VISUALISASI PENGENALAN UCAPAN VOKAL BAHASA INDONESIA DENGAN METODE LPC-DTW

Transkripsi

1 VISUALISASI PENGENALAN UCAPAN VOKAL BAHASA INDONESIA DENGAN METODE LPC-DTW Syaiful Racha (L2F001644) Jurusa Tekik Elektro, Fakultas Tekik Uiversitas Dipoegoro Searag, Idoesia Abstrak- Usaha ausia utuk eaksialka fugsi PC sebagai alat utuk eperudah pekerjaa ausia terus dikebagka. Salah satuya eciptaka PC yag apu beriteraksi secara lagsug dega ausia elalui ucapa, eggatika fugsi keyboard da ouse pada PC. Berdasarka hal ii berkebaglah studi tetag pegeala suara digital. Utuk dapat egeali kata-kata dala ligkup yag luas perlu peelitia terhadap elee peyusu kata yaitu vokal. Visualisasi terhadap pegeala ucapa bergua bagi seseorag yag igi epelajari da eahai proses pegeala ucapa dega etode tertetu. Utuk itu pada tugas akhir ii divisualisasika proses pegeala ucapa vokal dala Bahasa Idoesia yaki /a/, /i/, /u/, /e/, da /o/ egguaka etode LPC-DTW. Visualisasi yag dilakuka adalah visualisasi hasil ekstraksi ciri dari etode LPC berupa ilai koefisie-koefisie cepstral LPC, da juga visualisasi pegeala pola egguaka DTW elalui suatu atrik yag diaaka atrik distorsi. Ada beberapa hasil yag diperoleh dari peelitia yag dilakuka. Koefisie-koefisie cepstral LPC dapat diguaka utuk ewakili siyal ucapa dala proses pegeala pola DTW. Pajag frae yag diguaka dala pebigkaia suatu siyal ucapa epegaruhi julah frae yag dihasilka dari aalisis LPC. Pecocoka waktu yag diguaka oleh etode DTW utuk egatasi adaya variasi yag terjadi pegucapa suatu vokal dapat digabarka elalui jalur terbaik. Jalur terbaik dari vokal yag dikeali berbetuk diagoal da aka berupa garis diagoal sepura apabila 2 buah pola yag dicocoka idetik. Kata kuci: ucapa, pegeala, DTW, visualisasi I. Pedahulua 1.1 Latar Belakag Tekologi pegeala ucapa dikebagka utuk ewujudka keigia ausia dala eaksialka fugsi PC sebagai alat yag apu eperudah pekerjaa ausia di segala aspek. Hal yag hedak dicapai adalah eciptaka PC yag apu beriteraksi dega ausia secara lagsug egguaka bahasa ausia sehari-hari sesuai tata bahasa yag berlaku. Studi tetag pegeala ucapa sudah dilakuka selaa bertahu-tahu utuk ecapai sukses yag ideal, tetapi hal tersebut belu juga dapat terpeuhi sapai saat ii. Masih perlu dilakuka peelitia da peigkata lebih lajut terhadap etode pegeala yag sudah ada. Utuk dapat egeali kata-kata dala ligkup yag luas aka perlu peelitia terhadap peyusu kata yaki vokal. Dala Tata Bahasa Idoesia terdapat lia buah vokal yaki: /a/, /i/, /u/, /e/, /o/. Keliaya eiliki cara pegucapa berbeda yag eghasilka ciri siyal yag berbeda pula. Utuk itu pada tugas akhir ii divisualisasika proses pegeala terhadap kelia buah vokal ii, dega etode LPC (Liear Predictive Codig) sebagai pegektraksi ciri da DTW (Dyaic Tie Warpig) sebagai pegeal pola. Visualisasi proses pegeala ii berafaat utuk eperudah bagi orag yag igi epelajari da eahai proses pegeala ucapa dega egguaka etode LPC da DTW. 1.2 Tujua Tugas akhir ii bertujua utuk elakuka visualisasi terhadap proses pegeala ucapa vokal yag ada dala Tata Bahasa Idoesia yaki: /a/, /i/, /u/, /e/, /o/, dega egguaka etode LPC da DTW. 1.3 Pebatasa Masalah Tugas akhir ii eiliki batasa-batasa atara lai : 1. Pegeala ucapa bersifat speaker depedet. Pegeala dapat dilakuka dega baik terhadap orag yag telah eiliki referesi. 