李永宏 寇 贇 張金溪 徐 建

1(西北民族大學(xué)中國民族語言文字信息技術(shù)教育部重點實驗室 甘肅 蘭州 730030)

2(陜西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研信息處 陜西 寶雞 721001)

3(蘭州財經(jīng)大學(xué)商務(wù)傳媒學(xué)院 甘肅 蘭州 730020)

0 引 言

超聲影像技術(shù)為言語發(fā)聲實踐開拓了新思路,目前,該項技術(shù)無論是在言語發(fā)聲還是在臨床醫(yī)學(xué)研究中已經(jīng)成為一項重要的測量工具。國際上在語言學(xué)的研究中利用超聲影像技術(shù)主要體現(xiàn)在以下三個方面[1]:(1) 提取超聲成像中的舌位運(yùn)動軌跡。研究方法包括主動輪廓模型[2]、主動外觀模型[3]、基于圖形標(biāo)記方法[4]、基于粒子濾波技術(shù)[5]、基于標(biāo)記模型和局部特征自適應(yīng)變換的方法[6]、生物力學(xué)模型[7]、散斑跟蹤方法[8]、深度學(xué)習(xí)[9]等方法。常見的免費(fèi)提取舌位輪廓的軟件有EdgeTrack和Ultra-CATS兩種,如圖1(a)所示。EdgeTrack軟件利用適合帶狀邊緣跟蹤提取的Snakes模型,在此基礎(chǔ)上開發(fā)了邊緣跟蹤EdgeTrak[10],該軟件已應(yīng)用于語音研究。EdgeTrack軟件使用時需要用戶在超聲波視頻中的每一幀舌體輪廓均勻取100個數(shù)據(jù)點,之后將該數(shù)據(jù)點的X、Y坐標(biāo)點存入到文本文件,方便后續(xù)統(tǒng)計分析進(jìn)行處理。由于超聲成像技術(shù)在采集數(shù)據(jù)時,舌位運(yùn)動軌跡在視頻的某一幀采集不到舌位輪廓或舌位輪廓部分消失,便出現(xiàn)錯誤,則需要手工重新標(biāo)記,耗時較大;Ultra-CATS軟件是以探頭為圓心,每隔5度左右做一條射線與舌位輪廓相交于點X、Y,之后將該點存入到文本文件,方便后續(xù)處理。如圖1(b)所示,該軟件提取輪廓的方法是首先讀入采集好的超聲視頻,利用手工標(biāo)記的方法初始化舌位輪廓作為一個模板,后續(xù)的數(shù)據(jù)利用算法調(diào)整每一幀舌位輪廓到最佳狀態(tài),但是該軟件只適合運(yùn)行于Windows XP系統(tǒng),在其他操作系統(tǒng)會出現(xiàn).dll的配置錯誤信息,兼容性不夠好。(2) 舌體輪廓線和舌位運(yùn)動的量化分析研究。研究方法包括距離和測量法[11]、舌面的時空可視化分析[12]、平滑樣條方差分析[13]、舌曲率測量法[14]、小波函數(shù)混合模型[15]、舌體運(yùn)動速度測量[16]等方法。Parthasarathy等[17]提出一種從輪廓序列中可視化、量化和比較舌面特征的方法,利用克里格(Kriging)法外推從超聲圖像序列中提取舌面輪廓,由此產(chǎn)生的克里格輪廓被堆疊和可視化為一個時空表面,最后開發(fā)了一種結(jié)合克里格算法的專用曲面軟件工具Surfaces(如圖1(c)所示),該工具用于對不同舌形進(jìn)行平均分析和比較分析。(3)舌體三維建模。Stone等[18]和Lundberg等[19]分別使用60片超聲舌位成像數(shù)據(jù)集和更稀疏的超聲舌位成像數(shù)據(jù)集,定義了靜態(tài)美式英語語音的三維舌面形狀;Yang等[20]提出了一種利用超聲成像測量舌面三維運(yùn)動的新方法,利用8幅超聲圖像(5幅冠狀面和3幅不同掃描角度的矢狀面)來重建正常語音發(fā)音過程中的三維舌體運(yùn)動。舌體運(yùn)動三維建?？梢蕴峁└嗟囊曈X信息和對舌頭三維運(yùn)動的定量描述,也可測量舌體體積,能夠比較準(zhǔn)確地體現(xiàn)發(fā)音時的舌位。

