DE1187273B - Verfahren und Anordnung zur digitalen Codierung und Speicherung akustischer Informationen und zur Erzeugung synthetischer Sprache entsprechend den gespeicherten Informationen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H04m

Deutsche Kl.: 21 a2-36/22

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

J 22887 VIII a/21 a2
20. Dezember 1962
18. Februar 1965

Für Datenverarbeitungsanlagen ist in bestimmten Fällen eine akustische Datenausgabe, insbesondere in Form gesprochener Wörter, erwünscht. Bei bekannten Systemen wurden dazu die benötigten Wörter und Sätze vorher in analoger Form, z. B. als magnetische Aufzeichnung, wie sie vom Magnettonverfahren bekannt ist, aufgezeichnet und bei Bedarf wiedergegeben. Dieses Verfahren ist jedoch insofern nicht völlig befriedigend, als zur analogen Speicherung gesprochener Wörter sehr viel Speicherraum benötigt wird. Um den Speicherbedarf zu reduzieren, ist es daher erwünscht, nur digitale Zahlen zu speichern, die Proben des gewünschten Wortes darstellen.

Für Datenverarbeitungsanlagen mit Datenausgabe in Form synthetisch erzeugter Wörter und Sätze ist es wünschenswert, einen bestimmten Wortschatz zur Verfügung zu haben, der an einer zentralen Stelle aus gesprochenen Wörtern in digitaler Codierung erstellt wird. Die digital codierten Wörter können beispielsweise in Lochkarten übertragen werden, die dann bequem an ein entfernt aufgestelltes Datenverarbeitungssystem mit akustischer Datenausgabe in Form synthetisch erzeugter Sprache verschickt werden können. Am Empfangsort können die Lochkarten mit anderen Lochkarten gemischt und sortiert werden, so daß ein ganz bestimmter Wortschatz auf eine Magnettrommel oder einen Magnetplattenspeicher in digitaler Codierung übertragen werden kann.

Bei bekannten Datenverarbeitungssystemen für 3 α Datenausgabe durch synthetisch erzeugte Sprache wurden sowohl die in der gesprochenen Eingangsinformation enthaltenen Frequenzen und die Lautstärke als auch die zeitliche Dauer der Eingangsinformation digital codiert. Die digitale Codierung der zeitlichen Dauer der gesprochenen Information erfordert jedoch sher spezielle Schaltungen.

Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß nur die in der Eingangsinformation enthaltenen Frequenzen und die Lautstärke digital codiert werden und die Codierung der zeitlichen Dauer der Eingangsinformation durch periodisches Abfragen der codierten Information und Speicherung des Abfrageergebnisses ersetzt wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen, von denen zeigt

F i g. 1 das Blockdiagramm des Wortcodierungsgenerators,

F i g. 2 das Blockdiagramm des Speichers und der Anordnung zur Erzeugung synthetischer Sprache,

Verfahren und Anordnung zur digitalen Codierung und Speicherung akustischer Informationen und zur Erzeugung synthetischer Sprache
entsprechend den gespeicherten Informationen

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk,N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen (Württ.), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Genung L. Clapper, Vestal, Broome, N. Y.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 21. Dezember 1961
(160 994)

F i g. 3 ein Schaltbild des Vorverstärkers und der Schaltung zur automatischen Lautstärkeregelung,

F i g. 3 a ein Schaltbild des Analog-Digitalwandlers für die Lautstärke,

F i g. 3 b ein Schaltbild der Pre-emphasis-Verstärker, F i g. 4 ein Schaltbild eines Frequenzbandsiebes,

F i g. 5 ein Schaltbild des Frequenzbandsiebes für die Rauschfrequenzen,

F i g. 6 ein Schaltbild einer vorgespannten Integrierschaltung,

F i g. 7 ein Schaltbild eines in der Anordnung zur Erzeugung synthetischer Sprache verwendeten Oszillators,

F i g. 8 a bis 8e die die Wirkungsweise des Oszillators der F i g. 7 darstellenden Spannungsverläufe,

F i g. 9 ein Schaltbild der in der Anordnung zur Erzeugung synthetischer Sprache verwendeten Gleichstrom-Kompensationsschaltung,

Fig. 10 ein Schaltbild der Anordnung zur Störunterdrückung und Lautstärkeregelung,

Fig. 11a den dem Sägezahngenerator zugeführten Spannungsverlauf,

Fig. 11b den Spannungsverlauf am Kollektor des Transistors 1201,

Fig. lic den Spannungsverlauf am Kollektor des Transistors 1202,

Fig. Hd den Spannungsverlauf an der Basis des Transistors 1203,

509 509/242

3 4

F i g. He den Spannungsverlauf am Kollektor des Spannung für die automatische Verstärkungsrege-

Transistors 1203, lung ALR. Ein Tiefpaßfilter glättet alle kleineren

Fig. 1 If den Spannungsverlauf am Emitter des Schwankungen, und ein Analog-Digitalwandler erzeugt

Transistors 1202, binäre Ausgangssignale auf zwei Leitungen 143 und

Fig. 11g den Spannungsverlauf am Emitter des 5 144, die dem Logarithmus der Lautstärke entsprechen.

Transistors 1205, Diese binären Ausgangssignale werden in die Bit-

F i g. 12 ein Schaltbild des Sägezahngenerators. stellen 140 und 141 des Pufferspeichers 129 eingegeben.

