JPH0439678B2 - - Google Patents

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JPH0439678B2
JPH0439678B2 JP59160491A JP16049184A JPH0439678B2 JP H0439678 B2 JPH0439678 B2 JP H0439678B2 JP 59160491 A JP59160491 A JP 59160491A JP 16049184 A JP16049184 A JP 16049184A JP H0439678 B2 JPH0439678 B2 JP H0439678B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明はCSMパラメータ、すなわち高々4〜
6波の周波数で表現されるCSM(Composite
Simusoidal Modeling:複合正弦波モデル)パ
ラメータ量子化に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field) The present invention relates to CSM parameters, i.e. at most 4 to
CSM (Composite
Simusoidal Modeling: Complex sine wave model) related to parameter quantization.

(従来技術) 音声合成器として従来LPC型音声合成器が広
く用いられているが、LPC型音声合成器は一般
に構造が複雑である。また音声合成に用いる
LPCフイルタの特性が、パラメータ伝送時のエ
ラー等によりその安定性が損なわれるという欠点
がある。
(Prior Art) Conventionally, LPC-type speech synthesizers have been widely used as speech synthesizers, but LPC-type speech synthesizers generally have a complicated structure. Also used for speech synthesis
The characteristic of the LPC filter is that its stability is compromised due to errors during parameter transmission.

これに対してCSMを用いて音成合成を行なう
CSM型音声合成器は、後に詳述するように、フ
イルタを有しておらずその構造が非常に簡単であ
り、本質的に合成時における安定性の問題を生ず
ることはない。しかしながらCSMパラメータの
量子化に関しては従来、パラメータの各振幅を別
別に量子化されており、パラメータ相互の関係を
考慮していなかつた。そのためCSMパラメータ
の特性を充分に利用した量子化が行なわれず量子
化の効率が低いという欠点を有していた。
For this, we perform sound synthesis using CSM.
As will be described in detail later, the CSM type speech synthesizer does not have a filter and has a very simple structure, and essentially does not cause stability problems during synthesis. However, regarding the quantization of CSM parameters, conventionally each amplitude of the parameter was quantized separately, and the relationship between the parameters was not considered. Therefore, quantization that takes full advantage of the characteristics of the CSM parameters is not performed, resulting in low quantization efficiency.

(発明の目的) 本発明の目的はCSMパラメータを量子化する
場合における上述の問題を解決し、効率のよい量
子化方法を提供することにある。
(Objective of the Invention) An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems when quantizing CSM parameters and to provide an efficient quantization method.

(発明の構成) 本発明の量子化方法は、音声のスペクトル包絡
を所定の数nの周波数と振幅とが自由な正弦波の
集合で表現するCSMパラメータの量子化に於い
て、振幅の集合{m1、m2、…、mo}をa=max
{m1、m2、…、mo}で表現される正規化係数a
により正規化する手段を有して構成される。
(Structure of the Invention) The quantization method of the present invention uses a set of amplitudes { m 1 , m 2 , ..., m o }, a=max
Normalization coefficient a expressed as {m 1 , m 2 , ..., m o }
It is configured to have means for normalizing by.

(原理) 最初にCSM型音声合成器の原理について説明
する。
(Principle) First, we will explain the principle of the CSM type speech synthesizer.

CSMとは、音声信号を、振幅と周波数とを自
由に選べるパラメータとしてもつ特定の個数の正
弦波の和として、表現するものである。この正弦
波の個数としては高々4〜6個の予め定めた数が
用いられる。
CSM expresses an audio signal as the sum of a specific number of sine waves whose amplitude and frequency are freely selectable parameters. A predetermined number of 4 to 6 sine waves is used at most.

従つてCSM音声合成を行なう場合には、まず、
音声信号をCSM音声分析により、予め定められ
た個数の正弦波の和として表現する必要がある。
CSM音声分析については後に詳述することとし、
ここではその要点のみを説明する。
Therefore, when performing CSM speech synthesis, first,
It is necessary to express the audio signal as a sum of a predetermined number of sine waves using CSM audio analysis.
CSM voice analysis will be explained in detail later.
Only the main points will be explained here.

CSM分析においてもLPC分析の場合と同様に、
位相情報の無視、音源の影響の平均化、雑音成分
による不安定性の回避等を目的に中間パラメータ
として自己相関係数を使用する。
In CSM analysis, as in LPC analysis,
An autocorrelation coefficient is used as an intermediate parameter for the purpose of ignoring phase information, averaging the influence of sound sources, and avoiding instability due to noise components.

すなわち、CSM分析は、各分析フレーム毎に
表現されるべき音声波形から直接算出される標本
自己相関係数の低次のタツプのN個を、合成波の
自己相関係数の低次のタツプのN個と一致するよ
うに、合成すべき各正弦波の周波数およびその強
度(電力振幅)を決定することである。
In other words, in CSM analysis, N low-order taps of sample autocorrelation coefficients directly calculated from the speech waveform to be expressed for each analysis frame are combined with N low-order taps of autocorrelation coefficients of a synthesized wave. The purpose is to determine the frequency and intensity (power amplitude) of each sine wave to be synthesized so that they match the N sine waves.

今、合成すべき正弦波の個数をnとし、各正弦
波の角周波数をωi(i=1、2、…、n)、各正弦
波の強度をmiとすると、CSMの合成波ytは yt=oi=1isin(ωit+φi) となるが、このタツプlの自己相関係数γlはωi
miを用いて容易に表わされ γloi=1 micoslωi である。
Now, if the number of sine waves to be synthesized is n, the angular frequency of each sine wave is ω i (i=1, 2,..., n), and the intensity of each sine wave is m i , then the CSM composite wave yt is yt= oi=1i sin(ω i t+φ i ), but the autocorrelation coefficient γ l of this tap l is ω i ,
It is easily expressed using m i and γ l = oi=1 m i coslω i .

一方、表現されるべき音声波形のサンプルを
Xtとすると、あるフレームにおけるタツプlの
標本自己相関係数vlは vl=1/MM-1t=l XtXt-l として与えられる。但し、Mは1分析フレームに
おけるサンプル数である。
On the other hand, the sample of the audio waveform to be expressed is
When X t is assumed, the sample autocorrelation coefficient v l of tap l in a certain frame is given as v l =1/M M-1t=l X t X tl . However, M is the number of samples in one analysis frame.

さて、CSM分析においては、上述のγlが、与
えられたvlと低次のN個について等しくなるよう
に各mi、ωiの値を決定することである。
Now, in the CSM analysis, the value of each m i and ω i is determined so that the above-mentioned γ l is equal to the given v l for N low-order values.

すなわち、 γl=vl :但し、l=0、1、2、…、N が成立するようにmi、ωiの値を決定することであ
る。
In other words, the values of m i and ω i are determined so that γ l =v l where l=0, 1, 2, . . . , N holds true.

この具体的な方法については後に詳述すること
にして、ここでは、上述のn個の正弦波のmi
よびωiが与えられた音声信号に応答して各分析フ
レームごとに次次に得られるものとする。
This specific method will be explained in detail later, but here, m i and ω i of the n sine waves mentioned above are obtained one after another for each analysis frame in response to a given audio signal. shall be provided.

こうして得られたCSMパラメータmi、ωiによ
る音声特徴ベクトルパターンの一例を第1図に示
す。
FIG. 1 shows an example of a speech feature vector pattern based on the CSM parameters m i and ω i obtained in this way.

また、分析フレームの窓長を30cmSECとして分
析した9次(N=9)のCSM(正弦波の個数n=
5)ラインスペクトルと、同一の音声サンプルよ
り求めた9次のLPCスペクトル包絡(LPC合成
フイルタの周波数伝送特性)との対応例を第2図
に示す。
In addition, the 9th order (N = 9) CSM (number of sine waves n =
5) Figure 2 shows an example of the correspondence between the line spectrum and the 9th-order LPC spectrum envelope (frequency transmission characteristic of the LPC synthesis filter) obtained from the same audio sample.

なお、上述の次数Nと、正弦波の個数nとの間
には、後述するように N=2n−1 の関係がある。
Note that there is a relationship of N=2n-1 between the above-mentioned order N and the number n of sine waves, as described later.

