SINTESIS DE VOZ EN TIEMPO REAL Armijo Cristian, Cajilema Héctor, Casco Casco airo, Si!c"o #imena Escuela de Electrónica y Teleco Telecomunicaciones, municaciones, Facultad de Ingeniería, Ingeniería, Universidad Nacional de Chimborazo, Riobamba, Ecuador Ecuador
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Abstracto – En este documento mostramos con claridad el proceso a realizar para el análisis de las señales de vo vozz en tiem tiempo po real real.. Medi Median ante te la util utiliz izac ació iónn del del dispositivo TLV32A!"32#$EVM%&' con un en(o)ue a el pro*rama MatLab. Abstract – !n t+is document ,e s+o, ,it+ clearl- t+e process to do (or t+e si*nal anal-sis o( voices in real time. time. - usin* t+e device device TLV32 TLV32A!"32# A!"32#$EVM% $EVM%&' &' ,it+ a (ocus on MatLab pro*ram. !.
!!.
$eneral% Analizar el 5rocesamiento i*ital de 8eñales con la a-uda del dispositiv dispositivoo TLV32 TLV32A!"32 A!"32#$EVM%& #$EVM%&'' para evidenciar de manera clara el proceso )ue se lleva a cabo para la obtención de la señal deseada. Es&ec'(icos% 0ealizar el análisis del dispositivo a emplear para el procesamiento procesamiento de señales. señales. Mostrar las di(erentes aplicaciones )ue nos provee el dispositivo. 5ro*ramar 5ro*ramar en MatLab MatLab utilizando utilizando las partes partes matemáticas matemáticas necesarias para el procesamiento de las señales.
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5ara poder realizar el proceso de s6ntesis de voz en tiem tiempo po real real noso nosotr tros os +emo +emoss util utiliz izad adoo el sp sp TLV3 TLV32A! 2A!"32# "32#$EV $EVM%& M%& - emplea empleado do tambi7 tambi7nn el pro*rama MatLab' independientemente. independientemente. El 5roces 5rocesam amien iento to i*ita i*itall de 8eñal 8eñales es es realiz realizado ado mediante el in*reso de la señal' 7sta señal es modi(icada o me9ora me9orada da media mediante nte un proces procesoo matemá matemáti tico' co' esto esto puede realizarse de manera muc+o más rápida util utiliz izan ando do el +ard, +ard,ar aree - so(t, so(t,ar aree de pe)ue pe)ueño ñoss dispositivos' tambi7n llamados microprocesadores. A una señal se la pude procesar por di(erentes motivos' tales como: % isminución de de ru ruido % Me9o Me9ora rarr cier cierto toss mati matice cess ;*ra ;*rave vess o a*u a*udos dos<< % 1 simp simple leme ment ntee para para obt obten ener er una una señ señal al clar claraa entendible. Los sp=s son mu- utilizados en el procesamiento de m>sica' voz ;celulares<' imá*enes - video. En nuestro caso en particular utilizaremos a nuestro sp para )ue realice realice el procesamiento procesamiento de m>sica - de voz.
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MA0"1 TE40!"1
PROCESAMIENTO DI$ITAL DE SE)ALES *DSP+ Es el proceso matemático )ue nos a-uda a la conversión de una una señal señal - su me9o me9ora rami mien ento to'' se los los pued puedee trans( trans(orm ormar ar tanto tanto en en tiempo tiempo discre discreto' to' como como en (recue (recuenci nciaa discre discreta' ta' esta esta modula modulació ciónn de señal señal se la puede realizar r ealizar a trav7s de una secuencia de n>meros tambi7n mediante un microprocesador de señales' los más utilizados - los más estudiados son los conversores analó*icos@di*ital analó*icos@di*ital o tambi7n conocidos como A" 'est7 estará conectado al in*reso in*reso del sistema para realizar realizar la primera conversión con este tipo de conversores realizan la conversión de señales continuas en el tiempo a señale señaless periód periódic icas as con domini dominioo de (recue (recuenci ncia. a. El procesamiento de la señal tambi7n necesita poseer un conversor di*ital@analó*ico a su salida para la se*unda conversión de tiempo discreto a tiempo continuo.
