SU974404A1 - Цифровой синтезатор речи - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к анализу и син тезу речи и может быть использовано в различных област х народного хоз йства в качестве устройства дл  отображе1|р  информации в виде речевых сообщений. Известен синтезатор речи, содержащий адаптивнь1й рекурсивный фильтр, линейный предиктор, сумматор, фильтр низкой часюты, генератор тока, генератор шума , микитер, усилитель, конвертор, пам ть Дл  хранени  коэффициентов Cl 1 . Однако это устройство обладает малым быстродействием, а аппаратурна  реализаци  его сложна. Известен таклсе синтезатор, содержащи посто нное запоминающее устройство словар , посто нное запоминающее устройство первичных параметров, цифровой фильтр, выходной блок, блок управлени , генератор основного тона и динамик С 2 Однако в этом синтезаторе используетс  цифровой фильтр с передаточной функцией, требующей выполнени  двух операций умножени , что усложн ет его реализацию. Кроме того, дл  синтеза .любого речевого сегмента об зательно должна хранитьс  кака -то информаци , т.е. не учитываетс  наличие сегментов равных артикул ций, что в конечном сч&те приводит к увеличению необходимого объема пам ти. Использование посто нного кадра приводит к ухудшению качества синтезированной речи. Цель изобретени  - уменьшение объема пам ти «И(}5ювого синтезатора речи, . улучшение качества синтезированной речи и упрощение его конструкции. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровой синтезатор, содержаишй последовательно соединенные посто нное запоминающее устройство словар , посто нное запоминающее устройство первичных параметров, цифровой фильтр, выходной блок, динамик, а также генератор основного тона и генератор щума, введен блок регенерации параметров, состо щий из последовательно соединенных счетчика регенерации, первой схемы И, триггера и второй схемы И, выход которой.соединен с первым входом счетчика регенерадии, второй вход которого подключен к выходу третьей схемы И, а первый и второй входы последней подключены ко второму выходу триггера и ко второму входу второй схемы И соответственно, кроме того, выход первой схемы И соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства, второй и третий информационные входы которого подключены ко второму выходу посто нного запоминающ го устройства- словар  и к выходу посто нного запоминающего устройства перВ1ГЧНЫХ параметров соответственно, а пер вый, второй и третий выходы оперативно го запоминающего устройства соединены со вторым и третьим входами генератора основного тона и с информа ионным входом цифрового фильтра соответственно кроме того, третий и четвертый входы счетчика регенерации, второй вход перво схемы И, четвертый вход опефативного запоминающего устройства, второй вход триггера и .второй вход третьей схемы И подключены к управл ющим выходам блока управлени , первый вход которого сое динен с третьим выходом посто нного запоминающего устройства словар , второй дополнительный вход - со вторым вы

ходом генератора основного тона, кроме того, второй и третий входы генератора основного тона соединены с первым и вторым дополнительными выходами блока регенерации параметров соот зетственно, а второй выход посто нного запоминающего устройства словар  под1шючен к первому входу блока регенерации параметров .

Кроме того, генератор основного тона содержит два счетчика, компаратор и три схемы совпадени , причем третий вход второго счетчика подключен к щине посто нного кода базовой величины кадра , а первый вход соединен с первым входом первого счетчика, выход которого соединен с первыми входами первой и второй схем совпадени , вторые входы которых подключены ко второму входу первого счетчика и к выходу компаратора соответственно, причем выход компаратора соединен со вторым входом второго счетчика, а выход последнего подключен к одному из входов компаратора , другой вход которого соединен с третьим входом первого счетчика, кроме того, выход компаратора подключен к одному из входов третьей схемы совпаде-

на с формированием сигнала Конец кадра ; на фиг. 3 - функциональна  схема цифрового фильтра,

Синтезатор содержит посто нное запоминающее устройство словар  1, постоЯ1шое запоминающее устройство первичных параметров 2, блок регенерации параметров 3, состо щий из счетчика

регенерации 4, первой схемы И 5, триггера 6, второй схемы И 7, третьей схемы И 8 и оперативного запоминающего устройства 9, цифровой фильтр 1О, выходной блок 11, динамик 12, блок

управлени  13, генератор основного тона 14, генератор щума 15.

