U radu se opisuju dva slična algoritma: jedan za prepoznavanje dvodimenzionalnih oblika i drugi za prepoznavanje izgovorenih riječi. Po tim algoritmima izrađeni su programi za verifikaciju. Pokazano je da se slični algoritmi mogu koristiti za prepoznavanje dvodimenzionalnih oblika i izgovorenih rijeci. Istaknuti su elementi sličnosti algoritama

Danijel Radošević

Radošević, Danijel

Hrčak - Portal of scientific journals of Croatia

Radosevic Danijel UDK: 681.3.06Strucni fadFakultet organizacije i informatikcVarazdinPREPOZNAV ANJE DVODIMENZIONALNIH OBLIKA IIZGOVORENIH RIJECI KORISTENJEM SLICNIH ALGORITAMAU radu se OP1SUJU dva slicna algoritma: jedan za prepoznavanjedvodimenzionalnih oblika i drugi za prepoznavanje izgovorenih rijeCi. Po timalgoritmima izradeni su programi za verifikaciju. Pokazano je da se slicni algoritmimogu koristiti za prepoznavanje dvodimenzionalnih oblika i izgovorenih rijeci. Istaknutisu elementi slicnosti algoritama.Algoritam; kompjutor; oblik; prepoznavanje; slicnost.UVODUmijece prepoznavanja jedna je od temeljnih covjekovih karakteristika. Covjekprima razlicite podracaje iz vanjskog svijeta preko svojih osjetila vida, sluha, opipa, mirisa,dodira, zatim preko osjeta bola, osjeta u vezi s ravnotezom itd. Prepoznavanje se sastojiu tome da se podrazajima pridruze odgovarajuci pojmovi.Usko grlo u komunikacijicovjeka i stroja je unos podataka u kompjutor. Da bi seto rijesilo, potrebno je na neki nacin "nauciti" kompjutor da sam u sebe unosi podatke,npr. "citajuci" stampani tekst. Osim odgovarajuce ulazne jedinice za digitalizacijupredmeta prepoznavanja, npr. optickog skenera, potreban je i program za prepoznavanje.Problem kod raznih oblika prepoznavanja pomocu kompjutora je u tome stopredmeti prepoznavanja skoro nikada nisu identicni sa zapisima koji postoje u memorijikompjutora, oni mogu biti same vise ili manje slicni, Zbog toga se traze metode zautvrdivanje stupnja slicnosti, odnosno razlicitosti predmeta prepoznavanja sa zapisima skojima se usporeduje.Pri izradi programa posao sam od vlastite ideje koju sam zelio realizirati. Na donekleslicne postupke prepoznavanja oblika naisao sam u knjizi (Ll, str. 125-153). Program za7fJ7Rado~evic D. Prepoznavanje 2D oblika i izgovorenih rijeCi Zbornik radova (1990), 14prepoznavanje dvodimenzionalnih oblika, koji je oprsan u ovom radu, predstavljarealizaciju te ideje. Kasnije sam primijetio da bi se ista ideja mogla iskoristiti i zaprepoznavanje izgovorenih rijeci. Progra~ za prepozna:anje ~zgov~renih ri~eCinastao jepo analogiji s programom za prepoznavanje dvodimenzionalnih oblika. 1'u Je kao ulaznajcdinica upotrijebljen mikrofon, a nacin zapisa izgovorenih rijeci u memoriji kompjutoraPODeStOse raziikuje. Medutim, postupci prepoznavanja potpuno su analogni, sve osnovnefaze prcpoznavanja postoje u oba programa.1. PREPOZNAVANJE DVODIMENZIONALNIH OBLIKA1.1. POSTUPAK PREPOZNAVANJA OBLlKAFaze postupka prepoznavanja oblika su slijedece:1. pretra1ivanje ekrana sve dok se ne naide na jednu osvijetljenu tocku (tocku u bojitinte).2. poziva se pot program za bojanje oblika u boju inverznu boji tinte. Na taj nacinoblik koji telimo prepoznati izdvaja se iz okoline. Isti potprogram odredujeodgovarajuCi okvir (prozor) oblika.3. ako je velicina okvira manja od minimalne (3*3 tocke), tada se radi 0 ~umu.2 Sum(tj. oblik kojije manji od minimalnog) treba izbrisati, a postupak nastaviti od koraka4. ~;~~likavanje oblika koji se nalazi unutar okvira (obojen je u boju inverznu bojitint e) u standardni prozor velicine 32*32 tocaka, Istovremeno s preslikavanjem brisese