استخراج إيجابيات وسلبيات التقنيات المختلفة لتوليف الكلام.
Context:أهم الصفات في نظام تركيب الكلام هي الطبيعية والفهمية. الطبيعية تصف مدى قرب الصوت الخارجي من الكلام البشري، في حين أن الفهم هو السهولة التي يفهم بها الخارجي. الجهاز المزدوج للخطاب المثالي هو طبيعي ومفهوم على حد سواء. عادةً ما تحاول أنظمة تركيب الكلام تعظيم كلا الخصائص.  التكنولوجيات الأساسية التي تولد أشكال موجات الكلام الاصطناعية هي التوليف التسلسلي والتوليف التشكيلي. كل تكنولوجيا لها نقاط القوة والضعف، والإستخدامات المقصودة لنظام التوليف عادة ما تحدد النهج المستخدم.  تركيب التسلسل المقالة الرئيسية: التوليف المتسلسل يستند التوليف المترابط على التسلسل (الترابط) من أجزاء من الكلام المسجل. عادةً، التوليف المترابط يخلق الكلام المترابط الأكثر طبيعية. ومع ذلك، فإن الاختلافات بين الاختلافات الطبيعية في الكلام وطبيعة التقنيات الآلية لتقسيم أشكال الموجات تؤدي أحيانًا إلى خلل مسموع في الإخراج. وهناك ثلاثة أنواع فرعية رئيسية من التوليف التسلسلي.  التركيب للاختيار من الوحدة يستخدم تحليل اختيار الوحدة قواعد بيانات كبيرة من الكلام المسجل. خلال إنشاء قاعدة البيانات، يتم تقسيم كل كلمة مسجلة إلى بعض أو كل ما يلي: الهواتف الفردية، الهواتف الثنائية، الهواتف النصفية، الحروف، المورفيمات، الكلمات، العبارات، والجمل. عادةً، يتم التقسيم إلى شرائح باستخدام جهاز تعريف الكلام المعدل خصيصًا المحدد لنمط "المواءمة القسرية" مع بعض التصحيح اليدوي بعد ذلك، باستخدام تمثيلات بصرية مثل شكل الموجة والطيف. ثم يتم إنشاء فهرس للوحدات في قاعدة بيانات الكلام بناءً على التقسيم والمعايير الصوتية مثل التردد الأساسي (المدى) ، والمدة، والموقع في الهمزة، والهواتف المجاورة. في وقت التشغيل، يتم إنشاء التعبير المستهدف المطلوب عن طريق تحديد أفضل سلسلة من الوحدات المرشحة من قاعدة البيانات (اختيار الوحدة). عادة ما يتم تحقيق هذه العملية باستخدام شجرة قرار ذات وزن خاص.  اختيار الوحدة يوفر أعظم طبيعية، لأنه يطبق فقط كمية صغيرة من معالجة الإشارة الرقمية (DSP) على الكلام المسجل. وغالباً ما يسبب نظام التشغيل المباشر للصوت التسجيل الصوت أقل طبيعية، على الرغم من أن بعض الأنظمة تستخدم كمية صغيرة من معالجة الإشارة في نقطة التسلسل لتسوية شكل الموجة. غالبًا ما لا يمكن تمييز الإخراج من أفضل أنظمة اختيار الوحدات من الأصوات البشرية الحقيقية، خاصة في السياقات التي تم ضبط نظام TTS لها. ومع ذلك، تتطلب الحد الأقصى من الطبيعية عادةً أن تكون قواعد البيانات الكلامية للاختيار الوحدوي كبيرة جدًا، وفي بعض الأنظمة تتراوح إلى جيجابايت من البيانات المسجلة، والتي تمثل عشرات الساعات من الكلام. كما أن خوارزميات اختيار الوحدات معروفة باختيار الشرائح من مكان يؤدي إلى تركيب أقل من المثالي (على سبيل المثال، تصبح الكلمات البسيطة غير واضحة) حتى عندما يكون هناك خيار أفضل في قاعدة البيانات. في الآونة الأخيرة، اقترح الباحثون طرق آلية مختلفة للكشف عن الأجزاء غير الطبيعية في أنظمة تركيب الكلام باختيار الوحدة.  تركيب ديفون التوليف ديفون يستخدم قاعدة بيانات بسيطة من الكلام تحتوي على جميع الديفونات (الانتقالات من الصوت إلى الصوت) التي تحدث في اللغة. ويعتمد عدد الديفونات على الصوتيات اللغوية: على سبيل المثال، اللغة الإسبانية فيها حوالي 800 ديفون، واللغة الألمانية حوالي 2500. في التوليف الثنائي، لا يوجد سوى مثال واحد لكل ثنائي في قاعدة بيانات الكلام. في وقت التشغيل، يتم تطبيق البروزودية المستهدفة من الجملة على هذه الوحدات الدنيا عن طريق تقنيات معالجة الإشارة الرقمية مثل