これらの図より、CSMは表現すべき原音声の
特徴を抽出した情報を含んでいることが窺える。
From these figures, it can be seen that the CSM contains information that extracts the features of the original speech that should be expressed.

しかしながら、こうしてCSM分析の結果得ら
れたn組のmi、ωiの値を用いて、このmi、ωiで指
定される強度(実際の振幅は前述のようにmi
および角周波数をもつn個の正弦波を作り、これ
を単純に加算合成したたけでは、人間の耳には、
単に正弦波が合成された音として聞えるだけで、
もとの音声を再現するという目的は達成できな
い。
However, using n sets of m i and ω i values obtained as a result of CSM analysis, the intensity specified by m i and ω i (the actual amplitude is m i as mentioned above)
If you create n sine waves with angular frequencies and simply add and synthesize them, the human ear will hear:
You can simply hear it as a synthesized sound of sine waves,
The purpose of reproducing the original sound cannot be achieved.

これは、正弦波を単純加算しても、発生された
信号のスペクトルは、離散化されたn個の線スペ
クトルに過ぎず、一方音声信号のスペクトルは連
続的なスペクトル包絡を有し、さらにまた、有声
音ではピツチ構造で表現され、また無声音では確
率過程で表現される微細なスペクトル構造を合せ
もつていて、単純加算したCSMと音声信号とは
スペクトル構造が全く異なつていることに起因す
ると考えられる。
This means that even if you simply add sine waves, the spectrum of the generated signal is just a discretized n-line spectrum, whereas the spectrum of the audio signal has a continuous spectral envelope, and also This is thought to be due to the fact that voiced sounds are expressed by a pitch structure, and unvoiced sounds have a fine spectral structure expressed by a stochastic process, and the spectral structures of the simply added CSM and the speech signal are completely different. It will be done.

そこで、CSMを用いて音声を合成するには、
何らかの方法を用いて線スペクトルを連続的なス
ペクトルへ拡散することが必要となる。つまり
CSM音声合成とは、第1図、第2図で示される
ような線スペクトルで表現された音声特徴ペクト
ルパターンから音声スペクトルパターンを発生さ
せることと考えることができる。
Therefore, to synthesize speech using CSM,
It is necessary to use some method to spread the line spectrum into a continuous spectrum. In other words
CSM speech synthesis can be thought of as generating a speech spectrum pattern from speech feature spectral patterns expressed by line spectra as shown in FIGS. 1 and 2.

本発明においては、CSM音声合成において上
述のスペクトル拡散を行なうために、以下のよう
な手法を用いる。
In the present invention, the following method is used to perform the above-described spread spectrum in CSM speech synthesis.

すなわち、有声音は明確なピツチ構造を有する
ため、前述のようにして指定されるn個の各正弦
波を、このピツチ周期ごとに位相のリセツトを行
なう。これにより、簡単にスペクトル包絡の発生
とピツチの微細スペクトル構造の発生とが可能に
なる。
That is, since voiced sounds have a clear pitch structure, the phase of each of the n sine waves specified as described above is reset every pitch period. This makes it possible to easily generate a spectral envelope and a fine pitch spectral structure.

さらにまた、実施例の説明において詳述するよ
うな特殊の時間窓処理を上述の位相リセツト波形
に施すことにより位相リセツト時における合成波
形の不連続性を除き、音声波形のもつ連続性を確
保している。
Furthermore, by applying special time window processing to the above-mentioned phase reset waveform as detailed in the explanation of the embodiment, discontinuity in the synthesized waveform at the time of phase reset can be removed and continuity of the audio waveform can be ensured. ing.

以上の実施により第2図に示したCSMのライ
ンスペクトルは、第3図Aに示されるように拡散
され、スペクトル包絡とピツチの微細構造とを有
するスペクトルに変化し、聴覚的にも充分実用に
耐える音質が得られることが実験結果明らかとな
つている。
Through the above implementation, the CSM line spectrum shown in Figure 2 is diffused as shown in Figure 3A, and changed to a spectrum having a spectral envelope and pitch fine structure, which is sufficiently practical for auditory purposes. Experimental results have shown that durable sound quality can be obtained.

なお、参考のため、上述の処理を行なわず、単
純加算をしただけのCSMのスペクトルを第3図
Bに示す。前述のように、このようなスペクトル
をもつ波形では聴覚的には単に正弦波が合成され
た音として聞えるだけで、音声を再現するという
目的は達成されない。
For reference, FIG. 3B shows a CSM spectrum obtained by simple addition without performing the above-mentioned processing. As mentioned above, a waveform with such a spectrum simply sounds like a synthesized sound of sine waves, and the purpose of reproducing speech cannot be achieved.

以上は有声音の場合であるが、無声音の場合に
は以下のように行なう。すなわち、上述の有声音
の場合に、ピツチ同期毎に行なつた位相のリセツ
トと特殊の時間窓処理とを、無声音の場合にはピ
ツチ同期のかわりに、確率過程としてランダムに
発生するその同期が分布幅と下限値とを設定され
たパルスを用い、このパルスの発生時点ごとに上
述の処理を実施するようにする。
The above is for voiced sounds, but in the case of unvoiced sounds, it is performed as follows. In other words, in the case of voiced sounds described above, the phase reset and special time window processing performed at each pitch synchronization are performed, and in the case of unvoiced sounds, the synchronization that occurs randomly as a stochastic process is performed instead of pitch synchronization. Using a pulse with a distribution width and a lower limit value set, the above-described process is performed every time this pulse is generated.

以上の手法を用いることにより聴覚的に充分実
用に耐えるCSM合成を行なうことができる。な
お、以上のCSM合成はフイルタを用いない合成
法であるため、合成側の安定性に対する考慮を必
要としない。このため、mi、ωiの情報を合成側に
伝送し、合成側で音声を再現するような通信手段
に用いる場合に、回線品質が比較的に劣悪で伝送
途中にエラーを発生するようなときにはボコーダ
よりも良好な音質が得られるという特徴が考えら
れる。
By using the above method, it is possible to perform CSM synthesis that is auditorily sufficient for practical use. Note that the above CSM synthesis is a synthesis method that does not use a filter, and therefore does not require consideration of stability on the synthesis side. Therefore, when using a communication method that transmits the information of m i and ω i to the synthesis side and reproduces the voice on the synthesis side, the line quality is relatively poor and errors may occur during transmission. In some cases, it may be possible to obtain better sound quality than a vocoder.

(実施例) 次に本発明を実施例を用いて詳細に説明する。(Example) Next, the present invention will be explained in detail using examples.

説明の都合上、本発明を含む分析合成系を用い
て本発明を説明する。
For convenience of explanation, the present invention will be described using an analytical synthesis system that includes the present invention.

第4図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
ある。
FIG. 4 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.

本実施例は送信側1と、受信側2よりなる。 This embodiment consists of a transmitting side 1 and a receiving side 2.

送信側1は、さらに、A/D変換器101、ハ
ミング窓処理器102、自己相関係数計測器10
3CSM分析器104、CSM量子化器105、電
力補正量子化器106、ピツチ抽出器107、有
声音/無声音判定器108およびマルチプレクサ
109を含む。
The transmitting side 1 further includes an A/D converter 101, a Hamming window processor 102, and an autocorrelation coefficient measuring device 10.
3CSM analyzer 104, CSM quantizer 105, power correction quantizer 106, pitch extractor 107, voiced/unvoiced sound determiner 108, and multiplexer 109.

また、受信側2は、さらに、デマルチプレクサ
および復合化器201、補間器202、有声音/
無声音切替器203、周期算出器204、乱数発
生器205、n個の、位相リセツト機能付可変周
波数発振器206−1,206−2,……,20
6−n、n個の可変利得増幅器207−1,20
7−2,……207−n、加算合成器208、可
変長窓関数発生器209、乗算器210および乗
算器211を含んでいる。
In addition, the receiving side 2 further includes a demultiplexer and decoder 201, an interpolator 202, a voiced/
Unvoiced sound switcher 203, period calculator 204, random number generator 205, n variable frequency oscillators with phase reset function 206-1, 206-2, ..., 20
6-n, n variable gain amplifiers 207-1, 20
7-2, .

