
RI und eine phonetische Information PI decodiert, damit sie
aus diesen decodierten Informationen eine Steuerinformation
CI erzeugt, sowie ferner ein Sprachsynthesemittel 22, das an
das Steuerinformations-Erzeugungsmittel 21 angeschlossen ist
und auf der Basis der Steuerinformation CI Sprachsignale zusammen
setzt, wobei diese Signale von dem Sprachsynthesemittel
22 als Sprache abgegeben werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen System enthält die unabhängig
von der Sprachcodiereinheit 10 aufgebaute Sprachantworteinheit
20 kein Zusammensetzungsanalysemittel, das wahrscheinlich
eine recht große Kapazität hätte, und die Einheit kann
hinsichtlich der Größe und des Gewichts minimiert werden, so
daß die Sprachantworteinheit 20 beim Einsatz des zu beschreibenden
Systems als Lerneinrichtung bei ausgezeichneter Handhab
barkeit auf der Benutzerseite angeordnet werden kann.
Für das Speichermittel 14 kann eine IC-Karte oder ein Barcode
verwendet werden, in dem die codierten Sprachdaten enthalten
sind, so daß im Gegensatz zu einem herkömmlichen Barcode,
der von Hand erstellt werden muß, das aus dem Barcode
oder dergleichen bestehende Speichermittel 14 in Massenproduktion
hergestellt werden kann. Unter Bezugnahme auf Fig. 3
wird nun genauer auf die Sprachcodiereinheit 10 eingegangen.
Zum Starten werden ein Satz oder Textdaten als Textdateneingangs
signal mit Hilfe des Eingabemittels 11, das als Tastatur
oder irgendeine andere Satzeingabevorrichtung oder dergleichen
ausgeführt ist, vorgegeben. Im Zusammensetzungsanalyse
mittel 12 werden die Textdaten in Sprachdaten umgesetzt,
die aus der Rhythmusinformation RI (Akzent, Intonation,
Pause, Tonhöhe, Lautdauer und dergleichen) und aus der
phonetischen Information PI (die die Reihenfolge der Zusammmen
setzungseinheiten für die Sprachsynthese angibt) besteht,
wobei diese Umsetzung in bekannter Weise auf der Basis des
Sprachwörterbuchs oder anderer Regeln durchgeführt wird. Die
Sprachdaten werden vom Schreibmittel 13 weiter codiert und
dann in das Speichermittel 14 geschrieben. Am Schreibmittel
13 können die Daten binär codiert sein, und als Speichermittel
14 kann eine IC-Karte verwendet werden. Unter dem Gesichtspunkt
der optimalen Anwendbarkeit der Erfindung wird
die Codierung am Schreibmittel 13 als Barcode ausgeführt,
was in anderen Worten heißt, daß das Speichermittel ein Barcode
ist, mit dem die Sprachdaten auch auf Papier durch
Drucken in großem Maßstab geschrieben werden können, so daß
sich das Speichermittel 14 für eine automatische Herstellung
und sehr gut für eine Massenproduktion eignet, wie noch zu
erkennen sein wird. Wenn als Speichermittel 14 der Barcode
benutzt wird, wird ermöglicht, daß Anwender in beliebiger
Weise auf das Speichermittel zugreifen, so daß eine ausgezeichnete
Anpaßbarkeit an Lerneinrichtungen gegeben ist.
Bei der Erstellung des Barcodes ist es am besten, wenn die
binär angegebenen und seriell aufeinanderfolgenden Sprachdaten
bei jeder vorgegebenen ungeraden Anzahl von Bits unterteilt
werden. Der Barcode wird auf der Basis einer Tabelle
erstellt, in der die Daten gemäß dieser Angabe unterteilt
sind und wobei 22n-1-1-Codes in (2 n -2) × (2 n -2)-Variationen
angewendet werden, wobei nur aus "1"-Zeichen oder "0"-Zeichen
bestehende Codefelder aus denen Codes bezüglich n Bars
mit den logischen Werten "1" und "0" abhängig davon entfernt
werden, ob sie breit oder schmal sind, und außerdem Codes
bezüglich von n Zwischenräumen so angeordnet werden, daß sie
einander entsprechen, und ein schmaler Bar wird für eine
Beendigung des so erstellten Barcodes hinzugefügt.
Mit Bezugnahme auf Fig. 4 sei angenommen, daß die eingegebenen
Sprachdaten gemäß Fig. 4(a) aus 2H (6 Bits), OH (8 Bits),
12H (5 Bits), 2CH (6 Bits), 5H (4 Bits), 3H (8 Bits), 12H (5
Bits), 26H (6 Bits), OH (4 Bits) und OH (1 Bit) bestehen.