(a) Edge Track (b) Ultra-CATS (c) surfaces

目前在國內(nèi)將超聲波技術(shù)用于語言學(xué)研究慢慢深入,但是通過搭建基于超聲影像的數(shù)據(jù)處理平臺,方便對采集的超聲圖像進(jìn)行舌位輪廓數(shù)據(jù)提取、分析與保存操作的工具并沒有被開發(fā)。為提高處理舌位超聲成像數(shù)據(jù)的效率,本文結(jié)合上述前人關(guān)于超聲影像舌位輪廓提取及參數(shù)分析軟件的優(yōu)缺點,開發(fā)基于超聲影像技術(shù)的舌位參數(shù)提取及分析軟件,該軟件可實時提取動態(tài)超聲視頻的舌位輪廓,并對從動態(tài)超聲波的視頻某一幀到全部幀都可計算分析舌位輪廓的相關(guān)參數(shù)。軟件具有便捷、易操作、拓展性強(qiáng)等優(yōu)點。

1 超聲波數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理

利用超聲成像技術(shù)研究舌位發(fā)音過程的動態(tài)時,需根據(jù)研究內(nèi)容來選取合適的探測部位、實驗設(shè)備及合理的實驗參數(shù),同時由于采集的超聲數(shù)據(jù)具有高噪聲等特點,需對其進(jìn)行降噪、圖像增強(qiáng)處理。

1.1 數(shù)據(jù)采集

本文采用的數(shù)據(jù)來源中國民族語言文字信息技術(shù)教育部重點實驗室。實驗室超聲設(shè)備如圖2所示,超聲設(shè)備由顯示器和探頭兩部分組成,為使得實驗人員清晰地看到舌位信息,采集數(shù)據(jù)時需在探頭涂抹耦合劑。將探頭放置實驗者的下巴,稍用力貼合肌肉組織進(jìn)行發(fā)音,超聲波透過肌肉反射回來的信息呈現(xiàn)在設(shè)備顯示屏,則在超聲設(shè)備顯示器可實時看到實驗者發(fā)音時的舌位信息。實驗過程中,為進(jìn)一步尋找舌位發(fā)音時的參照物——上顎,嘗試讓實驗者含水吞咽的過程中可呈現(xiàn)上顎。整個采集數(shù)據(jù)過程不僅需調(diào)節(jié)超聲儀器參數(shù),也需人為干預(yù)輔助獲取到更加合理、清晰的超聲數(shù)據(jù)。

圖2 超聲數(shù)據(jù)采集儀器

由于探頭所處人體部位的特殊性,為消除實驗人員頭動等因素干擾,本實驗采集超聲數(shù)據(jù)使用頭部裝備來保證數(shù)據(jù)的合理性;另外,實驗過程中,針對不同實驗者及同一實驗者發(fā)不同音時,實驗人員需合理調(diào)節(jié)超聲儀器界面參數(shù)來獲取有效的超聲數(shù)據(jù)。

1.2 視頻預(yù)處理

本次實驗采集的超聲波視頻數(shù)據(jù)中的每一幀數(shù)據(jù)都包含當(dāng)前超聲視頻的參數(shù)設(shè)置信息的顯示,并且具有高噪聲等特點。