2. Merupaka pegeala vokal /a/, /i/, /u/, /e/, /o/. 3. Metode ekstraksi ciri yag diguaka dala tugas akhir ii adalah LPC. 4. Metode pegeala pola yag dipakai utuk tugas akhir ii adalah DTW. II. Ladasa Teori 2.1 Pegeala Suara Digital Proses pegeala ucapa pada progra koputer terdiri atas beberapa tahap. Gabar 1 eperlihatka gabara secara uu tahapa-tahapa pegeala suara. Gabar 1 Tahapa dala pegeala ucapa. Tahap pertaa dari pegeala ucapa adalah perosesa awal yag di dalaya terdapat 3 proses yaki peigkata kualitas siyal (ehaceet), pebigkaia (segetatio), da pejedelaa 1

2 (widowig). Tahap selajutya adalah ekstraksi ciri yag bisa dilakuka egguaka etode LPC. Hasil dari ekstraksi ciri dega LPC ii berupa ilai koefisie-koefisie cepstral LPC yag erupaka ciri khusus dari siyal suara. Setelah ciri dari siyal suara didapat, dilakuka pegeala pola yag bisa dilakuka dega etode DTW. Metode DTW elakuka perhituga jarak atara seluruh pola referesi dega pola uji yag igi dikeali utuk edapatka jarak-jarak pecocoka keseluruha. 2.2 Aalisis LPC [6] Suatu siyal ucapa yag asuk disegetasi atau dibigkai dega pajag bigkai (frae) tertetu. Terhadap siyal ucapa terbigkai dilakuka pejedelaa yag dapat dilakuka egguaka jedela haig (haig widow), yag eiliki persaaa: 2 w( ) 0,54 0,46cos, 0 N 1 N 1 aka aka didapat siyal ucapa terbigkai yag telah dijedelaka egguaka jedela haig dega uruta: s ( ) s( ) w( ), 0 N 1 Aalisis LPC dilakuka egguaka etode autokorelasi, yag eiliki betuk persaaa fugsi autokorelasi: R N 1 ( i i k k ) 0 s ( ) s ( i k) Jika fugsi autokorelasi bersifat sietris R (k)=r (-k), sehigga persaaa LPC dapat diotasika sebagai: p k1 R i k aˆ k R ( i), 1 i p Nilai koefisie-koefisie LPC didapat dega eyelesaika persaaa atrik berikut: R (0) R (1) R (2) R ( p 1) R (1) R (0) R (1) R ( p 2) R (2)... R ( p 1) 1 R (1) R (1)... R ( p 2) 2 R (2) R (0)... R ( p 3) (3) 3 R R ( p 3)... R (0) p R ( p) 2.3 Koversi Paraeter LPC ke Koefisie Cepstral [7] Koefisie-koefisie cepstral LPC adalah paraeter yag petig dala pegeala ucapa. Koefisie-koefisie cepstral LPC dapat diperoleh lagsug dari koefisie-koefisie LPC, elalui persaaa: c c a 1 k p 1 k 1 k k ck a ck a k, 1 k, p p Koefisie cepstral LPC erupaka koefisie-koefisie dari represetasi trasforasi fourier spektru agitude logaritik. Koefisie-koefisie cepstral LPC terbukti eiliki sifat yag lebih robust dibadigka koefisie-koefisie LPC pada pegeala ucapa. Apabila Q eyataka julah koefisie cepstral LPC, aka biasaya represetasi dega ilai Q > p, yaitu Q ~ (3/2)p koefisie, serig diguaka pada pegeala ucapa. 