Ein Startcode 47H (7 Bit) wird an der obersten Position der
Eingangsdaten hinzugefügt, und die niedrigwertigen 8 Bits
eines Summenwertes mit der Annahme, daß alle Codes 8-Bit-Daten
sind, werden der Endposition als Prüfsummencode- 80H (8
Bits) gemäß Fig. 4(b)- an der Endposition hinzugefügt.
Die Eingangsdaten, der Startcode und der Prüfsummencode werden
gemäß der binären Angabe von Fig. 4(c) modifiziert und
gemäß dieser Darstellung hintereinandergefügt. In diesem Fall
werden der Endposition 2 zusätzliche Bits hinzugefügt, damit
eine Unterteilung nach jeweils (2n-1) Bits möglich ist, d. h.
nach jeder ungeradzahligen Anzahl, also nach 7 Bits gemäß
der Zeichnung. Die jeweiligen geteilten 7-Bit-Daten werden
dann in die Form 10ai+bi gemäß Fig. 4(d) der Zeichnung umgesetzt,
wobei in diesem Fall die einleitend erstellten Binärdaten
gemäß der folgenden Tabelle II als ai und als bi
benutzt werden:
Die Bars und Zwischenräume werden dann so erzeugt wie in
Fig. 4(e) dargestellt ist, und auf der Basis dieser Daten
wird gemäß Fig. 4(f) ein Barcode BC geschrieben. Dabei ist
an die Endposition ein schmaler Bar hinzugefügt, so daß die
Breite des an der letzten Stelle befindlichen Bars wirksam
erkannt werden kann; die oben angegebene Umsetzungstabelle
ist so vorbereitet, daß Daten, die nur aus "0"- oder "1"-
Zeichen bestehen, nicht verwendet werden, da die Anzahl der
"1", d. h. breite Bars und breite Abstände dann kleiner ist,
wie zu erkennen ist.
Der in Fig. 4 dargestellte Barcode BC kann mit veränder
licher Abtastgeschwindigkeit abgetastet werden, indem die Bars
und Abstände so angeordnet werden, daß sie bei einer Aufteilung
in Vierergruppen beginnend mit dem an der obersten Position
befindlichen Bar wenigstens ein Bar ein schmales Element
und ein weiteres Bar ein breites Element ist, wobei die
Schwellenwerte für die breiten und schmalen Bars in Abstände
bezüglich jeder Einheit aus vier Bars und vier Abständen
eingestellt werden, Es wird ermöglicht, 7-Bit-Daten mit insgesamt
acht Bars und Abstände, d. h. 8 Bits (die 130 Variationen
mit 13 Variationen von ai und 10 Variationen von bi)
darstellen, und es wird eine wesentlich höhere Speicherdichte
für den Barcode erreicht als mit jedem anderen bekannten
Barcode möglich wäre.
Gemäß einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung macht
das Steuerinformations-Erzeugungsmittel 21 in der Sprachantwort
20 von einem besonderen Fühler in einem Leseorgan Gebrauch,
das im Erzeugungsmittel 21 enthalten ist, wobei der
Fühler eine Reduzierung der für das Leseorgan erforderlichen
Bauteile erlaubt. Nach Fig. 5 enthält der Sensor eine Linse
30 und ein lichtemittierendes Element 31, das im oberen Teil
der Linse 30 eingebettet ist. Für dieses lichtemittierende
Element 31 wird eine Leuchtdiode verwendet, während aus Linse
30 eine aus Kunststoff hergestellte konvexe Linse oder,
falls erforderlich, eine im Handel erhältliche Linse mit
Leuchtdiode verwendet werden kann. Durch ein in der Linse
gebildetes Loch 33 wird eine Lichtleitfaser 32 so geführt,
daß ein Ende dieser Lichtleitfaser 32 die untere Fläche der
Linse 30 erreicht, d. h. die konvexe Fläche an der lichtab
strahlenden Linsenseite. In anderen Worten heißt dies, daß
die konvexe Fläche der Linse 30 diejenige Fläche des Leseorgans
ist, die dem das Speichermittel in der obigen Ausführung
bildenden Barcode am nächsten liegen soll und die
Lichtleitfaser erstreckt sich soweit, daß sie beim Betrieb
des Leseorgans bei dieser Fläche liegt, während das Vorderende
der Lichtleitfaser 32 jedoch eine vorzugsweise geringfügig
nach Innen zurückgezogene Position bezüglich der kon
vexen Fläche der Linse einnimmt. Das Loch 33 sollte vorzugsweise
gleichzeitig mit den Formen der Linse 30 und nicht
durch ein Bohren oder dergleichen hergestellt werden. Am anderen
Ende der Lichtleitfaser 32 ist ein lichtempfangendes
Element 34 eines Fototransistors oder dergleichen angebracht.