さて、本実施例の動作は下記の通りである。伝
送されるべき音声波形は、入力ライン1000を
介して、A/D変換器101に供給され、ここ
で、振幅および時間軸が量子化されたデイジタル
データに変換され、この出力はそれぞれ、ハミン
グ窓処理器102、ピツチ抽出器107、有声
音/無声音判定器108の入力側に供給される。
Now, the operation of this embodiment is as follows. The audio waveform to be transmitted is fed via an input line 1000 to an A/D converter 101, where it is converted into digital data whose amplitude and time axis are quantized, and whose outputs are each passed through a Hamming window. The signal is supplied to the input sides of a processor 102, a pitch extractor 107, and a voiced/unvoiced sound determiner 108.

ハミング窓処理器102に供給されたデイジタ
ルデータは、予め定められている1フレームごと
に、公知のハミング窓関数による荷重乗算がなさ
れ、各フレームのデータごとに自己相関係数計測
器103に供給される。
The digital data supplied to the Hamming window processor 102 is subjected to weight multiplication using a known Hamming window function for each predetermined frame, and is supplied to the autocorrelation coefficient measuring device 103 for each frame of data. Ru.

自己相関係数計測器103は、こうして入力さ
れた各フレームのデータごとに前述した下記の演
算により低位のN個の自己相関係数vl(但しl=
1、2、……N)を求める。
The autocorrelation coefficient measuring device 103 calculates the lowest N autocorrelation coefficients v l (where l=
1, 2,...N).

すなわち、1フレーム分のデータをXt(但しt
=0、1、……、M−1)とすると、 vl=1/MM-1t=l XtXt-l の演算処理を行なうことにより、N個の各vlを求
める。
In other words, data for one frame is X t (where t
= 0 , 1 , .

こうして求められた各フレームごとのvlの組を
次のCSM分析器に供給するとともにこの中のv0
(つまりv0=1/MM-1t=0 X2 t)をこのフレームにおける 電力情報として、電力補正量子化器106に供給
する。
The set of v l for each frame obtained in this way is supplied to the next CSM analyzer, and the set of v 0 in this is supplied to the next CSM analyzer.
(that is, v 0 =1/M M-1t=0 X 2 t ) is supplied to the power correction quantizer 106 as power information in this frame.

さて、上述の各フレームごとの自己相関係数vl
の組の供給を受けたCSM分析器104は後に詳
述する演算を行なうことによつて、対応するフレ
ームのCSMのn個の各正弦波の強度および角周
波数を指定するmi、ωi(但しi=1、2、……n)
の組を決定し、これをCSM量子化器105に供
給する。
Now, the autocorrelation coefficient v l for each frame mentioned above
The CSM analyzer 104, which has been supplied with the set m i , ω i ( However, i=1, 2,...n)
and supplies this to the CSM quantizer 105.

CSM量子化器105は本発明を構成する直接
的な部分であり別途詳細に説明するが、その概要
は以下の通りである。
The CSM quantizer 105 is a direct part constituting the present invention and will be explained in detail separately, but its outline is as follows.

CSM量子化器105はこれらmi、ωiの値の組
を振幅の集合{m1、m2、……、mo}から求めら
れるa=max{m1、m2、……、mo}で表わされ
る正規化係数aを検索し、前記aを補正データと
して電力量子化器106へ出力するとともに、前
記aを用いて前記集用{m1、m2、……mo}を正
規化する手段を含んで量子化するものであり、量
子化ビツト数は、再生音質に対する要求と回線の
伝送容量とを勘案して定まる適当なビツト数が選
択される。CSM量子化器105は前記mi、ωi
値の組を量子化した後、マルチプレクサ109に
供給する。
The CSM quantizer 105 converts the set of values of m i and ω i into a=max {m 1 , m 2 , ..., m obtained from the set of amplitudes {m 1 , m 2 , ..., m o } o }, and outputs the a to the power quantizer 106 as correction data, and uses the a to calculate the collection {m 1 , m 2 , . . . m o }. The quantization method includes normalization means, and the number of quantization bits is selected as an appropriate number of bits determined by taking into consideration the requirements for reproduction sound quality and the transmission capacity of the line. The CSM quantizer 105 quantizes the set of values of m i and ω i and then supplies it to the multiplexer 109 .

また前述のv0と正規化係数aの供給を受けた電
力量子化器106も、v0を上述の観点から定まる
適当な粗さで量子化した後、同様にマルチプレク
サ109に供給する。
Furthermore, the power quantizer 106 that receives the aforementioned v 0 and the normalization coefficient a quantizes the v 0 with an appropriate roughness determined from the above-mentioned viewpoint, and then similarly supplies the same to the multiplexer 109 .

また、A/D変換器101から原音声信号のデ
イジタルを適当に量子化したデータとしてマルチ
プレクサ109に供給し、同様に有声音/無声音
判定器108も供給されたデイジタルデータより
有声音/無声音の判定を行ないこれを2値信号と
してマルチプレクサ109に供給する。
Further, the digital original audio signal is supplied from the A/D converter 101 as appropriately quantized data to the multiplexer 109, and similarly, the voiced/unvoiced sound determiner 108 also determines voiced/unvoiced sound based on the supplied digital data. and supplies it to the multiplexer 109 as a binary signal.

以上の信号の供給を受けたマルチプレクサ10
9は、これらの信号を、受信側における分離が容
易に行なえ、また与えられた伝送路を伝送するの
に適した形に合成し、伝送路1200を介して受
信側2に伝送する。
The multiplexer 10 supplied with the above signals
9 combines these signals into a form that can be easily separated on the receiving side and is suitable for transmission over a given transmission path, and transmits the combined signals to the receiving side 2 via a transmission path 1200.

さて受信側2においては、こうして伝送された
信号をデマルチプレクサおよび復合化器201に
おいて復合化および分離を行なうことによつて、
送信側1のマルチプレクサ109の入力側におけ
る各信号を復元する。
Now, on the receiving side 2, the thus transmitted signals are demultiplexed and separated in the demultiplexer and decoder 201, so that
Each signal at the input side of the multiplexer 109 on the transmitting side 1 is restored.

こうして復元された各信号は、メモリ機能を有
する補間器202に供給され、必要な補間がほど
こされた後、それぞれ次のように用いられる。
Each signal thus restored is supplied to an interpolator 202 having a memory function, and after performing necessary interpolation, it is used as follows.

まず、CSMのn個の各波の角周波数を指定す
るωi(ω1〜ωo)は、前記n個の位相リセツト機能
付可変周波数発振器206−1〜206−nの周
波数制御入力に加えられ、これらの発振器の出力
角周波数を指定された角周波数ω1〜ωoに設定す
る。
First, ω i1 to ω o ) specifying the angular frequency of each of the n waves of the CSM is added to the frequency control input of the n variable frequency oscillators with phase reset function 206-1 to 206-n. and sets the output angular frequencies of these oscillators to specified angular frequencies ω 1 to ω o .

また、CSMのn個の各波の強度(電力振幅)
と指定するm1〜moは前記n個の可変利得増幅器
207〜1〜207−nの利得制御端子に供給さ
れ、これによつて各周波数の発振電力が指定され
た値になるように制御する。
Also, the intensity (power amplitude) of each of the n waves of CSM
m 1 to m o specified as are supplied to the gain control terminals of the n variable gain amplifiers 207 to 1 to 207-n, thereby controlling the oscillation power of each frequency to a specified value. do.

こうして得られたn個の出力は、可算合成器2
08において可算合成が行なわれた後、次の乗算
器210に供給される。
The n outputs thus obtained are the countable combiner 2
After the countable combination is performed in step 08, the signal is supplied to the next multiplier 210.

さて、デマルチプレクサおよび復合化器201
から出力されるピツチ周期情報は、メモリを含む
補間器202において、必要に応じて補間が施さ
れ、ピツチ周期を表わすデイジタルデータとして
有声音/無声音切替器203に供給される。
Now, the demultiplexer and demultiplexer 201
The pitch period information outputted from the interpolator 202 including a memory performs interpolation as necessary, and is supplied to the voiced/unvoiced sound switch 203 as digital data representing the pitch period.