2.4 Pegeala Pola DTW [8] Dyaic Tie Warpig adalah etode pegeala pola yag didasarka pada pecocoka pola siyal (teplate atchig) atara seua teplate referesi yag ada dega suara uji asuka. Pecocoka dilakuka egguaka pedekata utuk ecari jarak yag terkecil. Teplate referesi adalah polapola yag dijadika acua (referesi) utuk pecocoka. Perhituga utuk ecari jarak atara 2 vektor ciri diperluka dala pegeala pola DTW. Besarya jarak atara dua vektor ciri ii yag disebut sebagai jarak lokal (local distace). Jarak lokal atara sebuah vektor ciri dari suatu teplate referesi x dega sebuah vektor ciri dari suara uji y yag asuk diruuska dega sebagai berikut : x 2 d( x, y) y Ucapa adalah proses yag bergatug terhadap waktu. Oleh karea itu pegucapa suatu kata yag saa dapat eiliki durasi waktu yag berbeda. Selai itu suatu kata dega durasi yag saa dapat eiliki koposisi yag berbeda. Oleh karea itu diperluka proses pecocoka waktu (tie-aliget) utuk egatasi hal itu. Cotoh tie-aliget dapat dilihat pada Gabar 2, yag egguaka atrik dala satua waktu. Apabila dala suatu proses pegeala egguaka ilai koefisie cepstral LPC utuk elakuka perbadiga, aka koefisie-koefisie cepstral LPC pada frae yag ada diguaka utuk ewakili satua waktu dari atrik tersebut. Matrik pada Gabar 2.5 diguaka utuk evisualisasika secara sederhaa bagaiaa proses pecocoka waktu dikerjaka. Posisi suara uji berada di sebelah kiri atrik, dega waktu yag euju ke atas, sedagka teplate referesi pada bagia bawah atrik, dega waktu yag euju ke kaa. Pada ilustrasi tersebut, suara uji UuCAPAN adalah salah satu betuk variasi yag ada yag aka dicocoka dega teplate referesi UCAPAN. Cara pedekata sederhaaya adalah utuk huruf yag palig edekati aka itu dijadika acua huruf yag 2

3 dipilih, yag juga berarti eiliki ilai jarak yag terkecil bila dibadigka ilai jarak huruf yag lai. terkecil, atau ilai D(I,J) terkecil bila dibadigka ilai D(I,J) dari pecocoka dega teplate referesi laiya. J j j-1 N A P A C (i-1,j) (i-1,j-1) (i,j) (i,j-1) Jalur Terbaik III. Tapila Progra Progra visualisasi pegeala vokal Bahasa Idoesia dega etode LPC-DTW eiliki 3 ode utaa tapila yaki: ode pegeala, ode visualisasi ilai koefisie cepstral LPC, da ode visualisasi pegeala pola dega DTW. Tapila ode pegeala, ode visualisasi ilai koefisie cepstral LPC, da ode visualisasi DTW dapat dilihat pada Gabar 3-Gabar 5. u 1 U U C A P A N 1 i-1 i I Waktu Gabar 2 Proses pecocoka waktu DTW. Cotohya adalah pada UuCAPAN palig dekat adalah dega N dari seua huruf yag ada pada UCAPAN, begitu juga dega u dari suara uji aka eiliki jarak yag terkecil dega U dari teplate referesi. Pedekata seperti ii aka dilakuka utuk seua teplate referesi yag ada pada siste. Pecocoka waktu diperlihatka oleh jalur terbaik yag terbetuk pada atrik. Matrik yag digabarka oleh Gabar 2 diaaka atrik distorsi. Matrik distorsi diguaka utuk eggabarka jarak-jarak atara seluruh koefisie cepstral LPC dari teplate referesi dega seluruh koefisie cepstral LPC dari suara uji, beserta jalur terbaik yag terbetuk hasil pegeala pola DTW. Satua waktu dari atrik distorsi diwakili oleh uruta koefisie cepstral LPC. Dyaic Tie Warpig bekerja berdasarka perograa diais (dyaic prograig) utuk elakuka pecocoka pola, dega jala ebadigka jarak, yaitu jarak pada posisi diagoal bawah (i-1,j-1), sapig kiri (i-1,j) da bawah (i,j-1) jarak aakah yag palig kecil jarak itulah yag dipilih. Berdasarka Gabar 2, dapat dihitug jarak global (D) yag didapat dari jarak lokal yag ada (d). Apabila d(i,j) adalah jarak lokal pada posisi (i,j) pada atrik, aka jarak global D(i,j) pada posisi (i,j) adalah: Di 1, j 1, Di 1, j, Di, j 1 d i j D ( i, j) i, dega