由于本文研究的對象為舌線部分,因此視頻預(yù)處理的目的為最大程度地降低干擾因素(包括超聲視頻參數(shù)設(shè)置信息、舌體影像等)對舌線提取分析的影響。首先,去除超聲波工作界面邊框,以得到更加精確的舌體運(yùn)動范圍;其次,截取得到舌線部分的扇形區(qū)域,即不包含舌體部分的影像;最后,使用數(shù)字圖像增強(qiáng)方法中的空域銳化增強(qiáng)技術(shù)——sobel算子,對舌線影像的輪廓等細(xì)節(jié)信息進(jìn)行加強(qiáng),為舌線的提取提供更多可用的信息。超聲圖像預(yù)處理分析如圖3所示。

圖3 超聲圖像預(yù)處理分析

2 軟件設(shè)計與實現(xiàn)

本文基于MATLAB 2016b平臺,在Windows 10操作系統(tǒng)下進(jìn)行開發(fā),經(jīng)驗證在Windows 7版本以上操作系統(tǒng)都可運(yùn)行。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文軟件的整體可以看作由四部分構(gòu)成,分別是:文件操作、應(yīng)用模塊、數(shù)據(jù)存儲及圖形顯示。軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文軟件首先讀入要處理的超聲視頻文件。其次,經(jīng)過應(yīng)用模塊得到舌位運(yùn)動曲線和舌位運(yùn)動曲線的參數(shù)數(shù)據(jù),進(jìn)一步使用SPSS軟件對得到的舌位運(yùn)動曲線的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

應(yīng)用模塊分別由舌位曲線提取和舌位曲線參數(shù)分析兩大功能模塊構(gòu)成,舌位曲線提取模塊實現(xiàn)了自動擬合舌位曲線及展示其對應(yīng)的舌位曲線方程的功能;手工標(biāo)記關(guān)鍵點生成舌位曲線功能是可通過保存關(guān)鍵點來彌補(bǔ)擬合不準(zhǔn)確幀的舌位曲線。舌位運(yùn)動曲線參數(shù)分析模塊包括計算并保存舌位運(yùn)動曲線范圍、舌位曲線曲率、舌位曲線曲率位置、各幀舌位曲線在X軸、Y軸極值點的數(shù)據(jù),并實時計算舌位整體運(yùn)動的舌位線曲率和曲率位置變化。應(yīng)用模塊中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都保存至excel文件中,后續(xù)利用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計量化分析。

本文軟件設(shè)計采用模塊化編程模式,從而獨(dú)立于人機(jī)交互界面,也便于后續(xù)舌位曲線提取方法的改進(jìn)和拓展。

2.2 功能設(shè)計

軟件設(shè)計界面如圖5所示,其分為菜單、視頻文件信息、文件操作、應(yīng)用模塊。其中菜單包含:文件:打開文件、保存圖像、復(fù)制圖像、打印圖像、退出程序五個功能;設(shè)置:恢復(fù)默認(rèn)數(shù)據(jù)功能;幫助:介紹軟件的操作說明。

圖5 軟件界面

本文軟件的核心是應(yīng)用模塊中的舌位運(yùn)動曲線提取和舌位運(yùn)動曲線參數(shù)分析模塊。

(1) 舌位運(yùn)動曲線提取模塊。超聲數(shù)據(jù)采集完成之后,為精準(zhǔn)獲取舌位運(yùn)動曲線,首先,本模塊對視頻預(yù)處理后的每一幀影像,使用數(shù)字圖像處理的方法,得到舌位運(yùn)動曲線的關(guān)鍵點。其次,采用二次樣條曲線擬合方法進(jìn)行擬合來自動獲取舌位曲線,并實時跟蹤每一幀的舌位運(yùn)動曲線方程。人在發(fā)音時的舌頭非常靈活,無規(guī)律可循,因此利用二次樣條擬合舌位運(yùn)動曲線使得部分幀存在誤差,為精確提取完整發(fā)音時的舌位運(yùn)動曲線的超聲數(shù)據(jù),本軟件對存在誤差的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次提取舌位曲線。二次舌位運(yùn)動曲線提取采用手工標(biāo)記關(guān)鍵點的方法,利用三次樣條的方法沿著舌位像素標(biāo)記的關(guān)鍵點插值生成連續(xù)光滑的曲線。同時該模塊為避免誤標(biāo)記不符合當(dāng)前幀的關(guān)鍵點,設(shè)計刪除關(guān)鍵點功能。插值生成的曲線如不符合當(dāng)前幀舌位運(yùn)動曲線,設(shè)計刪除舌位曲線功能,可重新標(biāo)記關(guān)鍵點生成新的舌位運(yùn)動曲線。該模塊最核心的部分是保存關(guān)鍵點,手工標(biāo)記的關(guān)鍵點插值生成舌位運(yùn)動曲線,利用保存關(guān)鍵點功能,可替換自動擬合生成不準(zhǔn)備的舌位曲線,便于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析處理。