Wenn das lichtemittierende Element 31 Licht in den Sensor
der obigen Ausführung abstrahlt, wird dieses abgestrahlte
Licht von der Linse 30 kondensiert und auf den Barcode gerichtet,
und vom Barcode reflektiertes Licht wird aufgrund
der Übertragung durch die Lichtleitfaser 32 auf das licht
empfangende Element 34 gelenkt. In dieser Anordnung ermöglicht
die gesamte Baugruppe aus der Linse 30, dem lichtemittierenden
Element 31 und der Lichtleitfaser 32, daß der Sensor
leicht in bezug zum Barcode angeordnet werden kann, ohne
daß eine Positionierung zwischen den jeweiligen Bauteilen
und in bezug auf den Barcode erforderlich ist, was im Gegensatz
zu bekannten Sensoren steht, in denen die Bauteile voneinander
unabhängig sind; außerdem kann die erforderliche
Anzahl von Bauteilen von drei auf eins reduziert werden, so
daß die gesamte Anordnung in wirksamer Weise zu einer
Verbesserung der Produktivität beiträgt.
Eine weitere Ausführung des Fühlers ist in Fig. 6 dargestellt,
bei dieser Ausführung ist das vordere Ende der
Lichtleitfaser 32 a zugespitzt, so daß ein sich verjüngendes
Ende 32 a′ entsteht. Durch Vorsehen dieses sich verjüngenden
Endes 32 a′ wird es möglich, die Lichteintrittsfläche für das
reflektierte Licht an diesem Ende der Lichtleitfaser 32 a
größer als im Fall von Fig. 5 zu machen, so daß die Verstärkung
in einer Verstärkungsschaltung für das Ausgangssignal
des lichtempfangenden Elements 34 a angehoben wird. In Fig. 6
sind die gleichen Bauteile wie in Fig. 5 mit den gleichen
Bezugszeichen unter Hinzufügung des Buchstabens "a" gekennzeichnet;
die übrige Anordnung und die Wirkungsweise sind
ebenso wie in Fig. 5.
Eine weitere Ausführungsform des Sensors ist in Fig. 7 dargestellt;
bei dieser Ausführung ist am Ende einer Lichtleitfaser
32 b eine harte Perle 32 b′ befestigt, so daß diese Perle
an der konvexen Fläche einer Linse 30 b zu liegen kommt.
Diese Perle 32 b′ besteht aus Glas oder einem ähnlichen Material,
und das Ende der Lichtleitfaser 32 b ist in ein Loch
eingefügt, das vorzugsweise in der Mitte der Perle 32 b′ gebildet
ist. Bei dieser Anordnung kann der Barcode durch die
Perle durch weiches Entlangführen des Sensors längs des Barcodes
abgetastet werden, und die Anwendung kann vereinfacht
werden, während die Perle in wirksamer Weise zu einem Ober
flächenschutz des hier verwendeten optischen Systems beiträgt.
Auch in Fig. 7 sind die gleichen Bauteile wie in Fig. 5
mit den gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung des Buchstabens
"b" gekennzeichnet; die übrige Anordnung und die
Wirkungsweise sind ebenso wie im Fall von Fig. 5.
Eine weitere Ausführungsform des Sensors ist in Fig. 8 dargestellt;
bei dieser Ausführungsform ist auch das mit dem
hinteren Ende der Lichtleitfaser 32 c gekoppelte lichtempfangende
Element 32 c in den oberen Teil einer Linse 30 c eingebettet,
damit der Sensor noch kompakter wird. In Fig. 8 sind
die gleichen Bauteile wie in Fig. 5 ebenfalls mit den gleichen
Bezugszeichen unter Hinzufügung des Buchstabens "c" gekennzeichnet;
im übrigen stimmen die Anordnung und die Wirkungsweise
im wesentlichen mit der Ausführungsform von Fig. 5
überein.
Sensoren 30 bis 30 c, wie sie oben beschrieben worden sind,
werden jeweils zum Abtasten des Barcodes BC, wie er in Fig. 9
dargestellt ist, in der Praxis verwendet, und sie geben an
ihrem lichtempfangenden Element 34 bis 34 c in Abhängigkeit
von der breiten und schmalen Form der Bars und der Abstände
ein Ausgangssignal ab, die anhand der Fig. 10 und 11 noch
deutlich wird.