kodisi awal (iisialisasi) D(1,1) = d(1,1). Nilai jarak global yag terakhir D(I,J) pada posisi (I,J) pada atrik distorsi, eyataka jarak pecocoka keseluruha utuk pecocoka sebuah teplate referesi dega suara uji. Masuka ucapa vokal aka dikeali sebagai sebuah vokal sesuai teplate referesi yag eiliki jarak pecocoka keseluruha yag Gabar 3 Mode pegeala. Gabar 4 Mode visualisasi ilai koefisie cepstral LPC. Mode pegeala yag diperlihatka Gabar 3 diguaka utuk elakuka uji lagsug terhadap vokal yag igi dikeali. Utuk dapat egeali suatu vokal, aka peakai terlebih dahulu harus eiliki teplate referesi utuk seua vokal. Sifat pegeala ucapa yag diguaka pada tugas akhir ii adalah speaker depedet, pegeala dapat dilakuka dega baik terhadap orag yag telah eiliki teplate referesi. Teplate referesi dapat dibuat lagsug pada ode pegeala. Peakai dapat lagsug ereka ucapa utuk dijadika teplate referesi dega eeka tobol ucap, diikuti tobol reka. Pelatiha teplate referesi dapat dilakuka dega eeka tobol ucap diikuti tobol trai. Pejelasa tetag cara egguaka 3

4 ode pegeala secara lebih detail dapat dilihat pada eu petujuk yag ada pada ode pegeala. Mode visualisasi ilai koefisie cepstral LPC yag diperlihatka Gabar 4 diguaka utuk eapilka visualisasi terhadap ilai-ilai koefisie cepstral LPC yag didapat dari ekstraksi ciri dega etode LPC. Siyal ucapa yag ditapilka ilai koefisie cepstral LPC-ya berasal dari ode pegeala. Tobol LPC diguaka utuk eapilka visualisasi ilai koefisie-koefisie cepstral LPC. Peakai dapat eilih tapila visualisasi yag diigika baik betuk visualisasi 2 diesi aupu 3 diesi egguaka radio butto (piliha tapila) yag ada pada sisi sebelah kiri. Tobol data diguaka utuk eapilka ilai koefisie cepstral LPC pada frae tertetu. Sebeluya peakai terlebih dahulu harus egisi frae aa yag igi dilihat ilai koefisie cepstral LPC-ya pada edit text (tetuka frae). Data ilai koefisie cepstral LPC ditapilka pada sisi sebelah kaa dari jedela ode visualisasi koefisie LPC. Gabar 5 Mode visualisasi DTW. Mode visualisasi pegeala pola DTW yag diperlihatka Gabar 5 diguaka utuk elihat atrik distorsi beserta jalur terbaikya yag dihasilka dari proses pegeala pola egguaka DTW dari ode pegeala. Tobol DTW diguaka utuk elihat visualisasi atrik distorsi beserta jalur terbaik yag dibetuk dari proses pecocoka suara uji dega teplate referesi tertetu yag dapat dipilih elalui radio butto (piliha teplate referesi). frae 20 s atau 160 data cuplika, da orde-10 utuk aalisis LPC ditujukka oleh Gabar 6. Gabar 6 Visualisasi 2D koefisie LPC. Visualisasi ilai koefisie cepstral LPC secara 2 diesi digabarka egguaka kotak-kotak wara utuk eapilka ilai koefisie cepstral LPC. Subu yag ada pada tapila, yaitu subu y eggabarka ilai koefisie cepstral LPC ke- sedagka subu x ewakili frae ke-. Nilai koefisie cepstral LPC diwakili oleh sebuah wara pada kotak wara visualisasi 2D. Tigkata ilai koefisie cepstral LPC tersebut dapat dilihat berdasarka tigkata ilai waraya di sebelah kaa dari tapila 2D. Berdasarka tigkata ilai wara, wara erah eujukka ilai yag tiggi da wara biru eujukka ilai yag redah. Nilai koefisiekoefisie cepstral LPC yag digabarka elalui kotak-kotak