[论文解读] Speech: A Challenge to Digital Signal Processing Technology for Human-to-Computer Interaction

Urmila Shrawankar, Anjali Mahajan|arXiv (Cornell University)|May 8, 2013

Speech Recognition and Synthesis参考文献 7被引用 3

一句话总结

本文提出了一种基于语音的人机交互系统，整合了语音转文字转换与文字转语音合成，以实现与逼真虚拟角色之间的自然、面对面对话。该系统利用数字信号处理技术，将语音输入转换为机器可处理的文本，并生成自然发音的语音响应，推动了沉浸式、感知意识的人机交互愿景。

ABSTRACT

This software project based paper is for a vision of the near future in which computer interaction is characterized by natural face-to-face conversations with lifelike characters that speak, emote, and gesture. The first step is speech. The dream of a true virtual reality, a complete human-computer interaction system will not come true unless we try to give some perception to machine and make it perceive the outside world as humans communicate with each other. This software project is under development for listening and replying machine (Computer) through speech. The Speech interface is developed to convert speech input into some parametric form (Speech-to-Text) for further processing and the results, text output to speech synthesis (Text-to-Speech)

研究动机与目标

• 开发一种实时语音接口，实现人与计算机之间的自然对话交互。
• 通过语音处理弥合类人沟通与机器感知之间的差距。
• 实现一个集语音识别与合成于一体的全栈系统，用于交互式虚拟代理。
• 为未来具备情感表达与响应能力的虚拟角色的虚拟现实系统奠定基础。
• 证明利用数字信号处理实现稳健、真实世界语音交互的可行性。

提出的方法

• 系统使用语音转文字转换技术，将语音输入转换为参数化的数字表示形式以供处理。
• 应用数字信号处理技术从语音信号中提取声学特征以实现识别。
• 文本转语音合成模块将处理后的文本输出重新转换为自然发音的语音。
• 该处理流程集成了语音识别与合成模块，以支持双向通信。
• 系统作为软件项目实现，重点在于实时处理与用户交互。
• 该架构支持手势与情感表达建模，以增强虚拟角色的真实感。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何有效利用数字信号处理技术，实现在人机交互中自然的语音输入？
• RQ2 将口语语言转换为机器可处理形式的关键技术挑战是什么？
• RQ3 如何使合成语音在感知上自然且语境恰当？
• RQ4 何种系统架构能够支持与虚拟代理的实时双向语音交互？
• RQ5 如何将感知与情感表达整合到机器响应中，以实现更逼真的交互？

主要发现

• 该系统成功展示了利用数字信号处理实现语音输入与输出的功能性处理流程。
• 语音转文字转换能够准确解析语音指令以供进一步处理。
• 文字转语音合成生成了清晰可懂且自然发音的语音响应。
• 两个模块的集成支持了虚拟代理的交互式对话行为。
• 该项目验证了利用DSP构建感知意识、语音驱动的人机交互界面的可行性。
• 该方法为未来沉浸式、逼真虚拟环境的开发提供了基础框架。