语音信号处理 第4版 第10章 语音合成与转换 思考题答案

第章语音合成与转换思考题答案

101.语音合成的目的是什么？它主要可分为哪几类？什么叫波形合成法和参数合成法？其区别在哪里？试比较它们的优缺点语音合成的目的语音合成的目的是制造出能够模拟人类发音的机器，使一些以其他方式表示或存储的信息能转换为语音，让人们能通过听觉方便地获得这些信息语音合成的分类语音合成主要分为波形合成法和参数合成法两大类波形合成法波形合成法是一种直接将语音信号进行存储和重放的方法它包括两种形式一种是波形编码合成，另一种是波形编辑合成波形编码合成类似于语音编码中的波形编解码方法，通过直接存储或压缩存储要合成语音的发音波形来实现优点是简单，缺点是需要很大的存储容量波形编辑合成通过选取音库中采取自然语言的合成单元的波形，对这些波形进行编辑拼接后输出优点是可以合成高质量语音，缺点是对基元之间的相互影响较小，只能合成有限词汇的语音段参数合成法参数合成法也称为分析合成法，是一种比较复杂的方法通过对语音信号进行分析，提取出语音的参数以压缩存储量，然后由人工控制这些参数的合成优点音库一般较小，系统适应的韵律特征范围较宽，比特率低，音质适中缺点算法复杂、参数多，并且在压缩比较大时信息丢失较大，合成出的语音不够自然清晰

2.波形编码合成中的波形拼接合成和规则合成法中的波形拼接有什么不同？波形编码合成中的波形拼接这种方法类似于直接对存储于音库中的语音运用PSOLA算法进行拼接，从而整合成完整的语音其特点是简单直接，但只能用于有限的词汇和语句规则合成法中的波形拼接这种方法首先在大量语音库中选择最合适的语音单元来用于拼接，并在选音过程中采用多种复杂的技术最后在拼接时使用PSOLA等算法对其合成语音的韵律特征进行修改，从而使合成的语音达到很高的音质其特点是能够生成无限词汇的语句，但复杂度较高

3.为什么说用波形或参数来合成语音的原理，与语音通信的接收端的语音合成的工作原理是完全相同的？原理相同无论是波形编码还是参数编码方法，其原理都等同于语音通信中的波形编码器和声码器中的接收端的工作过程两者都是通过分析或者变换得到的存储在语音库中的参数或码序列作为合成数据来实现语音合成因此，可以说两者存在一定共同点

4.对语音合成的激励函数有什么要求？在汉语中，对各种音段，应该使用什么样的激励函数较为合适？激励函数的要求激励函数必须能够产生符合发音生理过程的声音信号对于浊音来说，最简单的激励源是三角波脉冲；但对于高质量的语音合成，激励源的脉冲形状十分重要例如多项式波、滤波成形波等更为精确的形式可以提高激励源的质量对于清音来说，通常使用白噪声或伪随机数发生器产生的序列作为激励源汉语中的激励函数在汉语中，对于不同的音段应采用不同的激励函数发浊音时可以使用周期冲激序列或周期冲激调制的噪声；发清音时则可以使用伪随机数发生器产生的序列或平坦频谱的高斯分布随机数叠加序列这样可以保证生成的语音更加自然和清晰

5.什么是PSOLA合成算法？它有几种实现方式？利用时域基音同步叠加技术合成语音的实现步骤是什么？PSOLA合成算法PSOLA（基音同步叠加技术）是一种用于波形编辑合成语音技术中对合成语音的韵律进行修改的算法它能够保持原始语音的主要音段特征，同时在音节拼接时灵活调整其基音、能量和音长等韵律特征PSOLA算法有多种实现方式，包括时域基音同步叠加（TD-PSOLA）、线性预测基音同步叠加（LPCPSOLA）和频域基音同步叠加（FD-PSOLA）o实现步骤利用时域基音同步叠加技术合成语音的主要步骤如下基音同步分析设置与合成单元浊音段的基音保持同步的一系列位置点（同步标记），并对短时信号进行截取和处理基音同步修改在合成规则的指导下调整同步标记，产生新的基音同步标记，通过插入、删除等方式改变合成语音的时长和基频等参数基音同步合成利用短时合成信号进行叠加合成，根据需要调整时长和基频变化后的短时信号进行叠加得到最终的合成语音

