JPS6144320B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、デジタル信号を使用しての人間の声
に似た複雑な波形の発生に関するものであり、更
に詳細に述べるならば、線形予測法を使用しての
デジタル回路による音声合成に関するものであ
る。具体的に述べるならば、本発明は、音声合成
回路または波形発生回路に使用され、乗算器を有
するデイジタルフイルタを開示するものである。
ここに開示する音声合成回路は、単一の集積回路
に集積可能であり、従つて、テイーチングマシ
ン、通信装置（例えば、電話、音声符号化装置、
ラジオ、テレビジヨン等）及び人間の声を発生す
るほかの装置のような応用分野を含む通信関係工
業における様々な利用を容易にするものである。 人間の声をデジタル化するために様々な方法が
現在使用されそして実験されている。例えば、パ
ルス符号変調（PCM）、差分パルス符号変調
（DPCM）、アダプテイブ予測符号化方式、デルタ
変調（△Ｍ）、チヤンネルボコーダ（Channel
Vocoder）スペクトラムボコーダ（Spectram
Vocoder）、ホルマントボコーダ（Formant
Vocoder）、ボイスエキサイテツドボコーダ
（Voice−excited Vocoder）、及び、音声デジタ
ル化技術の線形予測符号化方式が知られている。
これらの方法は、1973年10月発行のIEEE
Spectrumの28〜34頁に記載される「Voice
Signals：Bit by Bit」と題する記事に簡単に説
明されている。 様々な音声デジタル化方法の計算機シユミレー
シヨンによると、音声をデジタル化する線形予測
方式は、従来のボコーダ装置（即ち、チヤンネル
ボコーダ）より優れた音声の自然さを持ちパルス
符号変調装置より低いデータ伝送速度で音声をつ
くることができることが大体わかつた。線形予測
方式はしばしば多段デジタルフイルタを使用して
おり、そのデジタルフイルタの段数を増加すれば
するほど、発生される音声はより自然な音とな
る。 デジタル音声合成への線形予測方式の最初の適
用は、1960年台終りから1970年台初めであつた。
この初期の研究のいくつかの歴史的分析が
Markel及びGray共著の「Linear Prediction of
Speech」（New YorkのSpringer Verlagから
1976年刊行）の18〜20頁に記載されている。 線形予測符号化に使用する多段デジタルフイル
タは、フイルタの理論伝達関数をＺ変換で表わし
た時｜Ｚ｜＝１の単位円内にすべての根があるこ
とが好ましい全極フイルタが好ましい。そのフイ
ルタは、第２ａ図及び第２ｂ図に図示した型式の
格子型フイルタの形をとつてもよいが、前述の
「Linear Prediction nf Speech」の第５章に記載
される如く、はしご形フイルタ、正規化はしご形
フイルタ及びほかのものも知られている。格子型
フイルタの各段は、２つの加算動作と２つの乗算
動作と１つの遅延動作を必要とする。フイルタ
は、有声音のための周期的なデジタル信号源又は
無声音のためのランダムなデジタル信号源によつ
て励振される。そして、フイルタ係数は数ミリ秒
ごとに更新されることが好ましく、一方、励振信
号は高速で更新される。 従来技術にあつては、第２ａ図の格子型フイル
タ回路網は、大型デジタル計算機を適当にプログ
ラムすることによつて実現されていた。音声合成
のための計算機のフオートランプログラミングの
例が、前述の「Linear Prediction of Speech」
に記載されている。励振信号のデータ伝達速度、
並びに多段フイルタの各段の算述的動作即ち２つ
の乗算及び２つの加算のその多さから、そして、
段数の増加が発生される音声の自然さを向上する
ことから、現在までなされてきたほとんどの音声
合成研究において高速デジタルコンピユータが使
用されていた。しかしながら、米国ニユージヤー
ジー州ナツトレイ（Natlay）のITT国防通信部門
（ITT Defense Communications Division）のJ.
G.Dunn博士、J.R.Cowan及びA.J.Rusoeは、シリ
コンMOS・LSI技術を使用した多段フイルタの実
現を試みた。彼らは、多数の算術的処理ユニツト
が同時に動作するマルチプロセシング方法を使用
して試みた。しかしながら、この方法は、非常に
沢山の乗算器及び加算器の回路が１つの半導体チ
ツプに実現されることを必要とする。Dunn博士
らによつてなされた研究についてのいくつかの考
察が“Telecommumication Conference
Records”IEEE Publication No.73（1973）で発
表された「Progress in the Development of
Digital Vocoder Employing an ltakura
Adaptive Predictor」に記載されている。第２ａ
図の格子構造を様々な加算器と乗算器とによつて
置き替えると、１つの複雑な大型半導体チツプに
納めることができる。 それ故、本発明の目的は、人間の声のような複
雑な波形を発生するための格子型フイルタを単一
の半導体チツプ上に実現することである。 本発明のもう１つの目的は、フイルタの構成要
素をMOS装置で実現することである。 本発明の更にもう１つの目的は、従来知られて
いるものに比べて小さなMOSフイルタを実現す
ることである。 上述の目的を達成するため、本発明によれば、
デジタル値を記憶するための第１記憶手段と、乗
算器回路と、上記第１記憶手段と上記乗算器回路
とを接続するための第１回路手段と、上記乗算器
回路に接続された入力を有する演算回路と、上記
演算回路から出力されるデータを記憶するための
第２記憶手段と、上記第２記憶手段の出力を上記
乗算器回路の入力に接続するための第２回路手段
とを備えた、デジタル励起信号とフイルタ係数を