IMAGEN: muestra el proceso del tratamiento de la señal.
IMAGEN: Filtro pasa banda
ILTROS PASA -AOS%
ILTROS PASA ALTOS%
Es un (iltro de estructura electrónica )ue se utiliza para blo)uear las (recuencias altas - permitir el paso de las (recuencias ba9as' este tipo de (iltro puede traba9ar tanto en la parte analó*ica como en la parte di*ital sabiendo )ue sus (unciones de trans(erencia en la parte di*ital estará dada por la trans(ormada z - dependiendo de )u7 orden de (iltro sea. En tanto a la parte analó*ica dependerá de los valores tanto de la reactancia capacitiva como de la reactancia inductiva. ;+ttp:@@es.,iipedia.or*@,ii@BiltroCpasoCba9o<
Este tipo de (iltro está diseñado para permitir pasar las (recuencias altas - atenuar las (recuencias altas *racias a sus componentes electrónicos de ba9a (recuencia como son 0" ;0esistencia' "apacitor< )ue realizan el (iltrado a la (recuencia )ue necesitamos traba9ar' eisten muc+as aplicaciones para este tipo de (iltros electrónicos como puede ser las señales de audio para una ca9a ampli(icada' otra de las aplicaciones en las )ue se puede utilizar este tipo de (iltro es el los (iltros activos. ;+ttp:@@es.,iipedia.or*@,ii@BiltroCpasoCalto<
IMAGEN: Filtro pasa bajo
ILTROS PASA -ANDA% Los (iltros pasa banda son (iltros de composición electrónica' dentro de sus caracter6sticas de traba9o este tipo de (iltros permiten el paso de cierto ran*o de (recuencias )ue nosotros deseemos traba9ar de acuerdo a la señal )ue estamos in*resando' este (iltro permite el paso de la (recuencia de resonancia ;Bc< )ue es la (recuencia donde vamos a poder realizar el análisis tambi7n posee las (recuencias ;BD'B2< )ue nos indican las re*iones de corte para las (recuencias altas - ba9as este tipo de (iltro utiliza los componentes 0L" ;0esistencia' obina' "apacitor< )ue son los encar*ados de la *eneración de la señal - su oscilación. ;+ttp:@@es.,iipedia.or*@,ii@BiltroCpasoCbanda<
IMAGEN: Filtro pasa alto
LA TRANSORMADA RAPIDA DE O.RIER La tras(ormada rápida de Bourier es un sistema matemático )ue nos permite realizar el análisis de las señales de tiempo continuo - lue*o de resolver el proceso matemático tendremos los valores de la señal de dominio en el tiempo trans(ormada al dominio de la (recuencia. ;+ttp:@@+-perp+-sics.p+-% astr.*su.edu@+basees@mat+@((t.+tml<
IMAGEN: Transformada Rápida de Fourier
!V.
MET11L1FGA
Proce/imiento0 D. Ad)uisición del sp
Fiura !.!. *olocaci/n de las placas
$.
Alimentación del ispositivo
/uestro dispositivo puede ser alimentado mediante coneión de cable usb' (uente de H a D Vdc de alimentación de pared eterna de A" @ " o (uente de alimentación de laboratorio
2.
!nvesti*ación del dispositivo a utilizar para +acerlo sintetizador de voz.
3.
Monta9e de las placas Fiura ,.". Alimentaci/n del dispositi0o mediante cable 12$
5ara ver el monta9e de las placas nos *uiaremos del si*uiente dia*rama.
#.
escar*a del 8o(t,are )ue nos a-uda para realizar las di(erentes aplicaciones de nuestro dispositivo. Iue lo encontramos en el si*uiente Lin: +ttp:@@,,,.ti.com@tool@tlv32aic32#$evm%
H.
