본 논문에서는 라즈베리파이, 마이크, 스피커, 버튼센서, 진동센서, TTS(Text-To-Speech) api를 활용하여 유아용 언어 학습용 디바이스를 개발한다. 학습시키고 싶은 단어가 쓰여져 있는 상자를 유아가 건드리면 그 단어의 소리가 나는 것을 가정하였다. 사용자가 버튼을 통해 직접 단어를 녹음을 할 수 있으며 웹페이지를 통해 텍스트(영어)를 입력하면 text-to-speech api를 통해 텍스트(영어)에 맞는 음성파일을 제공받을 수 있다. 저장된 음성파일은 진동센서를 통해 진동이 감지되면 스피커를 통해서 출력이 되는 시스템으로 구성하였다.
사회적 문제와 인공지능 기술의 발달로 챗봇 서비스에 대한 관심이 점점 증가하고 있으며, 그 결과 TTS(Text to Speech) 및 STT(Speech to Text) 기술을 기반으로 한 보조형 프로그램에 대한 개발이 다양한 모바일 환경에서 진행중이다. 본 논문에서는 문자를 소리로 변환해주는 TTS(Text to Speech) 기술과 소리를 문자로 변환해주는 STT(Speech to Text) 기술을 사용하여 음성지원 챗봇 시스템을 제작하고 이를 안드로이드 기반의 모바일 애플리케이션으로 구현한 '음성지원 챗봇 모바일 애플리케이션'을 제안하고, 이와 관련하여 관련 기술 및 기대효과에 대해 소개한다.
본 논문에서는 콘포머 기반 FastSpeech2를 이용한 한국어 메뉴 음성합성기를 제안한다. 콘포머는 본래 음성 인식 분야에서 제안된 것으로, 합성곱 신경망과 트랜스포머를 결합하여 광역과 지역 정보를 모두 잘 추출할 수 있도록 한 구조다. 이를 위해 순방향 신경망을 반으로 나누어 제일 처음과 마지막에 위치시켜 멀티 헤드 셀프 어텐션 모듈과 합성곱 신경망을 감싸는 마카론 구조를 구성했다. 본 연구에서는 한국어 음성인식에서 좋은 성능이 확인된 콘포머 구조를 한국어 음성합성에 도입하였다. 기존 음성합성 모델과의 비교를 위하여 트랜스포머 기반의 FastSpeech2와 콘포머 기반의 FastSpeech2를 학습하였다. 이때 데이터셋은 음소 분포를 고려한 자체 제작 데이터셋을 이용하였다. 특히 일반대화 뿐만 아니라, 음식 주문 문장 특화 코퍼스를 제작하고 이를 음성합성 훈련에 사용하였다. 이를 통해 외래어 발음에 대한 기존 음성합성 시스템의 문제점을 보완하였다. ParallelWave GAN을 이용하여 합성음을 생성하고 평가한 결과, 콘포머 기반의 FastSpeech2가 월등한 성능인 MOS 4.04을 달성했다. 본 연구를 통해 한국어 음성합성 모델에서, 동일한 구조를 트랜스포머에서 콘포머로 변경하였을 때 성능이 개선됨을 확인하였다.
To get more natural synthetic speech generated by a Korean TTS (Text-To-Speech) system, we have to know all the possible prosodic rules in Korean spoken language. We should find out these rules from linguistic, phonetic information or from real speech. In general, all of these rules should be integrated into a prosody-generation algorithm in a TTS system. But this algorithm cannot cover up all the possible prosodic rules in a language and it is not perfect, so the naturalness of synthesized speech cannot be as good as we expect. ANNs (Artificial Neural Networks) can be trained to learn the prosodic rules in Korean spoken language. To train and test ANNs, we need to prepare the prosodic patterns of all the phonemic segments in a prosodic corpus. A prosodic corpus will include meaningful sentences to represent all the possible prosodic rules. Sentences in the corpus were made by picking up a series of words from the list of PB (phonetically Balanced) isolated words. These sentences in the corpus were read by speakers, recorded, and collected as a speech database. By analyzing recorded real speech, we can extract prosodic pattern about each phoneme, and assign them as target and test patterns for ANNs. ANNs can learn the prosody from natural speech and generate prosodic patterns of the central phonemic segment in phoneme strings as output response of ANNs when phoneme strings of a sentence are given to ANNs as input stimuli.
Recently due to the rapid development of speech synthesis based on the corpora, the performance of TTS systems, which convert text into speech through synthesis, has enhanced, and they are applied in various fields. However, the procedure for objective assessment of the performance of systems is not well established in Korea. The establishment of the procedure for objective assessment of the performance of systems is essential for the assessment of development systems for the developers and as the standard for choosing the suitable systems for the users. In this paper we will report on the results of the basic research for the establishment of the systematic standard for the procedure of objective assessment of the performance of Korean TTS systems with reference to the various attempts for this project in Korea and other countries.