表す複数のデジタル値とに応答するデジタルフイ
ルタを有する音声発生装置において、上記第２回
路手段が、上記第２記憶手段の出力を上記乗算器
回路の入力に選択的に接続することに加えて、上
記演算回路の出力を上記乗算器回路の入力に選択
的に接続したことを特徴とする音声発生装置が提
供される。 さらに、本発明の好ましい実施例によれば、デ
イジタルフイルタは、１つの乗算器、メモリ及び
加減算器を有しており、これらはそれぞれ本発明
の乗算器回路、第１記憶手段及び演算回路に対応
する。またこの実施例では、本発明の第２記憶手
段は、短遅延回路、長遅延回路及びラツチメモリ
で構成されている。このような構成で成るデイジ
タルフイルタでは、乗算器の一方の入力は、第１
回路手段を介して、メモリからフイルタ係数を受
ける。そして、乗算器の出力は、加減算器の一方
の入力に印加され、その加減算器の出力は、短遅
延回路に印加される。短遅延回路の出力は、長遅
延回路に印加される。それら短遅延回路及び長遅
延回路は、それぞれ短シフトレジスタと長いシフ
トレジスタから構成されるのが好ましい。長遅延
回路の出力は、スイツチを介してラツチメモリに
接続される。加減算器の出力、短遅延回路の出力
またはラツチメモリの出力は、第２回路手段を介
して、乗算器の他方の入力に選択的に接続され
る。さらに本発明の別の実施例では、上述の手段
の他に第３回路手段が設けられ、ラツチメモリの
出力、長遅延回路の出力または加減算器の出力
が、この第３回路手段を介して、加減算器の他方
の入力に接続される。乗算器はアレイ乗算器が好
ましい。フイルタの出力は、ラツチメモリの出力
に設けられ、そして入力は、２つのここに開示す
る実施例では、加減算器または乗算器のいずれか
に接続される。 本発明の新規な特徴は特許請求の範囲に記載す
る。しかし、本発明及びその好ましい態様並びに
ほかの目的及び特徴は、添付図面を参照しての以
下の実施例の詳細な説明から明らかになろう。 さて第１ａ図を参照するならば、ブロツク図に
より音声合声装置の基本構成要素が図示されてい
る。この音声合成回路は、フイルタ係数K₁〜Ｋ_o
を使用して励振信号１１をデジタル的に波する
多段格子型フイルタ１０を備えている。格子型フ
イルタ１０は、デジタル信号１２を出力し、その
デジタル信号１２はＤ−Ａ変換器１３によつてア
ナログ信号に変換される。そのＤ−Ａ変換器１３
の出力は、スピーカ１４またはほかの音響変換装
置によつて可聴者に変換される。しかし、Ｄ−Ａ
変換器１３のアナログ出力をスピーカ１４に必要
なレベルまで増幅するように、Ｄ−Ａ変換器１３
とスピーカ１４との間に増幅器を設けてもよいこ
とはもちろんである。 励振信号Ｕは、有声音源１５及び無声音源１６
の２つの音源の一方から大体供給される。使用す
る音源は、デジタルスイツチ１７により決定され
る。有声音源１５は、例えば「Eve」の最初の
「Ｅ」の音のように発音時声帯即ち真声帯が振動
する音を発生する時に使用される。声帯が開閉す
る速度が、発生される音のピツチを決定する。無
声音源１６は、「Flsh」の「Ｆ」音のように声帯
を開いたままにして空気を声帯から声道へ通過さ
せるような音を発生する時に使用される。従つ
て、発生されるべき音によつて、使用する音源１
５又は１６が決定される。典型例にあつては、無
声音源１６は、ランダムなデジタル信号を発生
し、有声音源１５は、周期的なデジタル信号を発
生する。有声音源１５及び無声音源１６により供
給されるデジタルデータは、１以上の半導体リー
ドオンリーメモリ（ROM）に単に記憶されても
もちろんよい。しかし、好ましくは、そのような
データは、乱数発生器を作動させるコード又はピ
ツチのような符号化フオーマツトで記憶される。
従つて、そのようなデータは普通まず復号され
て、そのあとランダムデータまたは周期的なデー
タ（例えば信号Ｖ）がフイルタ１０へ供給され
る。もちろん、そのようなデータがどのようにし
て記憶されるかによつて、デジタルスイツチ１７
の必要は解消するかも知れない。データが乱数発
生器を作動するピツチまたはコードとして記憶さ
れている場合、増幅定数ＡがROMに更に記憶さ
れることが好ましい。増幅定数は、音声音源１５
または無声音源１６からの定振幅信号Ｖを調整し
てフイルタ１０のための励振信号を発生する。 声帯の機能にほぼ対応または似ている励振信号
１１は、格子型フイルタ１０によつて変えられ
る。格子型フイルタ１０は、声帯で発生した音を
波する声道の機能にほぼ対応または似ている。
フイルタ係数Ｋ_l〜ｋ_oは、発音時の声道の形（即
ち共振）を表わしている。従つて、フイルタ係数
Ｋ_l〜ｋ_oは、声道の変化してゆく形を表わすよう
に周期的に更新される、そして、それら係数は、
有声無声の音源データと共に記憶してもよい。 さて、第１ｂ図を参照するならば、無声音源１
６及び音声音源１５の出力の形を示している。こ
こで、有声音源１５は、200Hzの周波数に対応す
る５ミリ秒周期でインパルスを出力するように示
してある。このピツチは、多くの女性の音域内で
発声される音に対応するものである。普通の男性
はそれより低いピツチを有しているので、男性用
音声音源は、それより低い頻度でインパルスを出
力する。 音声音源１５は、人の声のピツチに対応する周
期でインパルスを出力するように図示してある
が、その周期的なインパルスに代えて、ピツチに
関係した周期でリスタートするいわゆる「チヤー
プ関係（chirp function）」又は減衰正弦波のよ
うなほかの周期的関数を使用できることは理解さ
れよう。無声音源１６は、ランダム信号を出力す
る如く示してある。 格子型フイルタ１０のためのフイルタ係数は、
第１ｂ図に５ミリ秒ごとに更新される如く図示し
てある。しかし、格子型フイルタ１０のフイルタ
係数が更新される速度は設計上の選択問題に過ぎ
ないことはわかろう。フイルタ係数をより速い周
波数で更新すればするほど、格子型フイルタ１０