Fiura !.". #iarama de $lo%ues del T&'!()AI*!(+,E'M-
A continuación mostraremos el monta9e de las placas de manera (6sica. ;Estas placas son mu- sensibles' razón por la cual +emos utilizado *uantes )uir>r*icos<
Análisis de Aplicaciones )ue provee el dispositivo. Este análisis lo +emos realizado en base al datas+eet del mismo dispositivo )ue se encuentra en la 8i*uiente irección. +ttp:@@,,,.ti.com@lit@u*@slau2H$a@slau2H$a.pd( A continuación realizaremos al*unas descripciones de las aplicaciones del dispositivo.
Fiura !.(. Identificaci/n de los pines.
Fiura 3.". Abrimos el 4rorama instalado
Automáticamente se nos desplie*a una ventana como 7sta' en la cual podemos ele*ir al*unas con(i*uraciones - caracter6sticas del dispositivo.
J 5FA Analo* -pass % esta con(i*uración enruta !/DCL@!/DC0 al ampli(icador de entrada analó*ica ;Mic 5FA< )ue lue*o se encamina tanto a la l6nea ampli(icadores de auriculares.
Fiura 3.,. *onfiuraciones de 0olumen de panel de Reproducci7n
Fiura 3.(. 'entana de Inreso 5 selecci/n
Este so(t,are a-uda a los usuarios a (amiliarizarse rápidamente con el TLV32A!"32#$. "ada secuencia de comandos inclu-e una breve descripción de la con(i*uración seleccionada en un script.
iltra/o a/a&tati1o El TLV32A!"32#$ cuenta con coe(icientes de (iltro doble de b>(er )ue permiten (iltrado en tiempo real. Además cuenta con +asta seis bi)uads cascada - un (iltro !!0 de primer orden por canal A" en varios blo)ues de procesamiento de señales. La (ic+a del ecualizador param7trico permite al usuario modi(icar la respuesta de (recuencia de la señal de entrada di*ital )ue se alimenta despu7s en los canales del "A. Esta aplicación puede ser >til para a(inar la respuesta de (recuencia de audio.
Fiura 3.!. Muestra el 2cript de Audio 4la5bac6
El panel de reproducción tiene las si*uientes con(i*uraciones: J La reproducción est7reo de alto. 5TMC53 modo' por ba9o nivel de ruido' la reproducción est7reo de alto rendimiento a trav7s de la l6nea - de salidas de auriculares. J a9a potencia est7reo 0eproducción. 5TMC5D para reproducción est7reo de ba9a potencia a trav7s de la l6nea - salida de auriculares. J Analo* -pass directa % esta con(i*uración enruta !/DCL@!/DC0 a K5L @ K50.
Fiura 3.+. 'entana de Filtrado Adaptati0o.
Com&resi2n /e ran!o /in3mico "ompresión de ran*o dinámico ;0"< se puede activar mediante la comprobación de la +abilitación de !z)uierda 0" - Enable. El *rá(ico de caracter6sticas de trans(erencia de nivel es una (unción de la *anancia di*ital aplicada - el parámetro umbral.
La l6nea del *rá(ico se divide en dos re*iones lineales a trozos donde la l6nea ro9a representa el nivel ran*o en el )ue la atenuación de la 0" tiene lu*ar' - la l6nea verde representa el ran*o de nivel en el )ue la señal no se ve a(ectada por 0".
Me/ici2n DC Al marcar la casilla Kabilitar sondeo muestra los datos de medición de corriente continua. 1tros indicadores relacionados a esta (unción se puede acceder desde el panel de indicadores de estado.
Control A4tom3tico /e $anancia En esta pantalla podemos observar la ad)uisición de la señal en tiempo real' 9unto a ello vemos )ue eisten opciones tales como eliminación de ruido' modi(icación de a*udos' etc. En 7sta sección podemos manipular a la señal como ten*amos a bien.