F i g. 1 zeigt den Wortcodierungsgenerator, der Die zehn Frequenzbits und die beiden Lautstärkebits hörbare Wörter in eine zum Speichern geeignete werden periodisch unter Steuerung durch den Takt-Digitalform übersetzt. Das Eingabemikrophon 101 i° geber 145 in den Pufferspeichern 129 eingebracht. setzt Schallwellen in elektrische Schwingungen um, Dieser Taktgeber erzeugt alle 10 ms Impulse, die die die in dem Vorverstärker 102 verstärkt werden. Die Frequenz- und Lautstärkeinformationen abfragen und Gesamtverstärkung des Verstärkers 102 wird durch diese Informationen in den Zeichen-Pufferspeicher 129 die automatische Verstärkungsregelung 103 so geregelt, übertragen. Dieser Taktgeber 145 bewirkt eine Abda§ der Pqgel auf der Ausgangsleitung 104 des Vorver- 15 frage zu festen Zeitpunkten, wodurch jeder Laut stärkers während des Sprechens konstant gehalten wird. bezüglich der Frequenz und der Lautstärke codiert

Die Sprachsignale werden vier Pre-emphasis-Ver- und alle 10 ms in den Pufferspeicher 129 eingespeichert

stärkern 105, ip6, 107 und 108 zugeführt, von denen wird- Dann werden die 12 Informationsbits auf einem

jeder ein bestimmtes Frequenzband verstärkt. Der Trommel- oder anderen Zwischenspeicher 146 ge-

Pre-emphasis-Verstärker 105 für die Zischlaute Z steu- 20 speichert, bis sie in Karten gestanzt werden können,

ert als Treiberstufe das Frequenzbandsieb 109. Dieses Eine Spurwählschaltung 147 wählt die Trommelspur

Sieb stellt das Vorhandensein von »Rauschen« und aus und überträgt die codierten Informationen zu

»Zischen« fest und dient zusammen mit weiteren einem Locher 148, der eine Kartei 149 der benutzten

Frequenzbandsieben 110 bis 118, die von den Ver- codierten Wörter erstellt. Die codierten Wörter haben

starkem 106 bis 108 gespeist werden, der Aufteilung 25 jetzt eine für ein Datenverarbeitungssystem geeignete

des Frequenzbereiches -in schmale Frequenzbänder. Form. Die Karten können sortiert, gemischt und in

Die ausgewählten Frequenzbänder besitzen folgende der endgültigen Form zusammengestellt werden, um

Mittenfreqoenzen: 140, 28Ö, 420, 560, 700, 840, 1120, in die Datenverarbeitungsanlage durch den Mischer

1750, 2800 und 5600Hz. Die sechs untersten Bänder undSortierer lSOeingegebenzuwerden.Diezusammen-

haben den gleichen Frequenzabstand, die vier oberen 3° gestellten Wörter und Sätze werden dann in üblicher

Bänder haben einen logarithmischen Frequenzabstand. Weise in den Plattenspeicher 151 geladen.

Die stärkere Unterteilung des unteren Frequenz- Jede Spur einer Speicherplatte wird nach einem

bereiches ist für eine gute Sprachsynthese erforderlich. bestimmten Programm beladen. Die Spur kann einen

Der Ausgang jedes Bandsiebes ist mit einem der bestimmten Satz enthalten, z. B. »Hier spricht der vorgespannten Integratoren 119 bis 128 verbunden, 35 IBM-Plattenspeicher-RAMAC«. Wenn dieser Satz die eine Schaltung zur Wiederherstellung der deich- gewünscht wird, wird die betreffende Spur ausgewählt Stromkomponente bilden. Diese Schaltung weist eine und die Zeichen-Wählschaltung veranlaßt, daß die einstellbare Gleichvorspanmingsschwelle auf. Die er- verschlüsselten Zeichen eines Wortes in derselben zeugte Bezugsgleichspannung wird über Dioden einer Reihenfolge wie beim Laden ausgelesen werden. Da speziellen integrierenden Impulsformerschaltung zu- 40 beim Plattenspeicher eine digitale Codierung einer geführt, die einen binärwertigen Ausgangsimpuls Zeit von weniger als 100 μβ entspricht und die Codieliefert. Das heißt, am Ausgang jedes der vorgespannten rungen in Abständen von 10 ms aus dem Puffer-Integratoren 119 bis 128 tritt nur dann ein Ausgangs- speicher 129 ausgelesen werden, geschieht das Laden signal auf, wenn das Eingangssignal die erforderliche folgendermaßen: Die ersten beiden Zeichen werden Amplitude während einer bestimmten Mindestzeit auf- 45 in dem ersten Sektor der in Sektoren unterteilten weist. Das Ausgangssignal ist so lange vorhanden, bis Speicherplatte eingespeichert, die Platte dreht sich das Eingangssignal eine Zeitlang unter den Schwell- dann 10 ms lang, d. h. so lange, wie sie für das Durchwert abgesunken ist. Das Ergebnis ist ein Rechteck- laufen eines Sektors braucht, und die nächsten beiden impuls, der das Vorliegen oder das Fehlen der be- Zeichen werden in den zweiten Sektor eingespeichert; treffenden Frequenzkomponente in dem gesprochenen 50 die Platte dreht sich um einen weiteren Sektor weiter, Wort anzeigt. und das fünfte und das sechste Zeichen werden in den