は声道の動的変化に似てくるが、ROMに記憶す
るべきデータの量がそれに対応して増大する。も
ちろん、フイルタ係数の更新周波数を小さくすれ
ば、反対の結果となる。しかしながら、はぼ５ミ
リ秒程度ごとの更新により、妥当なデータ記憶量
で非常に高い質の人の声が格子型フイルタ１０に
よつて合成できることがわかつた。 第１ｂ図の時間軸は、100マイクロ間隔で図示
してある。この間隔は、音声音源１５及び無声音
源１６からのデータ伝送速度及び格子型フイルタ
１０へ入出力するデータのデータ伝送速度に対応
する。更に、無声音源１６及び有声音源１５の出
力は、第１ｂ図においてアナログ信号であるかと
思うかも知れないが、実際にはそれらは、図示の
如くの大きさを持ち、第１ｂ図の時間軸に沿つて
図示した間隔で更新されるデジタル信号である。
フイルタ係数の大きさの導びき方に関する資料に
ついては、前述の「Linear Prediction of
Speech」を参照されたい。 従つて、この実施例では、Ｄ−Ａ変換器１３へ
のデータ伝送速度は10KHzであり、そして、Ｄ
−Ａ変換器１３からの合成音声の上限周波数は
5KHzである。もちろん、そのデータ伝送速度は
設計上の選択問題として必要により変えることは
できる。例えば、8KHzのデータ伝送速度であれ
ば、上限周波数4KHzの音声合成装置となる。 次に第２ａ図及び第２ｂ図を参照するならば、
格子型フイルタ１０のブロツク図が図示されてい
る。第２ａ図において、格子型フイルタ１０は、
10段Ｓ１〜Ｓ１０からなる如く図示してある。そ
して、各段は、第２ｂ図の段と等価である。理解
を容易にするために、第２ａ図において３段のみ
詳細に図示してある。段Ｓ１０への入力は、励振
信号１１であり、段Ｓ１からの出力１２はＤ−Ａ
変換器１３（第１ａ図）へ印加される。段Ｓ１０
からの出力２７は使用されず、従つて、その段の
加算器２７ａ及び乗算器２７ｂは必要ならば取り
除いてもよいことは当業者にはわかろう。 第２ｂ図を参照するならば、格子型フイルタ１
０の１つの段Ｓ_oが図示してある。この段への入
力Ｙ_o+1(i)は、加算器２６への一方の入力として
印加され、その加算器２６の出力はＹ_o(i)であ
る。加算器２６への他方の入力、即ち、加算器２
６の減算入力に印加される入力は、乗算器１９の
出力から供給される。その乗算器１９は、遅延回
路２２からの出力に係数Ｋ_oを掛ける乗算を行
う。遅延回路２２の出力ｂ_o（ｉ−１）は更に、
加算器２１へ印加され、その加算器２１は更に乗
算器２０からの出力を入力として受ける。その乗
算器２０は、加算器２６からの出力Ｙ_o(i)に係数
Ｋ_oを掛ける乗算を行う。加算器２１の出力はｂ_o
＋１(i)である。Ｙデータ及びｂデータの添字は、そ
のデータが使用される段を表わしており、カツコ
内の数字は、そのデータが発生されたサイクルを
示している。遅延回路２２は、例えばシフトレジ
スタによつて与えることができるような１サイク
ル遅延機能を与える。各サイクルごとに一度新し
いデータポイントＵ(i)（またはY₁₁(i)）が励振信
号として段Ｓ１０へ供給される。従つて、格子型
フイルタ１０の各段ごとに、２つの乗算と２つの
加算器とが各サイクル中に実行されねばならな
い。即ち、第１ｂ図に示すデータ伝送速度の場
合、これら４つの演算は、格子型フイルタ１０の
各段において100マイクロ秒内に実行されねばな
らない。設計上の選択問題として第２ａ図の格子
型フイルタ１０は10段有する如く図示してある
が、格子型フイルタ１０によつて合成すべき所望
な音質により設計上の選択として段数を変えるこ
とができることは当業者にはわかろう。しかし、
10段の格子型フイルタ１０により実際の人間の声
と実際上見分のつかない音声を合成できることが
わかつた。 所定のサイクル中に、10段の格子型フイルタ１
０は、20の乗算と20の加減算の動作を実行しなけ
ればならないことはわかろう。更に、これら演算
はすべて同時に行うことはできず、所定のサイク
ル中において、Y₁₀はY₉の前に計算されねばなら
ず、そのY₉はY₈の前に計算されねばならず、以
下同様にしてY₂はY₁の前に計算されねばならな
いことも同様にわかろう。同様に、同一サイクル
中に、b₁₀〜b₁データが計算されて、次のサイク
ルの使用のために各段の遅延回路２２に記憶され
ねばならない。第２ｂ図に関連して定義したＹデ
ータ及びｂデータは、第２ｂ図において段S₁，S₉
及びS₁₀については図示してある。Ｙデータ及び
ｂデータの間の関係を表わす式を次の表１に示
す。

【表】 Ｙデータ及びｂデータ並びに係数Ｋ_oは複数桁
の数であり、その係数K₁〜K₁₀は、−１と＋１と
の10進等価値間で変化し、後述する如き方法によ
り周期的に更新される。 さて第３図を参照するならば、Ｎ段格子型フイ
ルタの乗算器及び加算器から得られる様々な中間
結果が典型例として図示されている。水平軸は時
間を表わし、垂直軸は、10段格子型フイルタ１０
のそれぞれの段を表わしている。例えば、Ｎ段に
おいて、乗算器１９及び２０（第２ｂ図）によつ
てそれぞれ発生されるかも知れない中間結果−Ｋ
_o・ｂ_o及びＫ_o・Ｙ_o、並びに、加算器２６及び２
１（第２ｂ図）からそれぞれ得られるかも知れな
い中間結果Ｙ_o及びｂ_o+1が示されている。時間的
に見るならば、中間結果−Ｋ_o・ｂ_oは、Ｙ_oが得
られる前に発生されなければならず、Ｙ_oは、Ｋ
_o・Ｙ_oが発生される前に発生されてなければなら
ず、Ｋ_o・Ｙ_oは、ｂ_o+1が発生される前に発生さ
れてなければならない。図示した時間の尺度によ
れば、加算動作は、５マイクロ秒の期間を要する
如く示されており、一方、乗算動作は、それより
長い期間を要する。異なる段に対する中間結果の
発生の関係については、矢印２５で示す如く、−
Ｋ_o・ｂ_oの乗算動作が開始される前に、加算動作
によるｂ_o出力が利用可能でなければならない。
