INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCION DE EDUCACIÓN SUPERIOR

Transcripción

1 PROGRAMA SINTETICO CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Reconocimiento y Síntesis de Voz SEMESTRE: Noveno OBJETIVO GENERAL: El alumno diseñará e implementará sistemas de reconocimiento de voz con base en los principios de funcionamiento del sistema fonador, el auditivo y la teoría de la inteligencia artificial. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Definiciones y Conceptos Generales en el Reconocimiento de Patrones de Voz. II. Fundamentos de las Señales Acústicas. III. Herramientas Computacionales para la Síntesis y el Reconocimiento de Voz. IV. La Inteligencia Artificial. V. Redes Neuronales, Algoritmos Genéticos, Agentes, y Perceptores. VI. Procesamiento de Señales Digitales. VII. Casos de estudio: VOCODERS, CEPSTRUM y sistemas abiertos basados en UNIX VIII. Desarrollo de un Proyecto de Reconocimiento de Voz. METODOLOGÍA: Búsqueda de información por parte del alumno de los temas del curso, haciendo énfasis en los fundamentos formales de cada tópico y presentando problemas. Realización de prácticas que permitan al alumno familiarizarse con el diseño y la implementación de sistemas de reconocimiento de voz, su diseño asistido con técnicas computacionales y los sistemas abiertos de reconocimiento de patrones basados en UNIX. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Tres exámenes que tendrán un valor de 70%. Entrega de un proyecto de reconocimiento de voz, para la 3ª. Evaluación. Resolución de ejercicios realizados en clases 10 % Prácticas de laboratorio y reporte 10%. Participación en actividades individuales y de equipo 10%. BIBLIOGRAFÍA: Bermúdez, Jesús Bernal, Bobadilla Sancho Jesús. Gómez Villa, Pedro. Reconocimiento de voz y fonética acústica, Alfa omega, México, págs. Casa cubierta, Francisco. Vidal, Enrique. Reconocimiento Automático del Habla, Marcombo, México, págs. Hilera, José R., Martínez, Víctor J. Redes Neuronales Artificiales: Fundamentos, modelos y aplicaciones, Alfa omega, México, 2000, 390 págs. Martín del Brío, Bonifacio. Sanz, Molina Alfredo. Redes Neuronales y Sistemas Difusos, Alfa omega, 2ª Ed. México págs. Recuero, López Manuel. Ingeniería Acústica, Editorial Paraninfo, España, 1999, 373 pags.

2 ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica OPCIÓN: Acústica. COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Reconocimiento y Síntesis de Voz SEMESTRE: Noveno CLAVE: 057 CRÉDITOS: 7.5 VIGENTE: 2006 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico- Práctica MODALIDAD: Escolarizada TIEMPOS ASIGNADOS HORAS/SEMANA/TEORÍA: HORAS/SEMANA/PRÁCTICA: HORAS/SEMESTRE/TEORIA: 54 HORAS/SEMESTRE/PRACTICA: 27 HORAS/TOTALES: 81 PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO REVISADO POR: Subdirección Académica APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar de la ESIME Unidad Culhuacan y Zacatenco Ing. Ernesto Mercado Escutia M. en C. Jesús Reyes García AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN.

3 ASIGNATURA: Reconocimiento y Síntesis de Voz CLAVE : 057 HOJA 2 DE 12 FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA La asignatura de Reconocimiento y Síntesis de Voz, requiere como antecedentes que el alumno haya adquirido los conceptos formales de las asignaturas de Señales y Vibraciones y Electroacústica y Transductores. Así como la teoría de construcción de instrumentos musicales acústicos (Acústica Musical). Es importante el dominio de la propagación de ondas de baja frecuencia (subsónicas) y de alta frecuencia (ultrasónicas). También, el alumno deberá conocer cómo funcionan las redes neuronales, la teoría de agentes, cadenas de Markov, los perceptrones entre muchos otros sistemas que conforman la Inteligencia Artificial. Todos estos conocimientos son necesarios ya que estos se aplican en las opciones de la Carrera de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica y cumplen para obtener el perfil de la carrera de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno diseñará e implementará sistemas de reconocimiento de voz con base en los principios de funcionamiento del sistema fonador, el auditivo y la teoría de la inteligencia artificial.