Gemäß einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung kann
das Sprachcodierungs- und Sprachsynthesesystem als Lerngerät,
insbesondere als eine Anordnung in der Art eines sprechenden
Sprachwörterbuchs angewendet werden. In diesem Zusammenhang
wird auf die Fig. 12 bis 14 verwiesen, wonach die Wörterbuch
anordnung ein Sprachwörterbuch LD als Sprachcodiereinheit
und als Sprachantworteinheit ein Lesemittel 40 aufweist;
im vorliegenden Fall enthält das Sprachwörterbuch LD
Wörter W einer Sprache, ihre phonetischen Zeichen PS und
entsprechende Wörter in einer anderen Sprache sowie in der
mit Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 beschriebenen Weise erstellte
Barcodes BC für die entsprechenden Wortaussprachen,
die für jedes Wort W aufgedruckt sind. Der Barcode BC soll
hier aus einer digitalisierten Sprachinformation bestehen,
so daß eine Stimme des ausgesprochenen Wortes W durch eine
Sprachsynthese gemäß dem Prozeß mit regelmäßiger Synthese
reproduziert werden kann. Wie in Fig. 15 dargestellt ist,
sollte der Barcode BC am besten die phonetische Information
aus den Phonemzweigzahlen des gesprochenen Wortes, die
Rhythmusinformation aus der Länge der Phonemzweige, dem Tonhöhen
schwerpunkt der Phonemzweige und dem Leistungsschwerpunkt
der Phonemzweige des gesprochenen Wortes sowie bestimmte
Verarbeitungsinformationen über die Stimmlosigkeit,
die Assimilation und die Macrotonart des Worts enthalten.
Zur Verbesserung der Tonqualität des gesprochenen wiedergegebenen
Worts wird der Barcode BC vorzugsweise insbesondere in
bezug auf die Länge, den Tonhöhenschwerpunkt und den Leistungs
schwerpunkt der die Rhythmusinformation des Wortes
bildenden Phonemzweige im Informationsumfang groß gemacht.
Vorzugsweise ist ein Leseorgan 40 für den Barcode beispielsweise
in einer schreibstiftartigen Vorrichtung untergebracht,
die leicht in der Hand des Benutzers gehalten werden kann,
und in dem schreibstiftartigen Leseorgan 40 ist ein kleiner
Lautsprecher 41 eingebaut, so daß das Sprachausgangssignal
dem Lautsprecher 41 über einen Barcodeleser 42 und ein ebenfalls
im Leseorgan 40 enthaltenes Sprachsynthesemittel 42 A
zugeführt wird. Ein Schalter 43 zum An- und Abschalter der
elektrischen Energieversorgungsquelle ist ebenfalls in
erwünschter Weise im Leseorgan 40 vorgesehen, wobei sie an der
richtigen Stelle wie dem Mittelteil des schreibstiftartigen
Leseorgans 40 angebracht ist.
Wenn der Benutzer eines der Wörter W im verwendeten Wörterbuch
LD nachschlägt und die Aussprache des Wortes lernen
will, wird der Schalter 43 des Leseorgans 40 eingeschaltet,
ein gegebener Barcode BC für das Wort wird mit Hilfe des
Sensors 42′ des Leseorgans 40 abgetastet, worauf dann die
Sprachinformation des Barcodes von dem den Sensor 42′
enthaltenden Barcodeleser 42 gelesen wird und schließlich die
gelesene Ausgangsinformation dem Sprachsynthesemittel 42 A
zugeführt wird. Die dem Sprachsynthesemittel 42 A zugeführte
Sprachinformation wird für ein sequentielles Lesen eines
Zeichenfeldes des Wortes W gemäß Fig. 16(a) auf der Basis
der im Barcode enthaltenen Phonemzweigzahl erarbeitet. Für
den Phonemzweig können Formantparameter oder PARCOR-Parameter
des Analyse- und Zusammensetzungssystems benutzt werden.
Wie Fig. 16(b) und Fig. 16(c) zeigen, werden die entsprechenden
Phonemzweige entsprechend ihrer Dauer und ihrer
Amplitude komprimiert oder expandiert und danach entsprechend
einer vorbestimmten Regel gekoppelt, so daß sie sich
in einem sogenannten Syntheseeinheitsfeld befinden; sie werden
dann mittels des Prozesses mit regelmäßiger Synthese in
bezug auf Grundfrequenzen der entsprechenden Phonemzweige
der Sprachsynthese unterzogen, und es wird ein Sprachsignal
gemäß Fig. 16(d) mit gegebenem Akzent und gegebener Intonation
im Barcode des phonetischen Zeichens wird zusammengesetzt
und durch den Lautsprecher 41 wiedergegeben.
