JPS6332288B2 - - Google Patents

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JPS6332288B2
JPS6332288B2 JP12836679A JP12836679A JPS6332288B2 JP S6332288 B2 JPS6332288 B2 JP S6332288B2 JP 12836679 A JP12836679 A JP 12836679A JP 12836679 A JP12836679 A JP 12836679A JP S6332288 B2 JPS6332288 B2 JP S6332288B2
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JP
Japan
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filter
output
adder
equation
transfer function
Prior art date
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Expired
Application number
JP12836679A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5651116A (en
Inventor
Fumitada Itakura
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Priority to GB8030747A priority patent/GB2059726B/en
Priority to GB8318893A priority patent/GB2131659B/en
Priority to SE8006850A priority patent/SE444730B/en
Priority to NL8005449A priority patent/NL189320C/en
Priority to FR8021110A priority patent/FR2466826A1/en
Priority to DE19803037276 priority patent/DE3037276C2/en
Priority to DE19803050742 priority patent/DE3050742C2/de
Publication of JPS5651116A publication Critical patent/JPS5651116A/en
Publication of JPS6332288B2 publication Critical patent/JPS6332288B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00Networks using digital techniques
    • H03H17/02Frequency selective networks
    • H03H17/04Recursive filters

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は例えば音声合成に用いられる零点を
もたないデイジタルフイルタに関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a digital filter without a zero point used, for example, in speech synthesis.

音声をその特徴パラメータから合成するために
は声帯の振動を模擬するパルス発生器の出力、乱
流を模擬する雑音発生器の出力を、有声・無声の
状態に応じて切替えあるいは混合し、その出力を
音声振幅に応じて振幅変調することにより駆動音
源信号を作り、これを声道の共振特性を模擬する
フイルタに通して合成音声を得ていた。このよう
に音声合成の主要部の1つは声道の共振特性を模
擬するフイルタであり、従来、種々のフイルタが
この目的に用いられてきた。この目的に適したフ
イルタの1つとして零点をもたない有理関数フイ
ルタ、即ち全極形フイルタが有効であることが知
られている(例えば特許第670635号音声分解合成
装置を参照)。
In order to synthesize speech from its characteristic parameters, the output of a pulse generator that simulates the vibration of the vocal cords and the output of a noise generator that simulates turbulence are switched or mixed depending on the voiced or unvoiced state, and the output is A driving sound source signal was created by amplitude modulating the signal according to the voice amplitude, and this was passed through a filter that simulated the resonance characteristics of the vocal tract to obtain synthesized speech. As described above, one of the main parts of speech synthesis is a filter that simulates the resonance characteristics of the vocal tract, and various filters have been used for this purpose in the past. It is known that a rational function filter having no zero point, that is, an all-pole filter, is effective as one of the filters suitable for this purpose (see, for example, Japanese Patent No. 670635, Speech Decomposition and Synthesis Apparatus).

全極形フイルタの伝達関数は次式で表わされ
る。
The transfer function of the all-pole filter is expressed by the following equation.

H(z)=A/1+α1Z+α2Z2+……+
αpZp、Z=e-j〓(1) たゞし、ωは基準化角周波数2πf△T、△T=
標本化周波数、f=周波数、Aはフイルタの利得
を表わし、α1、α2、……、αpはフイルタの共振特
性を制御するためのパラメータである。
H(z)=A/1+α 1 Z+α 2 Z 2 +……+
α p Z p , Z=e -j 〓(1) Then, ω is the normalized angular frequency 2πf△T, △T=
The sampling frequency, f=frequency, A represents the gain of the filter, and α 1 , α 2 , . . . , α p are parameters for controlling the resonance characteristics of the filter.