(2) 舌位運(yùn)動曲線參數(shù)分析模塊。此模塊包括舌位運(yùn)動曲線范圍、幀距、舌位空間距離、舌位曲線曲率及曲率位置的計算。并可實時顯示舌位曲線各項參數(shù)變化統(tǒng)計圖。為方便計算舌位曲線曲率及曲率位置,如圖6所示,為了將舌位輪廓重塑成三角形,建立極坐標(biāo)系,即以探頭為極點,每隔大約5度左右作射線(極徑)與舌位曲線相交,相交兩端的端點視為三角形兩條邊的交點,最高點作為三角形的另外一個點。舌位曲線的曲率定義為三角形的高與底之比。以舌位曲線的最高點為頂點,作三角形的高與三角形的底邊相交于一點,該點將三角形的底邊一分為二,二者之間的比定義為舌位曲線的曲率位置。

圖6 舌位曲線曲率及曲率位置的計算方法

3 應(yīng)用案例分析

為了驗證本文軟件的有效性,本文采用/a/、/o/、/e/、/i/、/u/五組元音的超聲數(shù)據(jù)作為本文軟件的輸入數(shù)據(jù),從舌位曲線提取功能和參數(shù)分析功能兩方面進(jìn)行分析。

3.1 舌位運(yùn)動曲線提取

傳統(tǒng)的發(fā)音音系學(xué)理論將發(fā)音姿勢出現(xiàn)至消亡的過程看作一條360度的軌跡,在這條軌跡上有始發(fā)、目標(biāo)、中心、釋放和釋放達(dá)成五個姿勢標(biāo)志點[21]。另外,在實際的舌位超聲數(shù)據(jù)中,存在反映舌位初始狀態(tài)的發(fā)音開始前和發(fā)音完成后的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)可觀察發(fā)音時舌體運(yùn)動的連貫動作?；谝陨?本文實驗采用的/a/、/o/、/e/、/i/、/u/的舌位超聲數(shù)據(jù)分為三個階段:發(fā)音人的準(zhǔn)備階段、發(fā)音階段和收尾階段。

