[논문]분산형 시스템을 적용한 음성합성에 관한 연구

김진우; 민소연; 나덕수; 배명진

doi:10.7776/ask.2010.29.3.209

분산형 시스템을 적용한 음성합성에 관한 연구
A Study on Speech Synthesizer Using Distributed System 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.29 no.3, 2010년, pp.209 - 215

김진우 (숭실대학교 정보통신공학과) , 민소연 (서일대학 정보통신과) , 나덕수 ((주)보이스웨어) , 배명진 (숭실대학교 정보통신공학과)

초록
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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.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently portable terminal is received attention by wireless networks and mass capacity ROM. In this result, TTS(Text to Speech) system is inserted to portable terminal. Nevertheless high quality synthesis is difficult in portable terminal, users need high quality synthesis. In this paper, we proposed Distributed TTS (DTTS) that was composed of server and terminal. The DTTS on corpus based speech synthesis can be high quality synthesis. Synthesis system in server that generate optimized speech concatenation information after database search and transmit terminal. Synthesis system in terminal make high quality speech synthesis as low computation using transmitted speech concatenation information from server. The proposed method that can be reducing complexity, smaller power consumption and efficient maintenance.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

[11], 이에 본 논문에서는 적은 데이터량의 전송과 낮은 단말기의 사양을 유지하며 고음질의 음성합성을 수행하기 위하여 새로운 분산형 음성합성 시스템을 제안한다.
본 논문에서는 대용량화된 저장매체와 광대역 통신망이 보급된 점을 감안하여 이동형 단말기에서도 고음질의 음성합성을 수행 할 수 있도록 분산형 음성합성 시스템을 단말기에 적용하여 단말기에서의 계산량을 감소시켜 이동형 단말기에서도 고음질의 음성합성을 구현하기 위한 방법을 제안하였다.
본 논문에서는 대용량화된 저장매체와 광대역 통신망이 보급된 점을 감안하여 이동형 단말기에서도 고음질의 음성합성을 수행 할 수 있도록 분산형 음성합성 시스템을 단말기에 적용하여 단말기에서의 계산량을 감소시켜 이동형 단말기에서도 고음질의 음성합성을 구현하기 위한 방법을 제안하였다.
본 논문에서는 이동형 단말기에 적합한 고음질의 음성 합성을 수행하기 위해서 분산형 시스템을 음성합성에 적용시켜 적은 계산량으로 고음질의 음성합성을 할 수 있도록 하는 분산형 음성합성 시스템을 제안한다. 논문의 구성은 서론에 이어 2장에서는 코퍼스 기반 음성합성 시스템, 3장에서는 분산형 음성합성 시스템을 알아보고, 4장에서는 본 논문에서 제안한 분산형 음성합성기에 대해 설명하고 5장에서는 제안한 방법에 대한 실험 및 결과를 설명하고 마지막으로 6장에서 결론을 맺는다.
본 논문에서는 이동형 단말기에 적합한 고음질의 음성 합성을 수행하기 위해서 분산형 시스템을 음성합성에 적용시켜 적은 계산량으로 고음질의 음성합성을 할 수 있도록 하는 분산형 음성합성 시스템을 제안한다. 논문의 구성은 서론에 이어 2장에서는 코퍼스 기반 음성합성 시스템, 3장에서는 분산형 음성합성 시스템을 알아보고, 4장에서는 본 논문에서 제안한 분산형 음성합성기에 대해 설명하고 5장에서는 제안한 방법에 대한 실험 및 결과를 설명하고 마지막으로 6장에서 결론을 맺는다.
이에 본 논문에서는 적은 데이터량의 전송과 낮은 단말기의 사양을 유지하며 고음질의 음성합성을 수행하기 위하여 새로운 분산형 음성합성 시스템을 제안한다.