(1)式は第1図に示すようなブロツク線図により
フイルタとして実現される。入力端子11よりの
入力は乗算器12によりA倍されて加算器13へ
供給され、加算器13で加算器14の出力との差
がとられて出力端子15へ供給される。出力端子
15の出力はそれぞれ1標本化周期の遅延時間を
もつ遅延回路D1〜Dpの直列回路へ供給され、こ
れ等各遅延回路D1〜Dpの各出力はそれぞれ乗算
器M1〜Mpでそれぞれ係数α1〜αpが掛算される。
その掛算出力は順次加算されて加算器14で全て
が加算される。
Equation (1) is realized as a filter using a block diagram as shown in FIG. The input from the input terminal 11 is multiplied by A by the multiplier 12 and supplied to the adder 13. The adder 13 takes the difference from the output of the adder 14 and supplies it to the output terminal 15. The output of the output terminal 15 is supplied to a series circuit of delay circuits D 1 to D p each having a delay time of one sampling period, and each output of each of these delay circuits D 1 to D p is supplied to a multiplier M 1 to D p, respectively. M p is multiplied by coefficients α 1 to α p , respectively.
The multiplication outputs are sequentially added and all are added together by an adder 14.

このフイルタが安定なフイルタであるためには
(1)式の分母の多項式 Ap(Z)=1+α1Z+……+αpZp の全ての零点はZ平面上の単位円外になければな
らない。
In order for this filter to be a stable filter,
All zero points of the polynomial A p (Z) = 1 + α 1 Z + ... + α p Z p in the denominator of equation (1) must be outside the unit circle on the Z plane.

第1図に示した構成においてパラメータ{αi
及びAを精密に制御することにより、音声合成フ
イルタとして用いて極めて高品質の音声を合成す
ることが可能である。しかし{αi}を粗く量子化
して符号化した場合、フイルタが不安定化したり
共振特性が著しく歪むという欠点があつた。これ
はパラメータαiに量子化による偏差が加わつたと
き伝達関数H(z)の分母のZに関する多項式Ap
(z)のいづれかの根が単位円内に含まれてしま
う可能性があるためである。こうした可能性を十
分に防止するために必要な各々のαiの量子化ビツ
ト数は10ビツトあるいはそれ以上となることが実
験的に示されており、このことが音声の低ビツト
符号化における大きな障害となつていた。
In the configuration shown in Figure 1, the parameter {α i }
By precisely controlling and A, it is possible to use it as a speech synthesis filter to synthesize extremely high quality speech. However, when {α i } is coarsely quantized and encoded, the filter becomes unstable and the resonance characteristics are significantly distorted. This is the polynomial A p with respect to Z in the denominator of the transfer function H(z) when the deviation due to quantization is added to the parameter α i
This is because there is a possibility that any root of (z) will be included within the unit circle. It has been experimentally shown that the number of quantization bits for each α i required to sufficiently prevent this possibility is 10 bits or more, which makes it difficult to reduce the It was becoming an obstacle.

この発明は(1)式で表わされる共振特性をもつ全
極形フイルタを直接的に実現する際に、各フイル
タ係数αiの量子化ビツト数が多く必要となるとい
う欠点を除去し、より少ない量子化ビツト数で音
声の共振特性をより忠実に合成することを可能と
する全極形フイルタを提供するものである。
This invention eliminates the disadvantage of requiring a large number of quantization bits for each filter coefficient α i when directly realizing an all-pole filter with the resonance characteristic expressed by equation (1), and reduces the number of quantization bits. The present invention provides an all-pole filter that can more faithfully synthesize the resonance characteristics of audio using the number of quantization bits.

ところで(1)式の分母の多項式Ap(Z)は Ap(Z)=Ap-1(Z)−kpZpAp-1(Z-1) (1)′ という関係を有する。ここでkpはPARCOR係数
と呼ばれているパラメータである。(1)′から Ap+1(Z)=Ap(Z)−kp+1Zp+1Ap(Z-1)(1)″ ここでkp+1を強制的に+1あるいは−1と置け
ば、次の2つの多項式が得られる。
By the way, the polynomial A p (Z) in the denominator of equation (1) has the relationship A p (Z) = A p-1 (Z) - k p Z p A p-1 (Z -1 ) (1)' . Here k p is a parameter called PARCOR coefficient. (1)′ From A p+1 (Z)=A p (Z)−k p+1 Z p+1 A p (Z -1 )(1)″ Here k p+1 is forced to +1 or If you set it to -1, you will get the following two polynomials.