案例采用元音/a/、/o/、/e/、/i/、/u/各六組自動擬合的舌位曲線,各兩組手工標(biāo)記關(guān)鍵點插值生成的舌位曲線。自動擬合舌位曲線采用ployfit(x,y,n)函數(shù)來進(jìn)行擬合。其中(x,y)坐標(biāo)點來源于去除超聲圖像干擾點后,利用find函數(shù)查找所得。另外,經(jīng)過對多項式的多次考究,將n設(shè)為2。/a/、/o/、/e/、/i/、/u/自動舌位曲線擬合結(jié)果如圖7所示(按行順序),同時列舉了五組元音各兩幀的擬合方程系數(shù),見表1。手工標(biāo)記關(guān)鍵點插值生成舌位曲線的方法采用yi=spline(x,y,xi)函數(shù),該函數(shù)根據(jù)手動標(biāo)記的點(x,y),插值生成三次樣條曲線,即舌位曲線。圖8列出了/a/、/o/、/e/、/i/、/u/各兩幀的舌位曲線。其中,第一行是二次項式擬合不準(zhǔn)確的舌位曲線;第二行是沿著超聲圖像像素點為1的點進(jìn)行手工標(biāo)記點的圖像;第三行是利用三次樣條插值生成的舌位曲線。同時根據(jù)手工標(biāo)記關(guān)鍵點的數(shù)據(jù)(每個關(guān)鍵點的X、Y坐標(biāo)點),利用SPSS工具對數(shù)據(jù)點進(jìn)行了散點圖的重疊分析,進(jìn)一步驗證了手工標(biāo)記關(guān)鍵點生成舌位輪廓的可行性。圖9列出了/a/、/o/、/e/、/i/、/u/各兩幀的手工標(biāo)記關(guān)鍵點的散點分析圖,數(shù)字圖像的坐標(biāo)系與普通二維平面的坐標(biāo)系存在差別,如本文使用的超聲視頻中的某幀,坐標(biāo)原點在左上角,若要使圖像中舌位曲線與普通坐標(biāo)系中的方向一致,則可認(rèn)為,舌位在普通二維平面的坐標(biāo)系第四象限活動,因此圖9中手工標(biāo)記關(guān)鍵點的散點分析圖的Y軸為負(fù)的。

表1 五個元音自動擬合舌位曲線方程系數(shù)

圖9 手工標(biāo)記關(guān)鍵點的散點分析圖

3.2 舌位運(yùn)動曲線參數(shù)分析

舌頭的靈活性和柔軟性使得舌位運(yùn)動復(fù)雜多變,無特定運(yùn)動規(guī)律。人在說話時,舌頭在口腔內(nèi)遇到不同程度的阻塞,使其發(fā)出各種各樣的聲音,由此說明舌頭在語音產(chǎn)生中的重要性[22]。本文依據(jù)元音在發(fā)音過程中舌頭在口腔中所處位置的不同,選取的/a/、/o/兩個前元音和/e/一個后元音作為舌位曲線參數(shù)分析的實驗對象。元音是由閉著的聲帶被呼出的氣流所沖擊,作有周期性的顫動,經(jīng)過口腔的調(diào)節(jié)有了共鳴而形成的。研究者用于研究元音的生理參數(shù)分析如:舌位的高低、前后,舌的凹凸度等其他發(fā)音器官的參數(shù)分析。因此找出舌位在發(fā)聲過程中運(yùn)動的基本規(guī)律和原則就非常重要。上述關(guān)于/a/、/o/、/e/三個元音的舌位曲線已提取,本實驗對獲取到的三個元音的舌位曲線從幀距和舌位空間距離進(jìn)行參數(shù)分析。

幀距是計算相鄰兩幀舌位運(yùn)動曲線之間的差值,本文采用均方根平均距離和(RMSSD)來計算舌位運(yùn)動曲線差值,這樣的計算方法可以測量不相同數(shù)量點的集合插值而成且長度不同的舌位曲線間的距離,簡稱幀距[23]。假設(shè)兩個等高線由u=[u1,u2,…,um]和v=[v1,v2,…,vn]兩個不同數(shù)量的點的集合插值而成,則這兩條等高線之間的RMMSD的定義為:

根據(jù)對/a/、/o/、/e/元音的舌位運(yùn)動軌跡的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存,并計算各自的幀距,幀距曲線結(jié)果如圖10所示。

