Формантный синтезатор речи

Союз Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 11.07 М, Кл,е 610. 1/10 осударственный комю Совета Мникстров СС по делам квобретенк и открытий(72) Автор изобретен А. Твеленев 71) Заявитсль 4) ФОРМАНТНЫИ СИНТЕЗАТОР РЕ ретение относится нике генериро. аться в устрой. о правилам, в и в устрой альных инстранин ст.У р речи, соательно сое юч и генератор оторого под рмант, выходы пенные смесиходу громко.тора основногои другие входы выходам входоре формантыдит к искажен наличию в желательных выме того, в генежность инчариформанты и вос.азовых соотнозвуков речи, может использовфонемного синтеза речи пствах синтетической телефонииоспроизведения тонов музык ментов,Известен формантный синтезатожащий входной регистр и последовпенный генератор основного тона, клпсевдослучайных чисел, выходыключены ко входам генераторов фокоторых через последовательно соедитель и усилитель подключены коговорителя, при этом входы генератона, дополнительный вход ключагенераторов формант подключены кного регистра 11.Однако использование в генератриггера на выходе накопителя привнию формы формантного колебаниспектре генерируемого сигнала несокочастотных составл яюших. Крораторе форманты отсутствует возмоантного управления параметрамипроизведения отличных от 0 и 7 ф шений формантных сигналов сонорных звуков, которые создаются в результате периодических колебаний голосовых связок и имеют дискретный частотный спектр, Все это снижает качество синта.зируемой речи.Цель изобретения - повышение качества синтезнруемой речи.Это достигается тем, что в формантный синтезатор речи, содержаний входной регистр и последова.16 тельно соединенные генератор основного тона, ключи генератор псевдослучайных чисел, выходы которого подключены ко входам генераторов формаит, выходы которых через последовательно соединен.ные смеситель и усилитель подключены ко входу громкоговорителя, при этом входы генератора ос.новнсго тона, дополнительный вход ключа и друтяе входы генераторов формант подключены к выходам входного регистра, введены генератор опорных частот н последовательно соединенные преобразова тель код - аналог и формирователь разнополярных напряжений; при этом один выход генератора опорных частот подключен ко второму входу гене.ратора псевдослучайных чисел, другой выход - к дополнительному входу генератора основного тона, И а остальные выходы - ко входам генераторов3формант; вход преобразователя "код - аналог" соединен с соответствующим выходом входногорегистра, а управляющий вход формирователя разнополярных напряжений подключен к выходу гене.ратора основного тона и к другим входам генерато.ров формант; при этом выходы формирователяразнополярных напряжений подключены к соответ.ствующим входам генераторов формант,Генераторы формант выполнены в виде вентиляи последовательно соединенных дешифратора опорных частот, делителя, узла сравнения, счетчика,функционального преобразователя "код - аналог" ифильтра нижних частот; выходы вентиля подключены к дополнительным входам счетчика,На чертеже изображена структурная электричес.кая схема устройства.Синтезатор речи содержит входной регистр 1 ипоследовательно соединенные генератор основноготона 2, ключ 3 и генератор псевдослучайных чисел4, выходы которого подключены ко входам генераторов формант 5 - 5 П выходы котдрых черезпоследовательно соединенные смеситель 6 и усили.тель 7 подключены ко входу громкоговорителя 8,при этом входы генератора основного тона 2,дополнительньй вход ключа 3 и другие входыгенераторов формант 5, - 5 п подключены к выходам входного регистра 1, генератор опорных частот9 и последовательно соединенные преобразователь"код в анал" 10 и формирователь раэнополярныхнапряжений 11, при этом один выход генератораопорных частот 9 подключен ко второму входугенератора псевдослучайных чисел 4, другой выход- к дополнительному входу генератора основноготона 2, а остальные выходы - ко входам генераторов формант 51 - 5, вход преобразователя "код -аналог" 10 соединен с соответствующим выходомвходного регистра 1, а управляющий вход форми.