§ 2. Значение усовершенствования обработки речевых сигналов и изображений для развития техники управления и связи
А. Методы обработки речевых сигналов и изображений. Применения их в существующих и в перспективных человеко-машинных системах управления, роботах и искусственным интеллектом, будущих системах связи.
Обеспечение возможно более совершенного общения человека с вычислительной машиной уже сейчас является одним из важных вопросов. В дальнейшем значение успешного его решения будет возрастать все в большей мере. Человеком задается машине первоначальная программа действий. Машиной выполняются функции, которые человек сам не может выполнить. Это, например, обработка большой по объему информации, которая к тому же иногда должна происходить в натуральном масштабе времени, и выработка на основе ее управляющих воздействий. Эти функции во многих случаях выполняются автоматически, без участия человека. Созданы машинные методы адаптивного и оптимального управления, при которых первоначально заданная программа действий совершенствуется самой машиной. Но, наряду с автоматическим управлением, осуществляемым без участия человека, большое место в технике управления занимает и человеко-машинное управление процессами. Бывает так, что, исчерпав свои возможности, машина должна обратиться за помощью к человеку-оператору. Последний же, давая нужные указания, должен контролировать их выполнение. Некоторые практически важные задачи вообще решаются лишь в результате обработки информации при диалоге между человеком и машиной. Диалоговые человеко-машинные системы применяются все
более широко. ЭВМ используются и в качестве консультантов, подсказывающих человеку решения, которые должны быть приняты для того, чтобы управление было эффективным.
При всех этих применениях ЭВМ важно, чтобы общение человека с машиной было удобным. Во многих случаях наиболее приемлемой формой общения является речь, с которой человек обращается к машине, а машина, формируя речевые ответы, должна отвечать человеку или спрашивать его о том, что требует уточнения. Вопросы речевого общения существенны и для робототехники. Роботу могут быть отданы первоначально или в процессе его работы речевые приказы, и от него может потребоваться ответ об его действиях. Разработка рациональных методов передачи речевых сигналов имеет большое значение и для усовершенствования линий связи.
Используются следующие методы машинной обработки речевых сигналов. При восприятии речи человека производятся ее анализ и преобразование к такому виду, при котором возможно выполнение указываемых далее действий. Используются специальные методы обработки речевых сигналов, одним из которых является метод уменьшения избыточности информации, передаваемой сигналами, что упрощает дальнейшую их обработку. Для перспективных человеко-машинных систем и наделенных искусственным интеллектом роботов обработка речевых сигналов должна включать в себя их распознавание и то, что соответствует пониманию речи человеком и формированию осмысленных ответов. Разработаны и совершенствуются сейчас методы машинного синтеза речи, применение которых позволяет машине говорить с человеком.
По оценке, которая дана в статье [103], "устройства распознавания речи становятся сейчас неотъемлемым компонентом систем автоматизации производства. Несмотря на то, что современное поколение устройств распознавания речи может воспринимать сравнительно небольшое число простых произносимых команд, это оказывается достаточным для внедрения таких изделий в практику. В недалеком будущем появятся устройства распознавания речи с обширными словарями, которые смогут заменить клавиатуру как основное устройство ввода информации для пишущих машинок, систем обработки текстов и даже компьютеров". К тому что здесь сказано, заметим, что работающие с речевым управлением устройства типа пишущих машинок могут служить и функциональными узлами входных систем ЭВМ.
До недавнего времени представлялось возможным распознавание машиной лишь нескольких десятков слов. Позднее были созданы системы распознавания нескольких сотен слов. Ко времени написания этой книги появились сообщения о создании системы распознавания речи со словарем уже на 20 тыс. слов [95, 103] и о разработке приспособленных для работы с таким же словарем пишущих машинок с речевым управлением [102, 103].
При распознавании речи в устройствах с небольшим словарем обычно производилось сравнение речевых сигналов с эталонами в виде записанных в памяти машины последовательностей, отражающих спектральные характеристики отдельных слов, получаемых при измерении параметров частотного спектра во времени. Получил применение и фонетический подход к распознаванию речи. При использовании словарей, насчитывающих тысячи слов (сейчас уже, как было сказано, до 20 тысяч), применяются для
распознавания речи и другие методы, а ее "понимание" и "осмысливание" машиной производятся на основе грамматического и семантического разбора речи.
Методами обработки речевых сигналов предусматривается подавление шумов, искажающих речь. Это важно для управляемых голосом ЭВМ и роботов, в особенности же — для передачи речевых сигналов по линиям связи.
Визуальные представления в еще большей степени чем речь используются при вводе информации в автоматически действующие устройства и системы и при обмене информацией между человеком и ЭВМ в человеко-машинных системах управления. Часто входным сигналом для робота является изображение того, с чем он должен манипулировать. Например, сортируя детали, робот должен по их виду определять, к какой группе относится каждая из них, и производить соответствующую их раскладку. Иногда возникает необходимость в придании детали определенного положения на плоскости или в пространстве; это положение контролируется по виду получаемых изображений. Робот, наделенный искусственным интеллектом, должен выполнять и более сложные функции, действуя, например, в среде, о которой не имеется достаточных предварительных сведений. Имеются объекты управления, представляющие собой микроскопические элементы, увеличенные изображения которых передаются на вход системы. Некоторые объекты управления удалены на большое расстояние от ЭВМ, обрабатывающей визуальную информацию и формирующей управляющие воздействия. Одним из основных видов линий связи стали сейчас телевизионные линии связи, по которым производится передача изображений; Создание цифровых линий телепередачи имеет большое значение для развития техники связи.
Методы обработки изображений, производимой с целью их улучшения, применяются при получении изображений и при передаче их по линиям связи. При формировании первичных изображений и при их передаче возникает необходимость в подавлении искажающих их помех. Одним из основных вопросов обработки изображений являются также вопросы уменьшения избыточности информации, которая может быть передана изображением, или, по-другому, сжатия информации. Это достигается при применении специальных методов обработки, в какой-то мере аналогичных методам уменьшения избыточности, о которых говорилось выше, когда рассматривалась обработка речевых сигналов. Различные методы улучшения изображений используются в тех случаях, когда применяются микроэлектронные, оптические и иные средства обработки.