4 ASIGNATURA: Reconocimiento y Síntesis de Voz CLAVE: 057 HOJA 3 DE 12 UNIDAD I NOMBRE: Definiciones y Conceptos en el Reconocimiento de Patrones de Voz. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno definirá los conceptos, términos, vocablos, y otros símbolos que se utilizan en el argot del reconocimiento de patrones, de la inteligencia artificial. Explicará la teoría y el concepto básico de los fenómenos físicos (y algunos psico-subjetivos) involucrado en la generación y reconocimiento de los sonidos utilizando máquinas y autómatas, principalmente con base al procesamiento digital de las señales acústicas. TEMA T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA Introducción. Historia de las señales acústicas. Historia de la computación Computación digital versus computación analógica. Historia de la Inteligencia Artificial. Visión artificial y el reconocimiento de patrones. Audición artificial y el reconocimiento de sonido. Síntesis de sonido. Agentes, algoritmos genéticos, redes neuronales, perceptrones, procesamiento paralelo y concurrente, procesamiento distribuido. 3B,4B,6C Subtotal Búsqueda de información documental de la historia de la computación y de señales acústicas por parte del alumno. Definición de conceptos en el reconocimiento de patrones de voz.. Técnicas grupales para la resolución de ejercicios; tareas y trabajos. Utilización de recursos audiovisuales y de tecnología de punta, para el análisis de síntesis de sonidos. Exposición por parte del alumno con asesoría y apoyo del profesor. Participación del alumno en clase con exposiciones de redes neuronales. Prácticas de laboratorio, con reporte técnico. Primer examen departamental unidades I, II y III 70% Prácticas de laboratorio reportadas por los alumnos 10% Participación en clase, en actividades individuales, y en equipo 10%

5 ASIGNATURA: Reconocimiento y Síntesis de Voz CLAVE : 057 HOJA 4 DE 12 UNIDAD II NOMBRE: Fundamentos de las Señales Acústicas. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará los fundamentos formales y prácticos que presentan las señales acústicas. TEMA T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA Vibraciones en: cuerdas, barras, placas, membranas, y esferas. Transmisión del sonido, resonadores, y filtros. Generación natural de la voz. Procesamiento del ruido de fondo. Dinámica del proceso de la escucha de voz Transformada de Fourier Transformada rápida de Fourier. Síntesis de formas de onda. Síntesis de la voz. Análisis de la voz con espectrogramas. 1B, 3B, 6C Subtotal Búsqueda de información documental de vibraciones en sólidos por parte del alumno. Técnicas grupales para la resolución de ejercicios de transmisión. Tareas y trabajos. Utilización de recursos audiovisuales y de tecnología de punta. Exposición por parte del alumno con asesoría y apoyo del profesor. Participación del alumno en clase con exposiciones. Reporte de prácticas de laboratorio. Primer examen departamental unidades I, II y III 70% Prácticas de laboratorio reportadas por los alumnos 10% Participación en clase, en actividades individuales, y en equipo 10%

6 ASIGNATURA: Reconocimiento y Síntesis de Voz CLAVE: 057 HOJA 5 DE 12 UNIDAD III NOMBRE: Herramientas Computacionales para la Síntesis y el Reconocimiento de Voz. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará las herramientas computacionales de hardware y software de la informática, ciencias de la computación, y las ciencias computacionales para el procesamiento y la síntesis de sonido. TEMA T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA Hardware, computadoras analógicas, y computadoras digitales. El sistema operativo UNIX, Win32, o Linux como una máquina virtual. Familia del lenguaje C: C, C++, C#, Java. Programación con LISP y PROLOG. Fundamentos de la programación gráfica. Programación de entrada y salida de sonido. Programación de varios procesos en paralelo. Sistemas distribuidos en red. 3B, 4B, 6C, 7C Subtotal Búsqueda de información documental de herramientas computacionales por parte del alumno. Técnicas grupales para la resolución de ejercicios con sistema UNIX tareas y trabajos. Utilización de recursos audiovisuales y de tecnología de punta. Exposición por parte del alumno sobre programación de entrada y salida del sonido, con asesoría y apoyo del profesor. Participación del alumno en clase. Prácticas de laboratorio, con reporte técnico. ROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN. Primer examen departamental unidades I, II y III 70% Prácticas de laboratorio reportadas por los alumnos 10% Participación en clase, en actividades individuales, y en equipo 10%

7 ASIGNATURA: Reconocimiento y Síntesis de Voz CLAVE: 057 HOJA 6 DE 12 UNIDAD IV NOMBRE: La Inteligencia Artificial OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará los fundamentos y las técnicas que gobiernan le ciencia de la inteligencia artificial en el reconocimiento de patrones de sonido. TEMA T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA Filosofía y desarrollo de la Inteligencia artificial Ingeniería del conocimiento. Máquina de inferencias. Interfase hombre máquina. Sistemas expertos. Computadoras masivamente paralelas. El Coneccionismo como poder asociativo. La algoritmia como poder deductivo. Sociedades de agentes. Sistemas emergentes B, 3B, 7C, 6C, Subtotal Búsqueda de información por parte del alumno para el análisis del desarrollo de la inteligencia artificial. Técnicas grupales para la resolución de ejercicios; tareas y trabajos. Utilización de recursos audiovisuales y de tecnología de punta. Exposición por parte del alumno del análisis de sistemas expertos, con asesoría y apoyo del profesor. Participación del alumno en clase. Prácticas de laboratorio y reporte técnico. Segundo examen departamental unidades IV y V 70% Prácticas de laboratorio reportadas por los alumnos 10% Participación en clase, en actividades individuales, y en equipo 10%