Pp(Z)=Ap(Z)−Zp+1Ap(Z-1) (2) Qp(Z)=Ap(Z)+Zp+1Ap(Z-1) (3) このときPp(Z)=0、Qp(Z)=0の根は単位
円上に存在する。(Zi+Zi -1)=2COSωiであるから
Pp(Z)、Qp(Z)はpを偶数とするとき、次の
(4)、(5)式のように因数分解される。
P p (Z)=A p (Z)−Z p+1 A p (Z -1 ) (2) Q p (Z)=A p (Z)+Z p+1 A p (Z -1 ) (3 ) At this time, the roots of P p (Z) = 0 and Q p (Z) = 0 exist on the unit circle. Since (Z i +Z i -1 ) = 2COSω i
P p (Z) and Q p (Z) are the following when p is an even number.
It is factorized as shown in equations (4) and (5).

Pp(Z)=(1−Z)P/2i=1 (1−2COSωiZ+Z2) (4) Qp(Z)=(1+Z)P/2i=1 (1−2COSθiZ+Z2) (5) 同様にして、pを奇数とするとき、次の(6)、(7)
が得られる。
P p (Z)=(1-Z) P/2i=1 (1-2COSω i Z+Z 2 ) (4) Q p (Z)=(1+Z) P/2i=1 (1-2COSθ i Z+Z 2 ) (5) Similarly, when p is an odd number, the following (6) and (7)
is obtained.

Pp(Z)=(1−Z2(P-1)/2i=1 (1−2COSωiZ+Z2
(6) Qp(Z)=(P+1)/2i=1 (1−2COSθiZ+Z2) (7) ここで、ωi、θiは変域〔0、π〕に含まれる定
数で、第6図のような配置をとる(p=8の場
合)。この図からも明らかなようにPp(Z)=0、
Qp(Z)=0の根(厳密には根の偏角)は、互い
に交番して、以下のような順序関係をもつ(pが
偶数の場合)。
P p (Z)=(1-Z 2 ) (P-1)/2i=1 (1-2COSω i Z+Z 2 )
(6) Q p (Z)= (P+1)/2i=1 (1−2COSθ i Z+Z 2 ) (7) Here, ω i and θ i are included in the domain [0, π] With constants, the arrangement is as shown in FIG. 6 (in the case of p=8). As is clear from this figure, P p (Z) = 0,
The roots of Q p (Z)=0 (strictly speaking, the argument angles of the roots) alternate with each other and have the following ordering relationship (when p is an even number).

0=ω0<θ1<ω1<……<θ4<ω4<θ5=π 他方、(1)式で示される全極形フイルタは第7図
Aに示すよう負帰還路にAp(Z)−1なる逆向伝
達特性を含む巡回フイルタにより実現される。
(2)、(3)式より、Ap(Z)−1はPp(Z)、Qp(Z)を
使つて(8)式により与えられる。
0 = ω 0 < θ 1 < ω 1 <...< θ 4 < ω 4 < θ 5 = π On the other hand, the all-pole filter expressed by equation (1) has A in the negative feedback path as shown in Figure 7A. This is realized by a cyclic filter including a backward transfer characteristic of p (Z)-1.
From equations (2) and (3), A p (Z)-1 is given by equation (8) using P p (Z) and Q p (Z).

Ap(Z)−1=1/2{Pp(Z)−1+Qp(Z)−1}
(8) 従つて、(1)式の全極形フイルタは第7図Bに示
すように二つの負帰還路をもつ巡回フイルタによ
り実現される。更にPp(Z)−1、Qp(Z)−1は
pの奇偶に応じて以下に示すように展開される。
pが偶数の場合、(4)、(5)式より、つぎの恒等式を
得る。
A p (Z)-1=1/2 {P p (Z)-1+Q p (Z)-1}
(8) Therefore, the all-pole filter of equation (1) is realized by a recursive filter having two negative feedback paths as shown in FIG. 7B. Furthermore, P p (Z)-1 and Q p (Z)-1 are expanded as shown below depending on whether p is odd or even.
If p is an even number, the following identity is obtained from equations (4) and (5).