“---”代表元音/a/的幀距曲線:元音/a/發(fā)音時舌身壓低并后縮,舌尖不抵牙齒。從1～7幀,幀距曲線一直為0,可能出現(xiàn)的原因有:(1) 1～7幀各幀之間舌位輪廓無差異,即RMSSD為0;(2) 1～7幀并無舌位輪廓的數(shù)據(jù)。人發(fā)音的動作以ms來計算,本文所使用的元音超聲波數(shù)據(jù)采集頻率40幀/s左右,發(fā)音階段的動作可能會正好處在連續(xù)兩幀圖像之間,為保持獲取數(shù)據(jù)的完整性,本文在處理數(shù)據(jù)時,不輕易處理感性認(rèn)識上認(rèn)為無效的超聲視頻數(shù)據(jù)。因此,1～7幀屬于發(fā)音人的準(zhǔn)備階段,舌位處于初始狀態(tài)。7～13幀的幀距曲線有突然加速和減速的幀距曲線變化,說明發(fā)音人從第7幀開始,舌位開始向下運(yùn)動,舌位曲線從無到有。幀距曲線從第13幀開始,一直持續(xù)到80幀左右,此范圍內(nèi)的幀距曲線變化微小,說明發(fā)音人處于正在發(fā)音階段。80幀以后即進(jìn)入發(fā)音收尾階段,舌位上抬恢復(fù)到初始狀態(tài),幀距較發(fā)音階段差值較大。同時,發(fā)音收尾階段的幀距曲線也回歸到和舌位初始狀態(tài)的幀距曲線接近的位置。

“┅”代表元音/o/的幀距曲線:元音/o/發(fā)音時舌位半高,舌頭后縮,舌尖微卷。元音/o/的幀距曲線整體比較穩(wěn)定,從舌位初始狀態(tài)慢慢開始抬高舌位,同時伴隨舌尖微卷,舌位運(yùn)動開始加速到穩(wěn)定,此過程幀距曲線從無到上升,到平穩(wěn)狀態(tài)。當(dāng)發(fā)音人進(jìn)入收尾狀態(tài),舌位要前伸,舌位高度下降到原始狀態(tài),幀距曲線則再次加速變化過渡到舌位的初始狀態(tài)。

“...”代表元音/e/的幀距曲線:元音/e/發(fā)音時舌前部稍抬起,舌尖抵下齒。元音/e/的幀距從1～27幀左右,舌面靠近口腔上部,舌位從初始狀態(tài)開始緩慢上升到急速上升,幀距均值也逐漸上升;27幀左右,幀距均值突然加速,舌位運(yùn)動較快,舌位輪廓變化較大。當(dāng)發(fā)音人處于發(fā)音階段時,幀距均值平穩(wěn)變化,舌位狀態(tài)基本穩(wěn)定,舌位輪廓無顯著變化;當(dāng)發(fā)音進(jìn)入收尾階段,舌位高度下降,舌尖收回到舌位初始狀態(tài),舌位輪廓再次大幅度變化,逐漸回歸到舌位的初始狀態(tài)。

舌位曲線幀距的物理意義是衡量單位時間內(nèi)舌位運(yùn)動速度變化的快慢。上述元音的舌位曲線幀距從舌位的初始狀態(tài)、舌位發(fā)音的初始狀態(tài)到舌位發(fā)音的過渡階段、舌位發(fā)音的穩(wěn)定階段、舌位發(fā)音的收尾階段及其再次恢復(fù)到舌位的初始狀態(tài)舌位發(fā)音的三大階段深入研究,可描述舌位發(fā)音運(yùn)動中整體舌位輪廓的差值變化,也可直觀觀察到舌位發(fā)音過程中舌位運(yùn)動速度變化的快慢。

舌位空間距離是衡量舌位發(fā)音時在X軸的收縮度和在Y軸的彎曲度,為分析舌位發(fā)音運(yùn)動過程中舌體自身的長度和高度變化提供參考。本文通過計算超聲數(shù)據(jù)每幀圖像中舌位輪廓在X軸的最近點、最遠(yuǎn)點和在Y軸的最高點、最低點來體現(xiàn)舌位空間距離[24]。圖11分別繪制了元音/a/、/o/、/e/所對應(yīng)的舌位空間距離的散點分布圖,橫軸為X軸,縱軸為Y軸。

