DE1276740B - Verfahren und Anordnungen zur Verbesserung der Sprachqualitaet von Kanalvocodern - Google Patents
Verfahren und Anordnungen zur Verbesserung der Sprachqualitaet von KanalvocodernInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
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Int. CL:
GlOl
H 04b
Deutsche Kl.: 21 a2 - 36/22
Nummer:
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Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
P 12 76 740.7-31 (J 30298)
11. März 1966
5. September 1968
Die Erfindung betrifft Verfahren und Anordnungen zur Verbesserung der Sprachqualität bei der Analyse
stimmloser Sprachabschnitte nach dem Kanalvocoderprinzip.
Die Spektrumkanäle K1 bis Kn (F i g. 1) des Analysators
eines Kanalvocoders bestehen bekanntlich aus einem Bandpaß BP1 bis BPn, einem Gleichrichter G1
bis Gn und einem Glättungsstiefpaß LP1 bis LPn. Bei
der Analyse stimmhafter und stimmloser Dauerlaute des Sprachsignals s (i) müßten die Ausgangsspannungen
der Glättungstiefpässe LP1 bis LPn in den Spektrumkanälen
K1 bis Kn konstante Gleichspannungen
sein. Dieser Idealfall ist für stimmhafte Dauerlaute leicht zu erreichen. Bei stimmlosen Dauerlauten enthalten
dagegen die Ausgangsspannungen auch Rauschkomponenten, deren Leistungsspektrum dem
Durchlaßbereich des Glättungstiefpasses entspricht. Eine Rauschkomponente fällt gegenüber der konstanten
Gleichspannung um so mehr ins Gewicht, je größer die Bandbreite des Glättungstiefpasses LP1
gegenüber der Bandbreite des Bandfilters BP1 ist
(/ = 1, 2, 3 ... n).
Da sich die Rauschkomponenten der Spektrumsignale ungünstig auf die Qualität der synthetischen
Sprache auswirken, ist es die Aufgabe der Erfindung, diese Rauschkomponenten in den Spektrumsignalen
bei der Analyse stimmloser Sprachabschnitte zu vermindern.
Für ein Verfahren zur Verbesserung der Sprachqualität bei der Analyse stimmloser Sprachabschnitte
nach dem Kanalvocoderprinzip besteht die Erfindung darin, daß zur Verminderung der Rauschkomponente
des Gleichspannungssignals, welches jeder Spektrumkanal nach der Analyse führt, die obere Grenzfrequenz
des je Spetrumkanal vorgesehenen Glättungstiefpasses für die Dauer des Auftretens stimmloser
Sprachlaute herabgesetzt wird.
Eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens zeigt günstige Resultate dadurch, daß je
Spektrumkanal zwei Tiefpaßfilter mit unterschiedlicher Grenzfrequenz vorgesehen sind, die beide
einerseits mit dem Ausgang des zugehörigen Gleichrichters und andererseits mit je einem Kontakt eines
steuerbaren Schalters verbunden sind, dessen Ausgang die jeweilige Kanalspannung führt und
dessen Steuerung durch das Ausgangssignal eines in bekannter Weise im Anregungskanal vorgesehenen
Diskriminators für die Stimmhaft-Stimmlos-Unterscheidung des Sprachsignals derart vorgenommen
wird, daß bei stimmhaften Sprachsignalen der Tiefpaß mit einer höheren Grenzfrequenz
und bei stimmlosen Sprachsignalen der Verfahren und Anordnungen zur Verbesserung
der Sprachqualität von Kanalvocodern
der Sprachqualität von Kanalvocodern
Anmelder:
International Business Machines Corporation,
Armonk,N.Y.(V.St.A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. A. Bittighofer, Patentanwalt,
7030 Böblingen, Sindelfinger Str. 49
Als Erfinder benannt:
Erwin Paulus,
Ernst Rothauser, Wien
Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 25. März 1965 (A 2756/65) --
Tiefpaß mit einer niedrigeren Grenzfrequenz eingeschaltet ist.
Diese Anordnung kann in vorteilhafter Weise dadurch abgewandelt werden, daß je Spektrumkanal
nur ein Tiefpaßfilter vorgesehen ist, dessen obere Grenzfrequenz mit Hilfe eines steuerbaren Schalters
auf einen niedrigeren Wert umschaltbar ist.