一方、乱数発生器205で発生された乱数が、
パルス間隔演算器204に供給され、ここで乱数
の分布幅およびその下限値が特定の値になるよう
に変換され、無声音時の位相リセツト時間間隔を
決定するデータ列として有声音/無声音切替器2
03の他方の入力に供給される。
On the other hand, the random number generated by the random number generator 205 is
It is supplied to the pulse interval calculator 204, where it is converted so that the distribution width of the random number and its lower limit become a specific value, and is sent to the voiced/unvoiced sound switch 2 as a data string that determines the phase reset time interval for unvoiced sounds.
03's other input.

またデマルチプレクサおよび復号化器201か
ら出力される有声音無声音を区別する2値信号
(V/U)は前述の切替器203の切替制御信号
として供給され、有声音の場合には、切替器20
3が補間器202から出力する前述のピツチ周期
を表わすデイジタルデータ側を選択して、これを
窓関数発生器209に供給する。
Further, a binary signal (V/U) that distinguishes between voiced and unvoiced sounds output from the demultiplexer and decoder 201 is supplied as a switching control signal to the above-mentioned switch 203, and in the case of voiced sounds, the switch 20
3 selects the digital data representing the aforementioned pitch period output from the interpolator 202 and supplies it to the window function generator 209.

またもし前記2値信号(V/U)が無声音を指
定する場合には、切替器203は、前述の周期演
算器204の出力の確率過程で発生するランダム
な時間間隔を表わすデータ列側を選択し、これを
上述のピツチ周期を表わすデイジタルデータ例の
かわりに、窓関数発生器209に供給する。
Furthermore, if the binary signal (V/U) specifies an unvoiced sound, the switch 203 selects the data string side representing a random time interval generated in the stochastic process of the output of the period calculator 204. This is then supplied to the window function generator 209 in place of the above-mentioned example of digital data representing the pitch period.

さて、窓関数発生器209は、位相リセツトに
よつて出力波形に生ずる不連続を除き音声波形の
もつ連続性を確保する窓関数を発生するためのも
ので、またさらにこの窓関数と密接な時間関係を
有する位相リセツト用パルスをも発生する。
Now, the window function generator 209 is for generating a window function that ensures the continuity of the audio waveform except for discontinuities that occur in the output waveform due to phase reset, and furthermore, the window function A related phase reset pulse is also generated.

前述のように窓関数発生器209には切替器2
03を介して、次次の位相リセツト用パルス間の
間隔を指定するデータ列が入力されるが、窓関数
発生器209は、このデータで指定される時間間
隔を有するインパルスを次次に発生し、これをラ
イン2090を介して位相リセツト機能付可変周
波数発振器206−1〜206−nの位相リセツ
ト端子に供給し、これによつてこれら発振器の位
相リセツトを行なう。またこれをライン2090
を介して補間器202に供給し、角周波数データ
ωiおよび強度データmiを補間するためのタイミン
グ信号として使用する。
As mentioned above, the window function generator 209 includes a switch 2.
03, a data string specifying the interval between the next phase reset pulses is input, and the window function generator 209 successively generates impulses having the time intervals specified by this data. , is supplied via line 2090 to the phase reset terminals of variable frequency oscillators with phase reset function 206-1 to 206-n, thereby resetting the phases of these oscillators. Also add this to line 2090
and is used as a timing signal for interpolating the angular frequency data ω i and the intensity data m i .

さて、窓関数発生器209は上述の位相リセツ
ト用パルスの発生と同期して下記のような可変長
の窓関数w(x)を発生する。
Now, the window function generator 209 generates a variable length window function w (x) as shown below in synchronization with the generation of the above-mentioned phase reset pulse.

すなわち、入力されたデータにより指定された
その時点における位相リセツト用パルス間間隔の
値をTとし、前の位相リセツト用パルスが発生し
てからの経過時間をxとすると w(x)=0.5+0.5cos(πx/T) 但し0<xT で表わされるような窓関数を発生する。この窓関
数w(x)を第5図Aに示す。上述のTの値は、有声
音の場合にはピツチ周期を表わし、無声音の場合
には確率過程で発生する変数を表わすので時間と
ともに変化する。従つて、この窓関数w(x)は可変
長であり、上述の位相リセツト用パルスの発生と
第5図Bに示すような相対時間関係で同期してい
る(窓関数の開始時点および終止時点が位相リセ
ツト用パルスの発生時点とほぼ一致している)。
That is, if T is the value of the interval between phase reset pulses at that point specified by the input data, and x is the elapsed time since the previous phase reset pulse was generated, w (x) = 0.5 + 0. .5cos(πx/T) However, a window function expressed as 0<xT is generated. This window function w (x) is shown in FIG. 5A. The above-mentioned value of T represents the pitch period in the case of a voiced sound, and represents a variable that occurs in a stochastic process in the case of an unvoiced sound, so it changes over time. Therefore, this window function w (x) has a variable length and is synchronized with the generation of the phase reset pulse described above in the relative time relationship shown in FIG. 5B (the start and end points of the window function (This almost coincides with the time point at which the phase reset pulse is generated.)

こうして発生された窓関数はライン2091を
介して乗算器210に供給される。この結果、乗
算器210において、加算合成器208で合成さ
れた各位相リセツト用パルスごとに位相リセツト
されるn個の正弦波形と、各位相リセツト用パル
スに同期して発生される上述の窓関数w(x)との積
が得られる。こうして得られる波形は、各正弦波
が位相リセツトされる直前で窓関数w(x)の乗算に
より連続的に0に収束されており、また位相リセ
ツト時点では各正弦波は0から立ち上るので波形
の連続性が確保され、かくして窓関数w(x)の乗算
により位相リセツト波形に生ずる不連続性を除く
ことができる。
The window function thus generated is provided to multiplier 210 via line 2091. As a result, the multiplier 210 generates n sine waveforms whose phase is reset for each phase reset pulse synthesized by the summing synthesizer 208, and the above-mentioned window function generated in synchronization with each phase reset pulse. The product with w (x) is obtained. The waveform obtained in this way is continuously converged to 0 by multiplying the window function w (x) just before each sine wave is phase reset, and since each sine wave rises from 0 at the time of phase reset, the waveform Continuity is ensured, and thus discontinuity occurring in the phase reset waveform by multiplication by the window function w (x) can be removed.

不連続性を除かれた乗算器210の出力は、次
の乗算器211に供給され、ここで送信側1から
送られた各フレームの電力情報によつて加重さ
れ、合成音声としてライン2000から出力され
る。
The output of the multiplier 210 from which discontinuities have been removed is supplied to the next multiplier 211, where it is weighted by the power information of each frame sent from the transmitting side 1, and is output from line 2000 as synthesized speech. be done.

以上に説明したように、本実施例の受信側2に
おいては、前述した音声合成に必要なCSM合成
が実行され、この結果、送信側1に入力した原音
声の再現が、伝送路1200における情報量の圧
縮や伝送エラーにもかかわらず比較的良好な音質
をもつて行なわれることになる。
As explained above, on the receiving side 2 of this embodiment, the CSM synthesis necessary for the above-mentioned speech synthesis is executed, and as a result, the reproduction of the original voice inputted to the transmitting side 1 is transmitted using the information on the transmission path 1200. This is done with relatively good sound quality despite volume compression and transmission errors.

以上で説明した補間器202における各伝送デ
ータに対する補間は、送信側1で各伝送データを
量子化する際の粗さに応じて種種の組合せ(例え
ばωiだけ、あるいはωi、miだけ等)で行なうこと
が可能で、また補間の方法も、直線補間あるいは
さらに高級な関数による補間を用いることも可能
である。なお、ωi、miに対する補間に関しては、
上述の位相リセツト用パルスの発生時点ごとに補
間データが得られるように補間点を選定すること
が有利であり、ωi、miの値の更新をこのタイミン
グで行なうために前述のように位相リセツト用パ
ルスをライン2090を介して補間器202に供
給している。
The interpolation for each transmission data by the interpolator 202 described above is performed using various combinations (for example, only ω i , or only ω i , m i , etc.) ), and it is also possible to use linear interpolation or interpolation using a higher-level function. Regarding interpolation for ω i and m i ,
It is advantageous to select interpolation points so that interpolated data can be obtained at each time point when the above-mentioned phase reset pulse occurs, and in order to update the values of ω i and m i at this timing, the phase A reset pulse is provided to interpolator 202 via line 2090.