originalni oblik kako ne bi smetao kod prepoznavanja slijedeceg.5. usporedivanje redom dobivenog oblika koji se nalazi u standardnom prozoru saznakovima koji su vec zapisani u memoriji (takoder u formatu 32*32 tocke), To seradi tako da se ustanovi stupanj slicnosti (izrazen u postotku) matrice dobivenogoblika pojedinacno s matricom svakog oblika koji se nalazi zapisan u memoriji.Najslicniji je onaj (otprije zapisan) oblik uz koji se dobije najvisi stupanj slicnosti.Taj oblik injemu pridruzeni ASCII kod ujedno su i rezultati citavog postupka.1 U tu svrhu koriste se razlieiti algoritmi, ovisno 0 opciji.2 Pretpostavka je da bilo koji smisleni znak na ekranu mora biti veci od navedenogminimuma.298Radosevic D. Prepoznavanje 2D oblika i izgovorenih rijeCi Zbornik radova (1990), 141.2. IZDVAJANJE OBLIKA IZ OKOLINEJedan od gIavnih problema pri realizaciji prepoznavanja oblika je izdvajanje oblikaiz okoline. U tu svrhu trcba sve rocke koje Cine jednu cjelinu (tj. pripadaju obliku) naneki nacin oznaciti. Osim toga, potrebno jc odrediti koordinate krajnjih tocaka najmanjcgpravokutnog okvira (prozora) koji opisuje oblik koji zelimo izdvojiti iz okoline.Obojc je rijeseno pornocu istog potprograma, a uvjet je da se oblik sastoji od sarnojednog dijela, te da se nigdje ne dodiruje sa susjednim oblikom. Potprogram oboji svemedusobno povezane tocke u boji tinte u boju inverznu boji tinte (takoder vidljivu naekranu), te ujedno pronalazi i krajnje toeke oblika, tj. odreduje okvir'.13. TRANSFORMACIJA OBLIKATransformacija oblika je postupak kojim sc oblik pronaden na ekranu preslikava uokvir standardne velicine (32*32 tocaka). To se radi zato da bi se ovaj oblik mogaousporedivati s oblicima koji su vec zapisani u memoriji.Da bi se postupak mogao provesti, potrebno je najprije originalni oblik smjestiti uodgovarajuci okvir. Postupak transformacije ovisi 0 odnosu velicina okvira originalnogoblika i standardnog okvira.1.4. USPOREIHVANJE OBLIKAUsporedivanje oblika sastoji se u pronalazenju stupnja slicnosti svake matrice(32*32) koja se nalazi zapisana u memoriji (sadrzi bitnu mapu jednog znaka) s matricom(takoder 32*32) koja je dobivena transformacijom oblika koji se prepoznaje. Stupanjslicnosti izracunava se na bazi preklapanja bitnih mapa usporedivanih znakova.Otprije zapisana matrica, uz koju se dobije najvisi stupanj slicnosti, smatra senajslicnijom. ASCII kod slova spremljen u za to predvidenoj tablici s istim rednim brojemkao i najslicnija matrica je rezultat usporedivanja oblika.3 Za izradu potprograma nisam koristio literaturu. Medutim, slican postupak koristivecina programa za crtanje u okviru operacije FILL (jedan je opisan u clanku J.Skuljan: Operacija fill, RACUNARI br. 12 - 2/1986).299Radosevic D. Prepoznavanje 2D oblika i izgovorenih rijeCi Zbornik radova (1990),14Uspjesnost prepoznavanja se povecava ako je jedan te isti znak definiran vise puta(Stika 1.) .---lIIIjIIIISlika 1. Usporedivanje oblika1.5. DEFINIRANJE NOVlH OBUKA.Kompjutor prepoznaje oblike take Mo nove usporeduje s onima koji vec postojezapisani u memoriji. Zbog toga korisnik programa mora definirati nove oblike i spremitiih u memoriju u istom fonnatu (matrica 32"'32). U tu svrhu koristi se potprogram zacrtanje. Postupak unosenja novog oblika u memoriju je slijedeci:300· Radosevic D. Prepoznavanje 2D oblika i izgovorenih rijeei Zbornik radova (1990), 141.