Eine abgewandelte Anordnung zur Durchführung
Eine abgewandelte Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens zur Verbesserung der Sprachqualität bei der Analyse stimmloser Sprachabschnitte nach
dem Kanalvocoderprinzip mittels Verringerung der Rauschkomponente des Gleichspannungssignals weist
an Stelle des Glättungstiefpasses je Spektrumkanal
einen in seiner Integrationszeit steuerbaren Integrator
auf, der beim Vorliegen stimmloser Sprachabschnitte die Signale des Kanals innerhalb eines gegenüber
dem normalen Integrationsintervall vergrößerten Integrationsintervalls integriert.
Bei dieser Anordnung ist zweckmäßig je Spektrumkanal ein dem Gleichrichter folgender, in seiner
Integrationszeit steuerbarer Integrator vorgesehen, dessen Steuereingang über einen Schalter mit je
einem von zwei Steuerleitungen derart verbunden wird, daß mit Hilfe eines in dem Anregungskanal vorgesehenen, an sich bekannten Stimmhaft-Stimmlos-Diskriminators
der Schalter beim Vorliegen stimmloser Sprachabschnitte den Integrator mit dem einen Signalgebergenerator verbindet, wodurch
die Signale des Spektrumkanals innerhalb eines größeren Zeitintervalls integriert werden als
beim Vorliegen stimmhafter Sprachabschnitte, in
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denen der Integrator mit dem anderen Signalgene- scheidung kann zur Steuerung entweder der Grenzrator
verbunden ist und die Signale des Spektrum- frequenz der Glättungstiefpässe oder aber des
kanals innerhalb eines normalen Zeitintervalls inte- Integrationsintervalls bei Verwendung von Integriert
werden. gratoren verwendet werden, um so für beide Fälle —
Mit Hilfe der vorstehend genannten Verfahren und 5 stimmhafte und stimmlose Sprachabschnitte — opti-Anordnungen
besteht die Möglichkeit, die Qualität male Werte automatisch einzustellen. Die in Fig. 1
der synthetischen Sprache zu verbessern, indem bei weiter dargestellten Schaltungsteile f0 und IG dienen
der Analyse stimmloser Sprachabschnitte die Inte- der Ermittlung der Sprachgrundfrequenz und der
grationsintervalle bei der Integration der Kanal- Erzeugung der Anregungsimpulse für den Anspannungen
größer gemacht werden, als sie beispiels- 10 regungskanal K '.
weise für eine optimale Integration der Kanalspan- Fig. 2 zeigt" das Blockschaltbild eines Kanalnungen
notwendig sind, wenn stimmhafte Sprach- vocoders mit in ihrer oberen Grenzfrequenz steuerabschnitte
analysiert werden, baren Glättungstiefpässen. Bei dieser Anordnung
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von sjnd je Spektrumkanal zwei Tiefpässe LP1 und LP1'
durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen 15 vorgesehen, die unterschiedliche obere Grenzfrequen-
näher beschrieben. Es zeigt zen aufweisen. Mit Hilfe eines steuerbaren Schal-
Fig.l das Blockschaltbild des Analyseteils eines ters S1 wird, abhängig vom Ausgangssignal des
Kanalvocoders, Stimmhaft-Stimmlos-Diskriminators D bei der
Fig. 2 das Blockschaltbild einer Anordnung zur Analyse stimmloser Sprachabschnitte der Tiefpaß
anregungsgesteuerten Glättung der Kanalspannun- 20 LP{ mit der tieferen oberen Grenzfrequenz über den
gen durch Umschaltung zwischen je zwei Tiefpässen Kontakt ^/ in den Spektrumkanal K/ eingeschaltet,
mit verschiedener oberer Grenzfrequenz, Damit beim Vorliegen stimmhafter Sprachabschnitte
Fig. 3 das Prinzipschaltbild eines Tiefpaßfilters der Informationsfluß nicht unnötig herabgesetzt wird,
mit umschaltbarer oberer Grenzfrequenz, wird dann mit Hilfe des steuerbaren Schalters S, der
Fig.4 das Blockschaltbild einer Anordnung zur 25 Tiefpaß LP1 mit der für die Analyse stimmhafter
anregungsgesteuerten Glättung der Kanalspannungen Sprachabschnitte optimalen oberen Grenzfrequenz
mittels steuerbarer Integratoren und über den Kontakt.^ in den Kanal eingeschaltet.