Pp(z)−1=(1−Z)P/2-1i=1 (1−2cosωiZ+Z2)−1 =Z{(a1+Z)+P/2-1i=1 (ai+1+Z)ij=1 (1+ajZ+Z2)−P/2j=1 (1+ajZ+Z2)} (9) Qp(z)−1=Z{(b1+Z)+P/2-1i=1 (bi+1+Z)ij=1 (1+bjZ+Z2)+P/2j=1 (1+bjZ+Z2)} (10) ただし、 ai=−2cosωi bi=−2cosθi (11) (8)、(9)、(10)式に示した関係を用いれば(1)式に示
す全極形伝送関数をもつデイジタルフイルタは第
2図に示すブロツク図により構成できる。第2図
はp=8の場合である。
P p (z)-1=(1-Z) P/2-1i=1 (1-2cosω i Z+Z 2 )-1 =Z{(a 1 +Z)+ P/2-1i=1 (a i+1 +Z) ij=1 (1+a j Z+Z 2 )− P/2j=1 (1+a j Z+Z 2 )} (9) Q p (z)−1=Z{(b 1 +Z )+ P/2-1i=1 (b i+1 +Z) ij=1 (1+b j Z+Z 2 )+ P/2j=1 (1+b j Z+Z 2 )} (10) However, a i = −2cosω i b i = −2cosθ i (11) Using the relationships shown in equations (8), (9), and (10), the digital filter with the all-pole transfer function shown in equation (1) can be expressed as It can be constructed using the block diagram shown in FIG. FIG. 2 shows the case when p=8.

入力端子11よりの入力は加算器16において
加算器17の出力と加算され、その加算出力は出
力端子15へ供給されると共に、係数器18で−
1/2倍される。この1/2倍は(8)式の右辺の1/2倍と
対応する。その係数器18の出力は1標本化周
期、即ち単位時間の遅延器19へ供給され、その
出力は遅延器21,22、係数器23,24、加
算器25,26へそれぞれ供給される。係数器2
3,24ではそれぞれa1,b1がその入力に対して
掛算され、その掛算出力はそれぞれ遅延器21,
22の出力と加算器27,28で加算される。加
算器27,28の出力は加算器29へ供給される
と共に遅延器31,32をそれぞれ通じて加算器
25,26へ供給される。加算器25,26の出
力は遅延器33,34、係数器35,36、加算
器37,38にそれぞれ供給され、係数器35,
36ではその入力に対し係数a2,b2がそれぞれ掛
算され、その出力はそれぞれ加算器41,42で
遅延器33,34の出力とそれぞれ加算され、そ
の加算出力は加算器43に供給されると共に遅延
器44,45を通じて加算器37,38へ供給さ
れる。その加算出力は加算器17で引算される。
The input from the input terminal 11 is added to the output of the adder 17 in the adder 16, and the added output is supplied to the output terminal 15, and the coefficient multiplier 18 adds -
It is multiplied by 1/2. This 1/2 times corresponds to 1/2 times the right side of equation (8). The output of the coefficient unit 18 is supplied to a delay unit 19 for one sampling period, that is, a unit time, and the output thereof is supplied to delay units 21 and 22, coefficient units 23 and 24, and adders 25 and 26, respectively. Coefficient unit 2
3 and 24, the inputs are multiplied by a 1 and b 1 , respectively, and the multiplied outputs are sent to the delay devices 21 and 24, respectively.
22 and adders 27 and 28. The outputs of adders 27 and 28 are supplied to adder 29 and also to adders 25 and 26 through delay devices 31 and 32, respectively. The outputs of the adders 25 and 26 are supplied to delay units 33 and 34, coefficient units 35 and 36, and adders 37 and 38, respectively.
In 36, the inputs are multiplied by coefficients a 2 and b 2, respectively, and the outputs are added to the outputs of delay devices 33 and 34 in adders 41 and 42, respectively, and the added output is supplied to adder 43. It is also supplied to adders 37 and 38 through delayers 44 and 45. The addition output is subtracted by an adder 17.