このことは、もし第３図からわかるように１つの
加算動作と１つの乗算動作だけが所定の５マイク
ロ秒の期間中に開始されるべきであるならば、ｂ
_o+1加算動作と−Ｋ_o・ｂ_o乗算動作との間に“無
演算”期間２３をおくことを必要とする。対称化
のために、ほかの加算動作の後でそれに続く乗算
動作の前に“無演算”期間２４が置かれる。従つ
て、Ｎ段格子型フイルタの全段に示されている演
算は第３図に示す順で一緒に実行され、適当な中
間結果が必要な時に利用可能となることがわかろ
う。第３図は、説明する多段格子型フイルタの一
般的性質及びそのデジタル的な実現の可能性を図
示している。第３図の例は、上述したサイクル内
の１サイクル中に実行される演算を示している。
ＰチヤンネルMOS集積回路により実現可能なこ
とにより、設計上の選択問題として加算動作のた
めに５マイクロ秒の期間が選らばれる。当然、必
要ならばほかの期間を使用することもできる。 さて第４図を参照するならば、第３図と同様な
典型例図が図示されている。しかし、第４図の典
型例は、等価10段デジタル格子型フイルタ１０の
デジタル的実現のためのものであり、水平時間軸
は、１サイクル以上を示すように長くしてある。
更に、１サイクルは、20の期間T₁〜T₂₀に分けら
れており、それら期間の各々は５マイクロ秒台の
持続時間を有していることが好ましい。しかし、
上述した如く、ほかの持続時間を選らんでもよ
い。更に、第４図において、フイルタ１０の中間
結果の利用可能性と、表１のフイルタ１０の数式
例によつて示される条件との比較を容易にするた
めに、例としてサイクルｉ−１、ｉ及びｉ＋１を
表示してある。 第１期間Ｔ１で励振データＵが入力として印加
され、期間Ｔ１１でフイルタの出力Y₁は利用可
能となる。第４図と表１を比較するならば、乗算
動作のために必要な様々な入力は必要な時に利用
可能であり、同様に加算動作のための様々な入力
は必要な時に利用可能であることがわかろう。更
に第４図から、（好ましくは１期間を要する）加
算動作が各期間の間に開始されそして完了し、そ
して、特定の乗算動作にあつては８期間の間完了
しないが、乗算動作にも同様に各期間ごとに開始
され（完了す）ることがわかろう。これら演算を
実行する装置は、第５図、第９図、第１０ａ〜１
０ｂ図を参照して詳細に後述する。 乗算動作及び加算動作は各々、各期間に開始さ
れることが好ましいと述べたが、実際には、１つ
のサイクルの期間の数は、等価格子型フイルタの
段数の２倍に等しいことが好ましい。従つて、８
段または12段の格子型フイルタの場合、等価デジ
タルフイルタはそれぞれ１サイクル当り16または
24の期間を有していることが好ましい。第３図及
び第４図を見れば明らかな如く、乗算動作に割当
てられる期間の数は、１つのサイクル中の期間の
数に部分的に関係している。従つて、10段の等価
デジタルフイルタにおける乗算動作にはフイルタ
係数の数より２少ない８期間が使用され、第３図
及び第４図の等価デジタルフイルタ図に従うなら
ば、８段の等価デジタルフイルタにおける乗算動
作には６期間が使用される。しかしながら、乗算
動作のための期間の数は、乗算されるビツトの数
を示す傾向、即ち、係数Ｋ_oを表わすために使用
されるビツトの数を制限する傾向があることは、
当業者には明らかであろう。ほとんどの適用例に
おいて、第３図及び第４図の処理図に従つて係数
Ｋ_oに割当てられるビツト数により、非常に満足
できる合成音声が得られる。しかし、係数Ｋ_oを
を表わす精度を高めようとするならば、１つのサ
イクルの各期間ごとに乗算動作と加算動作とが開
始できなくなり、１つのサイクル中のどこかの点
で多少の遅延をなさねばならない。もちろん、そ
の場合は、１つのサイクルが終了するにより長い
時間を要し、装置のデータ伝送速度（及び周波数
レスポンス）が低下する。 第４図からわかるように、中間結果K₁₀・Y₁₀及
びb₁₁が得られまたは得ることができる。しか
し、第２ａ図に関連して述べた如く、格子型フイ
ルタのデジタル的な実現にとつて特定の中間結果
は必要ではないが、しかしながら、第５図に関連
してわかるように、中間結果K₁₀・Y₁₀及びb₁₁
（またはいくつかのほかの数）は、装置にそれら
の計算をさせないようにするより、発生させ（そ
して無視す）る方がしばしば容易である。装置に
よつてK₁₀・Y₁₀を計算する代りに乗算器１８（第
１図）により行なわれる乗算動作を如何して実行
するかを次に説明する。 第５図に、格子型フイルタ１０と等価なフイル
タをデジタル的に実現した装置のブロツク図を図
示する。このフイルタは、アレイ乗算器３０、加
減算器３３、１期間遅延回路３４、シフトレジス
タ３５及びラツチメモリ３６を含み、数学的に10
段の格子型フイルタと等価な単一段構成のデジタ
ル・フイルタである。上記乗算器３０及び加減算
器３３は、それぞれの入力及び出力で、並列にデ
ータを受け、そして並列にデータを出力する。
（等価10段格子型フイルタの）20の期間Ｔ１〜Ｔ
２０の各々において、様々なユニツトへ入力され
または出力するデータを第６図に掲げる。さて第
５図及び第６図を参照するならば、アレイ乗算器
３０は、格子型フイルタの各段の乗算器１９及び
２０（第２ａ図及び第２ｂ図）によつて実行され
る乗算を実行する。アレイ乗算器は、Ｋスタツタ
３１に記憶されている係数K₁〜K₁₀をライン３２
を介して受け、そしてバス４０を介してＹ_oデー
タまたはｂ_oデータを受ける。好ましくは、Ｋス
タツク３１は、各々10段からなる10個のシフトレ
ジスタから構成される。Ｋスタツク３１に記憶さ
れているデータを次の表２に示す。

【表】 Ｋスタツクに記憶されているデータは、ライン
３２を介してアレイ乗算器３０へ伝送される。ア
レイ乗算器３０は、（第４図に示す如く）各期間
ごとに即ちほぼ各５マイクロ秒ごとに単なる乗算
動作を開始する。第９図に関連して後にわかるよ
