DE3036679A1 - Sprachsynthesizer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sprachsynthesizer, und insbesondere einen Sprachsynthesizer zum Synthetisieren eines Sprachsignals auf der Grundlage eines Parametersignals, das eine Frequenzspektralhüllkurve eines Stimmensignals wiedergibt^ und einer Information, die eine Periode des Stimmensignals wiedergibt.

Bei Endgeräten für Informationsdienste-Netzwerke zum Abgeben von Informationen wie Börsennachrichten, Wettervorhersagen und Informationen für verschiedene Ausstellungen ist es erwünscht, einen Sprachsynthesizer zu verwenden, der verschiedene Informationen mittels Sprache abgeben kann. Einige sogenannte lernende Maschinen verwenden die Sprachsynthesizer, um Fragen mittels Sprache abzugeben.

Eine Art der Sprachsynthesizer verwendet ein Aufzeichnungsund Edier- bzw. Aufbereitungsverfahren, bei dem auf ein Auf-

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zeichnungsband zuvor aufgezeichnete Sprache aufbereitet wird, um ein Sprachsignal zu erzeugen, während eine andere Art der Sprachsynthesizer ein Sprachsynthetisierverfahren verwendet, bei dem ein Stimmen-Signalverlauf nicht aufgezeichnet wird, sondern vielmehr charakteristische Parameter der Stimme, die von dem Stimmensignal extrahiert sind, in Digitalsignale umgesetzt werden und aufgezeichnet werden und die Sprache aufgrund der aufgezeichneten charakteristischen Parameter synthetisiert wird. Zum Synthetisieren der Sprache mit hoher Qualität bei dem Aufzeichnungsund Aufbereitungs-Verfahren darf die voraufgezeichnete Spracheinheit nicht kürzer als ein Wort sein. Daher ist, wenn die Anzahl der synthetisierten Worte zu erhöhen ist, eine außerordentlich hohe Kapazität einer Speichereinheit erforderlich. Folglich kann die Anzahl der zu synthetisierenden Worte nicht wesentlich erhöht werden= Bei dem Sprachsynthetisierverfahren, das die charakteristischen Parameter der Sprache verwendet, kann die zu synthetisierende Spracheinheit eine Silbe sein, was kürzer als ein Wort ist, wobei eine Anzahl von Worten ohne Erhöhen der Speicherkapazität der Speichereinheit synthetisiert werden kann.

Es ist daher für den S prachsynthesizer erwünscht, die Sprache auf der Grundlage der charakteristischen Parameter der Sprache zu synthetisieren, da dadurch die Größe der Speichereinheit verringert werden kann.

Die Frequenzkomponenten des Sprachsignals erstrecken sich von etwa 100 Hz bis 10 kHz. Die Übertragung des Sprachtons wird nicht wesentlich beeinflußt, wenn die Frequenzkomponenten, die über k kHz hinausreichen, beseitigt werden. Daher können die Sprachsignalkomponenten zwischen 100 Hz und k kHz mit einer Abtastfrequenz von beispielsweise 8 kHz abgetastet werden, so daß die sich ergebende Zeitfolge das Sprachsignal wiedergibt. Zusätzlich sind, da die Änderungen in einem Sprachspektrum durch die Bewegung der den Ton steuern-

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den Organe des Menschen verursacht werden, wie durch Zunge und Lippen, die Änderungen sehr gering bzw., sanft und können als im wesentlichen stetig angesehen werden bei Betrachtung während einer Kurzzeitperiode, wie in einer Periode von 3-10 ms. Daher kann durch genaues Extrahieren der Charakteristiken des Sprachspektrums in der Periode des stetigen Zustandes oder des Dauerzustandes die Sprache analysiert werden und kann auch synthetisiert werden auf der Grundlage der extrahierten Information= Wenn die Sprache zu analysieren und zu synthetisieren ist, können ein Parameter, der eine Hüllkurve des Sprachspektrums wiedergibt, ein Parameter, der die Amplitude des Sprachsignals wiedergibt, eine Tonhöheninformation, die eine Grundschwingungsfrequenz eines Stimmbandes wiedergibt,und eine Diskriminationsinformation zum Diskriminieren stimmhafter Töne und stimmloser Töne von dem Sprachspektrum während der Kurszeitperiode extrahiert werden, in der die Änderungen des Sprachspektrums als stetig; bzw= beständig angesehen xirerden können» Die Hüllkurve des Frequenzspektrums des Sprachsignals entspricht einer Übertragungscharakteristik eines Stimmweges und enthält eine Vokal-Toninformation, d₀h_{0 3} a I -Ton, den j ο J -Ton usw, -J L J!

definiert» Folglich muß die Hüllkurve des Frequenzspektrums genau extrahiert werden mit geringem Informationsgehalt«,

Eines der Sprachanalysier- und -synthetisier-Verfahren,bei dem die charakteristischen Parameter von dem Sprachsignal extrahiert werden und die Sprache auf der Grundlage der extrahierten Parameter synthetisiert wird, ist ein sogenanntes PARCOR-Analysier- und -Synthetisier-Verfahren, das einen partiellen Autokorrelationskoeffizienten, im Folgenden kurz PARCOR-Koeffizienten, verwendet, der eine Art linearer Vorhersagekoeffizient ist. Bei diesem Verfahren sind die charakteristischen Parameter des Sprachsignals durch die PARCOR-Koeffizienten wiedergegeben. Das

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Sprachsignal in einer Kurzzeitperiode, in der die Änderungen des Frequenzspektrums des Sprachsignals geringfügig oder sanft sind und als stetig angesehen werden können, wird mit einer Abtastfrequenz von beispielsweise 8 kHz abgetastet, wobei Proben an zwei benachbarten Zeitpunkten in der sich ergebenden Probenfolge durch ein Verfahren mit minimalen Quadraten vorhergesagt wird, bei dem Proben verwendet werden, die zwischen zwei derartigen Proben vorhanden sind, wobei der vorhergesagte Wert und die tatsächliche Probe an diesen beiden Zeitpunkten verglichen werden, um Differenzen dazwisehen zu erfassen, wobei Korrelationen der Differenzen (PARCOR-Koeffizienten) davon bestimmt werden. Die Zeitdifferenz zwischen den beiden Zeitpunkten wird dann auf das Doppelte, das Dreifache usw. verändert, und die entsprechenden Korrelationen werden bestimmt. Diese werden als Parameter verwendet, die die Hüllkurve des Frequenzspektrums des Sprachsignals wiedergeben.

In dem Sprachsynthesizer werden Signalgeneratoren zum Erzeugten weißen Rauschens und von Impulsen als Schallquelle, d.h., Erregungsquelle verwendet, wobei die Amplitude eines Ausgangssignals davon durch die PARCOR-Koeffizienten gesteuert wird, um die Korrelation an das Ausgangssignal weiterzugeben zum Wiedergeben der Frequenzspektrum-Hüllkurve zum Synthetisieren der Sprache.

Bei dem PARCOR-Sprachanalysier- und -synthetisierverfahren können alle PARCOR-Koeffizienten, die beim Analysieren der Sprache abgeleitet sind, die Tonhöheninformation, die Amplitudeninformation und die Diskriminationsinformation für die stimmhaften Töne und die stimmlosen Töne in Form von binärcodierten Digitalsignalen gehandhabt bzw. verarbeitet werden. Folglich kann diese Information in einem Halbleiterspeicher gespeichert werden und kann bei Bedarf aus dem Speicher ausgelesen werden zum Synthetisieren der Sprache. Wenn die Sprache synthetisiert ist, werden die

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PARCOR-Koeffizienten zum Itfeitergeben der Korrelation zum Schallquellensignal verwendet. Die PARCOR-Koeffizienten werden einem Digitalfilter zugeführt zum Steuern der Amplitude des Schallquellensignals abhängig von den Koeffizienten Das Digitalfilter kann annähernd 10 Filter gleichen Aufbaus aufweisen, die kaskadengeschaltet sind, wobei jede Filterstufe ein Brückenfilter bildet, das zwei Multiplizierer, zwei Addierer/Subtrahierer und eine Verzögerungsleitung aufweist. Das Schallquellensignal wird dem Digitalfilter zugeführt, in dem die PARCOR-Koeffizienten mit dem Signal multipliziert werden.

Bei dem PARCOR-Sprachanalysator/Synthesizer kann ein PARCOR-Koeff izienten-Extrahierglied eine Bandbreite für das Frequenzspektrum des Sprachsignals unterschätzen bzw. unterbewerten. Diese Unterschätzung bezüglich der Bandbreite tritt häufig bei weiblicher Sprache mit hoher Tonhöhe auf. Dies liegt daran, daß das SprachSpektrum eine Grundfrequenz und harmonische Anteile davon aufweist, und daß die weibliche Sprache eine hohe Grundfrequenz enthält, so daß der Harmonisierung sauf bau grob ist, wodurch eine genaue Abschätzung des Spektrums schwierig wird= Diese Unterschätzung bezüglich der Bandbreite hat eine außerordentlich scharfe Spitze in der Spe^tralhüllkurve zur Folge. Eine derartige Unterschätzung der Bandbreite der Spektralhüllkurve hat eine Verschlechterung der Qualität zur Folge, nämlich: (1.) Wegen der außerordentlichen scharfen Spitze an der geschätzten Spektralspitze werden die Frequenzkomponenten der synthetisierten Sprache konzentriert, wodurch sich ein unnatürlicher Ton ergibt;

(2) da eine Spektralempfindlichkeit der PARCOR-Koeffizienten physisch bzw. erheblich erhöht ist, hat ein geringer Quant i si erungsf ehTer in den PARCOR-Ko effizient en eine hohe Spektralverzerrung zur Folge; folglich wird die Quantisierungscharakteristik der PARCOR-Koeffizienten erheblich beeinflußt;

(3) die Resonanz der Tonhöhenfrequenz bei der Syntheti-

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sierung und der Spitzencharakteristik wird erhöht, so daß die Amplitude der synthetisierten Sprache anormal ansteigt. Als Folge tritt eine starke Fehlanpassung zwischen der eingangsseitigen Schallamplitude und der ausgangsseitigen Schallamplitude in dem Analysator/ Synthesizer auf.