このような補間を行なうためには、必要な後の
データが到着するかまたは発生するかした後に補
間データが求められるため、発振器206に対す
る位相のリセツトおよび周波数ωiの設定、また増
幅器207に対する強度miの設定等の実際の処
理は、実時間より必要な一定時間だけ遅れて実行
されることになる。このため補間器202には必
要な情報を必要時点まで記憶しておくためのメモ
リが含まれている。
In order to perform such interpolation, since the interpolated data is obtained after the required subsequent data arrives or occurs, it is necessary to reset the phase and set the frequency ω i for the oscillator 206, and also adjust the intensity for the amplifier 207. Actual processing such as the setting of m i will be executed with a necessary fixed time delay from the actual time. For this reason, interpolator 202 includes a memory for storing necessary information until a necessary point in time.

次に、位相リセツト機能付可変周波数発振器2
06の回路例を第6図に示す。周波数制御端子2
061に加わる電圧によつて、定電流電源206
2および2063に流れる。容量2064に対す
る充放電電流値を制御し、これによつて発振周波
数を可変とする。v点の発振電圧波形は基準電圧
の+Vrと−Vrとの間を直線的に上下する三角波
形となる。位相リセツト端子2065にインパル
スを加えるとv点は瞬間的に接地されて、強制的
に0電位に引き戻され、そこから発振を再スター
トして位相リセツトが行なわれる。このv点の三
角波発振出力を正弦波変換器2066に入力し正
弦波に変換して端子2067より出力し、これを
発振器206の出力として用いる。正弦波変換器
2066は例えばROMに格納したサイン関数値
を入力波形で読出す等の方法により容易に実現で
きる。
Next, variable frequency oscillator 2 with phase reset function
A circuit example of 06 is shown in FIG. Frequency control terminal 2
The voltage applied to 061 causes constant current power supply 206
2 and 2063. The charging/discharging current value for the capacitor 2064 is controlled, thereby making the oscillation frequency variable. The oscillation voltage waveform at point v is a triangular waveform that linearly rises and falls between +Vr and -Vr of the reference voltage. When an impulse is applied to the phase reset terminal 2065, the point v is momentarily grounded and forcibly pulled back to 0 potential, and oscillation is restarted from there to perform a phase reset. This triangular wave oscillation output at point v is input to a sine wave converter 2066, converted to a sine wave, outputted from a terminal 2067, and used as the output of the oscillator 206. The sine wave converter 2066 can be easily realized, for example, by reading out a sine function value stored in a ROM using an input waveform.

またこのような位相リセツト機能付可変周波数
発振器は計算機のプログラムを用いて実現するこ
とも容易である。
Further, such a variable frequency oscillator with a phase reset function can be easily realized using a computer program.

次に可変利得増幅器207の回路例を第7図に
示す。増幅すべき信号を端子2071に加え、制
御信号を端子2072に加えることによつて負帰
還量を制御し出力端子2073に制御された振幅
を有する出力を得る。
Next, a circuit example of the variable gain amplifier 207 is shown in FIG. By applying a signal to be amplified to a terminal 2071 and a control signal to a terminal 2072, the amount of negative feedback is controlled, and an output having a controlled amplitude is obtained at an output terminal 2073.

またこのほかに、アナログ乗算器を用いて実現
することもできるし、またD/A変換器の基準電
圧にアナログ波形入力を用い、デイジタル入力
に、デイジタル量で表現された制御情報を用いる
等の方法によつても容易に実現することができ
る。
In addition to this, it can also be realized by using an analog multiplier, or by using an analog waveform input as the reference voltage of the D/A converter and using control information expressed in digital quantities as the digital input. It can also be easily realized by a method.

次に乱数発生器205の一回路例を第8図に示
す。15段のレフトレジスタ2051と1個の中加
算器2052とにより215−1の周期を有する15
次のM系列の疑似乱数を発生する。必要な時点で
クロツク端子2053にシフトパルスを加えるこ
とにより、次の乱数値が得られる。
Next, an example of a circuit of the random number generator 205 is shown in FIG. The 15-stage left register 2051 and one middle adder 2052 have a period of 2 15 -1.
Generate the next M series of pseudo-random numbers. By applying a shift pulse to clock terminal 2053 at the required time, the next random value is obtained.

次に周期算出器204のブロツク図を第9図A
に示す。これは上述の乱数発生器205から出力
される0から215−1の範囲に一様に分布してい
る乱数を無声音時の位相リセツト用パルスの時間
間隔を指定する乱数として用いるのに適した分布
に変換するもので、定数乗算器2041と定数加
算器2042よりなる。これによつて、第9図B
に示すように、乱数の分布幅Dと下限値Lとを適
当な値に設定することができる。
Next, the block diagram of the period calculator 204 is shown in FIG. 9A.
Shown below. This is suitable for using the random numbers uniformly distributed in the range of 0 to 215 -1 output from the random number generator 205 mentioned above as random numbers for specifying the time interval of the phase reset pulse during unvoiced speech. It converts into a distribution and consists of a constant multiplier 2041 and a constant adder 2042. By this, Figure 9B
As shown in the figure, the random number distribution width D and the lower limit L can be set to appropriate values.

次に窓関数発生器209の一実施例を第10図
に示す。これはレジスタ2091、プリセツト可
能なダウンカウンタ2092、カウンタ209
3、読出し専用メモリ(ROM)2094を含ん
でいる。
Next, an embodiment of the window function generator 209 is shown in FIG. This includes a register 2091, a presettable down counter 2092, and a counter 209.
3. Contains read-only memory (ROM) 2094.

切替器203から供給された位相リセツト用パ
ルス間隔を指定するデータTは、レジスタ209
1に格能される。ダウンカウンタ2092は一定
周期の高速クロツクCLKをカウントするカウン
タで、まず、レジスタ2091の内容Tをプリセ
ツトし、これをクロツクCLKを用いてダウンカ
ウントする。カウンタ2092の内容が0になる
と出力端子よりパルスを発生し、これにより再び
レジスタ2091の内容をプリセツトしてこの値
のダウンカウントを開始する。かくしてダウンカ
ウンタ2092の出力2092−1にはTに比例
した周期(例えばT/k)をもつパルス列が発生
する。このパルス列はカウンタ2093のクロツ
クとして加えられる。このクロツクで歩進される
カウンタ2093のカウント出力2093−1は
ROM2094にアドレス指定信号として加えら
れ、そこに書き込まれている窓関数w(x)、のデー
タを順番に読出してライン2091に出力する。
カウンタ2093の内容がkになると、ROM2
094の窓関数w(x)の最後のデータが読出され、
これとともにカウンタ2093はリセツトされて
ライン2090にリセツトパルスを出力する。こ
のリセツトパルスは、発振器206−1〜206
−nの位相リセツト用端子および補間器202に
供給される前述の位相リセツト用パルスとして用
いられると共に、レジスタ2091に次の入力デ
ータをセツトするために用いられる。またROM
2094の中にk個のサンプルとして予め格納さ
れている窓関数w(l)のデータはライン2091に
流出されて乗算器210に供給される。かくし
て、パルス間間隔がつぎつぎに指定された値をも
つ位相リセツト用パルスと、これと第5図Bに示
すように同期された可変長の窓関数w(x)とが生成
される。
Data T specifying the phase reset pulse interval supplied from the switch 203 is stored in the register 209.
It is ranked as 1. The down counter 2092 is a counter that counts the high speed clock CLK of a fixed period. First, the content T of the register 2091 is preset, and this is down counted using the clock CLK. When the contents of the counter 2092 reach 0, a pulse is generated from the output terminal, thereby presetting the contents of the register 2091 again and starting counting down this value. Thus, a pulse train having a period proportional to T (for example, T/k) is generated at the output 2092-1 of the down counter 2092. This pulse train is added as a clock to counter 2093. The count output 2093-1 of the counter 2093, which is incremented by this clock, is
The data of the window function w (x) , which is added to the ROM 2094 as an address designation signal and written therein, is sequentially read out and output to the line 2091.
When the contents of the counter 2093 reach k, ROM2
The last data of the window function w (x) of 094 is read out,
At the same time, counter 2093 is reset and outputs a reset pulse on line 2090. This reset pulse is applied to the oscillators 206-1 to 206
-n phase reset terminal and the aforementioned phase reset pulse supplied to the interpolator 202, and is also used to set the next input data in the register 2091. Also ROM
Data of the window function w (l) previously stored as k samples in line 2094 is output to line 2091 and supplied to multiplier 210 . In this way, phase reset pulses whose inter-pulse intervals have successively specified values and a variable-length window function w (x) synchronized with these pulses as shown in FIG. 5B are generated.