うに、アレイ乗算器３０は８段有していることが
好ましい。その場合、データがそれら８つの段を
介して送られる時に一連の加算動作及びシフト動
作が実行され、そして、そのデータはＫスタツク
３１に記憶されている適当な係数Knで乗算され
る。従つて、乗算動作は、40マイクロ秒を必要と
する。しかしながら、新しい乗算動作が５マイク
ロ秒ごと開始されるので、８つの乗算は、所定の
時間に様々な終了段にある。アレイ乗算器３０の
８期間の計算期間は、第６図の乗算器の入力及び
出力からわかるであろう。例えば、期間T₁の乗
算器入力は、８期間後のＴ９に乗算器から出力さ
れる。Ｋスタツク３１に記憶されている係数は、
９ビツトの数及び符号情報用の１付加ビツトとし
て記憶されている。上述した如く、これら９ビツ
トの数は、10進等価値で−１から＋１まで変化
し、アレイ乗算器３０の構成を簡略化している。
アレイ乗算器３０の出力は、加減算器３３へ印加
される。図示する様に、このデジタル・フイルタ
１０の中においては、乗算器３０と加減算器３３
は、唯一の演算回路であつて、他に演算回路を必
要としていない。好ましい実施例において、この
出力は13ビツト平行チヤンネルであり、その内12
ビツトがデータであり、１ビツトが符号情報であ
る。データチヤンネル内のビツト数は設計上の選
択問題であることは当業者にはわかろう。加減算
器への他方の入力は、期間Ｔ１の時は励振信号１
１であり、期間Ｔ２〜Ｔ１０の間は加減痕算器３
３の出力であり、期間Ｔ１１〜Ｔ１９の間はシフ
トレジスタ３５の出力であり、期間Ｔ２０の時は
ラツチメモリ３６の出力である。理解を容易にす
るために、加減算器３３への入力は様々な単極単
投スイツチ３７Ａ〜３７Ｄによつて制御される如
く図示してある。しかし、それらスイツチ機能及
びほかに図示したスイツチ機能を遂行するために
固体スイツチを使用することが好ましいはわかろ
う。加減算器３３の出力は、スイツチ３７Ｂ及び
スイツチ３８Ａへ印加され、そして、入力として
１期間遅延回路３４へ印加される。更に、加減算
器３３の出力は13ビツト並列チヤンネルであり、
シフトレジスタ３５へ入力として印加されそして
スイツチ３８Ｂへ印加される前に、１期間遅延回
路３４によつて遅延される。シフトレジスタ３５
は、13ビツト平行チヤンネルからのデータを、
各々８段有する13のシフトレジスタに記憶する。
シフトレジスタ３５は、期間Ｔ１２〜Ｔ２の間の
みシフト動作を実行するようになされている。シ
フトレジスタ３５の出力は、スイツチ３７Ｃ及び
スイツチ３９に印加される。スイツチ３９は、期
間Ｔ２０の時、閉成して、フイルタの出力Y₁を
ラツチメモリ３６へ供給する。ラツチメモリ３６
の出力１２は、Ｄ−Ａ変換器１３（第１ａ図）及
びスイツチ３７Ｄ及び３８Ｃへ印加される。 スイツチ３７Ｂは期間Ｔ２〜Ｔ１０の間閉成さ
れ、スイツチ３７Ｃは期間Ｔ１１〜Ｔ１９の間閉
成され、そして、スイツチ３７Ｄは期間Ｔ２０の
時閉成される。スイツチ３８Ａは期間Ｔ１３〜Ｔ
１の間閉成され、スイツチ３８Ｂは期間Ｔ３〜Ｔ
１２の間閉成され、スイツチ３８Ｃは期間Ｔ２の
間閉成される。スイツチ３８Ａ，３８Ｂ及び３８
Ｃの他方の側は、バス４０を介してアレイ乗算器
３０の入力に接続されている。 第６図には、期間Ｔ１〜Ｔ２０の間に第５図の
回路において発生する様々な中間結果が掲げられ
ている。第６図を概略的に参照するならば、乗算
器入力の一方は係数Kn情報であり、他方の入力
は、スイツチ３８Ａ〜３８Ｃのどれが閉成してい
るかに従つて変化する。期間Ｔ１の時、上述の如
くスイツチ３８Ａは閉成され、加減算器３３の出
力、この場合b₂（ｉ−１）が乗算器入力として印
加される。同時に、他方の加算入力は励振信号Ｕ
(i)である。期間Ｔ２の時、他方の乗算器入力はb₁
（ｉ−１）であり、それは第５図によればスイツ
チ３８Ｃを介してラツチメモリ３６の出力から供
給される。その時、第６図によれば、ラツチメモ
リ３６の出力は、Y₁（ｉ−１）であり、表１の
最後の項を見るならば、b₁（ｉ−１）は遅延した
Y₁(i)即ちY₁（ｉ−１）と等しく設定されている
ことを思い出すであろう。更に、期間Ｔ２の時、
他方の加算入力は、加減算器の出力から現に出力
されているデータ、この場合Y₁₀(i)である。期間
Ｔ３の時、乗算器入力はK₁₀とY₁₀(i)であり、その
Y₁₀(i)は１期間遅延回路３４の出力から導かれ
る。もちろん、この乗算の結果は、期間Ｔ１１ま
で利用可能ではなく、その時に加減算器３３の入
力の一方として供給される。期間Ｔ１１での加減
算器３３の他方の入力は、シフトレジスタ３５の
出力から与えられる。そのシフトレジスタ３５か
らロードされる最初の項は、期間Ｔ２でシフトレ
ジスタ３５から最初に出力されそのまま保持され
ていたb₁₀（ｉ−１）項である。これは、上述し
た如く、シフトレジスタ３５が期間Ｔ３とＴ１１
の間はシフト動作をしないことによる。 期間Ｔ１３の時、アレイ乗算器３０への入力は
再びスイツチ３８Ａを介して加減算器の出力から
与えられる。期間Ｔ２０の時、Y₁(i)項がシフト
レジスタ３５からラツチメモリ３６へ出力され、
そして、そのラツチメモリ３６のその時の出力
Y₁（ｉ−１）は、スイツチ３７Ｄを介して加減
算器３３の他方の入力へ供給され、前述の如くb₁
（ｉ−１）を出力なさしめる。ラツチメモリ３６
は、１サイクルの間そのフイルタ出力Y₁を記憶
している。 励振信号は１サイクルごとに更新され、１サイ
クルは複数の期間を有し、前記乗算回路は、各期
間毎に新しい乗算動作を開始するが、乗算を完了
するのに複数の期間を必要とする。 以上第５図のブロツク図を説明した。第５図の
フイルタは、第１１図を示す如く、Ｎ−Ｍ−２期
間と等価な遅延時間を有するシフトレジスタを加
減算器３３と１期間遅延回路３４との間におくな
らば、（例えば係数KnをＭ＋２ビツトにできる）
Ｍ段乗算器を有するＮ段フイルタと等価な応用例