본 논문은 컴퓨터에 입력된 문자정보를 음성정보로 변환하기 위한 음성합성엔진에 관한 것이며, 특히 명료성의 향상을 위해 파형처리 음성합성방식을 이용한다. 음성합성엔진은 컴맨드 스트림의 제어에 따라 자연성의 향상을 위한 피치조절, 길이 및 에너지 등을 제어하며 음성합성단위로서 반음절을 사용한다. 엔진에서 사용 가능한 컴맨드를 프로그램하여 음성합성엔진에 입력함으로서 음성을 합성하는 빙식은 구문분석, 어휘분석 등의 하이레벨과 파형의 편집 가공 등의 로우레벨을 완전 분리하므로 시스템의 융통성과 확장성을 높인다. 또한 TTS시스템의 적용에 있어 각 모듈을 객체/컴포넌트(Object/Component)로 각 모듈이 상호 독립적으로 작동되도록 하여 쉽게 대체가 가능하다. 하이 레벨과 로우 레벨을 분리하는 소프트웨어 아키택처는 음성합성 연구에 있어 각각 여러 분야별로 독립적으로 연구수행이 가능하여 연구의 효율성을 높이며 여러 소프트웨어의 조합사용(Mix-and-Match)이 가능하여 확장성과 이식성을 향상시킨다.
기존의 TTS 시스템은 텍스트 전처리, 구문 분석, 발음표기 변환, 경계 분석, 운율 조절, 음향 모델에 의한 음향 특징 생성, 합성음 생성 등 여러 모듈로 구성되어 있다. 그러나 딥러닝 기반 TTS 시스템은 텍스트에서 스펙트로그램을 생성하는 Text2Mel 과정과 스펙트로그램에서 음성신호을 합성하는 보코더로 구성된다. 본 논문에서는 최적의 한국어 TTS 시스템 구성을 위해 Tex2Mel 과정에는 Tacotron2를 적용하고, 보코더로는 WaveNet, WaveRNN, WaveGlow를 소개하고 이를 구현하여 성능을 비교 검증한다. 실험 결과, WaveNet은 MOS가 가장 높으며 학습 모델 크기가 수백 MB이고 합성시간이 실시간의 50배 정도라는 결과가 나왔다. WaveRNN은 WaveNet과 유사한 MOS 성능을 보여주며 모델 크기가 수십 MB 단위이고 실시간 처리는 어렵다는 결과가 도출됐다. WaveGlow는 실시간 처리가 가능한 방법이며 모델 크기가 수 GB이고 MOS가 세 방식 중에서 가장 떨어진다는 결과를 보여주었다. 본 논문에서는 이러한 연구 결과로부터 TTS 시스템을 적용하는 분야의 하드웨어 환경에 맞춰 적합한 방식을 선정할 수 있는 참고 기준을 제시한다.
최근 광대역 무선 통신망의 보급과 소형 저장매체의 대용량화로 인하여 이동형 단말기가 주목 받고 있다. 이로 인해 이동형 단말기에 문자정보를 청취할 수 있도록 문자를 음성으로 변환해 주는 TTS(Text-to-Speech) 기능이 추가되고 있다. 사용자의 요구사항은 고음질의 음성합성이지만 고음질의 음성합성은 많은 계산량이 필요하기 때문에 낮은 성능의 이동형 단말기에 는 적합하지 않다. 본 논문에서 제안하는 분산형 음성합성기 (DTTS)는 고음질 음성합성이 가능한 코퍼스 기반 음성합성 시스템을 서버와 단말기로 나누어 구성한다. 서버 음성합성 시스템은 단말기에서 전송된 텍스트를 데이터베이스 검색 후 음성파형 연결정보를 생성하여 단말기로 전송하고, 단말기 음성합성 시스템은 서버 음성합성 시스템에서 생성된 음성파형 연결정보와 단말기에 존재하는 데이터베이스를 이용하여 간단한 연산으로 고음질 합성음을 생성할 수 있는 시스템이다. 제안하는 분산형 합성기는 단말기에서의 계산량을 줄여 저가의 CPU 사용, 전력소모의 감소, 효율적인 유지보수를 할 수 있도록 하는 장점이 있다.
최근 시리(siri)와 같이 사람의 말을 인식하고 대답해주는 서비스를 스마트폰 혹은 웹서비스로 제공해주고 있다. 이러한 지능형 처리를 위해서는 음성을 받아 드리고 웹상의 빅테이타를 검색하고 구문으로 분석, 정확도 부여등의 구현이 필요하다. 본 논문에서는 공개된 소스를 기반으로 하여 음성인식하는 ASR(Automatic Speech Recognition), 질문에 대한 내용을 데이터로 분석하고 응답을 만드는 QAS (Question Answering System), 결과를 음성으로 전달하는 TTS(Text to Speech) 로 구분하고 하나의 시스템으로 구현하는 연구와 분야별 적용될 수 있는 방법을 제안하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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