Als Versuch zum Überwinden des Problems der Unterschätzung der Bandbreite wurde ein Verfahren angegeben, bei dem eine Verlustschaltung in jeder Stufe des Brückenfilters des Sprachsynthesizers eingefügt ist, um die Amplitude der Spitze in der abgeschätzten Spektralhüllkurve zu dämpfen, so daß die Bandbreite der Spitze der Spektralhüllkurve verbreitert ist. Auf diese Weise kann die Bandbreite um 3O-IO Hz verbreitert werden, wenn die Abtastfrequenz 8kHz ist, so daß die Verschlechterung der Qualität der synthetisierten Sprache aufgrund der Unterschätzung der Bandbreite verhindert werden kann. Die Verlust schaltung, die in jeder Stufe des Filters eingefügt ist, kann eine Multiplizierschaltung aufweisen, die um einen Faktor mit irgendeinem Wert zwischen 0,988 und 0,998 multipliziert.

Dieser Sprachsynthesizer enthält jedoch, wenn ein zehnstufiges Digitalfilter verwendet ist, 30 Filterelemente, 30 Multiplizierer und 20 Addierer/Subtrahierer, wobei dann, wenn eine Abtastfrequenz von 8 kHz verwendet ist, das Digitalfilter 20 Multiplizierbetriebe, 20 Addier/Subtrahierbetriebe und in der Verlustschaltung 10 Multiplizierbetriebe durchführen - ' muß, und zwar innerhalb von 125 Ms.

Zum Durchführen von mindestens 30 Multiplizierbetrieben innerhalb 125/*s muß jeder Multiplizierbetrieb innerhalb etwa k Ia s durchgeführt werden. Das Multiplizieren von 10 Bit. mal 15 Bit in einer derart kurzen Zeitperiode erfordert einen Hochgeschwindigkeitsmultiplizierer, wodurch der Sprachsynthe-

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sizer teuer wird. Dies stellt eine Schwelle dar, um die dem Sprachsynthetisieren zugeordneten Produkte volkstümlich werden zu lassen. Es ist daher wünschenswert, einen Sprachsynthesizer einfachen Aufbaus zu erreichen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen PARCOR-Synthesizer anzugeben, der einfachen Aufbau besitzt, kostengünstig ist und für IC-Ausbildungen geeignet ist.

Bei dem Sprachsynthesizer gemäß der Erfindung ist ein Multiplizierer als in Durchlaufrichtung angeordneter Multiplizierer (pipelined multiplier) ausgebildet.

Daher wird ein Produkt für ein Multipliziereingangssignal für jede Zeitperiodeneinheit (1/20 der Abtastperiode) in jeder Zeitperiodeneinheit nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung erzeugt, so daß die Arbeitsgeschwindigkeit des Multiplizierers erhöht wird, wobei offensichtlich die Multiplizierzeit gleich einer Zeitperiodeneinheit ist. Verlustschaltungen, die eine Konstante ot mit Eingangssignalen multiplizieren, bestehen aus Subtrahierschaltungen, so daß die Arbeitsgeschwindigkeit der Verlustschaltungen innerhalb einer Zeitperiodeneinheit bleibt. Die Abtastperiode ist in 20 Zeitperiodeneinheiten unterteilt, so daß 20 Multiplizierbetriebe, 20 Addier/Subtrahierbetriebe und 10 Subtrahierbetriebe in den Verlustschaltungen in den 20 Zeitperiodeneinheiten durchgeführt werden. Bei dieser Anordnung muß der Addier/Subtrahierbetrieb, der ein Grundbetrieb ist, in 6,25 As bei einer Abtastfrequenz von 8 kHz-durchgeführt werden, weshalb kein Hochgeschwindigkeitsbauelement erforderlich ist und der Sprachsynthesizer mit kostengünstigen Bauelementen aufgebaut werden kann=

Bei der Erfindung werden also Charakteristiken eines spektrums eines Stinmsignals in einen partiellen Äutokorrela oefifisieiii-sii umgesetzt, der einem Sprachsyiithesiser

zugeführt wird, der einen Impulsgenerator und einen Generator weißen Rauschens als Schallquelle aufweist, so daß ein Ausgangssignal von der Schallquelle mit dem partiellen Autokorrelationskoeffizienten multipliziert wird zum Synthetisieren eines Sprachsignals. Die Multiplikation des Ausgangssignals der Schallquelle und des partiellen Autokorrelationskoeffizienten wird mittels eines in Durchlaufrichtung angeordneten Multiplizierers durchgeführt, um die Verarbeitungszeit zu verkürzen.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten

Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild eines herkömmlichen Sprachanalysators, Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Digitalfilters, das in einem Sprachsynthesizer gemäß der Erfindung verwendet ist,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Digitalfilters gemäß der Erfindung ,

Fig. 4 den Zeitplan eines Betriebsablaufes des Digitalfilters der Erfindung,

Fig. 5 den Zeitplan des Betriebsablaufes bzw. der Betriebsarten von Schaltern bei der Schaltung gemäß Fig. 3j

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines in Durchlaufrichtung angeordneten bzw. geschalteten Multiplizierers,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer PARCOR-Koeffizienten-Speichereinheit,

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Verlustschaltung.

Vor der Erläuterung des Sprachsynthesizers gemäß der Erfindung wird zunächst ein Sprachanalysator zum Extrahieren von PARCOR-Koeffizienten von einem FrequenzSpektrum eines Sprachsignals erläutert. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Digitalfilters zum Extrahieren der PARCOR-Koeffizienten von dem Sprachsignal„ Das Digitalfilter 3 weist in P- Stufen kaskadengeschaltete Brückenfilter gleichen Aufbaus auf» Das

QiB/

erste Filter der Stufe weist zwei Multiplizierer 3A-1, 3B-1, zwei Subtrahier er 3C-1, 3D-I, einen Korrelator 3F-1 und eine Verzögerungsleitung 3E-1 auf, und das Filter der zweiten Stufe weist zwei Multiplizierer 3-A.-2, 3B-2, zwei Subtrahierer 3C-2, 3D-2, einen Korrelator 3F-2 und eine Verzögerungsleitung 3E-2 auf. In ähnlicher Weise weisen die Filter der dritten bis P-ten Stufe jeweils zwei Multiplizierer, zwei Subtrahierer, einen Korrelator und eine Verzögerungsleitung auf.Eine weitere Verzögerungsleitung 3E-0 ist zusätzlich bei dem Filter der ersten Stufe vorgesehen. Ein Signalkanal des Filters 3 ist in zwei Unterkanäle aufgeteilt, deren einer ein Nachleitungsvorhersagefehlerkanal 3-3 ist einschließlich der Verzögerungsleitungen 3E-0 - 3E-P und deren anderer ein Vorleitungsvorhersagefehlerkanal 3-4 ist, einschließlich der Subtrahierer 3E-1 bis 3D-P· Beide Kanäle beeinflussen einander über die Brückenfilter.

Ein einem Eingangsanschluß 3-1 zugeführtes Signal ist ein Digitalsignal, das durch Abtasten des Sprachsignals mit der Abtastfrequenz von 8 kHz und Umsetzen der sich ergebenden Abtastfolge in das Digitalsignal abgeleitet ist. In dem Brückenfilter der ersten Stufe wird eine Korrelation der Sprachsignal-Proben, die um eine Abtastperiode beabstandet sind, durch den Korrelator 3F-1 bestimmt. Der sich ergebende Korrelationskoeffizient wird als PARCOR-Koeffizient k^ verwendet, der an einem Ausgangsanschluß 4-1 abgegeben wird. Dieser Koeffizient k. wird mit Eingangssignalen zu den Multiplizierern 3A-1 und 3B-1 in den Multiplizierern 3A-1 bzw. 3B-1 multipliziert, wobei die Korrelationskomponenten in den Subtrahierern 3C-1 und 3D-1 beseitigt werden. Das sich ergebende Signal wird dem Brückenfilter der folgenden Stufe zugeführt.