Ec4ali5a/ores
Detecci2n /e A4ric4lares El TLV32A!"32#$EVM o(rece dos blo)ues de terminales ;? - ?$< )ue se puede utilizar para conectar di(erentes tipos de conectores para auriculares de celulares. 5ara la detección auricular adecuado' las coneiones deben cumplir con la ci(ra )ue aparece en la sección de detección de auriculares de la +o9a de datos. El panel de detección de auriculares proporciona in(ormación sobre la con(i*uración de +ard,are de un e)uipo de sonido de cuatro conductores celular
La aplicación cuenta con 2 ecualizadores mini85 cascada (iltros bi)uad por canal A". "ada uno de los $ de 2 bandas de ecualización deslizadores modi(icar su (iltro correspondiente en la cascada como una (unción de *anar. "ada deslizador maestro controla el control de volumen di*ital del TLV32A!"32#$. Todos los deslizadores se pueden establecer para se*uir el movimiento del deslizador del canal opuesto al activar el blo)ueo de L 0 s,itc+. con(i*uraciones prede(inidas.
Anali5a/or /e Es&ectros 5roporciona una representación visual del contenido de (recuencia de la entrada de la señal. 8i se selecciona Ambos canales en la ca9a de selección para permitir el sondeo' mediante un interruptor' 1/@ 1BB.
N.
5rocesamiento de voz usando Matlab.
A continuación mostraremos el códi*o independiente del dispositivo para evidenciar el procesamiento de las señales matemáticamente.
A)u6 podr6amos ver como var6a el analizador para la señal 0 - L a medida )ue el audio está en reproducción' son mu- di(erentes las dos.
Fiura 8.". Men9 de opci/n con tipos de filtros a trabajar.
Fiura 8.(. Inreso de audio atre0es del micr/fono del computador.
Control /e Cate!or'as Los a9ustes di*itales' de con(i*uración analó*ica' - las cate*or6as de procesamiento de señal proporcionan un control de muc+os re*istros - otras caracter6sticas. Estas cate*or6as están destinadas a la avanzada decisión manipulación del usuario.
Fiura 8.!. Gráfico de la señal de inreso.
Fiura 8.,. */dio %ue se encara del cálculo Transformada Rápida de Fourier de la señal de inreso.
de la
8i el (iltrado se realiza es a trav7s de un (iltro pasa ba9os permitirá pasar (recuencias por deba9o de #Kz' en el caso de un (iltro pasa altos de9a pasar (recuencias por encima de los #Kz' de lo contrario' si es un (iltro pasa
banda este va de9ar pasar solo (recuencias de 2&Kz a 3&Kz
Fiura 8.; ráfica de polos 5 ceros.
Fiura 8.< c/dio %ue permite escuc=ar el audio de entrada 5 de salida.
Fiura 8.+. *álculo de coeficientes de los f iltros pasa bajos pasa altos 5 pasa banda.
V.
0E8LTA18
RES.LTADOS DE AN6LISIS DE VOZ CON ILTRO PASA -ANDA%
Figura 3.2.1.- Resultado en funci/n del tiempo al inreso de la señal por medio del micr/fono del computador.
Fiura 8.3. C/dio para raficar el filtrado de la señal.
Fiura !.(.(. Resultado en funci/n de la frecuencia al inreso de la señal por medio del micr/fono del computador.
Fiura !.(.!. Resultado en funci/n del tiempo de la señal filtrada.
Fiura !.(.,.- Resultado en funci/n de la frecuencia de la señal filtrada.
Fiura 8.8. Gráfica de respuestas de fase manitud impulso
Fiura. Resultado del filtro pasa banda con respuesta en manitud fase respuesta al impulso 5 diarama de polos 5 ceros.
RES.LTADOS DEL AN6LISIS DE VOZ CON ILTRO PASA ALTO%
Fiura !.!.+.- Resultado del filtro pasa alto con respuesta en manitud fase respuesta al impulso 5 diarama de polos 5 ceros.