F i g. 5 das Prinzipschaltbild eines steuerbaren Besonders günstig ist die Verwendung eines Tief-Integrators,
passes LP1* mit umschaltbarer oberer Grenzfrequenz,
Bei der Analyse stimmhafter und stimmloser 30 wie er beispielsweise in Fig. 3 im Prinzip dargestellt
Sprachabschnitte nach dem Kanalvocoderprinzip ist. Er besteht im wesentlichen aus zwei in Reihe
ergeben sich im Idealfall konstante Ausgangsgleich- geschalteten Teilinduktivitäten L1 und L{ und einer
spannungen in den Spektrumkanälen, sofern die Kapazität Ch die mit Hilfe des Schalters S1 entweder
Sprachabschnitte eine gewisse Länge nicht unter- an den Mittelabgriff zwischen beiden Teilinduktivischreiten.
Dieser Idealfall ist für stimmhafte Sprach- 35 täten oder an das Ende der zweiten Teilinduktiviabschnitte
leicht zu erreichen. Bei stimmlosen tat Lf geschaltet werden kann. Hierbei ist das Ver-Sprachabschnitten
dagegen enthalten die Ausgangs- hältnis von L1, L{ und C1 so gewählt, daß in den
spannungen Rauschkomponenten, deren Leistungs- beiden Schalterstellungen A1 und A{ sowohl für die
spektrum dem Integrationsintervall des in jedem Analyse stimmhafter, als auch für die Analyse stimm-Spektrumkanal
dem Gleichrichter G1-(Fig. 1) folgen- 40 loser Sprachabschnitte jeweils die optimale obere
den Integrationsgliedes LP1 entspricht. Dem Inte- Grenzfrequenz eingestellt werden kann. In der Angrationsintervall
eines solchen Integrators entspricht Ordnung nach Fig. 2 werden beim Einsatz dieses
auch der Durchlaßbereich eines Glättungstiefpasses, steuerbaren TiefpaßfiltersLP* die Tiefpaßfilterpaare
so daß zur Verminderung der Rauschkomponente LP1 und LP/ durch diese Filter ersetzt,
entweder die obere Grenzfrequenz des Glättungstief- 45 Eine weitere günstige Möglichkeit zur Realisierung passes niedrig oder das Integrationsintervall eines eines Tiefpasses mit steuerbarer oberen Grenzverwendeten Integrators groß gewählt werden muß. frequenz ergibt sich aus der Verwendung getriggerter Eine niedrige obere Grenzfrequenz des Glättungs- Integratoren. Ein Integrator kann ganz allgemein als tiefpasses oder ein großes Integrationsintervall eines Tiefpaß aufgefaßt werden, dessen Antwort auf den Integrators haben aber einen geringen Informations- 50 Einheitsstoß in einem Rechteckimpuls von der fluß zur Folge, der sich ebenfalls nachteilig auf die Dauer der Integrationszeit besteht und dessen AusQualität der synthetischen Sprache auswirkt. Bei gangsspannung in zeitlichen Abständen von je einer stimmlosen Abschnitten der Sprache wird dieser Integrationszeit abgetastet wird. Einer Vergrößerung Qualitätsgewinn durch Verringerung der Rausch- der Integrationszeit entspricht hierbei eine Verrinkomponenten ausgeglichen. Bei stimmhaften Ab- 55 gerung der oberen Grenzfrequenz dieses Tiefpasses. schnitten der Sprache ist die Herabsetzung der Diese Art der Realisierung kann dort vorteilhaft ver-Grenzfrequenz unter eine gewisse Grenze oder ein wendet werden, wo Kanalspannungen digital darzu groß gewähltes Integrationsintervall jedoch mit gestellt werden soll, da der Integrator bereits ein einem Qualitätsverlust bei der synthetischen Sprache impulsamplitudenmoduliertes Signal liefert. Dieses verbunden. Es ist daher vorteilhaft, die optimale 60 Signal ist dann lediglich in einem Analog-Digital-Grenzfrequenz des Glättungstiefpasses oder das Inte- Wandler umzuwandeln.