Als Sprachantworteinheit kann eine Einheit mit flacher Form
etwa wie das Leseorgan 50 von Fig. 17 vorgesehen werden, das
an seiner Frontseite mit einem Lautsprecher und einer
Buchstabierungsanzeige 52 versehen ist. Zum Anzeigen der Buch
stabierung kann der Barcode BC so erstellt sein, daß er
außerdem eine Buchstabierungsinformation enthält, die alpha
numerische Zeichen umfaßt, wodurch ermöglicht wird, daß der
Benutzer der wiedergegebenen Aussprache eines ausgewählten
Wortes zuhört, während er die Buchstabierung des gleichen
Wortes in einer Position beobachten kann, die nahe genug ist,
um das Zuhören und das Beobachten leichter und klarer zu
machen. Das Leseorgan 50 kann mit Anschlußklemmen 50 a und
50 b für einen (nicht dargestellten) getrennten Sensor, mit
einem Kopfhörer oder dergleichen, mit einem Speichermittel
53 und mit verschiedenen Schaltern PW, SW 1, SW 2, . . . für
das An- und Abschalten einer Energiequelle, das An- und Abschalten
des Lesevorgangs und dergleichen versehen sein.
Gemäß einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung kann
das System als Lerneinrichtung verwendet werden, die sich
für die Verwendung mit Kindern eignet. Nach Fig. 18 enthält
die Lerneinrichtung ein bilderbuchartiges Textbuch EB, das
die Sprachcodiereinheit bildet, sowie ein Leseorgan 60, das
die Sprachantworteinheit bildet und dem Leseorgan 50 von
Fig. 17 gleicht. Im Textbuch EB sind gleichzeitig Bilder M,
entsprechende Wörter W und ebenfalls entsprechende, die
Sprachinformation enthaltende Barcodes BC gedruckt. Bei der
Erzeugung dieser Barcodes BC werden im wesentlichen die
gleichen Prozesse angewendet, die im Zusammenhang mit den
Fig. 1 bis 4 und den Fig. 12 bis 16 beschrieben worden sind.
Das Leseorgan 60 ist als ein Organ mit flacher Form ausgeführt
und mit einem Lautsprecher 61 sowie einer Wortanzeige
62 versehen, wobei diese Teile zusammen mit einem erforderlichen
Speichermittel 63 in einem Gehäuse untergebracht sind.
Über ein Kabel 64 ist ein schreibstiftartiger Sensor 65 mit
dem Leseorgan verbunden, mit dessen Hilfe die Barcodes BC
abgetastet werden können; ferner ist das Leseorgan 60 mit
einem Ein- und Ausschalter PW für die Energiequelle sowie
mit entsprechenden Schaltern SW 1-SW 5 zum Betätigen entsprechender
Mittel versehen, wie anschließend noch erläutert
wird.
Es wird nun speziell unter Berücksichtigung von Fig. 19 auf
das Leseorgan 60 Bezug genommen. Mittels des schreibstiftartigen
Sensors 65 wird die Sprachinformation des Barcodes
BC gelesen und als Eingangssignal an ein Ausgangssteuermittel
OC angelegt, das die Steuerung eines Sprachsynthesemittels
VCO sowie eines Umsetzungsmittels CCO bewirkt; das
Sprachsynthesemittel VCO setzt die Sprachsignale auf der
Basis des Prozesses mit regelmäßiger Synthese so zusammen,
daß sie durch den Lautsprecher 61 wiedergegeben werden, und
das Umsetzungsmittel CCO setzt beispielsweise eine gedruckte
Wiedergabe eines ausgewählten Bildes M entsprechenden
Wortes in eine Eingangsinformation für eine geschriebene
Anzeige um, wobei eines von mehreren vorhandenen Zeichen für
ein Wort in ein anderes Zeichen umgesetzt wird, oder sie
setzt ein Wort der Muttersprache in ein Wort einer Fremdsprache
für die Wiedergabe an der Anzeigevorrichtung 62 um.
Das Ausgangssteuermittel OC kann über eine Schnittstelle I 1
auch von einem Ausgangsbestätigungsmittel OP 1 betrieben werden,
das mit dem Schalter SW 1 für den Sprachausgabebetrieb,
dem Schalter SW 2 für den Anzeigeausgabebetrieb und dem
Schalter SW 3 für den Ausgabemodus versehen ist, wobei in der
Praxis Ein- und Aus-Vorgänge der Sprachausgabe, des Umsetzungs
betriebs oder der Anzeigeausgabe mit Hilfe dieser
Schalter SW 1 bis SW 3 ausgeführt werden.