In der zweiten Stufe wird eine partielle Autokorrelation der um zwei Abtastperioden beabstandeten Proben der ver-

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bleibenden Korrelationskomponenten, die nicht in der ersten Stufe beseitigt worden sind, in dem Korrelator "}¥-2, durchgeführt. Der sich ergebende Korrelationskoeffizient wird als PARCOR-Koeffizient k_o verwendet, der an einem Ausgangsanschluß k-2 abgegeben wird. Wie in der ersten Stufe werden die Korrelationskomponenten durch den Koeffizienten k_o, die Multiplizierer 3A-2 und 3B-2 und die Subtrahierer 3C-2 und 3D-2 beseitigt, wobei das sich ergebende Signal dem Brückenfilter der folgenden Stufe zugeführt wird. Auf diese Weise werden die Korrelationskomponenten, die nicht in der vorhergehenden Stufe beseitigt worden sind, in der folgenden Stufe beseitigt durch Bestimmen der partiellen Autokorrelation der Proben, die um eine Abtastperiode mehr als in der vorhergehenden Stufe beabstandet sind,und durch Beseitigen der Korrelationskomponenten durch den sich ergebenden partiellen Autokorrelationskoeffizienten oder PARCOR-Koeffizienten, wobei das sich ergebende Signal der folgenden Stufe zugeführt wird.

Wenn 10 Stufen oder Brückenfilter verwendet werden, ist das Ausgangssignal von dem Brückenfilter der zehnten Stufe ein im wesentlichen nichtkorreliertes Signal oder sogenanntes weißes Rauschen, wobei die Spektralhüllkurveninformation des Sprachsignals in einer Kurzzeitperiode in den PARCOR-Koeff izienten k.-k-_nenthalten ist. Von dem Signal, das verbleibt, nachdem die PARCOR-Koeffizienten von den Brückenfiltern 3 extrahiert oder entfernt worden sind,werden weiter eine Tonhöheninformation des Sprachsignals, eine Amplitudeninformation und ein Diskriminationssignal für stimmhafte und stimmlose Töne extrahiert. Diese Informationen zusammen mit den PARCOR-Koeffizienten werden übertragen oder gespeichert.

Anhand Fig. 2 wird der Sprachsynthesizer gemäß der Erfindung,

der

der die Sprache auf'firundlage der so erzeugten PARCOR-Koeff izienten synthetisiert oder zusammensetzt, näher er-

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läutert.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild, das das Verständnis des Digitalfilters erleichtert, das von dem Sprachsynthesizer gemäß der Erfindung verwendet wird. Der Sprachsynthesizer enthält einen Impulsgenerator 16, einen Rauschgenerator 17, einen stimmhaft/stimmlos-Tonwahlschalter l8, einen Multiplizierer 19 zum Steuern einer Amplitude einer Ton- oder Schall-(Anregungs)-Quelle, einen Spektralhüllkurvenreproduzierer 20 und einen Digital/Analog-Umsetzer 21. Ein Ausgangssignal von der Schallquelle mit dem Impulsgenerator l6, dem Rauschgenerator 17 j dem Wählschalter l8 und dem Multiplizierer I9 wird von einem stimmhaft/stimmlos-Tonwahlsignal JA , das durch die Sprachanalyse abgeleitet wird, einem Tonhöheninformationssignal 15 und einem Amplitudeninformationssignal I3 gesteuert. Diese Informationssignale werden Anschlüssen 9j 10 bzw. 11 zugeführt. Für den stimmhaften Ton wird der Impulsgenerator 16 durch den Schalter l8 gewählt,und für den stimmlosen Ton bzw. Schall wird der Rauschg-enerator I7 gewählt. Für den stimmhaften Ton oder Schall wird die Impulsfrequenz des Impulsgenerators l6 durch die Tonhöheninformation 15 bestimmt . Die Amplitude des Schallquellensignals, das dem Spektralhüllkurvenreproduzierer 20 zugeführt wird, wird durch den Multiplizierer 19 auf der Grundlage der Amplitudeninformation gesteuert. Der Spektralhüllkurvenreproduzierer besitzt eine Übertragungscharakteristik, die einer Spektralhüllkurve entspricht, die durch den PARCOR-Koeffizienten über Anschlüsse 12 bestimmt ist. Das Schallquellensignal wird durch die Übertragungscharakteristik gesteuert, wird dann in ein Analogsignal durch den Digital/Analog-Umsetzer 21 umgewandelt, wobei dann ein Sprachsignal durch einen Lautsprecher 22 wiedergegeben wird.

Die Charakteristik des Spektralhüllkurvenreproduzierers 20 ist umgekehrt zur Charakteristik des oben erläuterten

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PARCOR-Koeffizientenextrahierers 3· Der Spektralhüllkurvenreproduzierer 20 weist Multiplizierer 2OA-1 bis 20A-P und 20B-1 b_is 20B-P, Addierer/Subtrahierer 20C-1 bis 20C-P und 20D-1 bis 20D-P, Verzögerungsleitungen 20E-0 bis 20E-P und Verlustschaltungen 20G-0 bis 20G-P auf. Ein Eingangsanschluß 20-2 ist mit einem Eingangsanschluß des Addierers 20C-P der zehnten Stufe verbunden, und ein Ausgangsanschluß ist von einem Anschluß 20-1 herausgeführt. Das Brückenfilter der ersten Stufe enthält zwei Multiplizierer 20A-1 und 20B-1, einen Subtrahierer 20C-1, einen Addierer 20D-1, eine Verzögerungsleitung 20E-1 und eine Verlustschaltung 20Q-1, und das Brückenfilter der zweiten Stufe enthält zwei Multiplizierer 20A-2 und 20B-2, einen Subtrahierer 20C-2, einen Addierer 20D-2, eine Verzögerungsleitung 20E-2 und eine Verlustschaltung 20G-2. In ähnlicher Weise weisen die Brückenfilter von dritter bis zehnter Stufe jeweils zwei Multiplizierer, einen Subtrahierer, einen Addierer, eine Verzögerungsleitung und eine Verlustschaltung auf. Das Filter der ersten Stufe enthält weiter eine Verlustschaltung 20G-0 und eine Verzögerungsleitung 20E-0.

Bei dieser Anordnung wird der erste PARCOR-Koeffizient k₁, der von dem Sprachanalysator abgeleitet ist, dem Eingangsanschluß 12-1 des Filters der ersten Stufe zugeführt, und wird der zweite PARCOR-Koeffizient k„ dem Eingangsanschluß 12-2 des Filters der zweiten Stufe zugeführt. In ähnlicher Weise werden der dritte bis zehnte PARCOR-Koeffizient k„-k.„ einem entsprechenden Eingangsanschluß des Filters der entsprechenden Stufe zugeführt. Das Signal von der Schallquelle 16 oder 17» das dem Eingangsanschluß 20-2 des Brückenfilters 20 zugeführt wird, tritt durch einen Signalkanal 20-3, der die Addierer 20D-1 bis 20D-P des Filters 20 enthält,und durch den anderen Signalkanal 20-4, der die Verlustschaltung 20G-0, die Verzögerungsleitung 20E-0 und den Subtrahierer 20C-1 enthält. In dem Filter der zehnten Stufe

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wird das Signal der Schallquelle mit dem zehnten PARCOR-Koeffizienten k_in in den Multiplizierern 20A-P und 20B-P multipliziert, und das sich ergebende Produkt wird zu dem Schallquellensignal am Signalkanal 20-4 durch den Addierer 20D-P addiert. Das sich ergebende Produkt von dem Multiplizierer 20B-P wird von dem Schallquellensignal am Signalkanal 20-3 durch den Subtrahierer 20C-S-P subtrahiert. Die PARCOR-Koeffizienten k_ und k_o werden in dem

9 ο

Filter der neunten bzw. der achten Stufe multipliziert, usw., und die Ergebnisse werden zum Schallquellensignal addiert bzw. von diesem subtrahiert. In dem Filter der ersten Stufe wird das Schallquellensignal,mit dem die PARCOR-Koeffizienten in den Filtern der zehnten bis zweiten Stufe multipliziert worden sind, mit dem ersten PARCOR-Koeffizienten k. in den beiden Multiplizierern 20A-1 und 20B-1 multipliziert, wobei das sich ergebende Produkt von dem Multiplizierer 20A-1 zu dem Signal auf dem Signalkanal 20-4 in dem Addierer 20C-1 addiert wird, während das sich erg_ebonde Produkt von dem Multiplizierer 20B-1 von dem Signal auf dem Signalkanal 20-3 in dem Subtrahierer 20C-1 subtrahiert wird. Das Ausgangssignal von dem Subtrahierer 20C-1 wird in der Verlustschaltung 20G-1 gedämpft, wobei ein Ausgangssignal davon der Verzögerungsleitung 20E-1 zugeführt wird. Das Ausgangssignal von dem Addierer 20D-1 wird dem Ausgangsanschluß 20-1 zugeführt und dann dem Digital/Analog-Umsetzer 21, wo es in ein Analogsignal umgesetzt wird.

Bsi dem Sprachsynthesizer gemäß Fig. 2 ergeben sich, wenn zehn Stufen mit Brückenfiltern (P = 10) verwendet sind, die Betriebsgleichungen für die zehn Brückenfilter wie gemäß der angefügten Tafel 1, bei der Υ^~Ύ_ΪΟ ^die Ausgangssignale der Addierer 20D-1 bis 20D-P, B-B₁ die Ausgangssignale der Subtrahierer 20C-1 bis 20C-P, ^>-_i-^h ₁i ^die Ausgangssignale der Verlustschaltungen 20G-0 bis 20G-P, k^-k._ die PARCOR-Koeffizienten sind, wobei die Zeitbeziehungen

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der Ausgangssignale wie in der Tafel 1 dargestellt sind, und wobei y,B und b als Klamtnerausdrücke dargestellt sind, wie y. (i), B₀(i) und b.(i-l).

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Da das Ausgangssignal B des Subtrahierers 20C-P der zehnten Stufe und das Ausgangssignal b.. der Verlustschaltung 20G-P zum Bestimmen des Ausgangs signals y.. des Brückenfilters der ersten Stufe nicht erforderlich sind, werden sie nicht erzeugt. Das Eingangssignal zum Brückenfilter ist das Ausgangssignal des Impulsgenerators 16 oder des Rauschgenerators 17, was durch das Leistungssignal I3 gesteuert ist, das die Amplitudeninformation enthält. Das heißt, es wird im Multiplizierer I9 multipliziert. Der Betrieb des Multiplizierers 19wird zum Arbeitszeitpunkt für das Bestimmen des Ausgangssignals B^.. des Subtrahierers 20C-P der zehnten Stufe durchgeführt.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild des Digitalfilters des Sprachsynthesizers gemäß der Erfindung, bei dem das Digitalfilter gemäß Fig. 2 durch einen in Durchlaufrichtung geschalteten Multiplizierer (pipelined multiplier) gebildet ist. In Fig. 3 sinlein in Durchiaufriehtung angeordneter Multiplizierer 26, ein PARCOR-Koeffizientenspeicher 25, ein Zeitsteuer-Schieberegister 27, ein Addierer/Subtrahierer 28, ein Addier/Subtrahier-Steueranschluß 28-A, ein Schieberegister 29, eine Verriegelungsschaltung 30, eine Verlustschaltung 31, ein Schieberegister 32, das als Verzögerungselement des Brückenfilters dient, ein EingangsanSchluß 3^ einer ansteuernden Schallquelle, ein Ausgangsanschluß 35 für synthetisierte Sprache, sowie Schalter 37)38 und 39 zum Umschalten der Signalflüsse dargestellt.

Jeder Block arbeitet mit einer Zeitperiodeneinheit und liest Eingangsdaten mit einem Takt Φ λ ^eiⁿ und erzeugt ein Ausgangssignal mit einem Takt φ . Anschlüsse 3I-CL und ^2-CL

dienen zum Steuern des Einlesens der Eingangsdaten, d.h., der Zufuhr des Takt signals Φ■%'

Diese Anordnung führt die Betriebsschritte der Brückenfilter der zehn Stufen durch lediglich einen in Durchlaufrichtung angeordneten Multiplizierer, einen Addierer/Subtrahierer und einen Subtrahierer der Verlustschaltung , sowie zugeordneten Schaltungen an, wenn die 20 Zeitpunkte der Multiplizierschritte, die 20 Zeitpunkte der Addier/Subtrahier-Betriebsschritte und die 10 Zeitpunkte der Subtrahierbetriebsschritte in der Verlustschaltung richtig zeitgesteuert sind. Die Betriebsweise und deren Zeitsteuerung dieser Anordnung wird nun mit Bezug auf den Betriebs-Zeitsteuerplan gemäß Fig. 4,einen Schaltzustandsplan gemäß Fig.5 und den Betriebsschritt-Verarbeitungsplänen gemäß den beigefügten Tafeln 2 und 3 erläutert. Die Betriebsweisen der jeweiligen Blöcke werden weiter unten erläutert.

Die Zeitperiodeneinheiten sind durch T-T wiedergegeben Während der Zeitperioden T_n-T. werden die Betriebsschritte der Filter der 10 Stufon durchgeführt. Die Betriebszeitsteuerung für den i-ten Zyklus und den (i+l)-ten Zyklus der Abtastzyklen ist in Fig. h dargestellt. In der Zeitperiode T erfolgt der Betrieb des Filters der zehnten Stufe der Filter gemäß Fig. 2. Das Ausgangssignal des Multiplizierers, das zuvor berechnet ist, d.h., das Ausgangssignal des Schieberegisters 27 gemäß Fig. 3j wird dem Addierer 28 zugeführt, und dag Ergebnis des Betriebes durch das Leistungssignal Amp, das die Amplitudeninformation enthält, und das Ansteuersignal u (i-1), das in dem (i-l)-ten Zyklus durchgeführt wird, wird ebenfalls dem Addierer 28 vom Ausgang des Schieberegisters 32 über den Schalter 37-C zugeführt. Die sich ergebende Summe, d.h., das Ausgangssignal y*n (i)s wird als ein Eingangssignal für den Addierbetrieb zum Be-

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stimmen des Ausgangssignals y (i) in der Zeitperiode T. verwendet. Das Ausgangssignal y.. „ (i) des Addierers 28 wird einem Eingang des Addierers 28 über den Schalter 37-A zugeführt, und das Ausgangssignal y_ (i) -wird am Ausgang des Addierers 2.3 erzeugt. Auf diese Weise wird das Addiererausgangssignal y. (i) des Filters der j-ten Stufe als ein

Eingangssignal verwendet zum Bestimmen des Addiererausgangssignals y. . (i) des Filters der (j-l)-ten Stufe, während das andereEingangssignal von dem Produktsignal k. ^ " b. . (i-1) abgeleitet wird. Auf diese Weise wird das Ausgangssignal y₁ (i) des Brückenfilters erzeugt und wird über das Schieberegister 29 der Verriegelungsschaltung 30 zugeführt, in der es verriegelt wird, bis das nächste Ausgangssignal y, (i+1) erzeugt wird.

Die Verarbeitungsfolge und die Zeitsteuerung zur Bestimmung des Addiererausgangssignals y₁ (i) wurde erläutert. Bevor es bestimmt wird, müssen das Ausgangssignal b. (i-1) der

VerlustSchaltung und das Produkt des Ausgangssignals der VerlustSchaltung und des PARCOR-Koeffizienten bestimmt werden. Bei der obigen Erläuterung war angenommen, daß das Ausgangssignal b. (i-1) der Verlustschaltung und das Pro-

J
dukt dieses Ausgangssignals und des PARCOR-Koeffizienten

k.· b. (i-1) erzeugt worden sind.Nun wird die Betriebszeit-

J J
steuerung zur Bestimmung der Ausgangssignale b. (i) und

k. . b. (i) und des Ausgangssignals B. (i) des Subtrahierers,

JJ J

die zur Bestimmung von y. (i+l) erforderlich sind, erläutert.

Zur Bestimmung der Ausgangssignale y. (i+l) und y_o (i+l)

1 ώ

massen die Ausgangssignale y„ (i+l) bzw. y„ (i+l) bestimmt worden sein. Daher werden ausgehend von y_1f) (i+l) die Signale y. (i+l) niedrigerer Ordnung sequentiell bestimmt, wo-

bei schließlich y (i+l) bestimmt wird. Zur Bestimmung dieser y. (i+l)-Signale muß ein Eingangssignal zum Addierer

20D-J des Filters der j-ten Stufe gemäß Fig. 2, d.h., das Multipliziererausgangssignal k. . b. (i) bestimmt worden

J J

sein. Weiter muß zum Bestimmen des Ausgangssignals k. . b.

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(i) das Ausgangssignal b. (i) der Verlustschaltung der j-ten Stufe bestimmt worden sein und muß zum Bestimmen des Ausgangssignals b. (i) das Ausgangssignal B. (i) des Subtrahierers der j-ten Stufe bestimmt worden sein· Das Ausgangssignal B. (i) ist das Produkt des Ausgangssignals y. (i) und des PARCOR-KoefT izienten k.. Daher werden die Ausgangssignale y. (i) (mit j = 9 ...D sequentiell dem Eingang des in Durchlaufrichtung geschalteten Multiplizierers 26 über das Zeitsteuer-Schieberegister 29 und den Schalter 38-C zugeführt. Andererseits werden die PARCOR-Koeffizienten

k. (mit j = 9---1) dem anderen Eingang des in Durchlauf-

richtung geschalteten Multiplizierers 26 von dem PARCOR-Koef fizientenspeicher 25 entsprechend der Ordnung j des Ausgangssignals y. (i) zugeführt·

vJ

Daher beginnt die Multiplikation k. . y. (i) für jede der Zeitperiodeneinheiten Ti - T „ und werden die Produkte um sieben Zeitperiodeneinheiten mittels des Schieberegisters 27 verzögert und dann sequentiell in der Ordnung von j (= 9---1) in jeder Zeitperiodeneinheit ausgegeben. Die Produkte werden dann sequentiell dem einen Subtrahiereingang des Addierer/Subtrahierers 28 von dem Addier/Subtrahiersteuersignal 28-A in der nächsten Zeitperiodeneinheit zugeführt, während die Signale b. (i-1) dem anderen Ein-

•J

gang des Addierer/Subtrahierers 28 von dem Schieberegister 32 über den Schalter 37-C zugeführt werden. Auf diese Weise werde sequentiell die Signale B. .. (i) = b. (i- 1) —

k. . y. (i) ( mit j = 9···1) ii jeder der Zeitperiodeneinheiten T. -T._Q erhalten.

Wie erläutert werdai,da die Betriebsschritte y₁₍-j (i) * k-ir» und B₁ (i) = b-₀ (i-l)-y._o (i) "^-iq nicht notwendig sind, das ansteuernde Schallquellensignal u (i), das dem Eingangsanschluß "}k über den Schalter 38-A zugeführt wird, und das Leistungssignal Amp von dem PARCOR-Koeffizientenspeicher dem in Durchlaufrichtung angeordneten Multiplizierer 26 in

130016/0837

der Zeitperiodeneinlieit T zugeführt. Das sich ergebende Produkt Amp · u (i) wird um sieben Zeitperiodeneinheiten verzögert und wird in der Zeitperiode T _ im Addierer/ Subtrahierer 28 zu dem Nullsignal addiert, das dem Eingangsanschluß 36 über den Schalter 37-B durch das Steuersignal 28-A zugeführt ist. Als Folge wird das Ausgangssignal B^₁ (i) der Verlustschaltung 3I über den Schalter 39-A und wird das sich ergebende Signal b.. (i) dem Schieberegister 32 zugeführt. Dieses Signal wird in dem Schieberegister 32 zurückgehalten, bis es einem Eingang des Addierer/Subtrahierers 28 zum Erzeugen des Signals y., (i+1) in der nächsten Zeitperiode T„ zugeführt wird.

Die so erzeugten Signale B₁₀ (i) bis B (i) werden sequentiell der Verlustschaltung 3I über den Schalter 39-A in jeder der Zeitperiodeneinheiten zugeführt,und nach einer Verzögerung um eine Zeiteinheit werden die Verlustschaltungs-Ausgangssignale b_1Q (i) bis b (i) sequentiell in jeder der Zeitperiodeneinheiten erzeugt. In der nächsten Zeitperiode nachdem das Ausgangssignal b (i) erzeugt worden ist, wird das Ausgangs signal y.. (i) der Verriegelungsschaltung 30 dem Eingang der Verlustschaltung 3I über den Schalter 39-B zugeführt, und nach einer Verzögerung von einer Zeiteinheit erzeugt die Verlustschaltung 3I das Ausgangs signal b.. (i). Auf diese Weise erzeugt in jeder Zeiteinheit die Verlustschaltung 3I sequentiell die Ausgangsignale b.„ (i) bis b. (i)j die sequentiell einem Eingang des in Durchlaufrichtung angeordneten Multiplizierers 26 über den Schalter 38-B zugeführt werden. Andererseits werden die Signale b_q (i) bis b^ (i) dem Schieberegister 32 zugeführt, in dem sie zur Verwendung bei der Erzeugung der Signale B._ (i+1) bis B (i+1) in dem nächsten Abtastzyklus gespeichert wer-

Ct

Andererseits werden die PARCOR-Koeffizienten k. sequentiell

130016/0837

dem anderen Eingang des in Durchiaufrichtung angeordneten Multiplizierers 26 von dem PARCOR-Koeffizientenspeieher in Übereinstimmung mit der Ordnung j der Signale b. (i)

«J (mit j = 10...1) zugeführt, so daß die Produkte k. . b. (i) (mit j = 10...1) sequentiell berechnet werden. Die Produkte werden in jeder Zeitperiodeneinheit nach einer Verzögerung um sieben Zeiteinheiten einschließlich der Verzögerung im Schieberegister 27 erzeugt. Als Ergebnis werden die Ausgangssignale y.„ (i+1) bis y. (i+1) in den Zeitperiodeneinheiten T -Τ_ erzeugt und wird das Ausgangssignal y.. (i + 1) der Verriegelun_sschaltung JO über das Schieberegister 29 zugeführt und darin durch ein Verriegelungsdaten-Lesesignal verriegelt, das von dem Anschluß 30-CL zugeführt wird. Es wird verriegelt, bis das nächste Ausgangssignal y. (i+2) erzeugt wird.

Zum richtigen Zeitsteuern der obigen Betriebsweise sind die Betriebszeit(steuei)punkte der Schalter 37j3ö und 39 ₅ die die Signalflüsse und die Zeitsteuerung der Steuersignale zum Auslesen der Eingangssignale der Verlustschaltung und des Schieberegister 32 steuern, d.h., die Steuersignale, die den Anschlüssen Jl-CL und 32-CL zum Steuern der Schiebebetriebe für jede Zeitperiodeneinheit, und das Steuersignal, das dem Anschluß 3O-CL zugeführt ist,zum Steuern des Einlesens des Eingangssignals in die Verriegelungsschaltung 30, wesentlich. Die Betriebszeitsteuerung für diese Betriebe bzw. Betriebsschritte ist in Fig. 5 wiedergegeben» Die Schalter 37j38 und 39 sind während der schraffierten Zeitperioden eingeschaltet und in den anderen Zeitperioden ausgeschaltet. Die Schalter 37 dienen zur Wahl eines Eingangssignals zum Addierer/Subtrahierer 28 und wählen den Null-Wert am Anschluß 36, das Ausgangssignal des Addierer/ Subtrahierers 28 oder das Ausgangssignal des Schieberegisters 32. Irgendeiner der Schalter 37A_S37B und 37C ist zu einem Zeitpunkt eingeschaltet ο Die Schalter 38 dienen zur Wahl des Eingangs signals zu dem in Durchlaufrichtung

geschalteten Multiplizierer 26 und wählen das ansteuernde Schallquellensignal u, das dem Anschluß 3^ zugeführt ist, das Ausgangs signal der Verlust schaltung 3^- oder das Ausgangssignal des Schieberegisters 29- Irg_endeiner der Schalter 3Ö-A,38-B und 38-C ist zu einem Zeitpunkt eingeschaltet. Die Schalter 39 dienen zur Fahl des Eingangssignals zur Verlustschaltung 3 3- und wählen das Ausgangssignal des Addierer/Subtrahierers 28 oder das Ausgangssignal der Verriegelungsschaltung 30. Irgendeiner der Schalter 39-A, 39-B ist zu einem Zeitpunkt eingeschaltet.

Die den jeweiligen Eingangsanschlüssen über diese Schalter zugeführten Signale werden nun erläutert mit einem Vergleich, der Betriebsprozeduren der jeweiligen. Blöcke in den entsprechenden Zeitperioden, die in den Tafeln 2 und dargestellt sind. Der Schalter 38-A wird zur Zeitperiode C„ eingeschaltet, so daß das Schallquellensignal u (i) einem Eingangsanschluß des in Durchiaufrichtung angeordneten Multiplizierers 26 zugeführt wird. Der Schalter 38-C wird in den Zeitperioden T.-T eingeschaltet, so daß die Ausgangssignale y_Q (i) bis Y₁ (i) des Schieberegisters 29 sequentiell dem einen Eingangsanschluß des in Durchlaufrichtung geschalteten Multiplizierers während jeder Zeitperiodeneinheit zugeführt werden-Der Schalter 38-B wird in den Zeitperioden T_-10-T₀ und T-T₀ eingeschaltet, so daß die Ausgangssignale b.„ (i) bis b. (i) der Verlust schaltung 3-L sequentiell dem einen Eingangsanschluß des in Durchiaufrichtung angeordneten Multiplizierers 26 während jeder Zeitperiodeneinheit zugeführt werden. Dem anderen Eingangsanschluß des in Durchlaufrichtung geschalteten Multiplizierers 26 sind die PARCOR-Koeffizienten k. von dem PARC'OR-Koeffizientenspeicher 25 in Übereinstimmung mit der Ordnung j des Signals y. (i) · b. (i) in jeder Zeitperiodeneinheit zugeführt, und die Leistungsbzw. Stärkesignale Amp werden sequentiell dem Schallquellensignal u(i)zugeführt. Der Schalter 37-A ist in den Zeitperioden

13.0016/0837"

T.-T eingeschaltet, so daß die Ausgangssignale y._ (i) bis y_o (i) des Addierer/Subtrahierers 28 sequentiell einem

Eingangsanschluß des Addierer/Subtrahierers 28 in jeder Zeitperiode zugeführt werden. Der Schalter 37-B ist in der Zeitperiode T „ eingeschaltet, so daß der Null-Wert am Eingangsanschluß 36 dem einen Eingangsanschluß des Addierer/ Subtrahierers 28 zugeführt wird. Der Schalter 37-C ist in den Zeitperioden T .-T. und T_ eingeschaltet, so daß die Ausgangssignale b (i-1) bis b. (i-1) und b (i-1) = Amp " u(i). des Schieberegisters 32 sequentiell dem einen Eingangsanschluß des Addierer/Subtrahierers 28 in jeder Zeitperiode zugeführt ■werden. Dem anderen Eingangsanschluß des Addierer/Subtrahierers 28 werden die Produkte des in Durchiaufrichtung angeordneten Multiplizierers 26 über das Schieberegister 27 zugeführt, so daß folgende Betriebsschritte durchgeführt werden:

(1) Ta₁₁U-D + k_lo.b_lo(i-l),

(2) y. (i) + k-.b.(i-l), mit j = 9 bis 1,

(3) O + Amp · u (i) ,

(4) b.(i-l) - k,.y,(i), mit j = 9 bis 1.

J J J

Nach einer Verzögerung um eine Zeiteinheit werden die Ergebnisse der Betriebsschritte,y. _OU) bis y (i), B (i) und B _(i) bis B„(i)_/sequentiell erzeugt. Das Addier/Subtrahier-Steuersignal 28-A steuert den Addierer/Subtrahierer 28 in die Subtrahier-Betriebsart während der Zeitperioden T..-T „, in denen der Addierer/Subtrahierer 28 die Betriebsschritte b.(i-l)-k.-y. (i), mit j = 9...I, durchführt. Der Schalter

J JJ
39-B ist nur während der Zeitperiode T₁ eingeschaltet, so daß das Ausgangssignal y (i-l) der Verriegelungsschaltung 30 der Verlustschaltung 3I zugeführt ist. Der Schalter 39-A ist in allen Zeitperioden außer der Zeitperiode T. eingeschaltet, so daß die Ausgangssignale B₀(i-1), y_n(i) bis y.(i), B ,(i) und B _Q(i) bis B (i) vom Addierer/Subtrahierer 28 der Verlustschaltung 3^ zugeführt werden- Das Ausgangssignal der Verlustschaltung 3I wird dem Schieberegister 32 zugeführt. Das Einlesen der Eingangssignale zur

130016/0837

Verlustschaltung 3I und zum Schieberegister 32, d.h., das Verschieben der Signale in jeder Zeitperiodeneinheit, wird durch die Steuersignale gesteuert, die den Anschlüssen 3I-CL und 32-CL zugeführt sind. In den Zeitperioden Tp-T lesen die Verlustschaltung 3I und das Schieberegister 32 die Eingangssignale nicht ein unter der Steuerung der Steuersignale und halten den Schiebebetrieb an, so daß laufende Daten darin gespeichert werden. Die Ausgangssignale der Verlustschaltung 31, d.h., Ij₁(X-O = OC-Y₁(X-I), ¹^₁₁Ci) = <* · ^B _1:L ⁽ⁱ⁾

= ex. Amp · u(i) und b (i) = ο<·Β (i) bis b (i) = <X . B (i)

einen
werden dem Exngangsanschluß des Addierer/Subtrahierers 28

über das Schieberegister 32 und den Schalter 37-C zugeführt.

Der Aufbau und die Betriebsweise der verschiedenen Blöcke wird nun erläutert. Zunächst wird der in Durchiaufriehtung angeordnete Multiplizierer 26 erläutert. Es handelt sich um einen ansich bekannten Multiplizierer, der daher nur kurz erläutert wird.

Fig. 6 zeigt den Aufbau des in Durchlaufrichtung geschalteten oder angeordneten Multiplizierers 26. Es sind dargestellt ein Multiplikand-Eingangsanschluß 26-1, ein Multiplikator-Eingangsanschluß 26F ", Schieberegister 2ÖC, Wählglieder 2ÖB zum Erzeugen von Partialprodukten entsprechend den Multiplikatoren, Addierer 2öA, Algorithmusschaltungen 26D zum Wählen einer der Multiplikanden O₁+. 1 oder +, 2 abhängig vom Zustand von drei aufeinanderfolgenden (konsekutiven) Bits des Multiplikators, Ein-Bit-Verzögerungsleitungen 26E und ein Multiplizierer-Ausgangsanschluß 26-2. Da die Multiplikanden des in Durchlaufriehtung geschalteten Multiplizierers 26, d.h., die Signale in den jeweiligen Stufen der Brückenfilter ±5 Bit aufweisen, und die Multiplikatoren, d.h., die PARCOR-Koeffizienten k -k₁ und das Leistungssignal Amp 10 Bit aufweisen, erzeugt der in Durchiaufrichtung geschaltete Multiplizierer 26 fünf Partialprodukte durch 2-Bit-Algorithmen und addiert diese Partial-

130016/083?

produkte. Diese Betriebsschritte werden in einer aufeinanderfolgenden Weise durchgeführt. Die Schieberegister 26C, die 1-Bit-Verzögerungsleitungen 26E und die Addierer 26A arbeiten in einer Zeitperiodeneinheit derart, daß sie die Eingangssignale mit einem Taktsignal φ . einlesen und die Ausgangssignale mit einem Taktsignal d> „ erzeugen. Als Beispiel wird der Betrieb des Multiplizierers anhand der Betriebsprozeduren für den Multiplikanden u (i) und den Multiplikator Amp erläutert, die in der Zeitperiode T zugeführt sind. Das Multiplikandensignal Amp wird wiedergegeben durch B^jB₂,...Β.-, wobei B. das geringstwertige Bit (LSB) bildet. In der Zeitperiode T wird das Signal u (χ) dem Eingangsanschluß 26-1 zugeführt und die Bit B.-B, werden den Eingangsanschlüssen 26F-1 bis 26F-4 zugeführt. Die Algorithmusschaltungen 2ÖD-1 und 2ÖD-2 bestimmen irgendeines der mit O_f± 1 oder £ 2 gewichteten Partialprodukte/l/und/2y{ FIe Algorithmusschaltungen 26D-1 und 26D-2 steuern die Xfählglieder 26B-1 und 26B-2 derart, daß die Ausgangspartialprodukte /l/und/2/ der Wählglieder 26B-1 und 26P-2 erzeugt werden abhängig von dem Eingangssignal u(i) am Anschluß 26-1. Das Wählglied 26B erzeugt ein Nullausgangssignal, wenn das Ausgangssignal der Algorithmusschaltung 26D auf "O" ist, erzeugt das Wählgliedeingangs signal selbst, wenn das Ausgangssignal der Algorithmus schaltung 26D auf "1" ist, erzeugt ein Komplement des Wahlgliedeingangssignals, wenn letzteres auf "-1" ist, erzeugt ein um ein Bit nach links verschobenes Signal des Wählglxefdexngangssignals, wenn letzteres auf "2" ist und erzeugt ein Komplement des um ein Bit nach links verschobenen Signals des Wahlgliedeingangssignals, wenn letzteres auf "-2" ist.

Der Vorgang, daß 1 zu dem LSB des Wählgliedausgangssignals addiert wird, wenn das Algorithmusschaltungs-Ausgangssig-

130016/0837

nal auf "-1" oder "-2" ist, um die beiden Komplemente zu bilden, wird in dem Addierer der folgenden Stufe durchgeführt. Auf diese Weise werden in der Zeitperiode T die Partialprodukte/l/und/2/von den Wählgliedern 2ÖB-1 und dem Addierer 2ÖA-1 zugeführt und wird in der Zeitperiode T. die Summe der Partialprodukte/l/und/2/erzeugt und dem Addierer 2ÖA-2 der folgenden Stufe zugeführt. In der Zeitperiode T. erzeugt das Schieberegister 26C-1 das Ausgangssignal u(i), und die Signale B_ und B,- werden den Eingangsanschlüssen 26F-5 und 26F-6 zugeführt. In ähnlicher Weise wird das Wählglied 20B-3 durch das Ausgangssignal der Algorithmusschaltung 26D-3 gesteuert zum Erzeugen eines Partialprodukts r}/, das einem Eingangsanschluß des Addierers 26A-2 zugeführt wird. Die Summe am Addierer 26A-2, d.h., die Summe der Partialprodukte /!/,fe/ und /3/wird in der Zeitperiode T erzeugt. In ähnlicher Weise werden in der Zeitperiode T,-die Signale B und Bg den Eingangsanschlüssen 26F-7 und 26F-8 zugeführt zum Erzeugen eines Partialproduktes /4/und erzeugt der Addierer 26A-3 eine Summe der Partialprodukte /1/,$,$ und/4/in der Zeitperiode IV. In der Zeitperiode IV werden die Signale B und B._ den Eingangsanschlüssen 2F-9 und 2F-10 zugeführt zum Erzeugen eines Partialproduktes /5/, wobei der Addierer 2ÖA-4 eine Summe der Partialprodukte /l/,^2/, /3/j/V und /5/ erzeugt, d.h., das Produkt der Signale Amp und u(i) wird in der Zeitperiode T erzeugt. Auf diese Weise werden die Ausgangssignale für die Multiplikationseingangssignale während vier Zeitperiodeneinheiten erzeugt und wird das Signal B..(i) = Amp * u(i) dem einen Eingangsanschluß des Addierer/Subtrahierers 28 über das Schieberegister 27 in der Zeitperiode T._Q zugeführt.

Es sei erwähnt, daß bei der Addition der Partialprodukte in dem Multiplizierer die Partialprodukte um zwei Bitstellungen nach links verschoben werden für die Ziffernaufzeichnung. Das Ausgangssignal des Multiplizierers weist

16/0

15 Bit auf. Da die akkumulierte Summe der Partialprodukte aus den Sätzen der Multiplikanden und Multiplikatoren durch die Addierer 26A-1 bis 26A-4 in jeder Zeitperiodeneinheit fortgeleitet wird, können die Produkte sequentiell in jeder Zeitperiodeneinheit mit einer Verzögerung um vier Zeiteinheiten erzeugt werden, wenn die Sätze aus Multiplikanden und Multiplikatoren sequentiell in jeder Zeitperiodeneinheit zugeführt wer den.

Der PARCOR-Koeffizientenspexcher, der die Multiplikatoren, d.h., die PARCOR-Koeffizienten k _n-k. und das Leistungssignal Amp zum in Durchlaufrichtung geschalteten Multiplizierer 26 führt, wird nun erläutert. Wie weiter oben erläutert, müssen vier Bit , d.h., das LSB bis zum vierten Bit des Multiplikators für den Multiplizierer den Anschlüssen 26F-I bis 26F-4 in der ersten Zeitperiodeneinheit zugeführt werden, müssen zwei Bit ·, d.h., das fünfte und das sechste Bit bei Zählung ausgehend vom LSB_/ den Anschlüssen 26F-5 und 26F-6 in der zweiten Zeitperiodeneinheit zugeführt werden, müssen zwei Bit. , d.h., das siebte und das achte Bit bei Zählung ausgehend vom LSB_;den Anschlüssen 26F-7 und 26F-8 in der dritten Zeitperiodeneinheit zugeführt werden und müssen zwei Bit , d.h., das neunte Bit bei Zählung ausgehend von dem LSB und das höchstwertige Bit (MSB) den Anschlüssen 26F-9 und 26F-10 in der vierten Zeitperiodeneinheit zugeführt werden. Diese Multiplikatorbit können sequentiell in einer Weise zugeführt werden, wie sie in Tafel 4 dargestellt ist.

Fig. 7 zeigt den Aufbau des PARCOR-Koeffizientenspeichers. Er weist einen zyklischen Schieberegisteraufbau auf mit 10 Stufen aus 10-Bit-Registern und einer Stufe aus einer 10-Bit-Verriegelungsschaltung. Er speichert 11 Parameter einschließlich der PARCOR-Koeffizienten k_1Q-k. und des Leistungssignals Amp und gibt diese Parameter als Multiplikatoren mit der Zeitsteuerung bzw. zu den Zeitpunkten ab,

130016/0839

die in Tafel ^t dargestellt sind, synchron zur Zeitsteuerung der Multiplikanden des in Durchiaufrichtung angeordneten Multiplizierers 26. Vier Bit , d .h., das LSB bis zum vierten Bit des Registers 25A-10 werden an den Ausgangsanschlüssen 25P-1 bis 25F-4 abgegeben, zwei Bit ■, d.h., das fünfte und das sechste Bit bei Zählung ausgehend vom LSB des Registers 25A-9 werden an den Ausgangsanschlüssen 25F-5 und 25F-6 abgegeben, zwei Bit , d.h., das siebte und das achte Bit bei Zählung ausgehend vom LSB des Registers 25A-8 werden an den Ausgangsanschlüssen 25F-7 und 25F-8 abgegeben und zwei Bit , d.h., das neunte Bit bei Zählung ausgehend vom LSB und das MSB des Registers 25A-7 werden an den Ausgangsanschlüssen 25F-9 und 25F-IO abgegeben. Diese Ausgangsanschlüsse 25F sind mit den entsprechenden Multiplikator-Eingangsanschlüssen 26F des in Durchlaufrichtung geschalteten Multiplizierers 26 verbunden.

Der Signalfluß innerhalb des PARCOR-Koeffizientenspeichers 25 ist in ^Fig. 7 durch Pfeile dargestellt. Wie in Tafel 4 dargestellt, werden die Parameter in der Reihenfolge k_1f)-k. , Amp, kq-k.. und wieder k._o-k. , Amp, k -k.. ausgegeben. Folglich ist es notwendig, abwechselnd das Leistungssignal Amp und den PARCOR-Koeffizienten k._Q alle 10 Zeitperiodeneinheiten zu wählen. Dies wird durch die Verriegelungsschaltung 25c, ein Verriegelungseinlesesignal, das dem Anschluß 25-C zugeführt ist, und die Schalter 25-A und 25-B durchgeführt. Die Zeitsteuerung dieses Betriebes ist am Unterende in Fig. 5 dargestellt. Neue Werte für die Parameter werden durch den Schalter 33-B eingelesen, während sie normalerweise über den Schalter 33-A umgewälzt werden.

Der Aufbau der Verlustschaltung Jl, die die Verschlechterung der Qualität der synthetisierten Sprache aufgrund Unterschätzung

bzw. eine^· zu niedrigen · Veranschlagung der Bandbreite der

13Q016/OÖ37

Spektralhüllkurve in dem Sprachanalysator verhindert ,wird nun erläutert -Punktion der Verlustschaltung (in Fig. 2;20G) ist es, eine Konstante <x (⁰^Ki) mit den Ausgangssignalen des Subtrahierers 2OC der entsprechenden Stufen der Brückenfilter zu multiplizieren. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel

9 9 ist «auf 0,998 eingestellt, was sich ergibt zu (2 -l)/2 .

Daher kann die Multiplikationsfunktion ausgedrückt werden:

L . L. = L. - L. /2⁹ xn xn xn

= (1 - l/2⁹)L_±n,

mit L. = Eingangssignal zur Verlustschaltung. Folglich kann die Multiplikationsfunktion durch Subtrahieren des um 9 Bit nach rechts verschobenen Signals des Eingangssignals L. zur Verlustschaltung vom Eingangssignal L. erhalten werden. Dieser Betriebsschritt kann in einer Zeitperiodeneinheit durchgeführt werden, wie die Additions/Subtraktions-Betriebsschritte, die weiter oben erläutert sind. Der Aufbau der Verlustschaltung ist in Fig. 8 dargestellt, wobei vorgesehen sind 15-Bit-Eingangsanschlüsse 3IA zur Verlustschaltung Jl, Inverter 3IB, Volladdierer 3IC, ein einstufiges 15-Bit-Schieberegister 31Ό zum Steuern des Zeiteinheitsschritt-Betriebes, einen Taktsignal-Eingangsanschluß 3I-CL, der mit dem Taktsignal φ . synchronisiert ist, zum Einlesen eines Eingangssignals in das Schieberegister 31D₅ einen Taktsignal-Exngangsanschluß 31-CL',der dem Taktsignal

ψ ₂ entspricht^ zum Auslesen interner Daten des Schieberegisters 3¹D und 15-Bit-Ausgangsanschlüsse 3IE derVerlustschaltung 3I. Alle Signale bei dem vorliegenden Sprachsynthesizer werden in Form von Zweier-Komplementen gehandhabt bzw. verarbeitet.

Die Betriebsweise wird nunmehr erläutert. Die Eingangssignale der Verlustschaltung, die den Eingangsanschlüssen 3I-A zugeführt werden, werden ersten Eingängen der Volladdierer

016/085?

zugeführt. Die Bit der Eingangs signale, die den Eingangsanschlüssen 3IA-10 bis 3IA-I4 zugeführt werden, werden entsprechenden Invert ern 3IB-10 bis 3IB-IA zugeführt und dann zu den jeweiligen zweiten Eingängen der Volladdierer 3 IC-2 bis 3IC-5, die jeweils um 9 Bitstellungen nach rechts verschoben sind. Das Signalbit, das dem Eingangsanschluß 3IA-I5 zugeführt ist, ist ein Vorzeichenbit des Eingangssignals und wird den zweiten Eingangsanschlüssen der Volladdierer 3IC-6 bis 3IC-15 zugeführt. Das dem Eingangsanschluß 3IA-9 zugeführte Signalbit wird dem Inverter 3IB-9 und dann einem Übertragseingangsanschluß des Volladdierers 3IC-I zugeführt. Die invertierte Form des dem Eingangsanschluß 3IA-9 zugeführten Signals wird dem Übertragseingangsanschluß des Volladdierers 3IC-I zugeführt, um Bruchteile über 0,5 einschließlich als Eins zu zählen und den Rest zu streichen für das Betriebsergebnis der Verlust schaltung. Übertragsausgangssignale der Volladdierer J\C werden Übertragseingängen des Volladdierers der nächsthöheren Stufe zugeführt. Daher geben die Summenausgangssignale der Volladdierer 3 IC eine 15-Bit-Summe aus L. + (-L. /2⁷) an, wobei Bruchteile über 0,5 als Eins gezählt sind und der Rest gestrichen ist. Diese Summe wird über das einstufige 15-Bit-Schieberegister 3ID abgegeben. Da die Eingangssignale zur Verlustschaltung Jl synchron zum Taktsignal φ _ abgegeben werden, das dem Eingangsanschluß 3I-CL¹ zugeführt ist, wird das Ausgangssignal der Verlustschaltung in einer Zeitperiodeneinheit erzeugt, die eine Wiederholperiode mit dem Taktsignal eJ besitzt.

Bisher waren zum Aufbau des Sprachsynthesizers mit Brückenfiltern in 10 Stufen einschließlich jeweils der Verlustschaltung zum Multiplizieren der Konstanten cc (<Χ<Ί) 20 Multiplikationsbetriebe (I5 Bit ' 10 Bit), 20 Additions/

Subtraktionsbetriebe (15 Bit ± I5 Bit) und der Verlust-

betrieb (Rundungsbetrieb) in einer Abtastperiode erforderlich.

1300 16/0 8-3 ? COPY

Andererseits weist die Anordnung gemäß der Erfindung lediglich einen in Durchlaufrichtung angeordneten Multiplizierer, Addierer/Subtrahierer, Subtrahierer der Verlustschaltung, Schieberegister und Schalter auf, wobei der in Durchlaufrichtung geschaltete Multiplizierer vier Addiererstufen enthält. Alle Elemente sind durch die Addierer/Subtrahierer und die Schieberegister gebildet, die in einer Zeitperiodeneinheit arbeiten, die 1/20 der Abtastperiode beträgt. Daher ist bei einer Abtastfrequenz von 8 kHz die Zeitperiodeneinheit 6,25 y"s, was langsamer ist als die langsamste Betriebsgeschwindigkeit bei der derzeit üblichen MOS-IC-Technologie und was innerhalb der Möglichkeiten der kostengünstigen p-Kanal-MOS-IC-Technologie liegt.'Folglich kann dex" Sprachsynthesizer mit sehr niedrigen Kosten hergestellt werden, ohne daß ein kostspieliger und Hochgeschwindigkeits-IC-Vorgang erforderlich wäre.

1300 16/0837

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		rH

130016/0S37

Tafel 2

CD ν cn ^, CD CO Ca>

Zeit- periode	Multiplizierer Eing.sign.	von Bus-L,tg.	Multiplizierer Aus gangssignal (ein Ein gangssignal zu Ad dierer)	ein Eingangs signal zum Ad dierer	Addierer Aus gangssignal
TQ.	vom k-Stapel	b3(i-l)			B2(I-I)
Tl	It3	bg(i-l)	k9 -D9 (1-1)	Y10Ci)	y10d)
T2	kg	I)1Ci-D	kg -bg (1-1)	y9 Ci)	y9 Ci)
T3	kl	u (i)	k? -b? (1-1)	yg (i)	yö (i^
T4	A	y9d)	k6 -b6 d-i)	y7 d)	y7 CD
T5	-k9	ya(i)	k5 -b5 d-i)	y6 d)	• y6 (i>
T6	~k8	y7d)	k4 .bk (1-1)	y5 d)	y5 CD
T 7	-k7	y6d)	k3 -b3 (1-1)	yit CD	y^ d)
T8	~k6	y5d)	k2 -bg (l-l)	y3 d)	y3 CD
T9	-k5	y4d>	kx .bx (1-1)	y2 d)	y2 (i)
T10	-k4	y.3(D	A.ud)	0	V1 Ci)
Tll	"k3	y2d)	-k9-y9 (i)	bg (i-1)	B11 d)
	-kg

IjO U)

Fortsetzung

CO CD GO CO CD -<1 CD

Tafel 2 (Fortsetzung)

	Kl	yi	(D	-k8	•y8	U)	bg (i-1)	3IO	(i)
X12	kio	blü	(D	-k7	•y7	(i)	b7 (i-1)	3g	(i)
T13	k9	t>u	(D		-^b	(i)	b6 (i-i)	B8	(D
T14	k8	b8	(i)	Yr 5			b5 (i-1)	B7	(D
T15	k7	b7	(D	"k4	•y4	(i.)	bn (i-1)	B6.	(D
T16	kb	b6	(1)	-k3	•y3	(D	b3 (i-1)	B5	(D
T17	k5	b5	(1)		•y2	(1)	b2 (1-1)	B4	(D
T18	k4	b4	(1)	-kn	•yi	(D	b, (i-1) j.	. B3	(D
T19	k3 ,	b3	(1)	•kio	•bio	(i)	D11(D ,	B2	(D
To

CO O CO CO CD -J CD

Tafel

CD CD —χ CD

Zeit periode	um 2 verzog. Ausgangssign.	Verlus tschaltung- Eingangs s i gnal	Verlus ,ts chal tung Aus gangs s i gnal	Schiebereg.- Ausgangssigna:	Verriegel.schalt Ausgangssignal	g
T0	B1, (i-1)	B2 (i-1)	b3 (i-1)		Y1 (i-1)
Tl	B3 (i-1)	Y1 (i-1)	b2 (i-1)	b10 (l-i)	Y1 (i-1)
T2	B2 (i-1)	Y9 (D	bi (1-χ)	b9 (i-1)	Y1 (1-1)
T3	Y10(D	Y8 (D	W1 (1-1)	b9 (1-1)	Y1 (i-1)
T4	y9 (D	Y7 (1)	bx (i-1)	b9 (i-1)	Y1 (i-1)
T5	y8 (D	Y6 (D	D1 (i-1)	bg (i-1)	Y1 (1-1)
T6	Y1 (D	Y5 (D	b1 (i-1)	b9 (i-1) .	Y1 (i-1)
T7	y6 (D	Y4 (D	D1 (1-1)	b9 (1-1)	Y1 (i-1)
Tö	y5 (D	Y3 (D	bx (i-1)	b9 (i-1)	Y1 (i-1)
T9	yj, (i)	Y2 (1)	bx (i-1)	b9 (i-1)	Y1 (i-1)
T10	y3 (D	Y1 (D	b1 (i-1)	b9 (i-1)	Y1 (i-1) ;
Tll	V2 (D	B11(I) ,	To1 (i-1)	bg (1-1)	Y1 (i-1)

Fortsetzung

CO CD CO CD

Tjifel 3 (Fortsetzung)

Ca> O CD

cn

ο co

	yi	U)	B1Ü	U)-	bll	U) '	b6	(i-1)	Y1 (i-l)
	Β11	U)	Β9	U)	b10	U)	b7	(i-1)	yx U)
Τ13	3IO	U)	3B	U)	b9	U)	b6	(i-1)	yi (1)
T1I1	Β9	U)	Β7	U)	b8	U)	b5	(i-1)	V1 U)
T15	3O	U)	36	U)	b7	U)	b4	(i-1)	V1 (i)
φ JLQ	37	U)	V	U)	b6	U)	b3	(i-1)	Y1 U)
Τ17	36	U)	B4	U)	bi>	U)	b2	(i-1) :	yx (i)
Τ18	Β5	U)	Β3	U)	b4	U)	bl	U-D,	yx U)"
Τ19	B4	U)	32	U)	b3	U)	bll	U)	V1 U)
Τ0

er.

CO CD CO CJ)

Tafel 4

Au,sgangs- anschluß

Zeitperiode

To T10

k2

X2 T12 ki

T13 A k10,

Tlü

T15

T6 T16 k7

T7 T17 k6

T8 T18

X9- m "19

BIT

25P-1

k3

k2

ki

A klü

kn

k8

k7

k6

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-2

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k2

kl

A k10

k9

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k7

k6

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k3

k2.

ki

A ""kiö"

k9

k8

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ki

A kin

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"k3

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A kin

k9

k9

k8

k6

k5

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k5

ki

A k10

kr

k6

i ·

OJ

Fortsetzung

CO O CO CD CD -J CD

Tafel 4 (Fortsetzung)

CD la

OO

	-8	k6	S	k2	kl	A k10	S	k9	k3	k7
	-9	k6		k3	k2	ki ■	A s K10		k8	k7
	-10			k3.	k2		A
MSB

OJ OO

co

O CO CD CD

co

Claims (2)

1. Ansprüche:

   einen ersten Speicher (25) zum Speichern partieller Autokorrelationskoeffizienten und von Amplitudeninformation, die von einem Frequenzspektrum eines Sprachsignals abgeleitet sind,

   einen Multiplizierer (26) mit einem Paar Eingangsanschlüssen und einem Paar Ausgangsanschlüssen, wobei ein Ausgangssignal des ersten Speichers (25) einem ersten des Paars der Eingangsanschlüsse des Multiplizierers (26) zugeführt ist, einen Addierer/Subtrahierer (28) mit einem Paar von Eingangsanschlüssen und einem Ausgangsanschluß, wobei ein Ausgangssignal des Multiplizierers (26) einem ersten des Paars der Eingangsanschlüsse des Addierers/Subtrahierers (28) zugeführt ist,

   ein Schieberegister (29) zum Empfang eines Ausgangssignal des Addierers/Subtrahierers (28), eine Verriegelungsschaltung (30) zum Empfang eines Ausgangssignals des Schieberegisters(29), und mit einem

   Steueranschluß (30-CL) zum Steuern des Einlesens eines 8l-(A5O69-O2)-MeKl

   130016/083?

   Eingangssignals dazu,

   einen ersten Schalter (39) zum Wählen entweder des Ausgangssignals des Addierer/Subtrahierers (28) oder des Ausgangssignals der Verriegelungsschaltung (30), eine Verlustschaltung (31) zum Multiplizieren einer Konstante mit dem vom ersten Schalter (39) gewählten Ausgangssignal,

   einen zweiten Speicher (32) zum Speichern eines Ausgangssignals der Verlustschaltung (31),

   einen zweiten Schalter (38) zum Wählen entweder eines Eingangssignals oder des Ausgangssignals des Schieberegisters (29) oder des Ausgangssignals der Verlustschaltung (3I) zum Zuführen des gewählten Signals zu einem zweiten des Paars der Eingangsanschlüsse des Multiplizierers (26), eine Einrichtung zum Zuführen des Ausgangssignals des Addierer/Subtrahier er s (28) und eines Ausgangs signals des zweiten Speichers (32) zu einem zweiten des Paars der Eingangsanschlüsse des Addierer/Subtragierers (28), und eine Einrichtung zum Zuführen des Ausgangssignals der Verriegelungsschaltung (30) zu einem Ausgangsanschluß (35)-
2. 2. Sprachsynthesizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Verlustschaltung (3I) so ausgebildet ist, daß das Eingangssignal daran zu einem Signal addiert wird, das durch Invertieren des Eingangssignals und anschließend Verschieben des invertierten Signals um n-Bitstellungen (n ^ 1) in Richtung auf die niedrigstwertige Bitstellung abgeleitet ist, um das Ausgangssignal zu erzeugen (Fig. 8).

   130016/0037