가설 설정

음성파형 연결정보의 생성으로 인해 소설, 기사와 같은 입력텍스트가 바뀌지 않는 환경에서 적은 용량의 음성파형 연결정보를 생성해 두면 재생 시 간단한 연산만으로 합성음을 생성할 수 있다. 둘째, 단말기 가격의 저렴화이다. 기존 단말기에서 모두 처리되던 데이터베이스 검색, 전처리 과정 등의 연산이 서버에서 이루어짐에 따라서 단말기는 낮은 성능의 음성합성 칩의 사용이 가능하여졌다.

제안 방법

PG는 서버와 클라이언트로 나누어서 VC++ MFC를 이용하여 프로그램 하였다.
단말기 음성합성 시스템 부는 서버에서 생성된 음성파형 연결정보를 수신 받아 이의 인덱스 정보를 이용하여 데이터 베이스로부터 음성파형을 선택하고 합성음을 생성한다. 음성파형 생성 모듈은 전체 음성합성 시스템 중 약 22 %만 차지하는 음성파형 생성모듈만을 포함하여 기존의 단말기보다 계산량을 감소시킨다.
단말기 음성합성 시스템 부는 서버에서 생성된 음성파형 연결정보를 수신 받아 이의 인덱스 정보를 이용하여 데이터 베이스로부터 음성파형을 선택하고 합성음을 생성한다. 음성파형 생성 모듈은 전체 음성합성 시스템 중 약 22 %만 차지하는 음성파형 생성모듈만을 포함하여 기존의 단말기보다 계산량을 감소시킨다.
본 논문에서 제안하는 방식은 기존의 코퍼스 기반 음성 합성기를 이동형 단말기에 적합하도록 단말기에서 모든 연산이 처리되던 시스템을 서버와 단말기 음성합성 시스템으로 나누어 단말기에서의 연산을 분산시켜 연산량을 감소시킨 분산형 음성합성기를 제안한다.
본 논문에서 제안하는 방식은 기존의 코퍼스 기반 음성 합성기를 이동형 단말기에 적합하도록 단말기에서 모든 연산이 처리되던 시스템을 서버와 단말기 음성합성 시스템으로 나누어 단말기에서의 연산을 분산시켜 연산량을 감소시킨 분산형 음성합성기를 제안한다.
본 논문에서 제안한 분산형 음성합성기의 성능평가를 위해서 데스크탑 PC (Intel Pentium processor 1.5 GHz)에서 시뮬레이션을 구현하였다. 사용된 음성합성기는 보이스웨어사의 코퍼스 기반 음성합성 시스템을 사용하였다.
본 논문에서 제안한 분산형 음성합성기의 성능평가를 위해서 데스크탑 PC (Intel Pentium processor 1.5 GHz)에서 시뮬레이션을 구현하였다. 사용된 음성합성기는 보이스웨어사의 코퍼스 기반 음성합성 시스템을 사용하였다.
코퍼스 기반 음성 합성기를 서버와 단말기에 분산시키기 위하여 그림 4에 음성 합성기 각 모듈의 부하를 나타내었다. 사용된 합성기는 (주)보이스웨어의 코퍼스 기반 음성 합성기로 각 모듈의 부하 분포를 알아보기 위해 해당 함수에서 처리되는 시간을 측정하였다. 가장 많은 부하가 걸리는 모듈은 데이터베이스를 검색하여 최적의 음성 파형을 선택하는 DB검색 모듈로써 시스템 전체 부하의 63 %, 약2/3를 차지하고 있고, 실제 음성 파형을 DB에서 가져와 합성음을 만드는 모듈인 음성파형 생성 모듈은 22.
서버 음성합성 시스템 부는 입력된 텍스트에 대하여 Text 전처리, 문장 분석, 발음표기 변환, DB 선택 등의 과정을 거쳐 최적의 음성파형의 정보를 선택하고 단말기로 전송한다. 선택된 최적의 음성파형의 정보를 음성파형 연결정보라 하겠다.
시뮬레이션 구현을 위해서 TCP/IP를 통해 네트워크가 구성되어 있는 PC 2대를 사용하여 DITS 시뮬레이션을 구현하였다. 아래 그림 10은 분산형 음성합성기를 구현하기 위한 개요도를 나타냈다.
실험을 위한 텍스트는 한글 50 kbyte (약 2만 5천 음절에 해당)의 중복되지 않는 문장을 선택하여서 음성합성 시의 음소차이를 평준화 하였다.
실험을 위한 텍스트는 한글 50 kbyte (약 2만 5천 음절에 해당)의 중복되지 않는 문장을 선택하여서 음성합성시의 음소차이를 평중화 하였다.
일체형 합성기가 50 kbyte의 음성을 합성하는데 소요되는 시간과 분산형 합성기의 단말기가 텍스트 50 kbyte의 음성파형 연결정보의 크기와 합성 시 소요되는 시간을 비교하여 단말기에서의 연산량과 전송 용량의 차이를 확인하였다.
일체형 합성기가 50 kbyte의 음성을 합성하는데 소요되는 시간과 분산형 합성기의 단말기가 텍스트 50 kbyte의 음성파형 연결정보의 크기와 합성 시 소요되는 시간을 비교하여 단말기에서의 연산량과 전송 용량의 차이를 확인하였다.
제안한 방법의 성능 확인을 위하여 코퍼스 기반 음성합성 시스템을 서버와 단말기로 나누어 서버에서 생성된 음성파형 연결정보의 정보량을 확인하고, 일체형 음성합성기와 분산형 음성합성기 중 단말기에서의 음성합성시간을 비교하였다. 50 kbyte 텍스트를 음성파형 연결정보로 표현하기 위해 약 1.
제안한 방법의 성능 확인을 위하여 코퍼스 기반 음성합성 시스템을 서버와 단말기로 나누어 서버에서 생성된 음성파형 연결정보의 정보량을 확인하고, 일체형 음성합성기와 분산형 음성합성기 중 단말기에서의 음성합성시간을 비교하였다. 50 kbyte 텍스트를 음성파형 연결정보로 표현하기 위해 약 1.
코퍼스의 용량은 947 MByte이고 합성음은 16 kHz로 샘플링 되고 16 bits로 양자화된 여성의 음성이다. 코퍼스 기반 음성합성 시스템을 서버와 단말기의 분산형 음성합성 시스템으로 분리 하여 음성파형 연결정보가 생성되도록 하였다.