次にCSM分析について説明する。 Next, we will explain CSM analysis.

前述のように、CSM分析は、各分析フレーム
毎に、表現されるべき音声波形から直接算出され
る標本自己相関係数のN個の低次のタツプ値と、
合成波(n個の正弦波の和)のN個の低次のタツ
プ値とが一致するように、合成すべき各正弦波の
周波数ωiとその強度(電力振幅)miとを決定する
ことである。
As mentioned above, CSM analysis uses, for each analysis frame, N low-order tap values of sample autocorrelation coefficients calculated directly from the speech waveform to be represented;
The frequency ω i of each sine wave to be synthesized and its intensity (power amplitude) m i are determined so that the N low-order tap values of the synthesized wave (sum of n sine waves) match. That's true.

今、合成波のタツプlの自己相関係数をγlとす
ると、前述のように γloi=1 micoslωi となる。
Now, if the autocorrelation coefficient of tap l of the composite wave is γ l , then as mentioned above, γ l = oi=1 m i coslω i .

一方、表現されるべき音声波形のサンプルXt
から、あるフレームの、タツプlの標本自己相関
係数vlは vl=1/MM-1t=l XtXt-l ……(1) である。
On the other hand, the sample of the audio waveform to be represented X t
Therefore, the sample autocorrelation coefficient v l of tap l in a certain frame is v l =1/M M-1t=l X t X tl (1).

これより γl=vl ……(2) l=0、1、2、……N 但しN=2n−1 とすると下記のマトリツクス表現が得られる。 From this, γ l =v l ...(2) l=0, 1, 2,...N However, if N=2n-1, the following matrix expression is obtained.

しかし上式は、ωiおよびmiが未知のため単純な
行列演算では解けない。そこで、 ωi=cos-1xi ……(4) とおき、 coslωi=coslcos-1xi≡Tl(xi) ……(5) の置換を行なう。このTl(x)はTchebycheff(チ
エビシエフ)の多項式である。この置換を行なう
と(3)式は次のように変換される。
However, the above equation cannot be solved by simple matrix operations because ω i and m i are unknown. Therefore, let ω i = cos -1 x i ...(4) and perform the substitution coslω i = cosl cos -1 x i ≡T l (x i ) ...(5). This Tl(x) is a Tchebycheff polynomial. When this substitution is performed, equation (3) is converted as follows.

ところが、一般にxlはT0(x)、T1(x)……Tl
(x)の線形結合として表わすことができる。
However, in general, x l is T 0 (x), T 1 (x)...T l
It can be expressed as a linear combination of (x).

すなわち、 xllj=0 S(l) jTj(x) ……(7) 但しS(l) jは逆Tchebycheff(チエビシエフ)係数
である。
That is, x l = lj=0 S (l) j T j (x) ... (7) where S (l) j is the inverse Tchebycheff coefficient.

このS(l) jを用いて、前述の標本自己相関係数vj
の線形結合Alを下式のように定義する。
Using this S (l) j , the sample autocorrelation coefficient v j
Define the linear combination A l as shown below.

Allj=0 S(l) jvj ……(8) 但しl=0、1、2、……、2n−1 こうすると、(6)式の左辺および右辺にそれぞれ
(7)式および(8)式の関係を用いることにより、下記
の関係式が成立する。
A l = lj=0 S (l) j v j ...(8) However, l=0, 1, 2, ..., 2n-1 In this way, on the left and right sides of equation (6), respectively
By using the relationships of equations (7) and (8), the following relational expression is established.

さて、ここで、x1、x2、……、xoに零点をもつ
n次の多項式 Pn(x)≡ok=0 p(n) kxkoi=1 (x−xi) を定義し、このPn(x)を用いて、(9)式の左辺と
似た式の oi=1 miPn(xi)xl i を作り、これを検討してみる。上式が0であるこ
とは明らかであるが、さらにこれは次のように書
き換えることができる。
Now, here, the nth degree polynomial Pn( x )≡ ok =0 p (n) k x koi=1 (x− x i ), and using this Pn(x), create oi=1 m i Pn(x i )x l i , which is similar to the left side of equation (9), and consider this. View. It is clear that the above equation is 0, but it can be further rewritten as follows.

0=oi=1 miPn(xi)xl ioi=1 miok=0 p(n) kxk+l iok=0 p(n) koi=1 mixk+l iok=0 p(n) kAk+l 以上より、l=0、1、2、……nとして下式
が得られる。
0 = oi=1 m i Pn(x i ) x l i = oi=1 m iok=0 p (n) k x k+l i = ok=0 p (n) koi=1 m i x k+l i = ok=0 p (n) k A k+l From the above, the following formula can be obtained with l=0, 1, 2,...n.

しかるにp(n) o=1であるから が成立する。左辺のAiででまるマトリクスは一般
にHankcl(ハンケル)行列と呼ばれているもので
ある。前述のように各Aiは、表現すべき音声波形
の標本自己相関係数vjから(8)式により与えられる
もので既知である。
However, since p (n) o = 1 holds true. The matrix defined by A i on the left side is generally called the Hankcl matrix. As described above, each A i is given by equation (8) from the sample autocorrelation coefficient v j of the speech waveform to be expressed and is known.

従つて(10)式を解くことにより、p(n) 0、p(n) 1、……
p(n) o-1の値を求めることができる。
Therefore, by solving equation (10), p (n) 0 , p (n) 1 , ...
The value of p (n) o-1 can be found.

この各p(n) iが求まるとn次方程式 po(x)=xnp(n) o-1xn-1+……p(n) 0=0 の解として、{x1、x2、…、xo}が求められる。 Once each p (n) i is found, as a solution to the n-dimensional equation p o (x) = x n p (n) o-1 x n-1 +... p (n) 0 = 0, {x 1 , x 2 ,..., x o } are found.

これより各CSM周波数ωiは(4)式の ωi=cos-1xi より求められ、またCSM強度miは(9)式より導か
れる下式を用いて求められる。
From this, each CSM frequency ω i is obtained from ω i =cos −1 x i in equation (4), and the CSM intensity m i is obtained using the following equation derived from equation (9).

なお、上式の左辺の行列は一般にVander
Monde(フアレデルモンデ)行列と呼ばれている
ものである。
Note that the matrix on the left side of the above equation is generally Vander
This is called the Monde (Juare del Monde) matrix.

以上をまとめると、CSM分析の分析アルゴリ
ズムは以下のようになる。
To summarize the above, the analysis algorithm for CSM analysis is as follows.

(1) 標本自己相関係数を計算する vl=1/MM-1 〓 〓t=lXtXt-l (2) 逆チエビシエフ係数を用いてAlを定義する。(1) Calculate the sample autocorrelation coefficient v l = 1/M M-1 〓 〓 t=l X t X tl (2) Define A l using the inverse Tievisiev coefficient.

Allj=0 S(l) jvj (3) AlによるHankel(ハンケル)行列方程式を解
いてp(n) iを求める (4) p(n) iを係数としてもつn次代数方程式を解い
てn個のxtを求める。
A l = lj=0 S (l) j v j (3) Solve the Hankel matrix equation by A l to find p (n) i (4) p (n) Find n x t by solving an n-dimensional algebraic equation with i as a coefficient.

po(x)≡xn+p(n) o-1xn-1+p(n) o-2xn-2+… +p(n) 1x+p0=0 (5) cos逆変換を行なつてCSM角周波数{ωi}を
求める。
p o (x)≡x n +p (n) o-1 x n-1 +p (n) o-2 x n-2 +… +p (n) 1 x+p 0 =0 (5) Perform inverse cos transformation Find the CSM angular frequency {ω i }.