RES.LTADOS DEL AN6LISIS DE VOZ CON ILTRO PASA -AO%
Fiura !.!.".- Resultado en funci/n del tiempo al inreso de la señal por medio del micr/fono del computador. Fiura !.,.".- Resultado en funci/n del tiempo al inreso de la señal por medio del micr/fono del computador.
Fiura !.!.(.- Resultado en funci/n de la frecuencia al inreso de la señal por medio del m icr/fono del computador. Fiura !.,.(.- Resultado en funci/n de la frecuencia al inreso de la señal por medio del micr/fono del computador.
Fiura !.!.!.- Resultado en funci/n del tiempo de la señal filtrada. Fiura !.,.!.- Resultado en funci/n del tiempo de la señal filtrada.
Fiura !.!.,.- Resultado en funci/n de la frecuencia de la señal filtrada. Fiura !.,.,.- Resultado en funci/n de la frecuencia de la señal filtrada.
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+ttp:@@es.,iipedia.or*@,ii@BiltroCpasoCband a +ttp:@@,,,.ti.com@tool@tlv32aic32#$evm% +ttp:@@,,,.ti.com@lit@u*@sla u2H$a@slau2H$a.pd( •
V!!!.
Fiura !.,.+.- Resultado del filtro pasa bajo con respuesta en manitud fase respuesta al impulso 5 #iarama de polos 5 ceros.
V!.
V!!. •
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"1/"L8!1/E8 5odemos concluir )ue el análisis manipulación de nuestro dispositivo no es comple9o de entender puesto )ue con la a-uda del so(t,are de nuestro dispositivo - con un datas+eet cerca el procesamiento de las señales será en contados minutos. /uestro dispositivo provee muc+as aplicaciones' entre ellas +emos manipulado a (iltros' ecualizadores' analizador de espectros' controles )ue permiten modi(icación de la señal. Etc. En la pro*ramación en Matlab podemos observar la parte matemática )ue es utilizada para poder realizar el procesamiento de las señales' as6 como tambi7n la ad)uisición de la señal' etc. 0EBE0E/"!A8 +ttp:@@+-perp+-sics.p+-% astr.*su.edu@+basees@mat+@((t.+tml +ttp:@@es.,iipedia.or*@,ii@BiltroCpasoCba9o +ttp:@@es.,iipedia.or*@,ii@BiltroCpasoCalto
!1F0ABGA
Cristian Armijo, nació en 0iobamba – Ecuador el D de Ma-o de DOO3. 0ealizó sus estudios secundarios en la nidad Educativa P8anto Tomás ApostolQ. Actualmente se encuentra estudiando en )uinto semestre de !n*enier6a en Electrónica Telecomunicaciones de la niversidad /acional de "+imborazo. airo Casco, nació en 5enipe – Ecuador el de Ma-o de DOO. 0ealizó sus estudios secundarios en el !nstituto Tecnoló*ico 8uperior P"arlos "isnerosQ. En el 2DD se *raduó de Tecnólo*o en Electrónica !ndustrial en el !nstituto Tecnoló*ico 8uperior P"arlos "isnerosQ. Actualmente se encuentra estudiando en )uinto semestre de !n*enier6a en Electrónica Telecomunicaciones de la niversidad /acional de "+imborazo. Héctor Cajilema, nació en 0iobamba – Ecuador el de 8eptiembre de DOOD. 0ealizó sus estudios 8ecundarios en el "ole*io Eperimental P5edro Vicente MaldonadoQ. Actualmente se encuentra estudiando en )uinto semestre de !n*enier6a en Electrónica - Telecomunicaciones de la niversidad /acional de "+imborazo.
#imena Si!c"o, nació en 0iobamba – Ecuador el 2D de Marzo de DOO$. 0ealizó sus estudios 8ecundarios en el !nstituto Tecnoló*ico 8uperior P!sabel de Fod6nQ. Actualmente se encuentra estudiando en )uinto semestre de !n*enier6a en Electrónica Telecomunicaciones de la niversidad /acional de "+imborazo.