wara disajika secara bertigkat utuk setiap frae, ulai kotak wara palig bawah eggabarka ilai koefisie cepstral LPC pertaa (c 1 ) higga kotak wara palig atas eggabarka ilai koefisie cepstral LPC terakhir (c 15 ). Terdapat 15 buah kotak-kotak wara yag disusu bertigkat pada visualisasi ilai koefisie cepstral LPC secara 2 diesi, karea julah koefisie cepstral yag didapat dari ekstraksi ciri dega LPC sebayak (3/2) x orde LPC yag diguaka, dega orde 10 aka didapatka 15 koefisie-koefisie cepstral LPC. Tapila 3 diesi ebawa tapila 2 diesi koefisie LPC ke betuk 3 diesi ditujukka pada Gabar 7. IV. Visualisasi Visualisasi pegeala ucapa vokal Bahasa Idoesia egguaka etode LPC-DTW terdiri atas 2 bagia, yaki visualisasi ilai koefisie cepstral LPC da visualisasi DTW. Visualisasi ilai koefisie cepstral LPC ejelaska tetag visualisasi ilai koefisie-koefisie cepstral LPC hasil proses ekstraksi ciri egguaka LPC. Visualisasi DTW ejelaska tetag visualisasi proses DTW egguaka sebuah atrik yag diaaka atrik distorsi Visualisasi Nilai Koefisie Cepstral LPC Visualisasi ilai koefisie-koefisie cepstral LPC ucapa vokal secara 2 diesi egguaka pajag Gabar 7 Visualisasi 3D koefisie LPC. 4

5 Gabar 8 eperlihatka visualisasi ilai koefisie cepstral LPC dega pebigkaia siyal ucapa egguaka pajag bigkai (frae) 2 s atau 16 data cuplika. keseluruha sebesar 0, Jalur terbaik pada atrik distorsi berbetuk diagoal. Gabar 9 Pecocoka dega teplate referesi U. Gabar 8 Pebigkaia dega frae pedek. Apabila siyal ucapa dibigkai egguaka pajag bigkai yag lebih pedek aka aka didapat julah frae siyal ucapa yag lebih bayak Visualisasi DTW Proses pegeala pola egguaka DTW elakuka proses perhituga jarak atara dua buah pola yag dibadigka. Jarak yag dihitug adalah jarak atara ilai koefisie cepstral LPC dari teplate referesi dega ilai koefisie cepstral LPC dari suara uji yag asuk. Kupula seluruh jarak-jarak ii digabarka elalui sebuah atrik yag diaaka atrik distorsi. Matrik distorsi diperlihatka oleh Gabar 9-Gabar 11. Subu x pada atrik distorsi ewakili seluruh koefisie cepstral LPC dari teplate referesi, sedagka subu y atrik distorsi ewakili seluruh koefisie cepstral LPC dari suara uji. Pada tapila atrik distorsi ii juga diperlihatka jalur terbaik yag digabarka dega wara hijau. Jalur terbaik eggabarka proses pecocoka waktu DTW, yag diguaka utuk egatasi adaya variasi yag terjadi pada pegucapa suatu vokal yag igi dikeali. Jalur terbaik berisi jarak-jarak terkecil bila dibadigka jarak laiya. Jalur terbaik dibetuk dega cara peelusura kebali atrik distorsi ulai baris terakhir, kolo terakhir higga baris pertaa, kolo pertaa. Peelusura ii ebadigka jarakjarak yag ada pada posisi diagoal bawah (i-1,j-1), posisi bawah (i,j-1), posisi kiri (i-1,j) dari posisi acua (i,j). Posisi yag dipilih sebagai pebetuk jalur terbaik adalah posisi yag eiliki ilai jarak yag terkecil. Pegaata atrik-atrik distorsi hasil pegeala pola DTW dilakuka dega eperhatika betuk jalur terbaikya. Jarak pecocoka keseluruha palig kecil ditujukka dega jalur terbaik suatu atrik distorsi yag berbetuk diagoal. Hal ii dapat dilihat pada tapila atrik distorsi dari Gabar 9 da Gabar 10. Gabar 9 