Генератор основного тона 14 (фиг. 2) состоит из первого счетчика 16, второго счетчика 17, первой схемы совпадени  18, второй схемы совпадени  19, компаратора 20, третьей схемы совпадени  21,

Claims (2)

1. В состав цифрового фильтрй 1U (фиг. 3) входит умножитель 22, сумматор 23, первый регистр-оадержка 24, второй регистр-задержка 25, схема . сложени  по модулю два 26, выходной регистр 27, схема ИЛИ 28, ключи 29-39 и щина возбуждени  40. ни , второй вход которой соединен с выходом первой схемы совпадени . Кроме того, цифровой фильтр содержит умножитель, сумматор, два регистразадержки , схему- сложени  по модулю два, выходной регистр, схему ИЛИ, щину возбуждени  и одиннадцать ключей, причем выход сумматора через седьмой ключ: соединен с первым регистром-задержкой, а через третий ключ подключен к первому входу сумматора, выход умножител  через восьмой ключ соединен с первым ВХОДОМ сумматора и через дев тый ключ - с выходным регистром, кроме того, выход сумматора через второй ключ подключен ко второму входу умножител , а через дес тый ключ, схему ИЛИ, второй вход которой подключен к щине возбуждени , через второй регистрзадержку и одиннадцатый ключ подключен ко второму входу сумматора, выход первого регистра-задержки через п тый ключ, а также через схему сложени  по модулю два и шестой ключ подключен ко второму входу сумматора, причем первый вход y ffloжитeл  соединен с оперативным запоминающим устройством синтезатора. На фиг. 1 изображена структурна  схема цифрового синтезатора речи; на фиг. 2 - схема генератора основного тоРабота устройства заключаетс  в следующем. Посто нное запоминающее устройство словар  1 предназначено дл  хранени  словар  синтезатора в ввде промежуточных параметров. Весь объем ., разделен на множество областей, в каждой из которых записано слово или цела  фраза. Область содержит множество комплектов промежуточных параметров, которые считываютс  из нее через некоторый интервал времени, назьшаемь1й в дальнейшем кадром, до тех пор, пока не считаютс  все комплекты параметров из данной области. Выбор области осуществл етс  кодом, поступающим на вход X посто нного запоминающего устройства словар  1, а считывание комплектов промежуточных параметров из нее производитс  по сигналу от блока управлени  13, подаваемому на первый вход посто нного запоминающего устройства словар  1. Комплект промежуточных параметров представл ет собой многоразр дное двоичное число, отдельные разр ды которог  вл ютс  кодами промежуточных управл  ющих параметров синтезатора, В качест ве промежуточных параметров могут использоватьс  обратные гиперболические функции К-параметров {коэффициентов отражени ), либо какие-то другие преобразованные значени  К-параметров. Преобразование позвол ет существенно умен щить объем пам ти. Кроме того, в комплект вход т еще два промежуточных параметра (End , TOT ) и два первичных параметра (j ,), непосредствен но участвующие в синтезе речи. Параметры tnd и Тд.р несут информацию о коэффициенте усилени  и периоде основного тона соответственно, а с помощью параметров 1 и « определ етс  вид источника возбуждени  синтезатора (тон-шум) и количество сегментов равных артикул ций (или число повторений синтеза данного кадра по одним и тем же параметрам ) соответственно. При считьшании комплекта промежуточных параметров пара метр ч со второго выхода посто нного запом нающего устройства словар  1 Пересы- лаетс  сразу в блок регенерации параметров 3, а с третьего выхода поото нного запомийоющсго устройства словар  1 в блок управлени  13. Все остальные параметры пересылаютс  в посто нное запоминающее устройство первичных параметров 2. 9 46 В посто нном запоминающем устройстве первичнь Х параметров 2 хран тс  таблицы всех возможных значений первичных параметров, по которым непосредственно осуществл етс  синтез речи, а коды промежуточных параметров, поступающих из посто нного запоминающего устройства словар  1,  вл ютс  адресами дл  считывани  первичных параметров . Первичные параметры считываютс  из посто нного запоминающего устройства первичных параметров 2 один за другим по командам из блока управлени  13, поступающим на первый вход посто нного запоминающего устройства первичных параметров 2. Отметим, что первичными параметрами  вл ютс  К ,К„, ..., к э , Т . Коды первичных параметров поступают в блок регенерации параметров 3. В -нем хранитс  весь комплект первичных параметров, кроме q, -параметров , на прот жении одного или cj, -кадров . Блок регенерации параметров работает следующим образом. На второй вход счетчика регенерации 4 из блока управлени  13 поступает импульс , который устанавливает счетчик регенерации 4 в нулевое состо ние. При этом на первом входе первой схемы И 5 будет разрещающий потенциал. Затем блок управлени  13 формирует