대상 데이터

5 GHz)에서 시뮬레이션을 구현하였다. 사용된 음성합성기는 보이스웨어사의 코퍼스 기반 음성합성 시스템을 사용하였다. 코퍼스의 용량은 947 MByte이고 합성음은 16 kHz로 샘플링 되고 16 bits로 양자화된 여성의 음성이다.

성능/효과

50 kbyte 텍스트를 음성파형 연결정보로 표현하기 위해 약 1.3 Mbyte의 정보량이 필요하였으며, 분산형 합성기에서 계산속도가 약 6배 정도 빨라짐을 알 수 있었다.
50 kbyte의 텍스트를 음성파형 연결정보로 표현하기 위해 약 1.3 Mbyte의 정보량이 필요하였으며, 분산형 합성기에서 계산속도가 약 6배 정도 빨라짐을 알 수 있었다.
분산형 음성합성기의 제안으로 갖는 장점으로는 첫째, 고정된 텍스트 환경에서 효율적으로 이용이 가능하다. 음성파형 연결정보의 생성으로 인해 소설, 기사와 같은 입력텍스트가 바뀌지 않는 환경에서 적은 용량의 음성파형 연결정보를 생성해 두면 재생 시 간단한 연산만으로 합성음을 생성할 수 있다.
기존 단말기에서 모두 처리되던 데이터베이스 검색, 전처리 과정 등의 연산이 서버에서 이루어짐에 따라서 단말기는 낮은 성능의 음성합성 칩의 사용이 가능하여졌다. 셋째, 시스템의 유지보수 및 업그레이드의 용이성이다. 서버에서 음성합성 연산 후 단말기로 전송을 하기 때문에 TTS 시스템의 기능을 업그레이드 하거나 유지보수 작업을 할 때 서버의 개선만으로 가능하기 때문에 기존 보다 용이하다.
실험 결과 음성파형 대신 연결정보를 전송함으로 채널 용량이 약 10배 정도 줄어들고, 일체형 합성기에서의 소요시간 보다 분산형 합성기의 단말기 소요시간이 약 6배에 정도 감소된 것을 확인 할 수 있다. 이를 통해 일체형 합성기에서의 단말기 부하가 분산형 합성기에서의 단말기 부하가 더 적다는 사실을 있다.
실험 결과 음성파형 대신 연결정보를 전송함으로 채널 용량이 약 10배 정도 줄어들고, 일체형 합성기에서의 소요시간 보다 분산형 합성기의 단말기 소요시간이 약 6배에 정도 감소된 것을 확인 할 수 있다. 이를 통해 일체형 합성기에서의 단말기 부하가 분산형 합성기에서의 단말기 부하가 더 적다는 사실을 있다.