Die Ausgangssignale der vorgespannten Integra- dritten Sektor eingespeichert; die Platte dreht sich toren 119 bis 128 steuern die Eingabe von Frequenz- wieder um einen Sektor weiter, und das siebente und informationen in den zwei Zeichen aufnehmenden das achte Zeichen werden in den vierten Sektor einPufferspeicher 129. Da in dem angenommenen Daten- 55 gespeichert; die Platte dreht sich weiter, und das Verarbeitungssystem sechs Bits enthaltende Zeichen neunte und das zehnte Zeichen werden in den fünften verwendet werden, sind zwei Zeichen erforderlich, um Sektor eingespeichert. Das elfte und zwölfte codierte alle zur Kennzeichnung jedes gesprochenen Wortes Zeichen werden in den ersten Sektor neben dem ersten erforderlichen Bitstellen zur Verfügung zu haben. Die und zweiten Zeichen eingespeichert. Das Auslesen Bitstellen 130 bis 135 des Pufferspeichers 129 sind 60 geschieht ähnlich, d.h., es werden alle 10ms zwei den sechs Bits Bl bis 56 des Zeichens Nr. 1 und die Zeichen aus einem anderen Sektor ausgelesen.
Bitstellen 136 bis 141 den Bits Bl bis 56 des Zeichens Die Zeichen werden nach F i g. 2 von der Speicher-Nr. 2 zugeordnet. ' platte 201 aus der Spur 202 mittels eines Lesekopfes 203

Informationen über die Lautstärke des eingegebenen unter Steuerung derAnordnungzurZeichenauswahl204 Wortes werden in die Bitstellen 140 und 141 des 65 durch den Taktgeber 205 ausgespeichert und in den Pufferspeichers 129 eingebracht. Der Analog-Digital- zwei Zeichen aufnehmenden Pufferspeicher 206 Überwandler für die Lautstärke 142 liefert eine binäre tragen, der zwölf Bitstellen für sechs Bits jedes der Angabe über die absolute Lautstärke als Funktion der beiden Wörter enthält.

5 6

Die in dem Pufferspeicher 206 stehenden zehn F i g. 3 zeigt den Vorverstärker 102 und die zuge-Frequenzbits steuern die Oszillatoren 207 bis 216, so hörige Schaltung zur automatischen Verstärkungsdaß zusammengesetzte Sprachsignale entstehen. (Die regelung 103. Der Mikrophonvorverstärker besteht Oszillatoren 212 bis 215 sind nicht dargestellt.) aus einem herkömmlichen zweistufigen Verstärker, der Die beiden Lautstärkenbits, die als Bits 55 und B6 5 die Transistoren 301 und 302 enthält. Beide Transides Zeichens Nr. 2 gespeichert sind, steuern die stören arbeiten als Emitterstufen und sind kapazitiv Schaltung für die Störgeräuschunterdrückung und gekoppelt. Eine Gegenkopplung ist vorgesehen. Der Lautstärkeregelung 217 in der Weise, daß die Aus- Empfindlichkeitsregler 303 legt den Arbeitspunkt des gangsamplitude der Oszillatoren 207 bis 216 beeinflußt Transistors 301 fest. Die zweite Verstärkerstufe 302 wird. Die Ausgänge aller Oszillatoren 207 bis 216 sind io speist die Kollektorstufe 304, die den Spannungsüber das Potentiometer 218 und den Verstärker 219 an verstärker 305, dessen Basis geerdet ist, aussteuert, den Lautsprecher 220 angeschlossen. Der Ausgang der Dieser Verstärker wiederum steuert die Kollektor-Schaltung zur Störgeräuschunterdrückung- und Laut- stufe 306.