にも使用できる。その場合、第１１図に示す如
く、スイツチ３８Ａへの接続は、追加したシフト
レジスタ３４ａの出力からとり、シフトレジスタ
３５による遅延はＮ＋Ｍ−１と等しく設定する。
ここに、第１１図に示すデジタルフイルタは、一
般的形のデジタルフイルタを示している。しか
し、第５図の実施例の場合、Ｎ−Ｍ−２は零であ
り、そのような遅延はこの実施例の場合必要では
ない。第５図及び第６図を参照して説明した実施
例において、Ｎ−Ｍ−１は17であり、その17は、
データがシフトレジスタ３５に印加される時間と
そのデータがシフトレジスタ３５から出力される
時間との間の期間の数を表わしている。例えば、
第６図において、データb₂（ｉ−１）は、期間Ｔ
２でシフトレジスタ３５に送られ、そして、17期
間後の期間Ｔ１９にシフトレジスタ３５から出力
される。しかしながら、この実施例ではシフトレ
ジスタ３５は唯の８段であるので、シフトレジス
タ３５がシフトしないＴ３からＴ１１までの期間
の間、付加的な遅延が行なわれる。この９期間
は、第６図からわかるように、シフトレジスタ３
５に入力する必要のないY₂からY₁₀のデータが１
期間遅延回路の出力から利用可能な時間に対応。
従つて、シフトレジスタ３５の段数と、（もしあ
るならば）データがシフトレジスタ３５において
シフトされない／サイクル当りの期間数との和
が、シフトレジスタ３５によるＮ＋Ｍ−１期間の
遅延に対応する。 第５図及び第６図の等価10段格子型フイルタ
は、第１ａ図の格子型フイルタ１０に必要なフイ
ルタ動作を妥当なデータ伝送速度で遂行する。例
えば、この好ましい実施例において、励振信号１
１は10KHzの速度（即ち、100マイクロ秒ごと）
で供給され、加減算器３３及びアレイ乗算器３０
での基本的な加算動作並びに１期間遅延回路３４
及びシフトレジスタ３５でのシフト動作は、公称
５マイクロ秒期間内に行なわれる。当業者周知の
如く、そのような速度は、ＰチヤンネルMOS・
LSI装置の速度能力内に十分あり、第５図のフイ
ルタは、比較的安価なＰチヤンネルMOS・LSI音
声合成チツプ即ち複雑波形発生チツプに組込むこ
とができる。 第５図の等価10段格子型フイルタの基本構成
は、ほかの段数の格子型フイルタに等価なデジタ
ルフイルタにも適用できることは当業者には明ら
かであろう。線形予測符号化方式の音声合成回路
のための10段格子型フイルタが、米国国防省によ
つて使用規格として選らばれたために、フイルタ
の好ましい実施例として10段のものを選らんだ。
しかしながら、本発明を実施したいと望む者が、
異なる数の等価デジタル格子型フイルタを使用し
たいと希望するならば、１サイクルから分割され
る期間の数は、等価段数の少なくとも２倍にすべ
きである。従つて、この好ましい実施例の場合、
期間の数（20）は等価段数(10)の２倍に等しい。例
えば、12段の等価フイルタが必要ならば、１サイ
クル当りの期間の数は少くとも24にすべきであ
り、そして、単に前述した基本構成を拡げるだけ
よい。12段等価フイルタの場合、前述した基本構
成に従うならば、即ち、１つの加算と１つの乗算
とが各期間ごとに開始されるならば、そのアレイ
乗算器は１つの乗算を完了するに10期間を使用す
るであろう。乗算動作を完了するために乗算器に
必要な期間の数は、フイルタ係数の数より２少い
数となる。これは、第３図においてＮを12とお
き、それに従つて第３図のダイヤフラムを完成さ
せることによつてわかろう。もちろん、各期間の
ために５マイクロ秒を保持するならば、12段の実
施例によつて遂行されるデータ伝送速度は10段フ
イルタより遅くなる。更に、アレイ乗算器３０を
介しての遅延時間を増大することにより、係数
K₁〜K₁₂のビツト数は全10ビツトから全12ビツト
に増加する。 同様に、８段等価デジタルフイルタが必要なら
ば、その時は、１サイクルの期間数は少くとも16
であり、第３図でＮを８とおくことにより、乗算
器３０を通る伝送時間は６期間となることがわか
ろう。その場合、詳細に後述するアレイ乗算器を
使用することにより、Ｋスタツク３１からの係数
のビツト数を８ビツト以下に制限できる。しかし
ながら、第４図に関連して前述した如く、或る実
施例では乗算動作を遂行するにそれ以上の期間を
使用することもできる。これは、係数Knの精度
を高めたいならば、設計上の選択問題として望ま
しいかも知れない。精度の向上は係数Knのビツ
ト数を多く必要とし、それに伴い、アレイ乗算器
３０による遅延も長くする必要がある。その時
は、乗算と加算が各期間ごとには開始されなくな
るので、第５図の等価フイルタの基本構成は多少
変更される。その場合、フイルタ内で得られる中
間結果は１時記憶しなければならず、そのため、
第５図のフイルタに記憶素子を追加する必要があ
ることは、当業者には明らかであろう。そのよう
な変更についてはここでは詳細に説明しないが、
格子型フイルタのデジタル的な実現装置に対する
そのような変更は、そう明なデジタル回路設計者
の技術内であろう。 中間結果K₁₀・Y₁₀(i)並びにb₁₁(i)は第５図のデ
ジタルフイルタによつて発生されると上述した
が、それらの中間結果は、第１ａ図の格子型フイ
ルタ１０を実現するに必要とされないので、使用
されない。さて、音声音源又は無声音源からのデ
ータＶは第１ａ図の従来の音声合成回路において
乗算器１８により増幅定数Ａと掛け合されると述
べたが、K₁₀・Y₁₀(i)がアレイ乗算器３０によつて
発生される時間中に、その乗算をアレイ乗算器３
０によつて実行できることがわかつた。このＶ
(i)・Ａの乗算を実施するデジタルフイルタの実施
例を第７図に示す。そして、第７図の回路で発生
される様々な中間結果を第８図に示す。 さて第７図と第８図を参照するならば、この回
路（及びその回路によつて発生される中間結果）
が次の変更を除いて第５図の回路と同様であるこ
とがわかろう。第７図の参照番号は、第５図に使