рова теля разнополярных напряжений 11 подключенк выходу генератора основного тона 2 и к другимвходам генераторов формант 5, - 5 п, при этомвыходы формирователя разнополярных напряжений 11 подключены к соответствующим входамгенераторов формант 5, - 5, которые выполненыв виде вентиля 12 и последовательно соединенныхдешифратора опорных частот 13, делителя 14, узласравнения 15, счетчика 16, функционального преобразователя "код - аналог" 17 и фильтра нижнихчастот 18; выходы вентиля 12 соединены с допол.нительными входами счетчика 16.Формантный синтезатор речи работает следую.щим образом,Параметры сегментов речи из смежного устройства, например ЭВМ (на чертеже не показано),поступают на входной регистр 1 с частотой сегмен.тации. Каждый из параметров задается кодом ипередается по кодовым шинам на соответствующиеэлементы синтезатора.Параметры сегментов речи содержат формантные параметры частот формант 1;, добротностейформант 9 Ь фаз формант Ф (Х 1,п, где- номер форманты, а и - число формант) и параметры общейчастиа именно - частоту основного тонаамплитуду выходного сигнала А и сигнал тон - шум,Точность задания каждого из параметров определяется количеством разрядов кода.На узел сравнения 15 каждого из генераторовформант 5, - 5 П поступают исходные псевдослучайные числа, вырабатываемые генератором псевдослучайных чисел 4 с наибольшей частотой генерато.10 ра опорных частот 9. Импульсы опорных частотгенератора 9 в соответствии с применяемыми частотными диапазонами каждой форманты поступаютна дешифратор опорных частот 13, Генератор часто.ты основного тона 2 формирует синхроимпульсы с15 частотой основного тона Ро в соответствии созначением кода частоты основного тона посредством пересчета импульсов генератора опорных час.тот 9. При 1 О ФО импульсы частоты Го поступают на,формирователь разнополярных напряжений 11 иЮ одновременно - на вентиль 12 генераторов формант 5, - 5 п, При введении сигнала тон - шумимпульсы частоты Ропроходят дополнительно черезключ 3 на генератор псевдослучайных чисел 4 иопределяют период повторения последовательностипсевдослучайных чисел,Формирователь 11 формирует два разнополяр.ных симметричных напряжения ( + 0),каждое изкоторых для шумовых звуков постоянно, а длятональных звуков преобразуется в периодическое,30 монотонно падающее по абсолютной величине, напряжение с периодом То, равным периоду основного тона, То = / Ео, При этом средний уровеньвы.1ходных напряжений формирователя определяетсянапряжением, формируемым на выходе преобразо 8 ф вателя "код - аналог" 10 в соответствии со значением А кода амплитуды выходного многоформантного сигнала. Оба вырабатываемых формировате.лем 11 напряжения являются опорными для работыфункционального преобразователя "код - аналог"40 17 в составе каждого генератора форманты и задаютформу огибающей выходного формантного сигнала.Формирование -того формантного сигнала на.чинается с выбора опорной частоты дешифратором4 бопорных частот 13 в соответствии со значениемкода частоты форманты. Таким образом задаетсячастота форманты Рф (1;) выходного сигнала,которая определяется выражениемг нт 2где Год ( й) - опорная частота, соответствующаякодуУГп; - емкость счетчика 16;К; - число разрядов кодаИмпульсы опорной частоты через делитель 14 скоэффициентом деления, равным значению 9; кодадобротности форманты, проходят на узел сравнения 15. и определяют моменты его срабатывания,Узел сравнения пропускает на выход импульсопорной частоты при условии, если в момент егоприхода текущее значение числа, поступающее из генератора псевдослучайных чисел 4 равно числу, заданному значением 9; кода добротности фор манты, или меньше его. Этим вводится нестабильность в опорную частоту, чем задается доброт. ность форманты Оф (9; 7, которая рассчитывается по формуле:К; а ( (;( в ;- ,(, , й (О,)Счетчик 16 накапливает импульсы с узла сравнения 15 по воо э. Выходы всех или.