entweder die obere Grenzfrequenz des Glättungstief- 45 Eine weitere günstige Möglichkeit zur Realisierung passes niedrig oder das Integrationsintervall eines eines Tiefpasses mit steuerbarer oberen Grenzverwendeten Integrators groß gewählt werden muß. frequenz ergibt sich aus der Verwendung getriggerter Eine niedrige obere Grenzfrequenz des Glättungs- Integratoren. Ein Integrator kann ganz allgemein als tiefpasses oder ein großes Integrationsintervall eines Tiefpaß aufgefaßt werden, dessen Antwort auf den Integrators haben aber einen geringen Informations- 50 Einheitsstoß in einem Rechteckimpuls von der fluß zur Folge, der sich ebenfalls nachteilig auf die Dauer der Integrationszeit besteht und dessen AusQualität der synthetischen Sprache auswirkt. Bei gangsspannung in zeitlichen Abständen von je einer stimmlosen Abschnitten der Sprache wird dieser Integrationszeit abgetastet wird. Einer Vergrößerung Qualitätsgewinn durch Verringerung der Rausch- der Integrationszeit entspricht hierbei eine Verrinkomponenten ausgeglichen. Bei stimmhaften Ab- 55 gerung der oberen Grenzfrequenz dieses Tiefpasses. schnitten der Sprache ist die Herabsetzung der Diese Art der Realisierung kann dort vorteilhaft ver-Grenzfrequenz unter eine gewisse Grenze oder ein wendet werden, wo Kanalspannungen digital darzu groß gewähltes Integrationsintervall jedoch mit gestellt werden soll, da der Integrator bereits ein einem Qualitätsverlust bei der synthetischen Sprache impulsamplitudenmoduliertes Signal liefert. Dieses verbunden. Es ist daher vorteilhaft, die optimale 60 Signal ist dann lediglich in einem Analog-Digital-Grenzfrequenz des Glättungstiefpasses oder das Inte- Wandler umzuwandeln.
grationsintervall des Integrators für stimmlose Ab- F i g. 4 zeigt das Blockschaltbild einer Anordnung,
schnitte des Sprachsignals anders zu wählen als für bei der getriggerte Integratoren zur Verringerung der
stimmhafte. Rauschkomponente der Spektrumsignale bei der
Bei den meisten bekannten Vocodersystemen wird, 65 Analyse stimmloser Sprachsignale verwendet werden,
wie in Fig. 1 gezeigt ist, im AnregungskanalK0 mit Bei dieser Anordnung wird, abhängig vom Aus-Hilfe
eines Diskriminators D eine Stimmhaft-Stimm- gangssignal des Stimmhaft-Stimmlos-Diskriminalos-Unterscheidung
sh und si getroffen. Diese Unter- tors D der getriggerte Integrator I1 über den Steuer-
baren Schalter^ entweder über den KontaktAt an
einen Impulsgenerator angeschlossen, der ein Signal t liefert, welches aus Rechteckimpulsen einer bestimmten
Impulsfolgefrequenz besteht, die für die Analyse stimmhafter Sprachsignale optimal gewählt ist. Beim
Vorliegen stimmloser Sprachsignale wird der Integrator /( mit seinem Triggereingang α über den
steuerbaren Schalter S1 und den Kontakt A1' an einen
Generator angeschlossen, der die Signale t' liefert, die aus Rechteckimpulsen mit einer Impulsfolgefrequenz ίο
bestehen, die niedriger ist als die Impulsfolgefrequenz der Signale t, aber für die Analyse stimmloser
Sprachabschnitte optimal gewählt ist.
In F i g. 5 ist im Prinzip das Schaltbild eines solchen getriggerten Integrators dargestellt. Von dem
Ausgang des Gleichrichters G,- des jeweiligen Kanals K1 wird über die Leitung b und den Widerstand
R1 an den Eingang des Integrators /; im Idealfall
eine Gleichspannung konstanter Amplitude oder eine Wechselspannung mit nur sehr langsam veränderlicher
Einhüllenden übertragen. Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Integratorschaltung sei angenommen,
daß der Kondensator C durch einen vorausgegangenen Schaltvorgang an dem Transistor TR2
negativ geladen sei. Die Spannung am Kondensator betrage — V3 ^ 0. Solange der Transistor TR2
gesperrt ist, wird der Kondensator durch den Kollektorstrom ic des Transistors TR1 entladen. Der Widerstand/ig
ist so gewählt, daß die an ihm abfallende Spannung immer klein gegen die Spannung am KondensatorC
ist. Durch die Entladung verringert sich die Spannung am Kondensator laufend. Wenn der
Transistor TR2 über den Widerstand R2 durch einen
positiven Impuls des Generators t oder f am Triggereingang
α kurzzeitig geöffnet wird, dann wird gleichzeitig der Kondensator wieder auf die Spannung
— Vs aufgeladen. Der impulsartige Ladestrom
bewirkt am Widerstand Rs einen Impuls, dessen maximale Amplitude proportional der Spannungsänderung am Kondensator ist. Das Signal des Kurz-
zeitmittelwertes der Kanalfilterausgangsspannung wird an der Elektrode E abgenommen und über den
jeweiligen Kanal K{ übertragen.