eperlihatka pecocoka atara suara uji dega teplate referesi U, didapatka jarak pecocoka Gabar 10 Pecocoka dega teplate referesi I Gabar 10 eperlihatka pecocoka atara suara uji dega teplate referesi I, didapatka jarak pecocoka keseluruha sebesar 72,4339. Jalur terbaik pada atrik distorsi tidak berbetuk diagoal. Suara uji yag asuk aka dicocoka dega teplate referesi /a/, /i/, /u/, /e/, /o/. Suara uji aka dikeali sebagai vokal dega teplate referesi yag eiliki ilai jarak pecocoka keseluruha terkecil. Nilai jarak pecocoka keseluruha yag ditujukka Gabar 9 lebih kecil dibadigka Gabar 10, aka suara uji aka dikeali sebagai vokal /u/. Apabila 2 buah pola idetik dicocokka aka didapat atrik distorsi seperti Gabar 11. Gabar 11 Pecocoka 2 pola yag idetik. 5

6 Jalur terbaik yag terbetuk dari pecocoka 2 pola yag idetik berupa garis diagoal sepura, da jarak pecocoka keseluruhaya ol. V. Kesipula Berdasarka hasil pegujia da aalisis yag dilakuka pada tugas akhir ii didapatka beberapa kesipula: 1. Koefisie-koefisie cepstral LPC dapat diguaka utuk ewakili siyal ucapa pada proses pegeala pola DTW. 2. Pajag frae yag diguaka dala pebigkaia suatu siyal ucapa epegaruhi julah frae yag dihasilka dari aalisis LPC. 3. Seaki pajag siyal ucapa, seaki bayak julah frae yag dihasilka pada aalisis LPC. 4. Matrik distorsi eggabarka jarak-jarak atara ilai koefisie-koefisie cepsral LPC teplate referesi dega suara ucapa uji. 5. Pecocoka waktu yag diguaka oleh etode DTW utuk egatasi adaya variasi yag terjadi pada pegucapa suatu vokal dapat digabarka elalui jalur terbaik. 6. Jalur terbaik dari vokal yag dikeali berbetuk diagoal da aka berupa garis diagoal sepura apabila 2 pola yag dicocoka idetik. VI. Sara Visualiasi terhadap etode pegeala ucapa bergua utuk eperjelas bagaiaa tekik pegeala tersebut bekerja. Berdasarka hal ii visualisasi egguaka etode pegeala laiya perlu dilakuka. [8] ---, Dyaic Tie Warpig, Jauari Biodata peulis Syaiful Racha, lahir di Jakarta, taggal 2 Agustus 1983, ejalai pedidika TK di TK Aisyiah Jkt tahu , pedidika SD di SDN 04 pagi Jkt tahu , pedidika SLTP di SMPN 139 Jkt tahu , pedidika SMU di SMUN 12 Jkt tahu , SMUN 5 Sg tahu Saat ii peulis sedag eyelesaika pedidika Strata Satu Tekik di Jurusa Tekik Elektro, Fakultas Tekik Uiversitas Dipoegoro, Searag, Idoesia. Pebibig I Meyetujui, Pebibig II Wahyudi, ST, MT Achad Hidayato, ST, MT NIP NIP Referesi [1] Furui, S., Digital Speech Processig, Sythesis, ad Recogitio, Marcel Dekker, Ic., New York, [2] Gold, B., ad N. Morga, Speech ad Audio Sigal Processig : Processig ad Perceptio of Speech ad Music, Joh Wiley & Sos, Ic., New York, [3] Hasel, D., B Littlefield, J Edyato, Matlab Bahasa Koputasi Tekis, Adi,Yogyakarta, [4] Nouza J., Visualizatio Software for Speech Processig, SpeechLab, Dept. of Electroics ad Sigal Processig, Techical Uiversity of Liberec, Halkova 5, Liberec, Czech Republic [5] Proakis, J., G., Maolakis D., G., Perosesa Siyal Digital: Prisip, Algorita, da Aplikasi, Edisi Bahasa Idoesia, PT Prehallido, Jakarta, [6] Rabier, L., Biig-Hwag Juag. Fudaetals Of Speech Recogitio, New Jersey: Pretice Hall, [7] ---, Cepstru, 98/speech/cepstru/cepstru.htl, Juli