М+3 импульсов записи (М - пор док фильтра),, которые поступают на второй вход первой схемы И 5, а затем на первые входы триггера 6 (уст.) и оперативного запоминающего устройства 9. На первом выходе триггера 6 устанавливаетс  за-. дрещающий потенциал, а на втором - разрещающий . В оперативном запоминающем устройстве 9 при этом по второму и третьему входам происходит запись зна- чений первичных параметров из посто1шного запоминающего устройства словар  1 и из посто нного запоминающего устройства первичных параметров 2. Код адреса параметра формируетс  блоком управлени  13 и поступает на четвертый адресный вход оперативного запоминающего устройства 9. Далее из блока управлени  13 на второй вход третьей схемы И 8 поступает импульс, по которому в счетчик регенерации 4 зап№сьтаетс  параметр су , поступающий на четвертый вход из блока управлени  13, - число кадров, которое можно синт&зировать по одним и тем же параметрам. После этого блок управлени  13-формирует-импульс , который поступает на вто- . рой вход триггера 6, который устанавпиваетс  в нулевое состо ние,. При этом на первом входе второй схемы И 7 по вл етс  разрешающий потенциал. Поспе С1штеза первого кадра проиоходит вычитание 1 из счетчика регенерации 4 икшульсом с выхода второй схемы И 7, который образуетс  в результате подачи управл ющего сигнала на второй вход второй схемы И 7. Затем делаетс  анализ состо ни  счетчика регенерации 4. Если он не в нулевом cocTOffliHH, то на его выходе будет запрещающий потенгшал. Импульсы не проход т через первую схему И 5, записи параметров в операт1гоное запоминающее устройство 9 нет. Первичные параметры К , К и Сэ из оперативного запоминающего уст ройства поступают на информационный .вход цифрового фильтра 10, а с выходов i 1 и 2 этого же блока передаютс  параметры ij и Тд в блок возбуждени  цифрового фильтра, состо щего из генератора основного тона 14 и генератора щума 15. Причем КОД периода основного тона TQ.,- поступает на 3 вхОд генератора ос новного тона 14, а параметр tj, на вторы рходы обоих генераторов. Если 1, то работает генератор основного тона 14, если ч, 0, то работает генератор щума 15. Первые входы обоих генераторов объединены, и на них поступают стро- бирующиё импульсы из блока управлени  с частотой дискретизации fg исходного речевого сигнала, используемой при анализе . В качестве генератора щума 15 может быть использован любой датчик случайных чисел, который выдает на шину возбуждени  40 цифрового фильтра 10 (фиг. 3) равномерно распределенные случайные числа с частотой . Генератор основного тона 14 вьшол- н ет две функции: служит дл  тонального возбуждени , вьщава  на щину возбужд&ни  40 цифрового фильтра 10 (фиг. 3) , единичные импульсы возбуждени  с перио : ДОМ ОСНОВНОГО тона TOY I а также вьшол н ет роль формировател  кадров. Работа цифрового фильтра 10 по сн етс  фиг. 3. При синтезе одной дискретной выборк речевого сигнала вьшолн етс  М циклов причем каждый цикл (кроме М) состоит из четьфех тактов. В первом цикле во врем  первого так та в сумматоре 23 происходит сложение числа, поступающего на щину возбуждени  40 от генератора основного тона 14 или от генератора шума 15, с числом из первого регистра-задержки 24, инвертированного с помощью схемы сложени  по модулю два 26. Во втором такте в умножителе 22 результат предыдущего суммировани  умножаетс  на K, . В третьем такте результат умножени  складываетс  всумматоре 23 с числом из первого регистра-задержки 24. В четвертом такте в сумматоре 23 снова происходит сложение результата умножени  второго такта с числом из второго регистра-задержки 25, в котором записан код, поступивший в первом такте на щину возбуждени  40. Результат этой операции снова записываетс  во второй регистр-задержку 25 и используетс  в следующем цикле. В последующих циклах, кроме цикла М, делаетс  то же самое, за исключением того, что в первом такте первым слагаемым при суммировании  вл етс  не число, поступающее на щину возбуждени  4О, а результат последнего суммировани  из предьщущего цикла. Кроме того, в третьем такте результат суммировани  записываетс  в регистр-задержку 24. В цикле М в первых трех тактах выполн ютс  операции, аналогичные операци м в предыдушлх циклах. В четвертом такте результат суммировани  записываетс  не во второй регистр-задержку 25, а в первый регистр-задержку 24. Кроме того, в этом цикле добавл етс  п тый такт, во врем  которого результат суммировани  четвертого такта умножаетс  на коэффициент усилени  и заноситс  в выходной регистр 27. После каждых М циклов синтезируетс  одно дискретное значение речевого сигнала. Причем, если синтезируетс  щумовой кадр (t )i то после каждых М циклов на шину возбулодени  4О поступает не нулевой код, а если кадр вокализованный (, 1), то на нее