-4. (vidi:POSTUPAK PREPOZNAVANJA OBLIKA, koracl 1-4).5. Ako u memoriji nema ni jednog prijasnjeg zapisa, tada se izvodenje nastavlja odkoraka (6). U suprotnom se vrsi usporedivan]e upravo definiranog oblika s onima kojisu vec upisani u memoriji. Iscrta se najslicnija matrica.ispise stupanj slicnosti (brojkomi graficki) i znak s ASCII kodom nadenog znaka.6. Ocekuje se pritisak na odgovarajucu tipku na tastaturi kako bi se dobivenojmatrici pridrucio ASCII kod.Definirani oblik se u preoblikovanom obliku - kao matrica 32*32 sprema umemoriju. U posebne tabele spremaju se brojevi bitova spremljene matrice koji supostavljeni na 1 i ASCII kod definiranog oblika.1.6. PREPOZNAVANJE TEKSTAPrepoznavanje teksta je giavna opcija za prepoznavanje oblika.Tekst koji se prepoznaje more biti napisan u vise redova, a rezultat se ispisuje nadnu ekrana (Slika 2.). Postupak je slijedeci:1.Brojac redova kod ispisa postavi se na 19 (prvi red ispod prostora za crtanje oblika).2. Pretrazuje se prostor ekrana predviden za crtanje od gornjeg ruba prema donjem,red po red, tako dugo dok se ne naide na prvu tocku u boji tinte (crou).3. Oblik kojemu pripada nadena tocka izdvoji se iz okoline.Ako je izdvojeni oblik manjiod minimalnog, tada se postupak nastavlja od koraka (1).4. Izvrsi se prepoznavanje oblika (vidi: POSTUPAK PREPOZNAVANJA OBLIKA,koraci (4) i (5».5. Karakter s ASCII kodom prepoznatog oblika ispise se na sredinu reda ekrana ispodprostora za crtanje oblika na koji pokazuje brojac redova.6. Pretrazivanje ekrana lijevo od nadenog oblika; trazi se oblik (znak) lijevo od upravoprepoznatog. U slucaju da se kod pretrazivanja naide na rub ekrana, tada sepostupak nastavlja od koraka (9).7. Oblik kojemu pripada nadena tocka izdvaja se iz okoline. Ako je okvir oblika manjiod minimalnog, tada se ponavlja korak (6).8. Na temelju prosjecne sirine vec prepoznatih oblika izracunava se broj blanko znakovaizrnedu zadnjeg prepoznatog i upravo izdvojenog oblika. Blankovi se ispisu nadonjem dijelu ekrana.9. Pretrazivanje ekrana desno od znaka kojijc prvi pronaden u redu. Postupakje posveanalogan koracima (3) do (8), sarno lito se pretrazuje udesno (do desnog ruba dijelaekrana predvidenog za crtanje oblika).10. Brojac redova kod ispisa povecava se za 1, a postupak se nastavlja od koraka (2)tako dugo dok se ne dode do donjeg ruba dijela ekrana predvidenog za crtanjeoblika.301Radosevic D. Prcpoznavanje 2D oblika i izgovorenih rijeCi Zbornik radova (1990), 14[Al I ~ ••:-1---;I II II Ie.r,n•'V~~ '''1 ~: =©.. ..~ : ~: tJ : : . . '" .~ ~ c?; i :.... .. 'Slika 2. Prepoznavanje teksta na ekranu302Radosevic D. Prepoznavanje 2D oblika i izgovorenih rijeCi Zbomik radova (1990), 142. PREPOZNAVANJE IZGOVORENIH RIJECI2.1. POSTUPAK PREPOZNAVANJA lZGOVORENIH RIJECIOvo poglavlje ujedno je opis rada programa koji prepoznaje izgovorene rijeci.Postupak prepoznavanja izgovorenih rijeCi sastoji se od slijedecih faza (Slika 3.):1. Faza cekanja. U toj fazi racunar ocekuje da korisnik prograrna pocne izgovaratirijec, Tcstira se stanje na EAR uticnici kompjutora (rnoze biti "0" ili "1") tako dugodok se ne pojavi stanje "1".2. Faza snimanja zvuka. U odredenim intervalima testira se stanje na EAR uticnicikompjutora . Broje se stanja "1". Po zavrsetku intervala ukupan broj stanja "1" utestiranom intervalu sprema se u dio memorije predviden za spremanje zapisa. Takose ispita ukupno 256 intervala i ispuni isto toliko memorijskih lokacija (svakapredstavlja jedan segment vainog oblika izgovorene rijeci).3. Faza filtriranja valnog oblika izgovorene rijeci. U loku faze snimanja zvuka (2)obicno se snime i razni sumovi. Da bi se mogio izvrsiti prepoznavanje izgovorenerijeci, moraju se najprije odrediti njeni rubovi, tj. interval (vidi: faza (1» u kojemjepocelo izgovaranje rijeci i