ωi=cos-1xi (6) Van del Monde(フアンデルモンデ)行列方
程式を解いてCSM強度{mi}を求める。
ω i =cos -1 x i (6) Solve the Van del Monde matrix equation to find the CSM intensity {m i }.

以上の各ステツプを実行することによりCSM
の各角周波数{ω1、ω2…ωo}および各波の強度
{m1、m2、…mo}を求めることができる。
By performing each of the above steps, CSM
The angular frequencies {ω 1 , ω 2 ...ω o } and the intensities of each wave {m 1 , m 2 , ...m o } can be determined.

なお、上述のHankel(ハンケル)行列方程式の
能率的解法として、初期条件を与えて遂次的に解
を求める方法が知られている。
Note that, as an efficient method for solving the above-mentioned Hankel matrix equation, a method is known in which initial conditions are given and solutions are sequentially obtained.

また、上記n次の代数方程式は実根のみを有す
ることが証明されているため、ニユートン・ラプ
ソンの方法等を用いて根を求めることができる。
Furthermore, since it has been proven that the above nth-order algebraic equation has only real roots, the roots can be found using the Newton-Raphson method or the like.

さらに、上記Vander Monde(フアンデルモン
デ)行列方程式の能率的解法として三角行列化を
行なつて順次に解を求める方法を用いることがで
きる。なお上述の分析方法は嵯峨山氏らの論文
“複合正弦波モデルによる音声スペクトル分析”
電子通信学会論文誌’81/2 Vol.J64−ANo.
2P.105〜112に詳しく述べられている。
Further, as an efficient method for solving the above-mentioned Vander Monde matrix equation, it is possible to use a method of sequentially obtaining solutions by performing triangular matrix formation. The above analysis method is based on the paper “Speech spectrum analysis using a composite sine wave model” by Mr. Sagayama et al.
Journal of the Institute of Electronics and Communication Engineers '81/2 Vol.J64-ANo.
Details are given on 2P.105-112.

最後に本発明を構成する直接的な部分である
CSM量子化器105、電力補正量子化器106
を図面を用いて詳細に説明する。第11図は
CSM量子化器105、電力補正量子化器106
を詳細に説明するためのブロツク図である。
Finally, it is a direct part constituting the present invention.
CSM quantizer 105, power correction quantizer 106
will be explained in detail using the drawings. Figure 11 is
CSM quantizer 105, power correction quantizer 106
FIG. 2 is a block diagram for explaining in detail.

CSM分析器104よりCSMのn個の各正弦波
の強度および角周波数を指定するmi、ωi(但しi
=1、2、……n)の組が一時メモリ(1)、105
1へ供給される。一時メモリ(1)、1051は前記
miを正規化係数検索器1052とCSM強度正規
化器1053とへ出力する。正規化係数検索器1
052は以下の手順に従つて正規化係数aと最大
周波数の番号工とを検索する。
m i , ω i (where i
= 1, 2, ...n) is temporary memory (1), 105
1. Temporary memory (1), 1051 is the above
m i is output to the normalization coefficient searcher 1052 and the CSM intensity normalizer 1053. Normalization coefficient searcher 1
052 searches for the normalization coefficient a and the maximum frequency number according to the following procedure.

(1) 初期状態a=mi、I=1を設定する。(1) Set the initial state a=m i and I=1.

(2) aとm2との大小関係を調査する。もしa
m2であれば(4)を次に実施する。もしa<m2
あれば(3)を次に実施する。
(2) Investigate the magnitude relationship between a and m 2 . If a
If m 2 , execute (4) next. If a<m 2 , perform (3) next.

(3) a=m2、I=2を設定する。(3) Set a=m 2 and I=2.

(4) aとm3との大小関係を調査し、上記(2)と同
様の処理を行なう。
(4) Investigate the magnitude relationship between a and m 3 and perform the same processing as in (2) above.

(5) 以下m4……mNまで(4)と同様の処理を行な
う。
(5) From here on, perform the same processing as in (4) up to m 4 . . . m N.

正規化係数検索器1052は検索した前記aを
電力補正器1061とCSM強度正規化器105
3とへ、又、前記IをCSM強度量子化器105
4へ出力する。CSM強度正規化器1053は一
時メモリ(1)、1051より供給された前記mi
前記正規化係数aを用いてm′i=mi/a(但し、i
=1、2、……n)を算出する。更にCSM強度
正規化器1053は算出したm′iの平方根√′i
(i=1、2、……n)を求めCSM強度量子化器
1054へ出力する。CSM強度量子化器105
4は正規化係数検索器1052より供給される最
大周波数の番号Iと前記√′i(i=1、2、…
…n)とを用いて例えば第12図に示す形式のビ
ツト配分で線形量子化を実施し、量子化データを
一時メモリ(2)、1056へ出力する。次に量子化
の形式を第12図を参照して説明する。第12図
aは9次CSM分析(n=5に相当する)の結果
得られるCSM強度m1、m2……m5を16bitsで量子
化するためのビツト配分を示したものである。前
記番号Iに対応して最強CSM強度の指定が行な
われる。ここで最強CSMが番号Iが1の場合に
は第12図b−aに示す様に図上で左端に示され
るビツトに“0”が与えられ、Iが2、3、4、
5の場合には第12図b−b〜eに示す様に図上
で左端に示されるビツトに“1”が与えられる。
The normalization coefficient searcher 1052 applies the searched a to the power corrector 1061 and the CSM intensity normalizer 105.
3, and also convert the above I to the CSM intensity quantizer 105
Output to 4. The CSM intensity normalizer 1053 uses the normalization coefficient a to convert the m i supplied from the temporary memory (1) 1051 into m′ i =m i /a (where i
=1, 2,...n). Furthermore, the CSM intensity normalizer 1053 calculates the square root √′ i of the calculated m′ i
(i=1, 2, . . . n) is obtained and output to the CSM intensity quantizer 1054. CSM intensity quantizer 105
4 is the maximum frequency number I supplied from the normalization coefficient searcher 1052 and the aforementioned √′ i (i=1, 2, . . .
. Next, the format of quantization will be explained with reference to FIG. FIG. 12a shows the bit allocation for quantizing the CSM intensities m 1 , m 2 . The highest CSM strength is designated in correspondence with the number I. Here, when the strongest CSM has a number I of 1, "0" is given to the bit shown at the left end in the figure, as shown in FIG. 12 b-a, and I is 2, 3, 4,
In the case of 5, "1" is given to the bit shown at the left end in the figure, as shown in FIG. 12 b-b-e.

所で、CSM強度の分布を調査すると、最強の
CSM強度を持つのはm1となる場合がきわめて多
い。第13図は9次CSM分析(n=5)の結果
得られるCSM強度m1、m2、……m5を正規化係
数aを算出して正規化した場合の分布図であり図
中“フレーム数”と書かれたものは該強度が最強
となつたフレーム数である。なお、全分析フレー
ム数は6963である。即ちm1が最強のCSM強度を
持つ割合は5895/6963=0.847であり、第12図
bに示すようにm1が最強(I=1)の場合にI
の指定が最も少ないビツト数で行なえるように構
成されている。
By the way, when we investigate the distribution of CSM strength, we find that the strongest
Very often m 1 has CSM intensity. Figure 13 is a distribution diagram when the CSM intensities m 1 , m 2 , ... m 5 obtained as a result of the 9th order CSM analysis (n = 5) are normalized by calculating the normalization coefficient a. ``Number of frames'' is the number of frames at which the intensity is the strongest. Note that the total number of analysis frames is 6963. That is, the ratio of m 1 having the strongest CSM strength is 5895/6963 = 0.847, and as shown in Figure 12b, when m 1 is the strongest (I = 1), I
The configuration is such that the specification can be made using the least number of bits.

尚、最強のCSM強度そのものは自分自身で正
規化されているため、必らず1.0となり情報の伝
送を必要としない。
Note that the strongest CSM strength itself is normalized, so it is always 1.0 and does not require information transmission.