Die vom Sensor 65 gelesene Sprachinformation wird auch einem
Speichersteuermittel MC zugeführt, das über eine Schnittstelle
I 2 durch ein Speicherbetätigungsmittel OP 2 betrieben
wird, damit ein Ausgangssignal für ein Zwischenspeichermittel
TM erzeugt wird. In diesem Fall enthält das Speicher
betätigungsmittel OP 2 vorzugsweise einen Schalter SW 4 für den
Speicherstart sowie den Schalter SW 5 für die Speicherauswahl,
wobei diese Schalter an der Frontseite des Leseorgans
60 angebracht sind, so daß das Speichern, Lesen oder Löschen
der Sprachinformation bezüglich des Zwischenspeichermittels
TM durch Betätigen dieser Schalter SW 4 und SW 5 gesteuert
werden können.
Beim Betrieb der Lerneinrichtung gemäß Fig. 18 unter Bezugnahme
auf Fig. 20 schaltet der Benutzer den Stromversorgungs
anschlußschalter PW und den Sprachausgabebetätigungs
schalter SW 1 ein, und er tastet einen Barcode BC eines Bildes
M im Textbuch EB mittels des schreibstiftartigen Sensors
65 ab, worauf das Sprachsynthesemittel VCO ein zusammengesetztes
Einheitsfeld in einem Umsetzungsmittel auf der Basis
der die Sprachinformation bildenden Phonemzweigzahl in der
gelesenen Sprachinformation des Barcodes BC erzeugt, während
die Information mit einer zusammengesetzte Einheitsfelder
enthaltenden Datei CUF verglichen wird. Die hier genannte
zusammengesetzte Einheit wird auf der Basis der Silben der
entsprechenden Sprachen zusammengesetzt, und Parameter wie
die Formantparameter, Koeffizienten der linearen Voraussage
und dergleichen können angewendet werden. Am Sprachsynthesemittel
VCO werden die Grundfrequenz BF und das Amplituden/-
Dauer-Signal OCT an einem Einstellmittel SM durch Vergleich
mit einer Rhythmustabelle RT eingestellt, die auf der Länge,
der Schwerpunkttonhöhe und der Schwerpunktenergie der Phonem
zweige beruhen, die die Rhythmusinformation der gesprochenen
Information bilden. Im Feld der zusammengesetzten
Einheit werden die Länge und die Amplitude der jeweiligen
zusammengesetzten Einheit auf der Basis einer vorbestimmten
Regel bestimmt, bei der die Phonemkopplung berücksichtigt
wird und in Abhängigkeit vom Amplituden/Dauer-Signal OCT der
entsprechenden Phoneme vorgegangen wird, wobei die Einheiten
im Zusammensetzungsmittel CUC zusammengesetzt werden. Die
Grundfrequenz BF wird als Parameter einer Sprachquelle VS
einer Sprachzusammensetzungseinheit VC zusammen mit der speziellen
Verarbeitungsinformation der Sprachinformation zur
Verfügung gestellt, während das Feld der zusammengesetzten
Einheit als Parameter eines Synthesefilters CF der Sprachzusammen
setzungseinheit VC geliefert wird, das simulierte
Stimmbänder bildet, wodurch die Sprachsynthese in der
Sprachzusammensetzungseinheit VC entsprechend einem vorbestimmten
Prozeß mit regelmäßiger Synthese verwirklicht wird
und die synthetisch gebildete Sprache durch einen Lautsprecher
61 wiedergegeben wird.
Wenn andererseits das andere Zeichen eines der Bilder M im
Textbuch EB als das wiedergegebene Zeichen dem Benutzer zur
Kenntnis gebracht werden soll, wird der Ausgangsmodusschalter
SW 3 betätigt, damit die Zeichenumsetzung ausgewählt wird;
der Ausgabebetriebsschalter SW 2 für die Anzeige des Ausgabe
betätigungsmittels OP 1 wird eingeschaltet, damit die Zeichen
umsetzung im Vergleich mit einer Wörterbuchtabelle DT
mit Hilfe von wenigstens zwei Umsetzungseinheiten CC 1 und
CC 2 im Umsetzungsmittel CCO durchgeführt wird, worauf dann
das umgesetzte Zeichen vom Anzeigemittel 62 angezeigt wird.
Wenn etwas bereits einmal Gelerntes wiederholt gelernt werden
soll, wird der Speicherstartschalter SW 4 eingeschaltet,
damit die Sprachinformationselemente des Barcodes BC sequentiell
abgespeichert werden. Im Anschluß daran wird der Speicher
wählschalter SW 5 für ein wiederholtes Lernen eingeschaltet.