التشفير التنبؤي الخطي، PSOLA أو MBROLA. أو تقنيات أحدث مثل تعديل النطاق في مجال المصدر باستخدام تحويل الكوسينو المنفصل. التوليف الديفوني يعاني من العيوب الصوتية للتوليف التسلسلي والطبيعة الروبوتية للتوليف التشكيلي، ولديه القليل من مزايا أي منهما من النهج بخلاف الحجم الصغير. وبالتالي، فإن استخدامها في التطبيقات التجارية آخذ في التراجع، على الرغم من أنها مستمرة في الاستخدام في البحوث لأن هناك عدد من تطبيقات البرمجيات المتاحة بحرية. مثال مبكر على تركيب ديفون هو الروبوت التعليمي، ليتشيم، الذي اخترعه مايكل جيه فريمان. كان ليكيم فيه معلومات تتعلق بالمناهج الدراسية للمدرسة وبعض المعلومات السيرة الذاتية عن الطلاب الذين تم برمجت لتعليمهم. تم اختبارها ففصل دراسي ديال الصف الرابع فبرونكس، نيويورك.  التوليف المحدد للمجال يربط التوليف المحدد للمجال الكلمات والعبارات المسجلة مسبقاً لإنشاء كلمات كاملة. ويستخدم في التطبيقات التي يقتصر فيها مجموعة متنوعة من النصوص التي سيصدرها النظام على مجال معين، مثل إعلانات جدول المواصلات أو تقارير الطقس. التكنولوجيا بسيطة جداً للتطبيق، و كانت مستخدمة تجارياً لفترة طويلة، في أجهزة مثل الساعات المتحدثة والحاسبات. ويمكن أن يكون مستوى الطبيعية لهذه الأنظمة مرتفع جداً لأن مجموعة متنوعة من أنواع الجمل محدودة، ويتطابقون بشكل وثيق مع البروسودية والتنغيم للتسجيلات الأصلية. [ بحاجة لمصدر ]  لأن هذه الأنظمة محدودة بالكلمات والعبارات الموجودة في قواعد البيانات الخاصة بها، فهي ليست ذات غرض عام ولا يمكن لها إلا أن تدمج مجموعات من الكلمات والعبارات التي تم برمجتها مسبقًا. ومع ذلك، يمكن لمزج الكلمات داخل اللغة المتكلمة الطبيعية أن يسبب مشاكل ما لم تتم مراعاة الاختلافات الكثيرة. على سبيل المثال، في اللغات غير الروتيكية من اللغة الإنجليزية، عادة ما يتم نطق "ر" في كلمات مثل "clear" /ˈklɪə/ إلا عندما تكون الكلمة التالية فيها حرف صوتي كحرفها الأول (على سبيل المثال، "clear out" يتم تحقيقها على أنها /ˌklɪəɹˈʌʊt/). وبنفس الطريقة، فاللغة الفرنسية، فما تزال العديد من الحروف الساكنة الأخيرة غير صامتة إذا اتبعتها كلمة تبدأ بحرف صوتي، وهو تأثير يسمى الارتباط. لا يمكن إعادة إنتاج هذا التناوب بواسطة نظام بسيط لترابط الكلمات، والذي يتطلب تعقيد إضافي ليكون حساسًا للسياق.  التوليف الشكلي التوليف الفورمانت لا يستخدم عينات الكلام البشري في وقت التشغيل. وبدلًا من ذلك، يتم إنشاء مخرج الكلام المُخْتَلَط باستخدام التوليف الإضافي ونموذج صوتي (التوليف النموذجي الفيزيائي). تتنوع المعايير مثل التردد الأساسي، الصوت، ومستويات الضوضاء مع مرور الوقت لخلق شكل موجة من الكلام الاصطناعي. ويُسمى هذا الأسلوب أحيانًا التوليف القائم على القواعد؛ ومع ذلك، فإن العديد من الأنظمة المترابطة لها أيضًا مكونات قائمة على القواعد. كتير من الأنظمة القائمة على تكنولوجيا التوليف التشكيلي تصنع كلام اصطناعي، صوت الروبوتات، والذي لا يمكن أبداً أن يخطئ بالخطاب البشري. ومع ذلك، فإن الحد الأقصى من الطبيعية ليست دائمًا الهدف من نظام تركيب الكلام، وأنظمة التوليف التشكيلي لها مزايا على الأنظمة المترابطة. يمكن للكلام المصنوع من فورمانت أن يكون مفهوم بشكل موثوق، حتى عند السرعات العالية جدًا، وتجنب الأخطاء الصوتية التي عادة ما تعاني منها الأنظمة المترابطة. الكلام المصنوع بسرعة كبيرة يستخدم من قبل الأشخاص ذوي الإعاقة البصرية للتنقل بسرعة في أجهزة الكمبيوتر باستخدام قارئ الشاشة. عادةً ما تكون أجهزة التوليف التشكيلية برامج أصغر من الأنظمة المترابطة لأنها لا تمتلك قاعدة بيانات من عينات الكلام. وبالتالي يمكن استخدامها في الأنظمة المدمجة، حيث تكون الذاكرة وقوة المعالج الدقيق محدودة بشكل خاص. وبما أن الأنظمة القائمة على التشكيلات تمتلك السيطرة الكاملة على جميع جوانب الكلام الخارجي، يمكن إصدار مجموعة واسعة من الأغاني والإيقاعات، والتي لا تنقل ليس فقط الأسئلة والبيانات، ولكن مجموعة متنوعة من العواطف ونغمات الصوت.  