用したものとほぼ同一であるが、識別を容易にす
るために、「ダツシユ」を付してある。増幅定数
Ａ倍すべきデータＶは、期間Ｔ３の時に１期間遅
延回路３４の出力を印加する代りに、その期間の
時にスイツチ３８′Ｄを介してアレイ乗算器３
０′の一方の入力に供給される。期間Ｔ１１で、
乗算が完了してＵ（ｉ＋１）即ちＡ・Ｖ（ｉ＋
１）を出力した時、シフトレジスタ３５からのデ
ータb₁₀（ｉ−１）を入力する代りに、論理値の
零を加算器３３′の他方の入力に入力させる。更
に、もちろん、係数Knのデータ及び増幅定数Ａ
のデータの両方がＫスタツク３１′に入力しなけ
ればならない。第７図及び第８図からわかる如
く、この実施例は、乗算器１８（第１図）によつ
て行なわれる機能を、格子型フイルタ１０のデジ
タル的実現装置に組み込んだものである。Ｋスタ
ツク３１′に記憶されているデータを次の表３に
示す。増幅定数Ａは、係数KnがＫスタツク３
１′で更新される速度と同じ速度で更新されるこ
とが好ましい。

【表】 さて第９図を参照するならば、アレイ乗算器３
０がブロツク図で図示されている。ライン３２−
１乃至３１−９は、Ｋスタツク３２からの係数デ
ータの最下位ビツトから最上位ビツトをそれぞれ
受ける。ライン３２−１０はＫスタツク３１から
の符号データを受ける。アレイ乗算器３０へのも
つ１つの入力は、バス４０を介して供給される。
バス４０のライン４０−１乃至４０−１２は、最
下位ビツトから最上位ビツトをそれぞれ供給し、
ライン４０−１３は、バス４０上のデータの符号
を供給する。 第９図において、参照符号Ａ，Ｂ，ＣまたはＤ
付した素子が配列されている（なお、参照符号の
ない素子は、例えば第１０ａ図に対応するＡ素子
である）。これら素子Ａ〜Ｄは、第１０ａ図から
第１０ｄの回路にそれぞれ対応する。第１０ａ図
から第１０ｄ図を簡単に参照するならば、各回路
は点線によつて囲まれており、導体がその点線を
横切つて延びている。第１０ａ図から第１０ｄ図
の点線を横切つて延びる導体の相対位置は、第９
図の素子Ａ〜Ｄに接続する導体に位置的に対応す
る。第９図において、素子は、８列12行に配置さ
れている。８列は、アレイ乗算器３０の上述した
８段に対応する。これらの段は、第９図の右側に
表示してあり、また、ライン４０−１３に接続さ
れた８個のシフトレジスタセル５１を含んでい
る。 12行は、アレイ乗算器３０へ入力される（ライ
ン４０−１乃至４０−１２上の）数データの12ビ
ツトに対応する。ライン４０−１乃至４０−１２
上のデータは、アレイ乗算器３０において乗算さ
れている時、シフトレジスタのように１段１段ア
レイ乗算器の中を送られてゆく。従つて、所与の
段での伝送速度は、前述した５マイクロ秒台であ
る。 Ｋスタツク３１からのライン３２−１は、12個
のANDゲート５２−１乃至５２−１２の一方の
入力に接続される。各ANDゲートの他方の入力
は、ライン４０−１乃至４０−１２にそれぞれ接
続されている。ANDゲート５２−１２乃至５２
−１の出力は、第１段のＡ型及びＢ型の素子の
“部分和入力”に印加される（第１０ａ図及び第
１０ｂ図参照）。 ライン３２−２乃至３２−８は、アレイ乗算器
３０のそれぞれ第１段から第７段のＡ型素子（第
１０ａ図）のＫスタツク入力に接続される。ライ
ン３２−９は、第８段のＣ型素子（第１０Ｃ図）
のライン３２−９入力に接続される。ライン４０
−１乃至４０−１２は、第１段の素子の“データ
入力”に接続され、そして、それら素子を介して
それら素子の“データ出力”端子から第２段から
第８段の素子に接続される。第１段の素子の部分
和入力は、ANDゲート５２−１乃至５２−１２
の出力から導かれ、後続の段においては、それよ
り１つ桁が上のビツトの部分和出力から導かれ
る。但し、最上位ビツト位置の素子の部分和入力
は例外であり、その場合は、前段の最上位ビツト
位置からの桁上げ出力から部分和入力は導かられ
る。さもなくば、各素子からの桁上げ出力の接続
は、桁が１つの下のビツト位置からの桁上げ入力
に接続される。 さて第１０ａ図を簡単に参照するならば、Ｋス
タツク３１からのデータは、“部分和入力”が、
転送ゲート６０を介して“部分和入力”に直接接
続されるか、または転送ゲート６１を介して排他
的ORゲート６２から出力に接続されるかを決定
する。ANDゲート６３及び排他的ORゲート６４
は、“データ入力”及び“部分和入力”に応答す
る。排他的ORゲート６２は、排他的ORゲート６
４からの出力及び“桁上げ入力”に応答する。
ANDゲート６５は、排他的ORゲート６４の出力
及び“桁上げ入力”に応答し、その出力は、
ANDゲート６３からの出力と共に、ORゲート６
６へ出力される。ORゲート６６の出力が“桁上
げ出力”である。“データ出力”は、例えば２つ
のインバータからなるシフトレジスタ部６７によ
つて遅延された“データ入力”である。第１０ｃ
図からわかるように、Ｃ型素子は、“データ出
力”の接続がなくそしてシフトレジスタ部６７が
設けられていないことを除いて、Ａ型素子と同一
である。第１０ｂ図にはＢ型素子が示されてい
る。そのＢ型素子は、“データ入力”に入力が接
続されたシフトレジスタ部６７′に接続された
“データ出力”接続と、入力が“データ入力”と
“部分和入力”とに接続されたANDゲート６８に
よつて与えられる“桁上げ出力”接続とを有する
に過ぎない。第１０ｄ図において、Ｄ型素子は、
入力が“データ入力”と“部分和入力”とに接続
されたANDゲート６８′から“桁上げ出力”を出
力するだけである。 各段において、段の素子間の桁上げ情報の必要
な転送を含めて新しい部分和が計算される。しか
し、部分和出力は、Ｋスタツクライン上のデータ
が論理値零である場合には、変化しないままであ
り、Ｋスタツク３１からのライン上のデータが論
理値１の場合には、“データ入力”上のデータに
加えられて“部分和出力”を出力する。部分和
は、データがアレイ乗算器内をシフトされる時