поступает либо код нул , либо код единицы. Выполнение описанных комбинаций включени  и выключени  ключей и подача нужных параметров на информационные входы цифрового фильтра 10, а также координаци  работы остальных блоков синтезатора осуществл ютс  с помощью блока управлени  13. Выходной блок 11 состоит из ци4роаналогового преобразовател , сглаживающего фильтра и усилител  низкой частоты, которые необхбдимы при преобразовании дискретного речевого сигнала в аналоговый дл  фильтрации высокочастотных составл ющих из спектра сигнала и дл  его усилени , В предложенном цифровом синтезаторе рбчи упрощаетс  конструкци  его осно&ного блока - цифрового фильтра, сокраща етс  объем пам ти, обеспечиваетс  более качественное звучание синтезированной речи. Формула изобретени  1. Цифровой синтезатор речи, .содержащий последовательно соединенные посто нное запоминающее устройство словар , посто нное запоминающее устройство первичных параметров, -цифровой фильтр, выходной блок, динамик, а также генератор основного тока и генератор шума, отличающийс  тем, что, с целью уменьщени  объема пам ти синтезатора, улучшени  качества синтезированной речи.и упрощени  конструкции синтезатора, в него введен блок регенерации параметров, состо щий из последовательно соединенных счетчика регенерации, первой схемы И, тригге ра и второй схемы И, выход которой соединен с первым входом счетчика регенерации , второй вход которого подключен к выходу третьей схемы И, а первы и второй входы последней подключены ко второму выходу триггера и ко второму входу второй, схемы И соответственно, кроме того, выход первой схемы И соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства, второй и тре тий информационные входы которого подключены ко второму выходу ПОСТО5ШНОГО запоминающего устройства словар  и к выходу посто нного запоминающего устройства первичных параметров соответст венно, а первый, второй и третий выходы оперативного запоминающего устройства соединены со вторым и третьим входами генератора основного тона и с информационным входом цифрового фильтра сортветственно , кроме того, трети : и четвертый входы счетчика регенерации, второй вход первой схемы И, четвертый вхо оперативного запоминающего устройства, второй вход триггера и второй вход третьей схемы И под{с ючены к управл ющим выходам блока управлени , первый /вход которого соединен с третьим выходо посто нного запоминающего устройства словар , второй дополнительный вход со вторым выходом генератора основного тона, кроме того, второй и третий входы генератора основного тона соединены с первым и вторым дополнителв ными выходами блока регенерации пара- метров соответственно, а второй выход постошпюго запом1шающего устройства словар  подключен к первому входу блока регенерации параметров. 2.Синтезатор по п. 1, о т л и ч а ю ш и и с   тем, что генератор основного тона содержит два счетчика, компар)атор и три схемы совпадени , причем третий вход второго счетчика подключен к шине ПОСТО5ШНОГО кода базовой величины кадра , а первый вход соединен с первым входом первого счетчика, выход которого соединен с первыми входами первой и второй схем совпадени , вторые входы которых подключены ко второму входу первого счетчика и к выходу компарагтора соответственно, причем выход компаратора соединен со вторым входом второго счетчика, а выход последнего подключен к одному из входов компаратора , другой вход которого соединен с третьим входом первого счетчика, кроме того, выход компаратора подключен -к одному из входов третьей схемы совпадени , второй вход которой соединен с выходом первой схемы совпадени . 3.Синтезатор п п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что цифровой фильтр содержит умножитель, cyMNmTOp, два регистра-задержки , схему сложени  по модулю два, выходной регистр, схему ИЛИ, шину возбуждени  и одиннадцать ключей, причем выход сумматора соединен через седьмой ключ с первым регистром-задержкой, а через третий ключ подключен к первому входу сумматора , выход умножител  через восьмой ключ соединен с первым входом суммато ра и через дев тый ключ - с выходным регистром, кроме того, выход сумматора через второй ключ подключен ко второму входу умножител , а через д& с тый ключ, схему ИЛИ, второй вход которой подключен к шине возбуждени , через второй регистрь-задержку и одиннад- цатый ключ подключен ко второму входу сумматора, выход первого регистра задержки через п тый ключ, а также через схему сложени  по модулю два и щестой ключ подключен ко второму входу сумматора , причем первый вход умножител  соединен с оперативным запоминающим устройством, синтезатора. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент Великобритании, № 1439043, кл. G, Ю 1и 1/1О, 1976.
2. 2. Электроника, № 18, т. 51, 11978, с. 25-33 (прототип).