圖11 元音/a/、/o/、/e/舌位空間距離散點分布圖

舌體在Y軸范圍內(nèi)的變化:元音/a/舌體自身在Y軸高度范圍在-278～-78;元音/o/舌體自身在Y軸高度范圍在-365～-125;元音/e/舌體自身在Y軸高度范圍在-358～-78。在舌位元音圖中,/a/的舌位處于低位,/o/和/e/元音的舌位處于半高。由于舌頭在口腔底部,向下的活動范圍有限,因此元音/a/在發(fā)音時,舌身向下壓低的空間有限,在Y軸活動范圍較小。而元音/o/與元音/e/在發(fā)音時,舌身向上稍抬,自然狀態(tài)下舌位以上的口腔空間較大,因此元音/o/與元音/e/的舌體在Y軸的活動范圍較元音/a/的舌體活動范圍大。

舌體在X軸范圍內(nèi)的變化:元音/a/舌體自身在X軸的收縮范圍15～470;元音/o/舌體自身在X軸的收縮范圍90～530;元音/e/舌體自身在X軸的收縮范圍80～590。三個元音發(fā)音時舌位在X軸范圍內(nèi)的舌體可收縮程度基本一致,說明舌位在發(fā)不同音時在X軸的收縮度變化細(xì)微,基本無差異。各自將最遠(yuǎn)點集中分布在X軸向右的方向,最近點分布在X軸向左的方向。另外,通過觀察舌位空間散點分布圖,元音/a/與元音/o/舌位的最近點和最遠(yuǎn)點的分布范圍的差值微小,而元音/e/作為前元音,舌前部要向硬腭抬起,舌尖要抵住下齒,使得其最遠(yuǎn)點分布范圍集中,最近點分布范圍較/a/與/o/的范圍較大。

綜上所述:發(fā)音時的舌位空間距離在Y軸范圍內(nèi)活動比較明顯,且與舌位元音圖的舌位高低所對應(yīng);在X軸范圍內(nèi)舌位發(fā)音時的舌體收縮度有細(xì)微的舌位前后伸縮的變化。同時,各幀元音在X軸的最遠(yuǎn)點、最近點與Y軸的最高點、最低點的分布各自相對比較集中。

上述通過對后元音/a/、/o/及前元音/e/的舌位曲線的幀距和舌位空間距離兩個參數(shù)進(jìn)行分析,幀距可觀察單位時間內(nèi)舌位運(yùn)動的快慢,可為分析舌位發(fā)音階段提供參考;舌位空間距離可分析舌位曲線在X軸與Y軸范圍內(nèi)的舌位運(yùn)動情況,可計算分析舌位在發(fā)音時的長度和高度。

4 結(jié) 語

本文開發(fā)了一個便捷操作的基于超聲影像的舌位數(shù)據(jù)提取及分析平臺,方便了語言研究者的研究使用。該軟件可實時提取舌位曲線并從舌位運(yùn)動、舌體自身兩個角度對提取的舌位曲線進(jìn)行分析。該軟件通過自動擬合舌位曲線與手工標(biāo)記關(guān)鍵點的方法,避免了Edge Track軟件出現(xiàn)每幀都需手工標(biāo)記點的重復(fù)操作,提高了舌位曲線提取的效率與準(zhǔn)確度;同時該軟件在目前常用的操作系統(tǒng)平臺上都可運(yùn)行,較Ultra-CATS大大提高了軟件的兼容性。另外本文軟件實現(xiàn)了處理大量的超聲數(shù)據(jù)的功能,便于后續(xù)利用SPSS工具進(jìn)行量化統(tǒng)計分析,為處理更多的舌位曲線數(shù)據(jù)提供了技術(shù)支持。同時,在使用軟件的過程當(dāng)中,由于介入人工標(biāo)記關(guān)鍵點的因素,對生成的舌位曲線存在些許誤差,對后續(xù)進(jìn)行參數(shù)分析的數(shù)據(jù)有影響。后續(xù)為提高基于超聲影像技術(shù)的數(shù)據(jù)處理平臺的工作效率,將研究新的、全自動提取舌位輪廓的方法及更直觀、更有益于分析語音規(guī)律的參數(shù)應(yīng)用于本文軟件。