Stärkeregelung 217 ist ebenfalls mit dieser Ausgangs- Die Schaltung zur automatischen Verstärkungsschaltung verbunden, um die Amplitude zu beeinflussen. 15 regelung besteht aus den Transistoren 307 und 308. Die Das Vorliegen eines stimmhaften Lautes wird durch Basis-Emitter-Dioden der Transistoren 307 und 308 die Oder-Schaltung 221 festgestellt, deren Eingangs- bilden einen Teil der Diodenbegrenzerschaltung für signale die Bits B3 und BA des Zeichens Nr. 2 bilden. _am Verstärkerausgang auftretende positive bzw. Immer wenn eins dieser Bits vorhanden ist, wird eine negative Spannungsspitzen. Positive Spannungsspitzen niederfrequente Komponente des Lautes angezeigt, ₂o am Verstärkerausgang gelangen über die Diode 309 was einen »stimmhaften« Laut bedeutet. In diesem an den Transistor 307 und werden weiter durch den Fall erzeugt der Sägezahngenerator 222 eine säge- Transistor 310 verstärkt und einer Integratorstufe 311 zahnförmige Spannung, die die Ausgangssignale der zugeführt. Negative Spannungsspitzen gelangen über Oszillatoren 207 bis 216 weich anschaltet, wodurch ein die Diode 312 an die Basis des Transistors 308, werden unerwünschtes »Knacken« im Ausgangssignal ver- 25 verstärkt und invertiert der Integratorstufe 311 zugemieden wird. Wenn ein den oberen Frequenzbändern leitet. Die Spannung am Kollektor des Transistors 311 zugeordnetes Bit eines Reibelautes vorliegt oder ein dient der automatischen Lautstärkeregelung. Diese stimmhafter Laut nicht vorliegt, wird ein Rausch- Spannung steuert das Leitendwerden eines symme- oder Zischlautgenerator 223 wirksam gemacht, um trischen Transistors 313, der für die Vorstufe eine den Ausgangssignalen der Oszillatoren 207 bis 216 ₃₀ spannungsabhängige Impedanz darstellt, die einen zur ein höherfrequentes »Zischen« zu überlagern. Das Regelspannung inversen Verlauf hat. Die Regel-Vorhandensein des Bits Bl im Zeichen Nr. 1 macht spannung ändert die Verstärkung des Vorverstärkers über die Oder-Schaltung 224 den Zischlautgenerator 223 dadurch, daß sie die wirksame Ausgangsimpedanz wirksam. Beim Vorliegen der Bits Bl, B3 oder BA in verändert. Dieses direkte Steuerverfahren ergibt eine dem Zeichen Nr. 1 wird der Zischgenerator 123 über 35 schnelle, positive Amplitudennormalisierung ohne die Oder-Schaltungen 225 und 224 wirksam gemacht. Uberschwingen. Die Regelspannung am Kollektor des Die Bits Bl, 53 und BA im Zeichen Nr. 1 können Transistors 311 wird außerdem dem Analog-Digitaljedoch den Zischgenerator 223 nur in Abwesenheit wandler für die Lautstärke 142 zugeführt, der in eines stimmhaften Lautes wirksam machen. Das wird F i g. 1 als Block dargestellt ist. festgestellt, indem das Ausgangssignal der Oder- ₄₀ Dieser Wandler 142 ist genauer in F i g. 3 a darge-Schaltung 221 in dem Inverter 226 invertiert und stellt. Die Spannung der Schaltung zur automatischen dessen Ausgangssignal zum Sperren der Oder-Schal- Lautstärkeregelung 103 wird über ein Tiefpaßfilter tung 225 verwendet wird. der Basis der Kollektorstufe 314 zugeleitet. Das Aus-Außerdem sind Vorkehrungen für das Einstellen der gangssignal der Kollektorstufe 314 wird den Emittern Gleichstromkomponenten der dem Lautsprecher 220 45 der normalerweise nichtleitenden Transistoren 315 und zugeführten Ausgangsspannung getroffen. Zu diesem 316 zugeführt. Im nichtleitenden Zustand liegt eine Zweck ist eine Gleichstrom-Kompensationsschaltung Spannung von —1,5 Volt an der Basis des Transistors 227 vorgesehen. Ohne eine solche Schaltung würde 315, so daß er nur dann leitet, wenn die dem Emitter infolge einer veränderlichen Zahl von in dem Puffer- zugeführte Spannung negativer als —1,5 Volt wird, speicher 206 enthaltenen Frequenzbits eine veränder- 50 An der Basis des Transistors 316 liegt normalerweise liehe Zahl der Oszillatoren 207 bis 216 wirksam ge- eine Spannung von —4,5 Volt, so daß er nur dann macht. Dadurch wäre auch die dem Verstärker 219 leitet, wenn die seinem Emitter zugeführte Spannung zugeführte Ausgangsgleichspannungskomponente ver- negativer als —4,5 Volt wird. Die Kollektoren der änderlich. Um diesen Effekt zu kompensieren, wird die Transistoren 315 und 316 sind an die Basen der Aus-Zahl der vorhandenen Frequenzbits in dem Puffer- 55 gangstransistoren 317 bzw. 318 angeschlossen. Die am speicher 206 durch die Gleichstrom-Kompensations- Kollektor des Transistors 317 abgenommene Ausgangsschaltung 227 festgestellt. Die Schaltung 227 kompen- spannung wird der Ausgangsleitung 143 und die am siert dann den Gleichstrompegel der zusammen- Kollektor des Transistors 318 abgenommene Ausgefaßten Ausgänge aller Oszillatoren 207 bis 216, um gangsspannung der Ausgangsleitung 144 zugeführt. Der den infolge der veränderlichen Zahl der erregten 60 Kollektor des Transistors 318 ist mit der Basis des Oszillatoren auftretenden Effekt auszugleichen. Transistors 319 verbunden.

Die Konzeption der Anordnung gemäß der Erfin- Wenn der Transistor 318 leitend ist und damit der

dung ist in F i g. 1 und 2 gezeigt. Viele der in der Kollektor etwa Erdpotential aufweist, wird der

Anordnung verwendeten Schaltungen sind Standard- Transistor 319 leitend. Der Kollektor des Transistors

schaltungen, wie sie in jedem derartigen System ver- 65 319 ist über eine Diode mit der Basis des Transistors

wendet werden. Einige der nicht zu den Standard- 315 verbunden. Wenn der Transistor 319 leitet, wird

schaltungen gehörenden Schaltungen werden jedoch in eine Spannung von —9 Volt an die Basis des Transi-

Verbindung mit den übrigen Figuren beschrieben. stors 315 gelegt. Unter diesen Umständen wird der

Transistor 315 nichtleitend, bis die Spannung am Emitter des Transistors 315 —9 Volt übersteigt.

Der von dem Analog-Digitalwandler für die Laut stärke 142 erzeugte Code und dessen Bedeutung sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt:

Spannung

zur automatischen

Lautstärkeregelung

ALR

0 bis-1,5VoIt -1,5 bis-4,5 Volt -4,5 bis -9 Volt -9 bis-12VoIt

Leitung	144
143	O
O	O
1	1
O	1
1

Lautstärke

O bis +6db + 6 bis + 12db + 12 bis +18 db + 18 und mehr gleichen den in F i g. 4 gezeigten Schaltungen mit der Ausnahme, daß die parallelen T-Netzwerke für jedes Frequenzband verschieden sind und daß der Wert des Widerstandes 404 verändert wird, um die gewünschte Frequenzbandbreite zu erzielen.