8 ASIGNATURA: Reconocimiento y Síntesis de Voz CLAVE: 057 HOJA 7 DE 12 UNIDAD V NOMBRE: Redes Neuronales, Algoritmos Genéticos, Agentes, y Perceptrones. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará la arquitectura de las redes neuronales artificiales, los fundamentos básicos de los algoritmos genéticos, la teoría de gentes, y describirá el funcionamiento de un perceptrón, orientado todo ello al reconocimiento y producción de voz en casos estudiados. TEMA T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA Arquitectura de una red neuronal y sus características. Redes neuronales con conexión hacia adelante: el perceptron. Propagación hacia delante y hacia atrás. Modelos de redes neuronales: Hopfield, de resonancia adaptiva, y Kohonen, y otras. Redes estocásticas: máquinas Boltzman y máquinas Cauchi, y otras. Aprendizaje supervisado y no supervisado. Estructura de un algoritmo genético y sus características. Estructura de un agente como neurona artificial. Caso de estudio: una red neuronal que escucha y reconoce sonido. 2B, 5B, 7C, 6C Subtotal 9.0 Búsqueda de información sobre redes neuronales. Técnicas grupales para la resolución de ejercicios sobre modelos de redes neuronales. Utilización de recursos audiovisuales y de tecnología de punta para análisis de estructuras y algoritmos. Exposición por parte del alumno con asesoría y apoyo del profesor. Participación del alumno en clase. Reporte de prácticas de laboratorio. Segundo examen departamental unidades IV y V 70% Prácticas de laboratorio reportadas por los alumnos 10% Participación en clase, en actividades individuales, y en equipo 10%

9 ASIGNATURA: Reconocimiento y Síntesis de Voz CLAVE : 057 HOJA 8 DE 12 UNIDAD VI NOMBRE: Procesamiento de Señales Digitales OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará los fundamentos del procesamiento de señales digitales, así como la programación de los dispositivos digitales y electrónicos que han sido diseñados para este propósito. TEMA T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA Arquitectura de los Procesadores de Señales Digitales (DSP s, Digital Signal Processors). Programación de DSPs. Operadores y transformadores de señal. Detectores de los parámetros de una señal. Discriminación de instrumentos musicales. Detectores de compás, tono, ritmo, entre otros parámetros musicales. 1B,3B,6C,7C Subtotal Búsqueda de información de procesadores de señales digitales por parte del alumno. Técnicas grupales para la resolución de ejercicios, tareas y trabajos. Utilización de recursos audiovisuales y de tecnología de punta. Exposición por parte del alumno de operadores y transformadores de señal, con asesoría y apoyo del profesor. Reporte de prácticas de laboratorio. Tercer examen departamental unidades VI, VII y VIII junto con el proyecto final 70% Prácticas de laboratorio reportadas por los alumnos; 10% Participación en clase, en actividades individuales, y en equipo. 10%

10 ASIGNATURA: Reconocimiento y Síntesis de Voz CLAVE: 057 HOJA 9 DE 12 UNIDAD VII NOMBRE: Casos de Estudio: VOCODERS, CEPSTRUM, otros Sistemas Abiertos Basados en UNIX. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD. El alumno describirá los diferentes casos de estudios de sistemas abiertos, VOCODERS, CEPSTRUM. TEMA T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA Evolución de la síntesis de voz. Codificadores de voz Vocoders analógicos. Vocoders digitales. Inteligencia artificial en la síntesis de voz Síntesis de instrumentos musicales. Análisis espectral de voz CEPSTRUM. CEPSTRUM real y complejo. Sistemas de reconocimiento y síntesis bajo UNÍX. 2B,4B,7C Subtotal Búsqueda de información de evolución de la síntesis de voz por parte del alumno. Técnicas grupales para la resolución de ejercicios; tareas y trabajos. Utilización de recursos audiovisuales y de tecnología de punta para análisis espectral de voz con CEPSTRUM y UNIX Exposición por parte del alumno sobre sistemas de reconocimiento con asesoría y apoyo del profesor. Prácticas de laboratorio y reporte técnico. Tercer examen departamental unidades VI, VII y VIII junto con el proyecto final 70% Prácticas de laboratorio reportadas por los alumnos: 10% Participación en clase, en actividades individuales, y en equipo: 10%