遅延器19は(9)、(10)式の{ }の外のZと対応
し、遅延器21,31、加算器27,25、係数
器23、また遅延器33,44、加算器37,4
1,係数器35はそれぞれ1+Z(aj+Z)の2
次フイルタ46,47を構成し、同様にして遅延
器22,32、加算器26,28、係数器24、
また遅延器34,45、加算器38,42、係数
器36はそれぞれ1+Z(bj+Z)の2次フイル
タ48,49を構成している。従つて2次フイル
タ46,47の直列接続により、(9)式の{ }内
の第3項が実現され、またフイルタ47内の遅延
器33、係数器35、加算器41は(ai+1+Z)
を実現しているため、この回路と2次フイルタ4
6とにより(9)式の{ }内の第2項が実現され、
その出力は加算器43を通じて加算器17へ供給
される。2次フイルタ46内の遅延器21、係数
器23、加算器27は(a1+Z)を実現し、その
出力は加算器29,43を順次通じて加算器17
へ供給される。このようにして2次フイルタ4
6,47及び加算器17,29,43により(9)式
の{ }内が実現される。
The delay device 19 corresponds to Z outside { } in equations (9) and (10), and includes delay devices 21, 31, adders 27, 25, coefficient unit 23, delay devices 33, 44, adder 37, 4
1, the coefficient unit 35 is 2 of 1 + Z (a j + Z), respectively.
The next filters 46 and 47 are configured in the same way, and the delay units 22 and 32, the adders 26 and 28, the coefficient unit 24,
Further, the delay units 34, 45, the adders 38, 42, and the coefficient unit 36 constitute 1+Z (b j +Z) secondary filters 48, 49, respectively. Therefore, by connecting the secondary filters 46 and 47 in series, the third term in { } of equation (9) is realized, and the delay unit 33, coefficient unit 35, and adder 41 in the filter 47 are (a i+ 1 + Z)
This circuit and the secondary filter 4
6, the second term in { } of equation (9) is realized,
Its output is supplied to adder 17 through adder 43. The delay unit 21, coefficient unit 23, and adder 27 in the secondary filter 46 realize (a 1 +Z), and the output thereof is sent to the adder 17 through the adders 29 and 43 in sequence.
supplied to In this way, the secondary filter 4
6, 47 and adders 17, 29, 43 realize the part in { } of equation (9).

同様にして2次フイルタ48,49、加算器1
7,29,43により(10)式の{ }内が実現され
る。(9)式と(10)式とではその形式において{ }内
の第3項の符号が異なるのみでその相違により加
算器17への入力符号が異なる。従つて加算器1
7、係数器18、遅延器19、2次フイルタ46
〜49により(8)式が実現され、第2図は全体とし
て(1)式を実現していることになる。この回路は帰
還路において(9)式(10)式をそれぞれp/2個の2次
フイルタ46,47の直列接続の幹回路51、
p/2個の2次フイルタ48,49の直列接続の
幹回路52をそれぞれ構成し、この幹回路51の
各セクシヨンの節、つまり加算器27,41の出
力側よりタツプ53,54をp1,p2と対応して取
出して加算器29,43,17で総和をとつて実
現している。このように幹回路のタツプから出力
を取出す構成をタツプ出力型と呼ぶことにする。
Similarly, secondary filters 48, 49, adder 1
7, 29, and 43 realize the part in { } of equation (10). Equations (9) and (10) differ only in the sign of the third term in { } in their formats, and due to this difference, the input sign to the adder 17 is different. Therefore adder 1
7, coefficient unit 18, delay unit 19, secondary filter 46
.about.49 realizes equation (8), and FIG. 2 as a whole realizes equation (1). This circuit has a main circuit 51 in which equations (9) and (10) are connected in series with p/2 secondary filters 46 and 47, respectively, in the feedback path.
A main circuit 52 is constructed in which p/2 secondary filters 48, 49 are connected in series, and taps 53, 54 are connected to the nodes of each section of this main circuit 51, that is, from the output sides of adders 27, 41, p 1 , p 2 and are summed by adders 29, 43, and 17. The configuration in which the output is taken from the tap of the main circuit in this manner will be referred to as a tap output type.