старших разрядов счетчика 16 связаны с соответствующими входами функционального преобразователя "код. аналог" 17, преобразующего каждое текущее зна. чение разрядов 8 счетчика 16 в выходное напряжение Оф (8) по гармоническому закону, определяе. мому выражением: 29т УЫп у-.8) ри 860, -221 Т ,-О ь,и ЬщгппРИ 86 " гп -1Опорные напряжения Т О задают форму огибающей выходного формантного колебания.Импульсы частоты Е основного тона для тональных звуков устанавливают через вентиль 12 значения разрядов счетчика 16 в соответствии созначением Ф; кода фазы форманты и тем самым задают начальную фазу колебания выходного на. пряжения Оф (Ф;) формантного сигнала.Формантные сщналы каждого иэ генераторов формант 5, - 5 п через фильтр нижних частот 18 поступают на входы смесителя 6 и далее через усилитель 7 на громкоговоритель 8,Таким образом, формантный синтезатор речи, согласно изобретению, позволяет воспроизводить следующие типовые сегменты, поступающие один за другим в непрерывном речевом потоке:сегменты гласных звуков и некоторых звонких согласных, составляющих группу сонорных звуков, которые возбуждаются голосовыми связками и имеют периодические формантные сигналы на пе. риоде То основного тона с дискретным частотным спектром, содержащим составляющие, кратные час. тоте Р 0 основного тона;сегменты глухих согласных звуков, которые образуются без участия голосовых связок в резуль тате шумового возбуждения с псевдослучайными формантными сигналами на периоде значительно большем, чем период основного тона и частотным спектром, содержащим составляющие более низкой частоты, чем частота основного тона;сегменты остальных звонких согласных, кото.рые образуются при совместном действия шумово.го возбуждения и голосовых связок с формантны.ми сигналами, имеющими псевдослучайную струк.туру выходного колебания от периода к периоду основного тона со смененным типом частотного спектра.рмула изобретения1. Формантный синтезатор речи, содержащий И входной регистр и последовательно соединенныегенератор основного тона, ключ и генератор псевдослучайных чисел, выходы которого подключены ко входам генераторов формант, выходы которых через последовательно соединенные смеситель и ф усилитель подключены ко входу громкоговорите.ля, при этом входы генератора основного тона, дополнительный вход ключа и другие входы генера.торов формант подключены к выходам входного регистра, отличающийся тем, что, с целью яв повышения качества синтеэируемой речи, в неговведены генератор опорных частот и последователь.но соединенные преобразователь "код - аналог" и формирователь разнополярных напряжений, при этом один выход генератора опорных частот под- ЗО ключен ко второму входу генератора псевдослучай.ных чисел, другой выход - к дополнительному входу генератора основного тона, а остальные выходы - ко входам генераторов формант, вход преобразователя "код в анал" соединен с соотеф ветствующим выходом входного регистра, а управ.ляющий вход формирователя разнополярных напряжений подключен к выходу генератора основного тона и к другим входам генераторов формант, при этом выходы формирователя раэнополярных 40 напряжений подключены к соответствующим входам генераторов формант.2. Синтезатор речи по п,1, отличающийсятем, что генераторы формант выполнены в виде вентиля и последовательно соединенных дешифратора опор.ных частот, делителя, узла сравнения, счетчика функционального преобразователя "код - аналог" и фильтра нижних частот, при этом выходы вентиля подключены к дополнительным входам счетчика.Источники информации, принятые во внимание ф 0 при экспертизе:1, Твеленев В.А. Генератор форманты речи.Автоматическое распознавание слуховых образов (АРС 0-8), ч. 4, Львов, ЛГУ, 1974., Федото дписноев СССР Тираж 509 Посударственного комитета Совета Мннистропо делам изобретениЯ н открытийС 35, Москва, Ж - 35, Раушская набд. 4/5 Заказ 197/3 НИИП иал ППП " Патснт ", г. Ужтород. ул, Проек Составитель Е. ПогнбловТехреду И. Астааош Корректор Л. Власенко