interval u kojem je zavrsilo. Zato treba izbrisati dijelovevalnog oblika koji se nalaze ispred i iza dijela koji predstavlja izgovorenu rijec.Poslo se od pretpostavke da se valni oblik izgovorene rijeCi sastoji od jednog ili visevecih dijelova, dok razne sitne nakupine predstavljaju sum.4. Faza "gladenja" valnog oblika. Valni oblik izgovorene rijeci sastoji se od segmenata.Susjedni segmenti sadrze cesto vrlo razlicite vrijednosti, pa valni oblik nije gladak.Gladenje je realizirano pomocu jedne varijacije metode pomicnih prosjeka.5. Faza omedivanja izgovorene rijeci. Pronalaze se lijevi i desni rub valnog oblikaizgovorene rijeci, kao i najveca vrijednost pojedinog segmenta na valnom obliku.Ako se lijevi i desni rub valnog oblika poklapaju, tada to znaci da je vrijednost svihsegmenata jednaka nuli, tj. uopce nije izgovorena rijec - pojavili su se sarno sumovi.U tom slucaju prepoznavanje se zavrsava, a kao rezultat daje se kod greske,6. Faza transformacije valnog oblika izgovorene rijeci u standardni formal. Rijec kojutreba prepoznati moguce je izgovoriti na razlicite nacinc s obzirom na brzinu i4 Vrijeme snimanja zvuka iznosi oko 1,5 sekundi. To daje frekvenciju ocitavanjaEAR uticnice od oko 44 KHz. Po Nyquist- ovom teoremu (Byte XII/89 - Soundand image processing, str. 240 - ) testiranje ulaza treba provoditi dvostrukombrzinom u odnosu na najvisu mogucu frekvenciju ulaza da bi se dobila. zadovoljavajuca kvaliteta). Najvisa frekvencija koju cuje Ijudsko uho iznosi oko 20KHz.303Radosevic D. Prepoznavanje 2D oblika i izgovorenih rijeci Zbornik radova (1990), 14giasnocu izgovaranja. Da bi valni oblici bili medusobno usporedivi, mora ih seprethodno preoblikovati u standardni format. Korekcijom visine stupaca valnogoblika djelomicno se ponistava utjecaj razlicite glasnoce izgovaranja rijeci.Korckcijom sirine zapisa izgovorene rijeci (vidi: faza (5)) na standardnu od 64 bajtaponiStava se utjecaj razlicite brzine izgovaranja rijeci.7. Usporedivanje. valnih o.blika. Usp~re~uju s~ visin~ koresponde~~?ih stupaca64-bajtnog zap ISa upravo izgovorene rijeci s prVIIDzapisom u mernorijr (takoder u64-bajtnom formatu). Na temelju toga izracunava se stupanj razlicitosti (u %).Otprije zapisani valni oblik, uz kojeg se dobije najnizi stupanj razlicitosti smatra senajslicnijim, Kao rezultat prepoznavanja dobije se redni broj najslicnijeg valnogoblika.}-I! lII,Slika 3. Postupak prepoznavanja izgovorenih rijeci304Radosevic D. Prepoznavanje 2D oblika i izgovorenih rijeCi Zbornik radova (1990), 143. SLiCNOSTI POSTUPKA ZA PREPOZNAVANJE OBLIKA SPOSTUPKOM ZA PREPOZNAVANJE IZGOVORENII-I RIJECIU toku izrade programa za prepoznavanje oblika dosao sam na ideju da bi se istipostupak prepozoavavanja s odredenim modifikacijama mogao koristiti i zaprepoznavanje izgovorenih rijeCi. Postupak se u oba slucaja sastoji od slijedecih faza:1. Digitalizacija predmeta prepoznavanja;2. Izdvajanje predmeta prepoznavanja iz okoline, ukljucujuci i otklanjaojesumova;3. Transformacija predmeta prepoznavanja u standardni format i4. Usporedivanje predmeta prepoznavanja sa zapisima koji postoje otprije umemoriji i pronalazenje najslicnijeg. Najveca razlika je u izvedbi 1. faze: kodprograma za prepoznavanje oblika (u daljnjem tekstu: PPO) to je rijesenopomocu potprograma za crtanje'', a kod programa za prepoznavanjeizgovorenih rijeCi(u daljnjem tekstu: PPIR) koristi se potprogram koji ocitavastanje Spectrumove EAR uticnice (vidi: POSTUP AK PREPOZNA VANJAIZGOVORENIH RUEcI, faze (1) i (2)). U ostalim fazama postupak jeanalogan, a razlikaje u tome sto se kod PPO oblici