第2図では2次フイルタのjの値が小さいもの
を出力端子15側とし、jの値が大きくなるに従
つて加算器17に近ずくように配列したが、逆に
加算器17側に近い程、jの値が小さいように2
次フイルタを配列してもよい。その場合は例えば
第3図に示すように遅延器19の出力は2次フイ
ルタ47′,49′へ供給され、2次フイルタ4
7′,49′の出力は2次フイルタ46′,48′を
通じて加算器17で加算される。2次フイルタ4
6′〜49′は各2次フイルタ46〜49の各節の
前後が入れ替えられ、即ち各遅延器と係数器との
出力を加算する回路と、遅延器との順が入れ替え
られたものである。遅延器19の出力はタツプ5
3′,54′を通じて2次フイルタ46′,47′の
節に入力され、つまり第2図に対しタツプ入力型
とされる。タツプ53′より入力され、加算器1
7へ至る回路が(9)式の{ }内の第1項を、タツ
プ54′より加算器17へ至る回路が第2項をそ
れぞれ構成している。幹回路52′、2次フイル
タ48′,49′も同様に構成される。幹回路5
1′に対しては係数器55で−1が掛算されて、
(9)式の{ }内の第3項に対する負符号が実現さ
れる。
In FIG. 2, the secondary filter with the smaller value of j is placed on the output terminal 15 side, and the larger the value of j, the closer it is to the adder 17, but conversely, the side that is closer to the adder 17 side 2, so that the value of j is small
The following filters may be arranged. In that case, for example, as shown in FIG. 3, the output of the delay device 19 is supplied to secondary filters 47' and 49';
The outputs of 7' and 49' are added by an adder 17 through secondary filters 46' and 48'. Secondary filter 4
6' to 49', the front and back of each node of each secondary filter 46 to 49 are swapped, that is, the order of the circuit for adding the outputs of each delay device and coefficient device and the delay device is swapped. . The output of delay device 19 is tap 5.
3', 54' to the nodes of the secondary filters 46', 47', that is, it is of the tap input type as compared to FIG. input from tap 53', adder 1
7 constitutes the first term in { } of equation (9), and the circuit from tap 54' to adder 17 constitutes the second term. The main circuit 52' and secondary filters 48' and 49' are similarly constructed. Trunk circuit 5
1' is multiplied by -1 in the coefficient unit 55,
A negative sign for the third term in { } of equation (9) is realized.

pが奇数の場合は(6)、(7)式よりつぎの恒等式を
得る。
If p is an odd number, the following identity is obtained from equations (6) and (7).

Pp(z)−1=Z{(a1+Z)+(P-3)/2i=1 (ai+1+Z)ij=1 (1+ajZ+Z2)−Z(P-1)/2j=1 (1+ajZ+Z2)} (12) Qp(z)−1=Z{(b1+Z)+(P-1)/2i=1 (bi+1+Z)ij=1 (1+bjZ+Z2)} (13) たゞし、 ai=−2cosωi bi=−2cosθi (14) pが偶数の場合と同様にしてpが奇数の場合も
(8)、(12)、(13)式の関係式より、タツプ出力型
及びタツプ入力型と呼ばれる2つの型式のデイジ
タルフイルタがそれぞれ第4図、第5図に示す構
成により実現される。第4図及び第5図ではp=
9と仮定した。なお、上記のフイルタ構成法から
明らかなように、パラメータ(a1,a2,……)あ
るいは(b1,b2,……)の各( )内での順列は
任意である。更に第2図、第3図あるいは第4
図、第5図から明らかなように、この発明のデイ
ジタルフイルタはタツプ出力あるいはタツプ入力
付の2次フイルタセクシヨンで構成されており、
フイルタ内の各セクシヨンは同じ形式となつてい
るので時分割多重により同一ハードウエアを容易
に共通化することが可能である。つまり2次フイ
ルタの直列接続とは動作が直列的に行われればよ
いことである。また−1/2の係数器18、遅延器
19は、帰還回路の何れの個所に挿入してもよ
い。タツプ出力型において加算器29,43は両
幹回路51,52に別個に設けてもよい。
P p (z)−1=Z{(a 1 +Z)+ (P-3)/2i=1 (a i+1 +Z) ij=1 (1+a j Z+Z 2 )−Z (P- 1)/2j=1 (1+a j Z+Z 2 )} (12) Q p (z)−1=Z{(b 1 +Z)+ (P-1)/2i=1 (b i+1 +Z) ij=1 (1+b j Z+Z 2 )} (13) Then, a i = −2cosω i b i = −2cosθ i (14) In the same way as when p is even, when p is odd too
From the relational expressions (8), (12), and (13), two types of digital filters called a tap output type and a tap input type can be realized by the configurations shown in FIGS. 4 and 5, respectively. In Figures 4 and 5, p=
It was assumed that 9. Note that, as is clear from the above filter configuration method, the permutation of the parameters (a 1 , a 2 , . . . ) or (b 1 , b 2 , . . . ) within each ( ) is arbitrary. Furthermore, Figure 2, Figure 3 or Figure 4
As is clear from FIG. 5, the digital filter of the present invention is composed of a secondary filter section with a tap output or a tap input.
Since each section within the filter has the same format, it is possible to easily share the same hardware by time division multiplexing. In other words, the series connection of the secondary filters means that the operations only need to be performed in series. Further, the -1/2 coefficient unit 18 and the delay unit 19 may be inserted at any position in the feedback circuit. In the tap output type, adders 29 and 43 may be provided separately in both trunk circuits 51 and 52.