6.什么是TTS它可以应用到哪些领域？一般一个TTS系统是由哪几个部分组成的？TTS的定义TTS（Text-to-Speech）即文本转语音技术，是将文本转换为可听声音的技术它赋予机器“人工嘴巴”的功能，使机器像人一样说话应用领域TTS技术广泛应用于自动报时、报警、公共汽车自动报站、电话查询服务业务、语音咨询应答系统以及打印出版过程中的文本校对等领域此外还有电子函件及各种电子出版物的语音阅读、识别合成型声码器等应用前景也十分光明TTS系统的组成部分一个典型的TTS系统主要由文本预处理模块、声学模型模块、声码器模块和后处理模块组成文本预处理模块负责将输入的文本进行规范化处理；声学模型模块将文本转换为声学特征；声码器模块基于所得到的声学特征完成目标语音的合成；后处理模块则对生成的语音进行优化处理以提高其自然度和可懂度

7.在TTS系统中，应如何考虑音长的规则？在汉语中，有哪些有关音长或调长的规律？应如何考虑一字多音多义问题？音长的规则在TTS系统中，音长的规则应根据实际发音情况进行调整一般来说，音长的调整需要考虑上下文语境和语义内容等因素对于汉语来说，常见的音长规则包括停顿、语调变化等例如在句末通常会有较长的停顿时间以标示句子结束同时还要结合具体的词语意义来决定音长的长短变化一字多音多义问题的处理一字多音多义问题是TTS系统中的一个重要挑战之一为了解决这个问题，可以在系统设计中引入上下文语境分析机制来动态确定每个字的具体读音例如可以通过训练大量的语料库来建立不同上下文下的发音模型，使得系统能够在具体使用时根据上下文选择合适的读音模式来进行转换和生成此外可以采用基于深度学习的方法来提高系统的智能化程度和准确性

8.在TTS系统中，应如何进行语音合成中的韵律控制？为什么韵律控制直接关系到合成语音的自然度与可懂度？韵律控制方法在TTS系统中进行韵律控制的方法主要包括基音频率的控制、能量控制以及语调变化等方面通过调整这些参数可以实现更自然的韵律效果并提高可懂度与自然度常用的方法包括基于规则的方法和基于统计模型的方法等例如可以通过建立统计模型来学习不同语境下的韵律模式并进行相应的调整和应用来实现更自然的韵律效果另外也可以采用基于深度学习的方法来进一步提高韵律控制的精度和效果韵律控制的重要性韵律控制直接关系到合成语音的自然度与可懂度的原因是因为在实际语言交流中人们的语调、重音等韵律特征对于理解语义内容非常重要如果缺乏有效的韵律控制措施就会导致生成的语音听起来不自然或者难以理解的情况出现因此通过合理的韵律控制可以显著改善TTS系统的质量和用户体验效果

9.常用的频谱特征参数转换方法有哪些？各有什么特点？矢量量化法矢量量化法通过将源语音和目标语音的频谱特征参数进行量化,建立码本并映射加权系数来实现转换优点是简单有效，缺点是忽略了各个子空间的联系，可能导致不连续性线性多变量回归法线性多变量回归法通过对源特征参数和目标特征参数进行归一化处理，并运用DTW对齐后，建立简单的线性关系进行转换优点是能够更好地进行特征的转换，缺点是对复杂特征的处理效果有限神经网络法神经网络法利用多层结构提取共振峰等特征，通过BP方法训练模型实现转换优点是能够捕捉复杂的非线性关系，缺点是计算量较大，需要大量训练数据多说话人插值法多说话人插值法通过预先存储多个说话人的频谱包络进行插值来获得目标频谱包络优点是在说话人数量较少时效果好，缺点是当说话人数量较多时效果不佳

10.常用的基音周期转换方法有哪些？各有什么特点？平均基音周期转换法通过分别提取源说话人和目标说话人的平均基音周期,然后进行比例转换优点是简单易实现，缺点是对个体差异的处理不够精细高斯模型转换法假定源说话人和目标说话人的基音周期都服从高斯分布，通过均值和方差的匹配进行转换优点是能够较好地处理个体差异，缺点是假设条件较为严格句子码本模型转换法采用建立句子级别的基音周期轮廓码本的方法，直接运用目标语音的基音轮廓优点是对于有限词汇量和某些特定应用效果好，缺点是需要大量的基音轮廓码本

11.常用的韵律信息转换方法有哪些？各有什么特点？基于统计的方法这类方法通过对源语音和目标语音的韵律信息进行统计分析，建立相应的数学模型进行转换例如通过DTW对齐后，建立统计模型进行转换优点是能够较好地捕捉韵律信息的统计特性，缺点是对复杂语境的处理能力有限基于深度学习的方法这类方法利用深度学习技术，通过端到端的训练模型来实现韵律信息的转换例如利用深度神经网络对输入文本进行解码生成韵律特征序列优点是能够捕捉复杂的非线性关系，缺点是需要大量的训练数据和计算资源

12.端到端深度学习语音合成主要包括哪两个模块？各自的作用是什么。