prikazuju pomocu binarnihmatrica'', dok se kod PPIR izgovorene rijeci prikazuju pomocu nizasegmenata koji zajedno cine valni oblik izgovorcoe rijeci, tj. pomocujednodimeozionalne matrice Cijielementi mogu poprimati vrijednosti 0 - 255.AnalizirajuCi programe po fazama (pocevsi od faze (2)) mozerno ustanovitislijedece: - u fazi (2):5 Tako je rijeseno jer program kao takav ima uglavnom samo demonstrativnu svrhu.6 Binarna matrica je matrica koja ima elemente 0 i 1.305Radosevic D. Prepoznavanje 2D oblika i izgovorenih rijeci Zbornik radova (1990), 14a.) Kod PPO sumorn se smatraju svi oblici Ciji okvir je manji od minimainog, akod PPIR sve sku pine segmenata cije zbrojene vrijednosti Cine nakupine kojesu manje od minimalne.b.) Predmet prepoznavanja kod PPO izdvaja se iz okoline tako da rnu se svepripadajuce tocke oboje, uz istovremeno odredivanje okvira (prozora), dokje kod PPIR dovoljno pronaci samo krajnji lijevi i krajnji desni segment Cijavrijednost je razlicita od nule 7, - u fazi (3): Kod PPO izdvojeni predmetprepoznavanja transformira se u binarnu matricu 32*32, a kod PPIR setransformira u jednodimenzionalnu matricu od 64 elementa, s tirn danajmanje jedan element ima maksimalnu vrijednost (255). U oba slucaja kodtransformacije moze se dio informacije izgubiti, ali to obicno nije znacajno,- i u fazi (4): Kod PPO ispituje se poklapanje matrica, na temelju cega seutvrduje stupanj slicnosti, a kod PPIR usporeduju se apsolutne vrijednostielemenata jednodimenzionalne matrice, na temelju eega se utvrduje stupanjrazlicitosti.ZAKWUCAKU radu su opisani algoritmi za dva razlicita tipa prepoznavanja uzoraka pomocukompjutora. ZnaCajno je to da su algoritmi slicni, Slicnost se sastoji u tome sro su cetiriosnovne faze prepoznavanja u oba slucaja iste. Razlike su u nacinu realiziranja tihosnovnih faza, premda i tu postoji analogija. Veliki problem je bio nedostatakodgovarajuce literature s podrucja prepoznavanja uzoraka pomocu kompjutora. Slicnipostupci spomenuti su u knjizi (L1. str. 125-153). Postupci nisu detaljno opisani, a potamo navedenim karakteristikarna opisani algoritmi spadali bi u tu grupu.7 To je samo zbog toga jer PPIR dozvoljava da se izgovori samo jedna rijec; inace bipostupak izdvajanja bio znatno kompliciraniji,306Radosevic D. Prepoznavanje 2D oblika i izgovorenih rijeei Zbornik radova (1990), 14LlTERATURA1. L. Gyergyek, N. Pavesic, S.Ribaric: Uvod u raspoznavanje uzoraka, Tehnicka knjiga,Zagreb, 1988.2. M. Kantardcic, A. Delic: Principi raspoznavanja uzoraka, Svjctlost, Sarajevo, 1984.3. G. Smarte: Sounds (U grupi clanaka: Sound and image processing), Byte, 12/89, str.240.4. W.Tang: Spectrumov masinski jezik za apsolutne pocetnike, Prosveta, Beograd, 1987.5. J.Skuljan: Operacija fill, RACUNARI br.12 - 2/1986., str.36-38.6. P. Robinson: Mastering the 68000 microprocessor, Tab books Inc., 1985.7. S.Ditrich: Atari ST peeks & pokes, Data Becker, 1985.Radosevic D. Recognizing Two-dimensional Shapes and Spoken Words UsingSimilar AlgorithmsSUMMARYThere are two algorithms described in this paper: one for the recogniton oftwo-dimensional shapes and the other for the recognition of spoken words. Theverification programs were made on the basis of these algorithms. The paper showsthat similar algorithms can be used for the recognition of two-dimensional shapesand spoken words. The elements of similarity are stressed.307

PREPOZNAVANJE DVODIMENZIONALNIH OBLIKA I IZGOVORENIH RIJEČI KORIŠTENJEM SLIČNIH ALGORITAMA

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Hrčak - Portal of scientific journals of Croatia