11 ASIGNATURA: Reconocimiento y Síntesis de Voz CLAVE : 057 HOJA 10 DE 12 UNIDAD VIII NOMBRE: Desarrollo de un proyecto de reconocimiento de voz. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno desarrollará un proyecto computacional final de acuerdo con los tópicos que se enlistan. TEMA T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA Síntesis de un instrumento de música. Síntesis de patrones de voz. Generadores de acompañamiento. Reconocimiento de voz. Reconocimiento de uno o más instrumentos musicales, Reconocimiento de patrones y estructuras musicales. Reconocimiento de partituras musicales. 1B, 2B, 3B,7C Subtotales Realización de consulta bibliográfica y desarrollo de un proyecto práctico de acuerdo con sus habilidades. Asesoría dentro del aula y en el laboratorio por parte del profesor. Tercer examen departamental unidades VI, VII y VIII y Evaluación de resultados del proyecto. 70% Prácticas de laboratorio reportadas por los alumnos: 10% Participación en clase, en actividades individuales, y en equipo: 10%

12 RELACIÓN DE PRÁCTICAS HOJA 11 DE 12 PRACT. NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN LUGAR DE REALIZACIÓN 1 Observación de patrones de voz y sonido con instrumentos de medición. I Las prácticas se realizarán en el l laboratorio de acústica. 2 Analizadores de espectro. II 3 Instalación de sistema Linux y sus aplicaciones de reconocimiento y síntesis de sonido. III 4 Programas con LISP y PROLOG IV Programar una red neuronal básica. V 6 6 Programación con un sistema mínimo de desarrollo DSP (Motorola, Texas Instrumento, u otro). VI 6 7 Simulación de un elemento de un VOCODER, o bien, de un CEPSTRUM. VII 3 8 Proyecto final VIII 3 Total. 27.0

13 ASIGNATURA: Reconocimiento y Síntesis de Voz CLAVE : 057 HOJA 12 DE 12 PERÍODO UNIDAD I, II, III IV, V VI, VII, VIII Primer examen departamental % Ejercicios realizados en clases % Prácticas de laboratorio reportadas por los alumnos % Participación en actividades individuales, de equipo y tareas % Segundo examen departamental % Ejercicios realizados en clases % Prácticas de laboratorio reportadas por los alumnos % Participación en actividades individuales, de equipo y tareas % Tercer examen departamental y Proyecto final % Ejercicios realizados en clases % Prácticas de laboratorio reportadas por los alumnos % Participación en actividades individuales, de equipo y tareas % CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA 1 X Bermúdez, Jesús Bernal, Bobadilla Sancho Jesús. Gómez Villa, Pedro. Reconocimiento de voz y fonética acústica, Alfa omega, México, págs. 2 X Casa cubierta, Francisco. Vidal, Enrique. Reconocimiento Automático del Habla, Marcombo, México, págs. 3 X Hilera, José R., Martínez, Víctor J. Redes Neuronales Artificiales: Fundamentos, modelos y aplicaciones, Alfa omega, México, 2000, 390 págs. 4 X Martín del Brío, Bonifacio. Sanz, Molina Alfredo. Redes Neuronales y Sistemas Difusos, Alfa omega, 2ª Ed. México págs. 5 X Recuero, López Manuel. Ingeniería Acústica, Editorial Paraninfo, España, 1999, 373 págs. 6 X Gold Ben, Nelson Morgan, Spech and Audio Signal Processing: Prosessing an Perception of Spech and Music, John Wiley & Sons Inc., págs. 7 X Russel Stuar, Peter Norring, Artificial Intelligence: A Modern Approach, second edition, Prentice-Hall, págs.

14 PERSONAL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica SEMESTRE Noveno ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. Y HUM. ACADEMIA: Acústica ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: ASIGNATURA: Reconocimiento y Síntesis de Voz Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica. 2.-OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno diseñará e implementará sistemas de reconocimiento de voz con base en los principios de funcionamiento del sistema fonador, el auditivo y la teoría de la inteligencia artificial. 3.-PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA PROFESIONAL HABILIDADES ACTITUDES De física y matemáticas para definir las señales y vibraciones en forma analítica para demostrar su comportamiento en diferentes aplicaciones. Sobre el proceso de señales acústicas así como la fisiología del oído y aparato fonador. en el área de electrónica, física y acústica Comunicar. Manejo del equipo electrónico y mecánico del laboratorio. Mostrar tolerancia hacia los alumnos en razón a los cuestionamientos que se le realizan y así mismo demostrar y fomentar la responsabilidad hacia su materia. Ética. Compromiso social ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ Ing. Flavio Mancera Olivares Ing. Rubén Juárez Barrientos Ing. Ernesto Mercado Escutia Ing. Miguel Ramírez Montiel. Ing. Guillermo Santillán Guevara M. en C. Jesús Reyes García Presidentes de Academia Subdirectores Académicos Directores de Acústica FECHA: