JPH04343400A - 音声合成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は音声合成方式とその装置
に関し、特に適応差分ＰＣＭ（ＡＤＰＣＭ）方式を用い
音量調整機能を有する音声合成方式とその装置に関する
。

【０００２】

【従来の技術】ディジタルデータで音声信号を扱う場合
、まず図６（Ａ）に示したように、ある周期でサンプリ
ングして各サンプリングした値に対して量子化し、量子
化値に対応した符号に置き換えたものをパルス符号変調
（ＰＣＭ）という。一般的にはＡ／Ｄコンバータの出力
値がＰＣＭコードであり、図６（Ａ）は３ビットの場合
を示す。図６（Ａ）の斜線で示した部分が量子化による
誤差であり、量子化誤差と呼ばれている。この符号化方
式は、アナログ信号に対する量子化誤差が少なくなるよ
うに符号化を試みようとすると図６（Ｂ），（Ｃ）のよ
うに４ビット，５ビットとビット数が多く必要となり情
報量が増える。

【０００３】ＰＣＭ方式の音質改善並びに情報量削減と
して考え出されたのが、次に説明する差分ＰＣＭ（ＤＰ
ＣＭ）方式である。ＰＣＭ方式では、ビットのすべてを
割り当てて、音声波形の符号化を行っていた。

【０００４】この方法では、良質な音声を再生するには
、符号化ビット数を多くしなければならなかった。

【０００５】そこで音声信号の相関性を利用し、図７に
示したように前の音声信号との差分値に対してＰＣＭ符
号化を行ったものがＤＰＣＭである。つまり、同じビッ
ト数であれば、差分値に対して割り当てた方がより良質
な音声を合成することが出来る。また逆に同程度の音質
で良ければＤＰＣＭの符号ビット数を少なくでき音声デ
ータの情報圧縮を行うことも出来る。ＤＰＣＭ方式にお
いては差分値に対してのＰＣＭであるため、量子化のた
めの量子化幅が一定であり、急激な音声信号の振幅変化
や、あまりにも緩慢な音声信号の場合はひずみや雑音と
なって現れる。

【０００６】さらにＤＰＣＭに対して適応符号化の考え
方を導入してより高能率に音声信号を符号化したものが
、次に説明する適応差分ＰＣＭ（ＡＤＰＣＭ）方式であ
る。

【０００７】ＡＤＰＣＭ方式は、差分信号値の量子化幅
Δｉ　を前のサンプル値から定める方法である。すなわ
ち、前のサンプルの量子化幅をΔｉ−１　とすると次の
サンプル量子化幅は、次式で定められる。量子化係数ｋ
の値は前のサンプルの振幅値の関数として定めるもので
ある。

【０００８】

【０００９】一例として、表１に３ビットで量子化を行
う場合の量子化係数ｋの与え方を示す。

【００１０】

【表１】

【００１１】３ビットで量子化する場合、最上位の１桁
は符号ビットとして割り当てられるので残りの２ビット
が振幅の絶対値を示す。そして、この２ビットの振幅値
の中で、表１の矢印で示す値の半値に相当する振幅値以
上のコードに符号化された場合は、次のサンプルの量子
化幅が大きくなるようにｋの値を１よりも大きくする。 逆に、半値に相当する振幅値よりも小さな振幅の値であ
ったら、前の量子化幅よりも減少させるため、ｋを１よ
り小さくする。但し、ＡＤＰＣＭにおいては、量子化幅
の最大値と最小値を定めておき、必要以上に小さくなっ
たり、逆に大きくなったりすることがないようにしなけ
ればならない。

【００１２】基本的には、適応化された量子化幅Δによ
る量子化結果が、絶対値が常に許容レベルの中央付近に
あるようにして、オーバーロードひずみの状態（許容レ
ベルの上限に近づく状態）にも、粒状ノイズ（許容レベ
ルの下限に近づく状態）にもおちいらないようにする方
式である。

【００１３】一般に用いられている２〜５ビットの時の
量子化係数を表２に示す。

【００１４】

【表２】

【００１５】以上、音声符号化について説明したが、音
声合成においては前述した符号化の逆の動作により復号
することで実現する。量子化係数に関しては、符号化に
用いた値と同じ値を用いることで復号化する。

【００１６】次に音量調整について説明する。

【００１７】従来、ディジタル的に音量調整機構を有す
るものは一般に復号された合成信号１つ１つに対してシ
フト演算か、乗算により行っていた。また、ディジタル
量からアナログ量に変換した後、アナログ的に利得可変
アンプまたは可変抵抗により音量を調整していた。

【００１８】従来の音声合成装置の一例を図８に示す。 図８において、従来の音声合成装置は、ＡＤＰＣＭ方式
の復号に使用される乗算器１と、加減算器３と、ＡＤＰ
ＣＭ符号レジスタ４と、量子化係数セレクタ１５と、量
子化係数テーブル６と、復号された信号に対して所定の
倍率にするための乗算器１９と、前述した各ブロック間
を仲介するレジスタ７〜１１，１６〜１８とからなって
いた。

【００１９】次に動作について説明する。

【００２０】まず、読み出し専用メモリ等で構成された
ＡＤＰＣＭ符号記憶部（図８では省略してある）から読
み出したＡＤＰＣＭ符号を、ＡＤＰＣＭ符号レジスタ４
に一旦格納する。格納されたＡＤＰＣＭ符号の符号部Ｓ
は振幅レベルが正か負かの判別に相当する加算／減算の
切り換え制御のための制御信号として加減算器３に送ら
れる。ＡＤＰＣＭ符号の符号部Ｓ以外の振幅情報は、量
子化係数セレクタ１５のセレクタ制御信号として送られ
る。量子化係数セレクタ１５は、ＡＤＰＣＭ符号レジス
タ４から送られてきた信号をもとにして量子化係数テー
ブル６の中から該当する量子化係数を選択する。選択さ
れた量子化係数はレジスタ８に一旦格納される。すでに
前の復号に用いた量子化幅がレジスタ７に格納されてい
るので乗算器１を用いてレジスタ８の量子化係数とレジ
スタ７の前量子化幅との乗算を行い新しい量子化幅をレ
ジスタ１０に格納する。レジスタ１０の値を基準として
加減算器３とレジスタ９，１０を用いてＡＤＰＣＭ符号
のデータに基づいた値の回数分加算／減算を繰り返すこ
とで累算し復号化を行う。

【００２１】次に、復号化されたデータはレジスタ１７
に一旦格納され、倍率情報が格納されたレジスタ１６の
値と乗算器１９により乗算がなされることにより音量を
調整するというものであった。

【００２２】図８においては、乗算器を２個有している
が、音量調整と復号化とを時分割に行なうことにより乗
算器を１個としているものもある。

【００２３】また、音量調整用に乗算器は用いずに、復
号信号をＤ／Ａコンバータによりアナログ信号に変換し
、利得可変アンプにより音量調整するというものもあっ
た。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の音声合
成装置は、ＡＤＰＣＭ方式本来の複雑なアルゴリズムに
よる復号回路の動作を妨げないように復号化された後の
音声信号に対して音量調整を行っていたため、音量調整
専用の乗算器等の回路やアナログ回路が必要であるとい
う欠点があった。また、乗算器を少なくするために時分
割に使用しても復号の度ごとに乗算処理を行なわなけれ
ばならないため処理時間を多く必要とするという欠点が
あった。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明の音声合成方式は
、適応差分ＰＣＭ符号方式を用いて符号化されたディジ
タルデータから音声を合成する音声合成方式において、
適応差分ＰＣＭ符号である前記ディジタルデータの復号
化時における前記ディジタルデータの量子化幅の変化量
を符号化時に設定したこの変化量に対して可変すること
により音量調整を行なうものである。

【００２６】また、本発明の音声合成装置は、本発明の
音声合成方式に用いる音声合成装置において、前記ディ
ジタルデータの復号化に用いる前記量子化幅の設定用の
前記ディジタルデータの符号化時に設定した符号化量子
係数と同一の値である第一の量子化係数を含む予め定め
た複数の量子化係数を記憶する量子化係数記憶手段と、
前記量子化係数記憶手段から前記量子化係数を選択する
量子化係数選択手段と、前記量子化係数選択手段により
選択された前記量子化係数を乗算して前記量子化幅を設
定する乗算手段と、音量保持と音量増大と音量減少のい
ずれかを指示する音量調整信号を発生する音量調整信号
発生手段と、前記複数の量子化係数のうちから前記音量
調整信号の前記音量保持の指示により前記第一の量子化
係数を選択させ、前記音量調整信号の前記音量増大の指
示により前記第一の量子化係数より大きい値を選択させ
、前記音量調整信号の前記音量減少の指示により前記第
一の量子化係数より小さい値を選択させるよう前記量子
化係数選択手段をそれぞれ制御する量子化係数シフト手
段とを備えることにより構成されている。

【００２７】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２８】図１は本発明の音声合成装置の一実施例を
示すブロック図である。

【００２９】本実施例の音声合成装置は、図１に示すよ
うに、乗算器１と、量子化係数シフタ２と、加減算器３
と、ＡＤＰＣＭ符号レジスタ４と、量子化係数セレクタ
５と、量子化係数テーブル６と、以上の各構成要素を仲
介するレジスタ７〜１１とを備えて構成されている。

【００３０】量子化係数シフタ２は、ＡＤＰＣＭ符号レ
ジスタ４からの振幅情報Ａを１だけ増加（＋１）するイ
ンクリメンタ２２と、振幅情報Ａを１だけ減少（−１）
するデクリメンタ２３と、音量調整信号発生部（図１で
は省略）からの音量保持信号ＶＨ，音量増大信号ＶＵ，
音量減少信号ＶＤのいずれかの音量調整信号により、振
幅情報Ａをそのままかインクリメンタ２２の出力かある
いはデクリメタ２３の出力のいずれかを出力するよう選
択するセレクタ２１とを備えて構成されている。

【００３１】その他の構成要素については、前述の従来
の技術の例で示したものと共通部分であり、説明が重複
するのでここでは省略する。

【００３２】次に、本実施例の動作について説明する。

【００３３】ＡＤＰＣＭ方式の量子化幅は、量子化係数
ｋと前の量子化幅Δｎ−１　を用いて次式のように表さ
れる。

【００３４】

【００３５】音量を上げる場合は本来用いる量子化係数
ｋの値よりも大きな値を使用することで音量調整を行う
。また、音量を下げる場合は本来用いる量子化係数ｋの
値よりも小さな値を使用することで音量調整を行う。 量子化係数ｋの値を本来用いる値に対して別な値を用い
るということは、本来用いる量子化係数ｋに対して、次
式のように新たにｌという値が乗じられていることに相
当する。

【００３６】

【００３７】つまり、復号に用いられる量子化幅がｌ倍
されたことになる。また、音量調整信号があった時のみ
ｌを乗ずれば以降全てにｌが乗じられていることになる
。まず、音量調整をしない、すなわち、音量保持の場合
について説明する。読出し専用メモリ等で構成されたＡ
ＤＰＣＭ符号記憶部（図１では省略）から読出したＡＤ
ＡＰＣＭ符号化されたディジタルデータをＡＤＰＣＭレ
ジスタ４に一旦格納する。格納されたＡＤＰＣＭ符号デ
ータの符号部Ｓは、振幅レベルが正か負かの判別に相当
する加算あるいは減算の切替え制御のための制御信号と
して加減算器３に対して送られる。ＡＤＰＣＭ符号デー
タの符号部Ｓ以外の振幅情報は、量子化係数シフタ２に
入力される。量子化係数シフタ２のセレクタ２１は、音
量調整信号発生部（図１では省略）からの音量保持信号
ＶＨにより、ＡＤＰＣＭ符号レジスタ４からの振幅情報
Ａをそのまま量子化係数セレクタ５に出力する。以下、
前述の従来例と同様の動作によりＡＤＰＣＭ符号データ
の復号化を行なう。復号した復号信号波形の一例を図２
に示す。

【００３８】次に、音量調整をする、すなわち、音量増
大または音量減少の場合について説明する。

【００３９】量子化係数シフタ２のセレクタ２１は、音
量増大信号ＶＵにより、ＡＤＰＣＭ符号レジスタ４から
の振幅情報Ａを１だけ増加（＋１）するインクリメンタ
２２の出力を選択し、量子化係数セレクタ５に出力する
。その結果、量子化係数セレクタ５は、量子化係数テー
ブル６から振幅情報Ａが示す値よりも１ランク大きい値
の量子化係数を選択する。以下、前述の従来例と同様の
動作により、ＡＤＰＣＭ符号データの復号化を行なう。 同様に、音量減少信号ＶＤにより、ＡＤＰＣＭ符号レジ
スタ４からの振幅情報Ａを１だけ減少（−１）するデク
リメンタ２３の出力を選択し、量子化係数セレクタ５に
出力する。その結果、量子化係数セレクタ５は、量子化
係数テーブル６から振幅情報Ａが示す値よりも１ランク
小さい値の量子化係数を選択する。以下、前述の従来例
と同様の動作によりＡＤＰＣＭ符号データの復号化を行
なう。

【００４０】次に、本発明の第二の実施例について説明
する。

【００４１】図４は、本発明の第二の実施例を示すブロ
ック図である。

【００４２】本実施例の第一の実施例との相違点は、乗
算器の代りに、あらかじめ全ての量子化幅の乗算結果を
読出し専用メモリ等に格納した差分値テーブル１２と、
この差分値テーブル１２を引用するための量子化幅ポイ
ンタ１３と、量子化幅ポインタ１３を制御する量子化幅
ポインタコントローラ１４とを備え、その差分値テーブ
ル１２を引用することにより音声合成することである。 その他の構成要素については前述の第一の実施例で示し
たものと共通部分であり、説明が重複するのでここでは
省略する。

【００４３】次に、本実施例の動作について説明する。

【００４４】本実施例の音量調整は、第一の実施例と同
様に、復号時の量子化係数ｋに量子化係数の倍率ｍを乗
じることにより行なわれる。ただし、図５に示すような
差分値テーブル１２を用いる場合はｍは次式のようにな
る。

【００４５】

【００４６】ここで、ｎは量子化ポインタの移動量であ
る。

【００４７】図５は一例として４ビットＤＰＣＭの場合
の差分値テーブル１２の内容を説明する図である。最低
の量子化幅に対応する値を０として、１．２５倍ずつ量
子化係数を乗じた０〜１５までの領域の乗算結果テーブ
ルを用いて、引用領域における量子化幅ポインタ１３が
指示するポインタ値を増大方向あるいは減少方向に移動
することにより量子化係数の乗算の代りをさせるように
構成している。

【００４８】まず、第一の実施例と同様に、ＡＤＰＣＭ
符号記憶部（図４では省略）から読出したＡＤＡＰＣＭ
符号化されたディジタルデータをＡＤＰＣＭレジスタ４
に一旦格納する。格納されたＡＤＰＣＭ符号データの符
号部Ｓ以外の振幅情報Ａは、差分値テーブル１２のアド
レス指定と量子化係数シフタ２を介しての量子化幅ポイ
ンタコントローラ１４の制御に使用する。量子化幅ポイ
ンタコントローラ１４は、量子化幅ポインタ１３の前値
に対して、振幅情報Ａに対応した増分値あるいは減分値
を加算あるいは減算する。量子化幅ポインタ１３と振幅
情報Ａとにより指示される差分値テーブル１２の差分値
はレジスタ１０に読出され、復号信号の前値に加算ある
いは減算され、さらに累算されることにより復号される
。

【００４９】第一の実施例と同様に、音量調整信号発生
部（図４では省略）からの音量保持信号ＶＨ、音量増大
信号ＶＵ、音量減少信号ＶＤのいずれかの音量調整信号
により、音量調整を行なう。まず、音量保持信号ＶＨの
ときは、量子化幅ポインタコントローラ１４は、振幅情
報Ａを量子化係数シフタ２のセレクタ２１により直接量
子化幅ポインタコントローラ１４に出力する。したがっ
て、この場合は、音量調整は行なわれず前記のようにそ
のまま復号される。次に、音量増大信号ＶＵのときは、
振幅情報Ａを１だけ増加（＋１）するインクリメンタ２
２の出力を選択し、量子化幅ポインタコントローラ１４
に出力する。その結果、量子化幅ポインタコントローラ
１４は、量子化幅ポインタ１３の前値に対して振幅情報
Ａが示す本来の値よりも１ランク大きい値の増分値を指
示する。以下、前述と同様の動作によりＡＤＰＣＭ符号
データの復号化を行なう。同様に、音量減少信号ＶＤに
より、ＡＤＰＣＭ符号レジスタ４からの振幅情報Ａを１
だけ減少（−１）するデクリメンタ２３の出力を選択し
、量子化幅ポインタコントローラ１４に出力する。その
結果、量子化幅ポインタコントローラ１４は、量子化幅
ポインタ１３の前値に対して振幅情報Ａが示す本来の値
よりも１ランク小さい値の増分値を指示する。

【００５０】以下、前述と同様の動作によりＡＤＰＣＭ
符号データの復号化を行なう。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、適応差分
ＰＣＭ符号化されたディジタルデータの復号化時におけ
る量子化幅の変化量を、符号化時に設定した量子化幅の
変化量に対して可変して音量調整を行なうことにより、
音量調整専用の乗算回路やアナログ回路が不用になると
いう効果がある。また、時分割処理も不用であるので処
理時間も削減されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の音声合成装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。

【図２】ＡＤＰＣＭ方式の復号信号波形の一例を示す波
形図である。

【図３】本実施例における復号信号波形の一例を示す波
形図である。

【図４】本発明の音声合成装置の第二の実施例を示すブ
ロック図である。

【図５】第二の実施例における差分値テーブルの一例を
示す図である。

【図６】３ビット４ビットおよび５ビットのＰＣＭ波形
の説明図である。

【図７】差分ＰＣＭ方式の説明図である。

【図８】従来の音声合成装置の一例を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１，１９　　　　乗算器 ２　　　　量子化係数シフタ ３　　　　加減算器 ４　　　　ＡＤＰＣＭ符号レジスタ ５，１５　　　　量子化係数セレクタ ６　　　　量子化係数テーブル ７〜１１，１６〜１８　　　　レジスタ１２　　　　差
分値テーブル １３　　　　量子化幅ポインタ １４　　　　量子化幅ポインタコントローラ２１　　　
　セレクタ ２２　　　　インクリメンタ ２３　　　　デクリメンタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　適応差分ＰＣＭ符号方式を用いて符号
   化されたディジタルデータから音声を合成する音声合成
   方式において、適応差分ＰＣＭ符号である前記ディジタ
   ルデータの復号化時における前記ディジタルデータの量
   子化幅の変化量を符号化時に設定したこの変化量に対し
   て可変することにより音量調整を行なうことを特徴とす
   る音声合成方式。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の音声合成方式に用いる
   音声合成装置において、前記ディジタルデータの復号化
   に用いる前記量子化幅の設定用の前記ディジタルデータ
   の符号化時に設定した符号化量子化係数と同一の値であ
   る第一の量子化係数を含む予め定めた複数の量子化係数
   を記憶する量子化係数記憶手段と、前記量子化係数記憶
   手段から前記量子化係数を選択する量子化係数選択手段
   と、前記量子化係数選択手段により選択された前記量子
   化係数を乗算して前記量子化幅を設定する乗算手段と、
   音量保持と音量増大と音量減少のいずれかを指示する音
   量調整信号を発生する音量調整信号発生手段と、前記複
   数の量子化係数のうちから前記音量調整信号の前記音量
   保持の指示により前記第一の量子化係数を選択させ、前
   記音量調整信号の前記音量増大の指示により前記第一の
   量子化係数より大きい値を選択させ、前記音量調整信号
   の前記音量減少の指示により前記第一の量子化係数より
   小さい値を選択させるよう前記量子化係数選択手段をそ
   れぞれ制御する量子化係数シフト手段とを備えることを
   特徴とする音声合成装置。
3. 【請求項３】　　請求項１記載の音声合成方式に用いる
   音声合成装置において、前記ディジタルデータの復号化
   に用いる前記量子化幅と量子化係数とを乗算した全ての
   差分値データを格納した差分値記憶手段と、前記差分値
   記憶手段の内容を指示する量子化幅ポインタと、前記量
   子化幅ポインタの指示値を制御する量子化幅ポインタコ
   ントローラと、音量保持と音量増大と音量減少のいずれ
   かを指示する音量調整信号を発生する音量調整信号発生
   手段と、前記量子化幅ポインタの前値に対し前記音量調
   整信号の前記音量保持の指示により前記ディジタルデー
   タの符号化時に設定した前記差分値データが指示する差
   分値データ変動値をそのまま指示させ、前記音量調整信
   号の前記音量増大の指示により前記差分値データ変動値
   より大きい値を指示させ、前記音量調整信号の前記音量
   減少の指示により前記差分値データ変動値より小さい値
   を指示させるよう前記量子化幅ポインタコントローラを
   それぞれ制御する量子化係数シフト手段とを備えること
   を特徴とする音声合成装置。