Für das Bandsieb 109 ist eine spezielle Dimensionierung nötig, da dieses Filter einen äußerst guten Frequenzgang für die hohen Frequenzen und eine gute Dämpfung aller unter 4000 Hz liegenden Frequenzen besitzen muß. Dieses Bandsieb muß imstande sein, Zischlaute auszuwählen. Ein solches Bandsieb ist in F i g. 5 dargestellt. Die Basis des Transistors 501 ist an den Eingang über einen niederohmigen Widerstand 502 angeschlossen, so daß der Transistor 501 als Kollektorstufe arbeitet und sowohl hohe als auch niedrige Frequenzkomponenten zum Emitter des Transistors 503 überträgt. Der Eingang des Bandsiebes ist mit der Basis des Transistors 503 über ein Tiefpaßfilter verbunden, das aus der Spule 504 und dem Kondensator

Eine für die Pre-emphasis-Verstärker 105 bis 108 ge eignete Schaltungsanordnung ist in Fig. 3b gezeigt. Der Pre-emphasis-Verstärker 105 enthält den Transi stor 320, der als Koüektorstufe geschaltet ist. Der

Ausgang des Vorverstärkers 102 ist über den Ein- ao 505 besteht, so daß niedrige Frequenzen durchgelassen gangskondensator 321 mit de* Basis des Transistors 320 und hohe Frequenzen gesperrt werden. Die niedrigen verbunden. Der Ausgang führt vom Emitter des Frequenzen sind an Basis und Emitter des Transistors Transistors 320 zum Frequenzbandsieb 109. 503 phasengleich und werden daher nicht verstärkt.

Die restlichen Pre-emphasis-Verstärker 106,107 und Die nur am Emitter erscheinenden hohen Frequenzen 108 für hohe, mittlere und niedrige Frequenzen H, M 25 werden hoch verstärkt. Bei zusammengesetzten Kurven-

f d di höhf Rh

und JV enthalten zwei Transistorstufen. In F i g. 3 b ist nur der Verstärker.106 gezeigt, aber die Verstärker 107 und 108 gleichen ihm mit der einzigen Ausnahme, daß bestimmte Kondensatoren andere Kapazitätswerte haben, um die gewünschten Frequenzen hervorzu heben. Der Pre-emphasis-Verstärker 106 enthält die Kollektorstufe 322 und die Treiberstufe 323. Der Emitter des Transistors 322 ist über den Kondensator

324 an die Basis der Treiberstufe 323 angeschlossen. Ein Kondensator 325 ist zwischen Basis und Kollektor des Transistors 323 geschaltet, und der Emitter des Transistors 323 ist über den Kondensator 326 an Erdpotential gelegt. Die Werte der Kondensatoren 324,

325 und 326 bestimmen die Frequenzanhebung der Schaltungen. Zum Beispiel enthält der Pre-emphasis- Verstärker 106 die Kondensatoren 324, 325 und 326 mit den Werten 0,02, 0,001 bzw. 5,0 y.F. Der Pre- emphasis-Verstärker 107 enthält die Kondensatoren 324, 325 und 326 mit den Werten 0,12, 0,004 bzw. 10,0 μΡ. Der Verstärker 108 enthält Kondensatoren 324,325 und 326 mit den Werten 1,5,0,01 und 50,0 μΡ. Die am Kollektor des Transistors 323 abgenommenen Ausgangssignale jedes der Hervorhebungsverstärker sind an zugeordnete Frequenzbandsiebe 110 bis 118 angeschlossen.

Für die Bandsiebe 110 bis 118 geeignete Schaltungen sind in F i g. 4 dargestellt. Die dort gezeigte Schaltung ist ein leistungsfähiges Filter für Tonfrequenzen. Das gezeigte Filter hat bei einer bestimmten Frequenz die Durchlässigkeit Null und kann daher in der Gegenkopplungsschleife eines Niederfrequenzverstärkers be nutzt werden, um einen Frequenzgang zu erzeugen, der dem Frequenzgang des Siebes entgegengesetzt ist. Eingangssignale, deren Frequenzen in den Sperr

formen werden nur die höherfrequenten Rauschkomponenten verstärkt.

Eine Schaltung, die für die vorgespannten Integratoren 119 bis 128 verwendbar ist, zeigt F i g. 6. Diese Schaltung stellt fest, wann der Energieinhalt in einem bestimmten Frequenzband eine Schwelle überschritten hat. Sie kombiniert eine Integration mit einer Impulsformung, indem sie zwei Rückkopplungspfade verwendet. Der Gegenkopplungspfad über den Kondensator 601 ist stets wirksam. Seine Wirkung wird aber von der Wirkung des vom Ausgang über den Kondensator 602 verlaufenden Gegenkopplungspfad dann überdeckt, wenn eine Änderung in den Eingangsbedingungen eintritt. Der Ausgang von einem der Bandsiebe 109 bis 118 ist über den Kondensator 603 mit dem einstellbaren Netzwerk 604 zur Erzeugung der Vorspannung verbunden. Signale, deren Amplitude größer als der Schwellwert ist, gelangen über die Diode 605 zur Basis des Transistors 606. Hierdurch erhält der Kondensator 601 eine stufenweise Ladung, und über den Widerstand 607 wird auch der Kondensator 602 stufenweise aufgeladen. Beim Leitendwerden des Transistors 606 führt die Gegenkopplung über den Kondensator 601 zu der gewünschten Integrationswirkung. Wenn die Impulse weiterhin die Kondensatoren 601 und 602 aufladen, ist der Transistor 606 genügend stark leitend, um die positive Sperrvorspannung des Transistors 608 unwirksam zu machen, so daß dieser Transistor leitend wird. Der am Ausgang auftretende positive Ausgleichsstrom wird über den Kondensator 602 auf die Basis des Transistors 606 rückgekoppelt. Hierdurch wird die Gegenkopplungswirkung überdeckt, und die Transistoren 606 und 608 werden beide stark leitend und erzeugen eine schroffe