要するにこの発明は(1)式で伝達関数が表わされ
る全極形デイジタルフイルタを、(2)式及び(3)式で
定義される関数Pp(z)、Qp(z)のPp(z)−1、
Qp(z)−1をそれぞれZの2次関数に因数分解
した時の各因子を2次フイルタセクシヨンで構成
し、それ等をそれぞれ直列接続して二つの幹回路
を構成し、これ等を並列に接続すると共にこれ等
に共通に、1/2の乗算回路18及びZを乗算する
回路19を挿入して帰還回路を構成する。その場
合、幹回路をタツプ出力型或いはタツプ入力型と
して構成することにより、回路が共用化されて簡
単に構成できる。
In short , the present invention converts an all-pole digital filter whose transfer function is expressed by equation (1) into P p ( z)-1,
When Q p (z)-1 is factorized into a quadratic function of Z, each factor is configured with a quadratic filter section, and these are connected in series to configure two main circuits. are connected in parallel, and a 1/2 multiplier circuit 18 and a Z multiplier circuit 19 are inserted in common to form a feedback circuit. In that case, by configuring the main circuit as a tap output type or a tap input type, the circuit can be shared and configured easily.

以上に説明したように、この発明による全極形
デイジタルフイルタではフイルタの共振特性をパ
ラメータai,bi、即ち周波数領域のパラメータωi
θiによつて制御しているため、ωiあるいはθiを比
較的低ビツトに量子化して符号化することが可能
になる。実験的な検討結果によれば、この発明を
音声合成に用いた場合ωi,θiを4ビツトに量子化
して極めて良好な合成音が得られることが確認さ
れている。また、フイルタの制御パラメータωi
θiあるいはai,biが時間的に粗く(例えば20m
sec)毎に供給される場合にも、これらのパラメ
ータを直線補間することにより、良好な音声を合
成することが可能である。
As explained above, in the all-pole digital filter according to the present invention, the resonance characteristics of the filter are determined by the parameters a i , b i , that is, the frequency domain parameters ω i ,
Since it is controlled by θ i , it is possible to quantize and encode ω i or θ i to relatively low bits. According to the results of experimental studies, it has been confirmed that when the present invention is used for speech synthesis, extremely good synthesized speech can be obtained by quantizing ω i and θ i to 4 bits. In addition, the filter control parameters ω i ,
θ i or a i , b i is temporally coarse (for example, 20 m
sec), it is possible to synthesize good speech by linearly interpolating these parameters.

従つて、この発明を音声合成に用いることによ
り、従来の合成用デイジタルフイルタに比べて、
より少ない供給情報量により高い品質の合成音を
発生させることができるという利点がある。
Therefore, by using this invention for speech synthesis, compared to conventional synthesis digital filters,
This has the advantage that high quality synthesized speech can be generated with a smaller amount of supplied information.