ومن الأمثلة على التحكم في النغمة غير في الوقت الفعلي ولكن بدقة عالية في التوليف الشكلي هو العمل الذي تم في أواخر السبعينيات للالعبة Speak & Spell من Texas Instruments، وفي أوائل الثمانينيات من أجهزة أركاد سيجا وفي العديد من ألعاب أركاد أتاري، Inc. باستخدام رقائق TMS5220 LPC. كان من الصعب إنشاء النغمة الصحيحة لهذه المشاريع، والنتائج ما زالت غير متوافقة مع واجهات النص-الصوت في الوقت الفعلي.  تركيب المفاصل التوليف المفصلي يشير إلى التقنيات الحسابية لتوليف الكلام بناءً على نماذج من الممر الصوتي البشري وعمليات التوليف التي تحدث هناك. تم تطوير أول مزيج مفصلي يستخدم بانتظام في التجارب المختبرية في مختبرات هاسكينز في منتصف السبعينيات من قبل فيليب روبين وتوم باير وبول ميرملشتاين. هذا الجهاز، المعروف باسم ASY، كان مبني على نماذج الممرات الصوتية التي طورت في مختبرات بيل في الستينيات والسبعينات من قبل بول ميرملشتاين وسيسيل كوكر وزملائه.  حتى وقت قريب، لم يتم دمج نماذج التوليف المفصلي في أنظمة التوليف الصوتي التجارية. استثناء ملحوظ هو النظام القائم على NeXT الذي تم تطويره في الأصل وتسويقه شركة Trillium Sound Research، وهي شركة منفصلة من جامعة كالغاري، حيث تم إجراء معظم الأبحاث الأصلية. بعد فناء التجسيدات المختلفة من NeXT (اللي بدأها ستيف جوبز في أواخر الثمانينيات ودمجت مع أبل كومبيوتر في عام 1997) ، تم نشر برنامج تريليوم تحت رخصة جنو العامة العامة، مع استمرار العمل باسم gnuspeech. يوفّر النظام، والذي تمّ تسويقه لأول مرة في عام 1994، تحويل كامل من نص إلى كلام على أساس التعبير، باستخدام مرشد موجي أو خط نقل مشابه للمنطقة الفموية والأنفية البشرية التي تسيطر عليها "نموذج المنطقة المميزة" لكاريه.  يدمج المولدات الحديثة، التي طورها خورخي سي لوسرو وزملاؤه، نماذج من الميكانيكا الحيوية للجماعات الصوتية، والديناميكا الهوائية للجلوتا، وانتشار الموجات الصوتية في القصبات الهوائية، القصبة الهوائية، التجاويف الأنفية والفموية، وبالتالي تشكل أنظمة كاملة من محاكاة الكلام القائمة على الفيزياء.
التكنولوجيات الأساسية التي تولد أشكال موجات الكلام الاصطناعية هي التوليف التسلسلي والتوليف التشكيلي.  يستند التوليف المترابط على تجميع أجزاء من الكلام المسجل. عادة ما يخلق الكلام المُصنَّع اللي كايبدو طبيعي. ومع ذلك، فإن الاختلافات بين الاختلافات الطبيعية في الكلام وطبيعة التقنيات الآلية لتقسيم أشكال الموجات تؤدي أحيانًا إلى خلل مسموع في الإخراج. الحد الأقصى من الطبيعية عادة ما يتطلب أن تكون قواعد بيانات الكلام كبيرة جدًا، وفي بعض الأنظمة تتراوح إلى جيجابايت من البيانات المسجلة، والتي تمثل عشرات الساعات من الكلام.  التوليف الفورمانت لا يستخدم عينات الكلام البشري في وقت التشغيل. بدلًا من ذلك، يتم إنشاء مخرج الكلام المُصنَّع باستخدام التوليف الإضافي ونموذج صوتي. كتير من الأنظمة القائمة على تكنولوجيا التوليف التشكيلي تصنع كلام اصطناعي، صوت الروبوتات، والذي لا يمكن أبداً أن يخطئ مع الكلام البشري. عادةً ما تكون برامج أصغر من الأنظمة المترابطة لأنها لا تمتلك قاعدة بيانات من عينات الكلام. وبالتالي يمكن استخدامها في الأنظمة المدمجة، حيث تكون الذاكرة وقوة المعالج الدقيق محدودة بشكل خاص.