bereich des parallelen T-Netzwerkes 402 fallen, ver- 6o Änderung des Ausgangspotentials. Nach dem Ab

stärkt der Transistor 401. Bei Signalfrequenzen, die in den Durchlaßbereich des parallelen T-Netzwerkes fallen, wird das Ausgangssignal des Filters durch den Transistor 403 verstärkt und invertiert auf den Emitter des Transistors 401 gegengekoppelt. Dadurch entsteht ein linearer Frequenzgang, der durch Ändern des Widerstandes 404 im Emitterkreis des Transistors 403 beeinflußt werden kann. Alle Bandsiebe 110 bis 118 klingen des Ausgleichsstromes des Impulsformers wird die Integrationswirkung wieder aufgenommen. Wenn die Impulse auf die Amplitudenschwelle abfallen oder weniger häufig werden, fällt die Spannung an der Basis des Transistors 606 ab, und die Kollektorspannung steigt, bis der Transistor 608 zu sperren beginnt. Jetzt unterstützt ein negativer Ausgleichsstrom am Ausgang das Sperren der Transistoren 606

9 10

und 608, und der Ausgangsimpuls endet. Das Aus- jeden wirksamen Oszillator eine Stromeinheit subtragangssignal des Impulsformers ist eine gutgeformte hiert wird, da die Änderung in dem Gleichstrompegel Rechteckwelle, die die Information enthält, die die durch Einschaltung eines Oszillators eine Änderung Frequenzband-Energieschwellen betreffen. im Gleichstromausgangssignal des Transistors 710 von In F i g. 7 wird eine Schaltung gezeigt, die für die 5 F i g. 7 zur Folge hat. Das in F i g. 9 gezeigte Kompenbei der Erzeugung künstlicher Sprache erforderlichen sationsnetzwerk hält den Gleichstrompegel der gemein-Oszillatoren 207 bis 216 geeignet ist. Diese Schaltung samen Oszillatorausgangsleitung auf einem festist so bemessen, daß sie mit einer festen Frequenz stehenden Wert für jede beliebige Kombination von schwingt, wenn sie entweder durch den Rausch- wirksamen Oszillatoren. Die Leitungen aus dem generator 223, der mit dem Eingangskondensator 701 io Pufferspeicher für zwei Zeichen 206 führen zu den verbunden ist, oder mit der Sägezahnspannung vom Eingangswiderständen 901 bis 906. Obwohl nur sechs Sägezahngenerator 222, die dem Eingangswiderstand Eingänge gezeigt sind, versteht es sich, daß für jede

702 zugeführt wird, erregt wird. Das dem Widerstand Bitstelle in dem Pufferspeicher 206 ein Eingang vor-

703 zugeführte Signal bestimmt, ob die Schaltung handen ist. Die Eingangssignale, die diesen Eingangsschwingt oder nicht. Dieses Eingangssignal stammt 15 widerständen zugeführt werden, steuern den leitenden aus einem der Bits in dem Pufferspeicher 206 für zwei Zustand des Transistors 907, dessen Ausgang mit der ■Zeichen. Die Werte der Widerstände 704 bis 706 und Lautstärkereglerschaltung 218 (F i g. 2) verbunden ist. der Kondensatoren 707 bis 709 bestimmen die Frequenz Die Einzelheiten der Störgeräuschunterdrückung des Oszillators. und Lautstärkeregelung217 sind in Fig. 10 veran-

Bei dem Oszillator handelt es sich um einen abge- 2° schaulicht. Die beiden im Pufferspeicher 206 geänderten i?C-Generator. Der Transistor 711 arbeitet speicherten Lautstärkenbits werden den Basen der als Emitterstufe mit Spannungsverstärkung. Der Transistoren 1001 und 1002 zugeleitet. Die beiden Transistor 710 ist eine Kollektorstufe mit Leistungs- Lautstärkenbits steuern den leitenden Zustand der verstärkung, aber einer unter 1 liegenden Spannungs- Transistoren 1001 und 1002. Die Kollektoren dieser verstärkung. Der Verstärkungsregler 712 wird ver- 25 Transistoren sind über Widerstände 1003 und 1004 an -wendet, um die Gesamtverstärkung der Schleife auf den Kondensator 1005 angeschlossen. Die Werte der einen eben unter 1 liegenden Wert zu bringen. Das Widerstände 1003 und 1004 werden entsprechend dem heißt, die Spannungsverstärkung des Transistors 711 von den beiden Bits erfaßten Lautstärkebereiche gekompensiert gerade die in der Schleife auftretenden wählt. Der Verbindungspunkt der Widerstände 1003 Verluste. Bei dieser Einstellung schwingt die Schaltung 30 und 1004 ist ebenfalls an den Kondensator 1005 angenur, wenn Energie von einer äußeren Quelle zugeführt schlossen, dessen andere Elektrode mit den Ausgängen wird. Der dem Eingang 703 zugeführte Impuls redu- der Oszillatoren 207 bis 216 verbunden ist. Die ziert den Verstärkungsgrad der Oszillatorschleife Amplitude der kombinierten Ausgangsimpulse aller dadurch noch weiter, daß er den Gleichstrom-Arbeits- Oszillatoren wird entsprechend dem Leitendsein der punkt des Transistors 711 verändert. Ein so beauf- 35 Transistoren 1001 und 1002 gedämpft. Das Leiten schlagter Oszillator schwingt daher selbst bei Vor- dieser Transistoren wiederum wird durch den Wert liegen eines Eingangssignals nicht. Der Oszillator der beiden Lautstärkenbits aus dem Pufferspeicher 206 überträgt wegen der Begrenzungswirkung des ge- bestimmt.