Claims (5)
1. Verfahren zur Verbesserung der Sprachqualität bei der Analyse stimmloser Sprachabschnitte
nach dem Kanalvocoderprinzip, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung
der Rauschkomponente des Gleichspannungssignals, welches jeder Spektrumkanal (K1
bis Kn) nach der Analyse führt, die obere Grenzfrequenz
des je Spektrumkanal vorgesehenen Glättungstiefpasses (LP1 bis LPn) für die Dauer
des Auftretens stimmloser Sprachlaute herabgesetzt wird (F i g. 1).
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß je Spektrumkanal (K1 bis Kn) zwei Tiefpaßfilter
(LP1 und LP1' bis LPn und LPn') mit unterschiedlicher
oberer Grenzfrequenz vorgesehen sind, die beide einerseits mit dem Ausgang des zugehörigen Gleichrichters (G1 bis Gn) und andererseits
mit je einem Kontakt (A1 bzw. A1 bis
An bzw. An) eines steuerbaren Schalters (S1 bis
Sn) verbunden sind, dessen Ausgang (B1 bis Bn)
die jeweilige Kanalspannung führt und dessen Steuerung durch das Ausgangssignal eines in
bekannter Weise im Anregungskanal (K0) vorgesehenen
Diskriminators (D) für die Stimmhaft-Stimmlos-Unterscheidung
des Sprachsignals [s (t)] derart vorgenommen wird, daß bei stimmhaften Sprachsignalen der Tiefpaß (LF1 bis LPn) mit
einer höheren Grenzfrequenz und bei stimmlosen Sprachsignalen der Tiefpaß (LP1 bis LPn) mit
der niedrigeren Grenzfrequenz eingeschaltet ist (Fig. 2).
3. Abwandlung der Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß je Spektrumkanal
nur ein Tiefpaßfilter (LP1*) vorgesehen
ist, dessen obere Grenzfrequenz mit Hilfe des steuerbaren Schalters (S1) auf einen niedrigeren
Wert umschaltbar ist (Fig· 3).
4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß an Stelle des Glättungstiefpasses je Spektrumkanal (K1 bis Kn) ein in seiner Integrationszeit steuerbarer Integrator (I1 bis /„) vorgesehen
ist, der beim Vorliegen stimmloser Sprachabschnitte die Signale des Kanals innerhalb eines
gegenüber dem für die Analyse stimmhafter Sprachabschnitte optimal gewählten Integrationsintervall vergrößerten Integrationsintervalls integriert
(Fig. 4).
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß je Spektrumkanal (K1 bis
Kn) ein dem Gleichrichter (G1 bis Gn) folgender,
in seiner Integrationszeit steuerbarer Integrator (L bis /„) vorgesehen ist, dessen Steuereingang
(α) über einen Schalter (S1 bis Sn) mit je einem
von zwei Steuersignalgeneratoren (t und t') derart verbunden wird, daß mit Hilfe eines in dem Anregungskanal
(K0) vorgesehenen, an sich bekannten Stimmhaft-Stimmlos-Diskriminators (D) der
Schalter beim Vorliegen stimmloser Sprachabschnitte den Integrator mit dem einen Signalgenerator (f) verbindet, wodurch die Signale des
Spektrumkanals innerhalb eines größeren Zeitintervalls integriert werden, als beim Vorliegen
stimmhafter Sprachabschnitte, in denen der Integrator mit dem anderen Signalgenerator (i) verbunden
ist und die Signale des Spektrumkanals innerhalb eines normalen Zeitintervalls integriert
werden (F i g. 4).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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