후속연구

향후 서버에서 생성되는 음성파형 연결정보의 최적화와 무선 통신망 (Wi-Fi, Mobile Wi-Max)을 이용한 실제 환경에서 분산형 음성합성기와 일체형 음성합성기의 처리속도 비교와 성능 향상을 위한 연구가 이루어져야 할 것이다.

참고문헌 (12)

나덕수, 이종석, 배명진, "이동형 단말기 및 음성합성 칩에 적합한 저전력 소모 및 저 계산량 고음질 음성합성 시스템," 한국음향학회 2007년도 정기총회 및 추계학술발표대회 논문집, 26권, 2(s)호, 53-56쪽, 2007.
김영길, 박창현, 양윤기, "데이터베이스 분산을 통한 소용량 문자-음성 합성 단말기 구현," 대한전자공학회 2003년도 하계종합학술대회 논문집, 26권 1호. 2431-2434쪽. 2003.
T. V. Raman, Auditory User Interfaces Toward the speaking computer, Kluwer academic publishers, 1997.
Thierry dutoit, An introduction to text-to-speech synthesis, Kluwer academic publishers, 1997.
나덕수, "코퍼스 기반 일본어 음성 합성기의 성능 향상에 관한 연구," 박사학위 논문, 숭실대학교, 2009.
박진수, 박종세, 김형순, "코퍼스 기반 TTS 시스템의 개발을 위한 객관적 척도의 적용," 정보통신산업진흥원, 정보통신연구진흥원 학술기사, vol. 19, no. 1, 2003.
A. Hunt and A. Black, "Unit selection in a concatenative speech synthesis system using a large speech database," in Proc of ICASSP, Atlanta, vol. 1, pp.373-375, 1996.
Akemi lida, Nick Campbell, Fumito Higuchi and Michiaki Yasumura, "A corpus-based speech synthesis system with emotion," Speech Communication, vol. 40, Issues 1-2, pp.161- 187, 2003.

상세보기
T. Mizutani and T. Kagosima, "Concatenative Speech Synthesis Based on the Plural Unit Selection and Fusion Method," IEICE Trans. Int. & Syst., Vol.E88-D, NO.11, pp.2565-2572, 2005.

상세보기
H. Kawai and T. Toda, "An Evaluation of Automatic Phone Segmentation for Concatenative Speech Synthesis," Proc. IEEE ICASSP2004. 2004'
김진우, 민소연, 나덕수, 배명진, "분산형 시스템을 이용한 음성 합성의 계산량 감소에 관한 연구," 한국음향학회 2009년 추계학술발표대회 논문집, 28권, 2{s)호, 358-359쪽, 2009.
최두헌, 문연태, 김도균, "Wave 2 규격을 위한 와이브로 기지 국용 일체형 복합 RF unit 연구," 대한전기학회지, 59권, 9호, 1660-1668쪽, 2008.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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