sättigten Transistors 711 auch nicht das dem Eingangs- Die Schaltung zur Störgeräuschunterdrückung ist

kondensator 701 oder dem Widerstand 702 zugeführte 4° mit den Ausgängen der Oszillatoren 207 bis 216 über Eingangssignal zum Ausgang. Wenn das am Wider- die Transistoren 1006 und 1007 verbunden. Bei der stand 703 angelegte Signal vom Pegel —10 Volt auf Übertragung der Zeichen aus der Zeichenwählden Pegel 0 Volt ansteigt, arbeitet der Transistor nicht schaltung 204 in den Pufferspeicher 206 werden die mehr im Sättigungsbereich, und die Eingangssignale Zeichen auch der Basis des Transistors 1006 zugeführt, werden zum Transistor 710 und über das Phasen- 45 Der Kollektor des Transistors 1006 ist über einen schieber-Netzwerk zurück zur Basis des Transistors 711 Kondensator 1008 mit der Basis des Transistorsl007 übertragen. Die Schleife ist jetzt wirksam, um den verbunden. Der Kondensator differenziert die Ände-Oszillator anzustoßen, da die zusätzliche Energie des rungen der Zeichenbits und legt dadurch eine negative Eingangssignals dem Verstärkungsgrad der Schleife Spannung an die Basis des Transistors 1007. Wenn das zugute kommt. 50 der Fall ist, leitet der Transistor 1007 und sendet einen

Fig. 8a, 8b und 8c zeigen Spannungsverläufe, die Impuls zur Störgeräuschunterdrückung zu den Ausdie Wirkungsweise des Oszillators von F i g. 7 ver- gangen der Oszillatoren 207 bis 216.
anschaulichen, wenn er durch den Rauschgenerator 223 Der Sägezahngenerator 222 ist genauer in Fig. 12

erregt wird. Fig. 8a zeigt das dem Eingangswider- gezeigt. In Fig. 11a bis 11g sind die die Wirkungsstand 703 zugeführte Signal. Fig. 8 b zeigt die Aus- 55 weise des Sägezahngenerators erläuternden Spannungsgangsspannung des Rauschgenerators 223, der einge- formen veranschaulicht. Ein negatives Potential von schaltet wird, wenn die Bits eines codierten Wortes das — 12VoIt (Fig. Ha) aus der Sperrschaltung 226 Vorliegen höherfrequenter Zischlaute anzeigen. In macht den Sägezahngenerator wirksam. Wenn das diesem Fall hat das Ausgangssignal des Oszillators, Eingangspotential Null Volt beträgt, ist der Trandas am Kollektor des Transistors 710 abgenommen 60 sistor 1201 nichtleitend, weil das Basispotential posiwird, den in Fig. 8c dargestellten Verlauf. Fi g. 8d tiver als das auf — 6VoIt festgehaltene Emitter- und 8 e zeigen die Kurvenformen des Ausgangssignals potential ist. Der Kollektor des Transistors 1201 hat des Oszillators von F i g. 7, wenn er durch den Säge- dann ein Potential von —12 Volt (Fig. 11 b), wodurch zahngenerator222 erregt wird. Fig. 8d zeigt das der Transistor 1202 nichtleitend gehalten wird. Wenn Ausgangssignal des Sägezahngenerators222, Fig. 8e 65 der Transistor 1202 nichtleitend ist, beträgt seine das Ausgangssignal des Oszillators in diesem Fall. Kollektorspannung +6 Volt (F i g. lic). Die Transi-

Die Gleichstromkompensationsschaltung 227 ist in stören 1203, 1204 und 1205 sind leitend, und das F i g. 9 genauer dargestellt. Sie arbeitet so, daß für Ausgangssignal hat einen Wert von —6 Volt.

■ - - - · 509 509/242

Beim Zuführen eines negativen Potentials wird der Transistor 1201 leitend. Dadurch steigt die Spannung am Kollektor des Transistors 1201 auf —6 Volt an und wird dort durch den leitenden Transistor festgehalten, solange der Eingangsimpuls ein Potential von —12 Volt aufweist. Daher wird der Transistor 1202 leitend, und die Spannung am Kollektor dieses Transistors fallt steil von+6 auf -6 Volt ab (Fig. lic). Dieser negative Ausgleichsvorgang wird auf die Basis des Transistors 1203 gekoppelt. Die Spannung an der Basis des Transistors 1203 fällt von —6 auf etwa —18 Volt ab (F i g. 11 d), und der Transistor 1203 wird nichtleitend. Die Spannung am Kollektor des Transistors 1203 steigt auf +6 Volt (F i g. 11 e). Hierdurch wird der in der Ausgangs-Kollektorstufe 1205 fließende Strom erhöht, und die Spannung am Emitter dee Transistor» 1205 beginnt zu steigen (Fig. 11 g). Der Spannuagsabfau am Kollektor des Transistors* 1205 wird auf den Kollektor des Transistors 1203 gegengekoppeltHierdurchwirdderpositiveSpannungs- ao anstieg linearisiert. Beim Spannungsanstieg am Emitter des Transistors 1205 fließt ein Verschiebungsstrom in den Kondensator 1206 200* Basis des Transistors 1204. Dieser Tranaistor ist schon leitend, und daher erfolgt jetzt keine Änderung, und der Kondensator 1206 as wird beim Spannungsanstieg am Emitter des Transistors 1205 aufgeladen, und das Basispotential des Transistors 1204 wird auf —12 Volt festgehalten.