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

第1図は従来の全極形デイジタルフイルタの構
成例を示す図、第2図はこの発明による全極形デ
イジタルフイルタをフイルタ次数pが偶数の場合
にタツプ出力型として構成した例を示す図、第3
図はこの発明をフイルタ次数pが偶数の場合にタ
ツプ入力型としたフイルタの構成例を示す図、第
4図はこの発明をフイルタの次数が奇数の場合に
タツプ出力型としたフイルタの構成例を示す図、
第5図はこの発明をフイルタの次数が奇数の場合
にタツプ入力型としたフイルタの構成例を示す
図、第6図はP(Z)、Q(Z)の根の配置を示す
図、第7図は全極形フイルタの変形法を示す図で
ある。 11:入力端子、15:出力端子、18:1/2
係数器、19,21,22,31,32,33,
34,44,45:単位時間遅延器、23,2
4,35,36:係数器、46〜49:2次フイ
ルタ、51,52:幹回路、53,54:タツ
プ。
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a conventional all-pole digital filter, and FIG. 2 is a diagram showing an example of an all-pole digital filter according to the present invention configured as a tap output type when the filter order p is an even number. Third
The figure shows an example of the configuration of a filter according to the present invention which is a tap input type when the filter order p is an even number, and Fig. 4 is an example of the configuration of a filter which uses the present invention as a tap output type when the filter order is an odd number. A diagram showing
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a tap input type filter according to the present invention when the order of the filter is an odd number, FIG. 6 is a diagram showing the arrangement of roots of P(Z) and Q(Z), and FIG. FIG. 7 is a diagram showing a modification method of an all-pole filter. 11: Input terminal, 15: Output terminal, 18: 1/2
Coefficient unit, 19, 21, 22, 31, 32, 33,
34, 44, 45: unit time delay device, 23, 2
4, 35, 36: Coefficient unit, 46 to 49: Secondary filter, 51, 52: Main circuit, 53, 54: Tap.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 入力信号が供給され、出力をフイルタ出力と
する加算手段と、 上記フイルタ出力が遅延器を介してそれぞれ供
給され、出力を上記加算手段へそれぞれ供給する
第1、第2帰還手段とよりなり、 その第1帰還手段は、伝達関数が(1+aiZ+
Z2)で表わされる2次フイルタの縦続接続よりな
り、 上記第2帰還手段は、伝達関数が(1+biZ+
Z2)で表わされる2次フイルタの縦続接続よりな
り、 ai=−2cosωi、bi=−2cosθi、Z=e-j〓(ωは基
準化角周波数)であり、ωi、θiは〔0、π〕に含
まれる値をもちフイルタの共振特性を制御するパ
ラメータであり、 フイルタの次数pが偶数の場合、上記第1帰還
手段の伝達関数は、 Z{(a1+Z)+P/2-1i=1 (ai+1+Z)ij=1 (1+ajZ+Z2)−P/2j=1 (1+ajZ+Z2)} であり、 上記第2帰還手段の伝達関数は、 Z{(b1+Z)+P/2-1i=1 (bi+1+Z)ij=1 (1+bjZ+Z2)+P/2j=1 (1+bjZ+Z2)} であり、 フイルタの次数pが奇数の場合、上記第1帰還
手段の伝達関数は、 Z{(a1+Z)+(P-3)/2i=1 (ai+1+Z)ij=1 (1+ajZ+Z2)−Z(P-1)/2j=1 (1+ajZ+Z2)} であり、 上記第2帰還手段の伝達関数は、 Z{(b1+Z)+(P-1)/2i=1 (bi+1+Z)ij=1 (1+bjZ+Z2)} である全極形デイジタルフイルタ。
[Scope of Claims] 1. Adding means to which an input signal is supplied and whose output is a filter output; first and second adder means to which the outputs of the filters are respectively supplied via delay devices and which supply the outputs to the adding means, respectively. The first feedback means has a transfer function of (1+a i Z+
The second feedback means is composed of a cascade of secondary filters expressed as (1+b i Z+
It consists of a cascade of secondary filters expressed as i is a parameter that has a value included in [0, π] and controls the resonance characteristics of the filter, and when the order p of the filter is an even number, the transfer function of the first feedback means is Z{(a 1 +Z) + P/2-1i=1 (a i+1 +Z) ij=1 (1+a j Z+Z 2 )− P/2j=1 (1+a j Z+Z 2 )}, and the above second feedback The transfer function of the means is : _ _ 1+b j Z+Z 2 )}, and when the order p of the filter is an odd number, the transfer function of the first feedback means is Z{(a 1 +Z)+ (P-3)/2i=1 (a i +1 +Z) ij=1 (1+a j Z+Z 2 )−Z (P-1)/2j=1 (1+a j Z+Z 2 )}, and the transfer function of the second feedback means is Z{ (b 1 +Z) + (P-1)/2i=1 (b i+1 +Z) ij=1 (1+b j Z+Z 2 )}.
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