A spectral estimator of vocal jitter

Abstract

English: The purpose of this thesis is to study and implement a spectral method for short-time jitter estimation. Jitter consists in rapid perturbations of the vocal cycle lengths, which can be observed from one cycle to the next when they are sampled, at least, at the rate of the fundamental frequency. Jitter is analyzed for voice quality assessment given that it provides a high correlation with voice disorders. The method is based on a mathematical model that describes the association of two periodical spike trains. Jitter is modeled as the perturbation of one of those impulse trains with respect to the other. The proposed method computes this perturbation, indirectly, by taking into account spectral properties. By counting the number of crossings between the harmonic and the inter-harmonic contours the perturbation in samples can be obtained. A Matlab application is implemented to ascertain the validity and reliability. The Praat software is used as a reference for the assessment of the jitter values. Given the references provided by Praat, comparison is made with spectral jitter measurements in different situations. Experiments with ideally perturbed spike trains show that the suggested method produces accurate local estimations of jitter. Additional evaluation relies on testing and analyzing synthetic phonation and connected speech. A performance appraisal allows us to enhance the method, i.e., to try for a better implementation in order to have more accurate estimates. The results are presented the reliability of the spectral jitter estimator is analyzed.

Castellano: El objetivo de este trabajo es estudiar e implementar un método para la estimación espectral del jitter. Jitter consiste en pequeñas y rápida perturbaciones en la duración de los ciclos vocales, las cuales pueden ser observadas de ciclo a ciclo. Jitter es analizado habitualmente para la evaluación de la calidad de voz dado que proporciona una alta correlación con trastornos en la voz. El método se basa en un modelo matemático que describe la asociación de dos trenes de pulsos periódicos. Jitter se modela como la perturbación de uno de los trenes de pulsos con respecto del otro. El método propuesto calcula esta perturbación, de manera indirecta, teniendo en cuenta dichas propiedades espectrales. Contando el número de cruces entre el contorno armónico y el inter-armónico se pueden obtener una estimación de la perturbación. Una aplicación en Matlab es llevada a cabo para comprobar la validez de dicho método. El software Praat se utiliza como referencia para la evaluación de las estimaciones del jitter. La comparación se realiza con estimaciones de jitter en diferentes situaciones respecto a los valores de referencia proporcionados por Praat. Experimentos con trenes de pulsos muestran que el método propuesto produce estimaciones precisas de la perturbación. Adicionalmente se realizarán pruebas con muestras de voces sintéticas y reales. A través del análisis de los resultados se mejora el método, es decir, se obtienen estimaciones más precisas. Dichos resultados se presentan finalmente para evaluar la fiabilidad y validez del estimador espectral del jitter que se ha desarrollado.

Català: L'objectiu d'aquest treball és estudiar i implementar un mètode per a l'estimació espectral del jitter. Jitter consisteix en petites i ràpides pertorbacions en la durada dels cicles vocals, les quals poden ser observades d'un cicle al següent. Jitter és analitzat habitualment per a l'avaluació de la qualitat de veu ja que proporciona una alta correlació amb trastorns en la mateixa. El mètode es basa en un model matemàtic que descriu l'associació de dos trens de polsos periòdics. Jitter es modela com la pertorbació d'un dels trens de polsos respecte de l'altre. El mètode proposat calcula aquesta pertorbació, de manera indirecta, tenint en compte les propietats espectrals. Comptant el nombre de creuaments entre el contorn harmònic i l'inter-harmònic s?obté una estimació de la pertorbació. Una aplicació implementada en Matlab és realitzada per a comprovar la validesa d'aquest mètode. El programari Praat s'utilitza com a referència per l'avaluació de les estimacions del jitter. La comparació es realitza amb estimacions de jitter en diferents situacions respecte als valors de referència proporcionats per Praat. Experiments amb trens de polsos mostren que el mètode proposat produeix estimacions precises de la pertorbació. Addicionalment es realitzen proves amb mostres de veus sintètiques i reals. A través de l'anàlisi dels resultats es millora el mètode, és a dir, s'obtenen estimacions més precises del jitter. Aquests resultats es presenten finalment per avaluar la fiabilitat i validesa de l'estimador espectral de jitter que s'ha portat a terme.