再び第11図に戻り、こうして量子化された
CSM強度パラメータは一時メモリ(2)、1056
へ出力される。CSM周波数量子化器1055は
CSMのn個の正弦波の角周波数を指定するωi(但
しi=1、2、……n)の組を一時メモリ(1)、1
051より供給を受け予じめ調査されている各ωi
の分布範囲を考慮した線形量子化を実施し、量子
化データを一時メモリ(2)、1056へ出力する。
一時メモリ(2)、1056は量子化されたCSM強
度とCSM角周波数データとをマルチプレクサ1
09へ出力する。電力補正器1061は自己相関
係数計測器103より供給を受けた電力データに
正規化係数検索器より供給された係数aを掛け結
果を電力量子化器1062へ出力する。電力量子
化器1062は前記結果を1/2乗し振幅情報に変
換した後、例えばμ255PCMで用いられている非
線形量子化を行ないマルチプレクサ109へ出力
する。
Returning to Figure 11 again, the quantized
CSM intensity parameter is temporary memory (2), 1056
Output to. The CSM frequency quantizer 1055
A set of ω i (where i = 1, 2,...n) specifying the angular frequencies of n sine waves of CSM is temporarily stored in
Each ω i supplied from 051 and investigated in advance
Linear quantization is performed in consideration of the distribution range of , and the quantized data is output to temporary memory (2), 1056.
A temporary memory (2) 1056 sends the quantized CSM intensity and CSM angular frequency data to multiplexer 1.
Output to 09. The power corrector 1061 multiplies the power data supplied from the autocorrelation coefficient measuring device 103 by the coefficient a supplied from the normalization coefficient search device and outputs the result to the power quantizer 1062. The power quantizer 1062 raises the result to the 1/2 power and converts it into amplitude information, then performs nonlinear quantization, such as that used in μ255 PCM, and outputs it to the multiplexer 109.

なお合成側での逆正規化は乗算器211で自動
的に行なわれる。
Note that the denormalization on the synthesis side is automatically performed by the multiplier 211.

(発明の効果) 以上述べた様に本発明を用いるとCSM強度パ
ラメータ相互の関係を考慮してCSM強度パラメ
ータを量子化することにより、量子化の効率を高
められるという効果がある。
(Effects of the Invention) As described above, the present invention has the effect of increasing the efficiency of quantization by quantizing the CSM intensity parameters in consideration of the relationship between the CSM intensity parameters.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はCSMパラメータによる音声特徴ベク
トルパターンの一例を示す図、第2図はCSMラ
インスペクトルと、同一音声サンプルより求めた
LPCスペクトル包絡との対応例を示す図、第3
図Aは拡散されたCSMのスペクトル包絡とピツ
チの微細構造とを示す図、第3図Bは単純加算し
ただけのCSMスペクトルを示す図、第4図は本
発明を含む分析合成系の一実施例を示すブロツク
図、第5図Aは可変長窓関数の関数形を示す図、
第5図Bは前記可変長窓関数と位相リセツト用パ
ルスとの相対時間関係を示す図、第6図は位相リ
セツト機能付可変周波数発振器の一回路例を示す
図、第7図は可変利得増幅器の一回路例を示す
図、第8図は乱数発生器の一回路例を示す図、第
9図Aは周期算出器のブロツク図、第9図Bは前
記周期算出器の出力の乱数の分布を示す図および
第10図は可変長窓発生器の一例を示すブロツク
図、第11図は本発明を構成する直接的な部分を
詳細に説明するためのブロツク図、第12図は量
子化の形式の一例を示す図、第13図はCSM強
度の分布例を示す図である。 図において、1……送信側、2……受信側、1
01……A/D変換器、102……ハミング窓処
理器、103……自己相関係数計測器、104…
…CSM分析器、105……CSM量子化器、10
6……電力量子化器、107……ピツチ抽出器、
108……有声音/無声音判定器、109……マ
ルチプレクサ、201……デマルチプレクサおよ
び復号化器、202……補間器、203……有声
音/無声音切替器、204……周期算出器、20
5……乱数発生器、206−1〜206−n……
位相リセツト機能付可変周波数発振器、207−
1〜207−n……可変利得増幅器、208……
加算合成器、209……可変長窓関数発生器、2
10,211……乗算器、1051……一時メモ
リ(1)、1052……正規化係数検索器、1053
……CSM強度正規化器、1054……CSM強度
量子化器、1055……CSM周波数量子化器、
1056……一時メモリ(2)、1061……電力補
正器、1062……電力量子化器。
Figure 1 shows an example of a voice feature vector pattern based on CSM parameters, and Figure 2 shows a CSM line spectrum and a pattern obtained from the same voice sample.
Diagram showing an example of correspondence with LPC spectrum envelope, 3rd
Figure A is a diagram showing the spectral envelope of the diffused CSM and the fine structure of the pitch, Figure 3B is a diagram showing the CSM spectrum obtained by simple addition, and Figure 4 is an implementation of the analysis and synthesis system including the present invention. A block diagram showing an example, FIG. 5A is a diagram showing the functional form of a variable length window function,
FIG. 5B is a diagram showing the relative time relationship between the variable length window function and the phase reset pulse, FIG. 6 is a diagram showing an example of a circuit of a variable frequency oscillator with a phase reset function, and FIG. 7 is a diagram showing a variable gain amplifier. FIG. 8 is a diagram showing an example of a circuit of a random number generator, FIG. 9A is a block diagram of a period calculator, and FIG. 9B is a distribution of random numbers output from the period calculator. and FIG. 10 are block diagrams showing an example of a variable length window generator, FIG. 11 is a block diagram for explaining in detail the direct parts constituting the present invention, and FIG. 12 is a block diagram showing an example of a variable length window generator. FIG. 13, which is a diagram showing an example of the format, is a diagram showing an example of the distribution of CSM intensity. In the figure, 1...sending side, 2... receiving side, 1
01... A/D converter, 102... Hamming window processor, 103... Autocorrelation coefficient measuring device, 104...
...CSM analyzer, 105 ...CSM quantizer, 10
6...Power quantizer, 107...Pitch extractor,
108... Voiced/unvoiced sound determiner, 109... Multiplexer, 201... Demultiplexer and decoder, 202... Interpolator, 203... Voiced/unvoiced sound switcher, 204... Period calculator, 20
5... Random number generator, 206-1 to 206-n...
Variable frequency oscillator with phase reset function, 207-
1 to 207-n...variable gain amplifier, 208...
Addition synthesizer, 209...Variable length window function generator, 2
10, 211... Multiplier, 1051... Temporary memory (1), 1052... Normalization coefficient searcher, 1053
...CSM intensity normalizer, 1054...CSM intensity quantizer, 1055...CSM frequency quantizer,
1056...temporary memory (2), 1061...power corrector, 1062...power quantizer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 音声のスペクトル包絡を所定の数nの周波数
と振幅とが自由な正弦波の集合で表現するCSM
パラメータ量子化に於いて、振幅の集合{m1
m2、…、mo}をa=max{m1、m2、…、mo}で
表現される正規化係数aにより正規化する手段を
用いることを特徴とするCSMパラメータ量子化
方法。 2 音声のスペクトル包絡を所定の数nの周波数
と振幅とが自由な正弦波の集合で表現するCSM
パラメータを少数のビツトで表現するための
CSMパラメータ量子化装置に於いて、前記正弦
波の振幅の集合{m1、m2、…、mo}から前記集
合の最大値a=max{m1、m2、…、mo}を検索
する手段と、前記手段により検索された最大値a
により前記振幅の集合を正規化する手段とを有す
ることを特徴とするCSMパラメータ量子化装置。
[Claims] 1. A CSM that expresses the spectral envelope of speech as a set of a predetermined number n of sine waves with free frequencies and amplitudes.
In parameter quantization, the set of amplitudes {m 1 ,
A CSM parameter quantization method characterized by using means for normalizing m 2 , ..., m o } by a normalization coefficient a expressed as a=max{m 1 , m 2 , ..., m o }. 2 CSM that expresses the spectral envelope of speech as a set of sine waves with a predetermined number n of free frequencies and amplitudes.
For expressing parameters with a small number of bits
In the CSM parameter quantizer, from the set of amplitudes of the sine wave {m 1 , m 2 , ..., m o }, the maximum value a=max of the set {m 1 , m 2 , ..., m o } is calculated. a means for searching and a maximum value a searched by said means;
and means for normalizing the set of amplitudes by.
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