に、位の次に低い桁へシフトされる。もちろん、
Ｋスタツク３１からの係数Knデータは、−１から
＋１までの10進数範囲内にある数に対応している
が、最下位ビツトは、アレイ乗算器の各段におい
て失なわれる。従つて、ライン３２−１乃至３２
−９に論理値零があらわれた時には、アレイ乗算
器３０からの出力は論理値零となり、反対にライ
ン３２−１乃至３２−９上のデータがすべて論理
値１の場合には、バス４０上に入力されるデータ
は、変化せずにアレイ乗算器から出力される。ラ
イン３２−１乃至３２−９上のほかに考えられる
データパターンの場合は、バス４０上のデータ
は、ライン３２−１乃至３２−９上のデータの大
きさに従つて、2⁹段階でバス４０に入力された値
と零との間で増減させられる。 テーダはシフトレジスタのように１段１段アレ
イ乗算器３０内をシフトするので、Ｋスタツク３
１からのデータは、表２及び表３に示す如く斜め
に移行し、例えば、適当な係数の適当なビツトが
アレイ乗算器３０において適当な時に到達するこ
とを保証する。第１０ａ図から第１０ｃ図におい
て、上述した如くシフトレジスタのようにそれら
の回路を動作させるためのダイナミツクパルス
は、図示しなかつた。これは、当業者周知の如く
第１０ａ図から第１０ｃ図の回路にクロツク動作
ゲートを設けまたは、前充電・条件付放電型ロジ
ツクを使用すること等によつてそのようなタイミ
ング機能を与えることができるからである。従つ
て、そのようなタイミングについての検討はここ
では詳細に示さない。 なお、前充電・条件付放電極ロジツクは、ゲー
ト付ロードロジツクの使用に代つて、システム内
においてデータを転送する方法として周知なもの
であり、ゲートの入力ノードが、クロツク信号に
より予じめ充電され（前充電）、そして、出力が
入力ノードに接続されたゲートの論理状態「１」
または「０」により条件付けられてクロツク信号
により放電させられる（条件付放電）ものであ
る。この前充電・条件付放電型ロジツクは、ゲー
ト付ロードロジツクより消費電力を小さくするこ
とができる。また、リードオンリ−メモリをアド
レスする場合に使用した前充電・条件付放電型ロ
ジツクについての考案は、米国特許第3934233号
の第17欄及び第18欄に記載されている。 再び第９図を簡単に参照するならば、ライン４
０−１３上の符号データは、シフトレジスタ素子
５１によつて８段遅延乗算器即ち８段アレイ乗算
器３０の間、単に遅延され、そのあと、排他的
ORゲート５３によりライン３０−１０上のＫス
タツク３１からの符号データと比較され、乗算の
正しい規則に従つて出力データの正しい符号を出
力する。 さて第５図及び第７図を振り返るならば、アレ
イ乗算器３０または３０′については詳細に説明
した。しかし、加減算器３３または３３′、１期
間遅延回路３４または３４′、シフトレジスタ３
５または３５′、ラツチメモリ３６または３６′等
のほかの素子については、それらの従来素子が周
知であるので、詳細な説明はしない。加減算器３
３または３３′は、その２つの入力に符号付デー
タを受け、データと共に入力された符号に基づい
て減算動作または加算動作のいずれかが要求され
ているかどうか決定する。 いくつかの実施例を参照して本発明を説明した
が、本発明はそれら実施例に限られるものではな
く、当業者にはほかに様々な変更が明らかであろ
う。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、音声合成器の基本構成要素のブロ
ツク図、第１ｂ図は、時間を基準に励振信号と係
数Knの存在を示した図、第２ａ図及び第２ｂ図
は、音声合成回路に使用される型式の典型的な格
子型フイルタを示す図、第３図は、Ｎ段格子型フ
イルタにおける中間結果の発生のタイミング図、
第４図は、10段格子型フイルタにおける中間結果
の発生のタイミング図、第５図は、格子型フイル
タと等価なデジタルフイルタの第１実施例を示す
ブロツク図、第６図は、第５図のフイルタにおい
て１サイクルの様々な期間で利用可能な様々な中
間結果を示す図、第７図は、格子型フイルタと等
価なデジタルフイルタの第２実施例を示すブロツ
ク図、第８図は、第７図のフイルタにおいて１サ
イクルの様々な期間で利用可能な様々な中間結果
を示す図、第９図は、等価デジタルフイルタに使
用されるアレイ乗算器を示す図、第１０ａ図、第
１０ｂ図、第１０ｃ図及び第１０ｄ図は、第９図
のアレイ乗算器に使用される様々な素子の論理回
路図、そして、第１１図は、一般的な型のデジタ
ルフイルタを示すブロツク図である。 １０……格子型フイルタ、１３……DA変換
器、１４……スピーカ、１５……有声音源、１６
……無声音源、２１，２６……加算器、１９，２
０……乗算器、２２……遅延回路、３０，３０′
……アレイ乗算器、３１，３１′……Ｋスタツ
ク、３３，３３′……加減算器、３４，３４′……
１期間遅延回路、３５，３５′……シフトレジス
タ、３６，３６′……ラツチメモリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ デジタル値を記憶するための第１記憶手段
   と、 乗算器回路と、 上記第１記憶手段と上記乗算器回路とを接続す
   るための第１回路手段と、 上記乗算器回路に接続された入力を有する演算
   回路と、 上記演算回路から出力されるデータを記憶する
   ための第２記憶手段と、 上記第２記憶手段の出力を上記乗算器回路の入
   力に接続するための第２回路手段とを備えた、 デジタル励起信号とフイルタ係数を表す複数の
   デジタル値とに応答するデジタルフイルタを有す
   る音声発生装置において、 上記第２回路手段は、上記第２記憶手段の出力
   を上記乗算器回路の入力に選択的に接続すること
   に加えて、上記演算回路の出力を上記乗算器回路
   の入力に選択的に接続したことを特徴とする、デ
   ジタルフイルタを有する音声発生装置。