In diesem Fall ist die Anordnung so ausgeführt, daß ein
gewünschtes Bild abhängig von einer wiederholten Anzahl von
Einschaltvorgängen des Schalters SW 5 ausgewählt werden kann,
und es wird ermöglicht, die Wortanzeige und die Zeichenanzeige
mittels einer vorbestimmten Anzahl von wiederholten
Einschaltungen gleichzeitig zu verwirklichen.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin,
daß das System als Warenunterscheidungsanordnung für die
Verwendung durch Schwachsichtige oder Blinde benutzt werden
kann. Nach Fig. 21 enthält die Warenunterscheidungsanordnung
ein Leseorgan 70, das die Sprachantworteinheit bildet und
die Fähigkeit hat, den an einer Ware CG als Sprachcodiereinheit
angebrachten Barcode BC zu lesen. Das Leseorgan 70 enthält
einen Abtaster 71 und einen Barcodeleser 72, wobei der
Abtaster 71 in einem Lesersockel 73 untergebracht ist, der
direkt mit der Ware CG in Kontakt gebracht wird, während der
Barcodeleser 72 über ein Sprachsynthesemittel 74 mit einem
Lautsprecher 75 verbunden ist. Der an der Ware CG angebrachte
Barcode BC ist vorzugsweise in Form von Erhebungen ausge
bildet, damit die einzelnen Bars fühlbar sind, oder er kann
als ein aufkleberartiges Folienteil auf einen vorstehenden
Steg der Ware CG aufgeklebt sein. Der Benutzer kann die Ware
CG festhalten und durch Berühren die Position des Barcodes
BC festzustellen, und er kann dann den Barcode auf das Leseorgan
70 legen, damit diesem die Sprachinformation zugeführt
wird, und durch den Lautsprecher 75 kann dann eine allgemeine
Bezeichnung der Ware CG wiedergegeben werden.
Wie Fig. 22 zeigt, kann der Barcode BC auch quer zu einer
Nut 52 angebracht werden, die auf einer Fläche der Ware oder
des Objekts OJ vorgesehen ist, wobei alle Bars des Codes
quer zu der Nut verlaufen; der blinde Benutzer kann auf diese
Weise durch Tasten die Lage der Nut 82 erkennen, worauf
dann ein schreibstiftartiges Leseorgan 80 längs der Nut
geführt wird, wobei eine Sensorspitze 82 des Leseorgans 80
längs der Nut gleitet und der Barcode BC auf diese Weise
abgetastet wird; der Warenname kann auf diese Weise in gesprochener
Wiedergabe erhalten werden. Die Anordnung in dieser
Ausführung kann natürlich in wirksamer Weise nicht nur für
die Verwendung durch Blinde eingesetzt werden, sondern auch
als allgemeine Unterrichtungseinrichtung.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann ein tragbares
Leseorgan vorgesehen werden. Nach den Fig. 23 und 24 hat
das Leseorgan 90 in dieser Ausführung beispielsweise die
Form einer Armbanduhr, die über eine Leitung 91 mit einem
Sensor 92 verbunden ist, der die Form einer Fingerkappe hat;
eine Linse 92 a ist bei einer solchen Anordnung in einer der
Ausführungen nach den Fig. 5 bis 8 an der Innenseite des
Sensors 92 angebracht, damit sie mit dem Barcode BC an einem
Objekt OJ mit einer Anbringung beispielsweise an der Zeige
fingerspitze in Kontakt gebracht werden kann. Im Leseorgan
90 kann zur ausgesprochenen Wiedergabe der Barcodeinformation
ein Lautsprecher enthalten sein. Außerdem kann
beispielsweise beiderseits des Barcodes BC in dessen Abtast
richtung beispielsweise jeweils ein Vorsprung 93, 93 a ange
bracht sein, so daß der blinde Benutzer durch Berühren dieser
Vorsprünge 93 und 93 a die Lage des Barcodes erkennen und
die Barcodeinformation mit der Fingerspitze mittels des Sensors
92 abtasten kann, damit die gesprochen wiedergegebene
Information erhalten wird, die nicht nur die Ware bezeichnen
kann, sondern auch irgendeine andere in Form eines gedruckten
Barcodes gegebene Angabe sein kann.