Während dieses Aufladezyklus steigt die Basisspannung des Transistors 1203 von —18 auf +6 Volt an, während sich der Kondensator 1207 über den Widerstand 1208 auf +6VoIt auflädt. Den Spannungsverlauf zeigt F i g. lld. Die Zeitkonstanten sind so gewählt, da0 die Emitterspannung des Transistors 1205 etwa +2 Volt erreicht, wenn das Basispotential des Transistors 1203 — 6VoIt erreicht. In diesem Augenblick ist der Auflagezyklus beendet, und es beginnt ein gesteuerter Entladezyklus. Der Transistor 1203 beginnt jetzt wieder zu leiten. Dadurch fällt die Spannung am Kollektor des Transistors 1203 ab und dieser Spannungsabfall findet auch am Emitter des Transistors 1205 statt. Jetzt fließt ein negativer Verschiebungsstrom vom Emitter des Transistors 1205 zur Basis des Transistors 1204, der dadurch nichtleitend wird. Der Spannungsanstieg am Emitter des Transistors 1202 macht diesen Transistor nichtleitend, und die Spannung an seinem Kollektor steigt auf +6 Volt an. Der sich ergebende positive Spannungsanstieg wird auf die Basis des Transistors 1203 übertragen, und daher steigt die Spannung am Emitter des Transistors 1203 auf etwa +2 Volt an. An der Basis, dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 1203 und am Emitter des Transistors 1205 liegen nun jeweils etwa +2VoK, und das Kollektorpotential des Transistors 1202 steigt auf +6 Volt an. Jetzt beginnt die gesteuerte Entladung. Wenn der Transistor 1202 nichtleitend ist, liegen die Transistoren 1203, 1204 und 1205 in einer stark gegenkoppelnden Schleife. Bei dem Spannungsabfall am Emitter des Transistors 1205 besteht die Neigung zum Abschalten des Transistors 1204, wodurch die Spannung an den Emittern der Transistoren 1202 und 1203 ansteigt. Der Emitter des Transistors 1202, die Basis und der Kollektor des Transistors 1203 sind alle durch den gesättigten Transistor 1203 gekoppelt. Infolge des Anstiegs der Emitterspannung des Transistors 1203 steigt auch die Spannung am Kollektor des Transistors 1203 an, was dem Spannungsabfall am Emitter des Transistors 1205 entgegenwirkt. Der Spannungsabfall am Emitter des Transistors 1205 erfolgt unter Steuerung des Stroms, der von Masse durch den verstellbaren Widerstand 1209 und den Widerstand 1210 zur Basis des Transistors 1204 fließt. Dem linearen Spannungsabfall am Emitter des Transistors 1205 folgen die Potentiale am Emitter, der Basis und dem Kollektor des Transistors 1203.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur digitalen Codierung und Speicherung akustischer Informationen, insbesondere gesprochener Wörter, und zur Erzeugung synthetischer Sprache entsprechend den gespeicherten Informationen, insbesondere für die Sprachsynthese in Datenverarbeitungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß nur die in der Eingangsinformation enthaltenen Frequenzen und die Lautstärke digital codiert werden und die Codierung der zeitlichen Dauer der Eingangsinfonnation durch periodisches Abfragen der codierten Information und Speicherung des Abfrageergebnisses ersetzt wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Frequenzbandsiebe (109 bis 118), denen der in elektrische Schwingungen umgewandelte Schall zur Frequenzanalyse zugeführt wird und deren Ausgänge mit Integrierschaltungen (119 bis 128) mit einstellbarem Gleichstrom-Schwellwert verbunden sind, die feststellen, ob der Energieinhalt des zugeordneten Frequenzbandes während einer bestimmten Mindestzeit den Schwellwert übersteigt und ein entsprechendes binärwertiges Ausgangssignal erzeugen und deren Ausgänge ihrerseits mit einem Pufferspeicher (129) verbunden sind, zu dem auch die Ausgangsleitungen (143,144) eines Analog-Digitalwandlers (142) für die Lautstärke führen und dessen Inhalt durch einen Taktgeber (145) periodisch abgefragt und in einen Speicher (146) übertragen wird (F i g. 1).

3. Anordnung zur Erzeugung synthetischer Sprache aus den nach Anspruch 1 gespeicherten digitalen Informationen, gekennzeichnet durch mehrere, je eine bestimmte Frequenz erzeugende, eine Schallwiedergabevorrichtung (220) speisende Oszillatoren (207 bis 216), die durch die in einen Wiedergabe-Pufferspeicher (206) übertragenen, wiederzugebenden Informationen gesteuert werden, sowie durch einen Rauschgenerator (223) für die Wiedergabe von Reibelauten und einen Sägezahngenerator (222) zur Erzeugung stimmhafter Laute, weiter gekennzeichnet durch eine Schaltung zur Lautstärkeregelung (217) der wiederzugebenden synthetisch erzeugten Sprache sowie durch eine mit den Ausgängen des Pufferspeichers verbundene Schaltung (227) zur Aufrechterhaltung eines trotz wechselnder Anzahl der wirksamen Oszillatoren (207 bis 216) konstanten Gleichspannungspegels an der allen Oszillatoren gemeinsamen Ausgangsleitung (F i g. 2).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 062 286.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

509 509/242 2.65 © Bundesdruckerei Berlin