Da der an der Fingerspitze des Benutzers angebrachte Sensor
92 des Leseorgans 90 von Fig. 23 und Fig. 24 exakt mit dem
Barcode unter der Kontrolle durch den Finger des Benutzers
in Kontakt gebracht werden muß, kann die Möglichkeit einer
fehlerhaften Bedienung auf ein Minimum verringert werden und
das Leseorgan kann von allen, die keine Körperbehinderung
haben, als Teil eines POS-Systems eingesetzt werden. Wenn
die beschriebene Ausführung zu Unterrichtszwecken benutzt
wird, ist es möglich, den Lernenden besser mit dem Textbuch
vertraut zu machen, da das Buch zum Abtasten des Barcodes
mit dem Finger berührt werden muß.
Claims (17)
1. Sprachcodierungs- und Sprachsynthesesystem, bei dem gegebene
Sprachdaten über ein Dateneingabemittel einem Zusammensetzungs
analysemittel geliefert werden, das eine Rhythmusinformation
und eine phonetische Information erzeugt, wobei
die entsprechenden Informationen einem Speichermittel zugeführt
werden, das sie an Mittel zum Erzeugen einer Steuerinformation
liefert, und wobei an einem Sprachsynthesemittel
auf der Basis der Steuerinformation eine Sprachinformation
zusammengesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Daten
eingabemittel, das Zusammensetzungsanalysemittel und das
Informationsspeichermittel so ausgebildet sind, daß eine
Sprachcodiereinheit entsteht, die unabhängig von einer von
dem Mittel zum Erzeugen der Steuerinformation und dem
Sprachsynthesemittel gebildeten Sprachcodiereinheit ist, und
daß die Rhythmusinformation und die phonetische Information
aus dem Zusammensetzungsanalysemittel in dem Sprachcodiermittel
durch ein Schreibmittel in das Informationsspeichermittel
geladen werden.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Informationsspeichermittel ein mittels eines Aufdrucks
erzeugter Barcode ist.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Informationsspeichermittel eine IC-Karte ist.
4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Barcode wenigstens jeweils aus schmalen und breiten Bars und
schmalen und breiten Abständen besteht, wobei insgesamt "n"
Bars und Abstände vorhanden sind, die (n-1)-Bit-Daten bilden.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Barcode so gebildet wird, daß er eine kleinere Anzahl der
breiten Bars und Abstände enthält.
6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sprachantworteinheit ein Leseorgan mit einem Sensor enthält,
der eine Linse, ein in die Linse eingebettetes Licht emittierendes
Element, eine Lichtleitfaser, die so durch die Linse
geführt ist, daß zumindest ihr Vorderende an die Oberfläche
der Linse zu liegen kommt, und ein mit dem hinteren Ende der
Lichtleitfaser verbundenes lichtempfangendes Element
aufweist.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Vorderende der Lichtleitfaser zugespitzt ist.
8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Sensor eine Perle aus Glasmaterial aufweist, die an das Vorderende
der Lichtleitfaser angesetzt ist.
9. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Licht empfangende Element ebenfalls in die Linse eingebettet
ist.
10. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sprachcodiereinheit ein Sprachwörterbuch ist, in dem der
Barcode für entsprechende in ihm enthaltene Wörter
vorgesehen ist.
11. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sprachcodiereinheit in Form eines Bilderbuchs vorgesehen
ist, das mehrere Bilder und mehrere Barcodes enthält, die
jeweils für jedes einem der Bilder entsprechenden Wort
vorgesehen sind, und daß die Sprachcodiereinheit außerdem ein
Leseorgan zum Lesen der Barcodes und Mittel zum Wiedergeben
der von ihm gelesenen Wörter enthält.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das
Leseorgan mit einem Speichermittel ausgestattet ist.
13. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sprachcodiereinheit ein an einer Ware angebrachter Barcode
ist.
14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der
Barcode an einem vorstehenden Steg der Ware angebracht ist.
15. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Barcode längs einer Nut in einer Fläche der Ware angebracht
ist, so daß die den Barcode bildenden Bars und Abstände quer
zu der Nut verlaufen, und daß die Sprachantworteinheit außerdem
ein Barcode-Leseorgan mit einem Sensor enthält, der den
Barcode längs der Nut abtasten kann.
16. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Barcode an einer Fläche eines Objekts angebracht ist und daß
die Sprachantworteinheit ein Barcode-Leseorgan enthält, das
in Form eines tragbaren, armbanduhrartigen Teils ausgeführt
ist.
17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das
Leseorgan eine auf die Fingerspitze eines Benutzers aufsetzbare
Fingerkappe enthält, und daß an einem Teil dieser Finger
kappe ein Barcode-Fühler mit einer Linse angebracht ist,
wobei die Fingerkappe mit der Oberfläche des Objekts in
Kontakt gebracht werden kann.
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