Устройство кодирования речевого сигнала в системах вывода информации голосом

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски нСоциалистическиеРеспубликОпубликовано 15.07.80. Бюллетень нр 26 оо делам изобретений и открытий(53) УДК 534. .852(088.8) Дата опубликования описания 17,07,80(54) УСТРОЙСТВО . КОДИРОВАНИЯ РЕЧЕВСЭ СИГНАЛА, В СИСТЕМАХ ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ ГОЛОСОМ 1Изобретение относится к области при- боростроения и может быть использовано в устройствах вывода информации в речевой форме иэ дискретных систем обработки информации, а также в технике электро-, связи.Известны устройства вывода информации, голосом, в которых кодирование речевого сигнала осуществляется при помощи анализаторов вокодерного типа Щ ,тоНедостатками вокодерных систем речевого ответа являются невысокое качество речи, сложность алгоритмов синтеза и наличие в анализаторах речевых сигналов сис-" тем аналоговых фильтров. В связи с этим15 из систем речевого ответа наиболее широко применяются компилятивные системы, в которых кодирование речевых сигналов осуществляется импульсно-Кодовой модуляцией.26Наиболее близким к предложенному по технической сущйости является усто ройство кодирования речевого сигнала в системах вывода информации голосом,содержащее кодер и первый сумматор, подключенный входом к выходу блока квантования 121,Недостаток этого устройства состоит в большой избыточности описанияречевого сигнала.Цель изобретения - сокращение избыточности описания речевогд сигнала.Поставленная цель достигается засчет введения в устройство двух коммутаторов, четырех блоков задержки,пороговой схемой, второго сумматора,блока управления и вентиля. (тдин извыходов первого коммутатора подключенко входу блока квантования, а другой вы-ход подключен одновременно ко входупервого блока задержки и к одному извходов второго сумматора. Другой входвторого сумматора соединен с выходом третьего блока задержки, а выход - с первым входом пороговой схемы. Один выход пороговой схемы подключен к другому входупервого коммутатора, другой выход -ко входу блока управления, выход кото98 4вход вентиля 2, вход второго элементазадержки 4 и на вход первого сумматора 8, В исходном состоянии вентиль2 открыт и значение О(1) поступает пакодер 3 и далее в запоминающее устройство, Яа второй вход первого сумматора 8 в исходном состоянии посту-.пает нулевой сигнал с выхода второгокоммутатора 7, поэтому сигнал на выходе первого сумматора 8 будет равенЦ ( 1 ). Сигнал о ( 1) с выхода первогосумматора 8 поступает одновременно навход четвертого элемента задеркки 12 ина вход третьего элемента задержки 11.С выхода третьего элемента задержкиснимается оценочное значение речевогосигнала в момент времени х(1 )ЛЦ: - .Х(Ци подается на первый вход второго сумматора 10, где значок "л ф обозначаетпредсказываемое значение. В первыйлмомент Х(И)= Х(Ц, в соответствиис теоремой Котельникова, Л 1 ( 1/2 РЬ,На второй вход второго сумматора 10через первый коммутатор 5 поступаетистинное значение речевого сигналаХ (Ь+М ), одновременно поступающее навход первого элемента задержки 6. Навыходе второго сумматора 10 будетсформирован разностный сигнал Ьд == Х ( В + М) - ( И + М ). Разностный сигнал Лпоступает на вход пороговой схемы 9, В случае, если Ь ) г, где Р-,некоторый порог, именуемый далее апертурой и задаваемый блоком управления13, то пороговая схема 9 формируетсоответствующий сигнал в блоке управления 13. Блок управления формируетпервое значение Р ( 1 ) =О последовательности Р ( 1 ) результатов предсказания, означабщсе, что предсказание второго значения речевого сигнала (ИЬ 1 )не состоялось. Далее блок управления13 вьщает соответствующие управлющиевоздействия на коммутаторы 7 и 5. Свыхода блока квантования 1 значение Л,как следующее значение массива приращений а(2), поступает через открытыйвентиль 2 икодер 3 в основное запоминающее устройство и на входы второгоЯэлемента задержки 4 и первого сумматора8. На второй вход первого сумматора8 поступает с выхода второго коммутатора 7 значение речевого сигналаХ(1+М) . На выходе третьего элементазадержки 11 будет сформировано предсказываемое значение речевого сигналав момент времени (1 ф 2 Л ):Х( 2 ЬЦ = Х(М) Л 1,40 3 7484рого подключен одновременно к третьему,входу первого коммутатора, второму входу пороговой схемы; одному иэ входоввторого коммутатора и к одному из входов вентиля. Выход вентиля соединен5с входом кодера, а вход соединен одновременно с выходом блока квантованияи входом второго блока зедоржки,выход которого соединен с вторымвходом второго коммутатора, Вход 10четвертого блока задержки соединен одновременно с выходом первого сумматораи со входом третьего блока задержки, авыход - с третьим входом второго коммутатора, четвертый выход которого.соединен 15с выходом первого блока задержки, а вьюход - со вторым входом первого сумматора.На чертеже изображена структурная.схема предложенного устройства. 20Устройство содержит блок квантования1, вентиль 2, кодер 3, второй элемент задержки 4, первый коммутатор 5, первый элементзадержки 6, второй коммутатор 7, первыйсумматор 8, пороговую схему 9, второй 25сумматор 10, третий элемент задеркки11, четвертый элемент задержки 12,блок управления 13,Запоминающее устройство, подключенное к выходу кодера (не показано), записывает не каждое значение приращения речевого сигнала О ( 1 ), полученное методом ДИКМ, а только те, которые необходимы для восстановления речевогосигнала с ошибкой, не превышающей заданную величину г. В случае, если для восстановления речевого сигнала на 1 - Мшаге может быть использовано приращение речевого сигнала, полученное на. -1) м шаге, то значение приращенияна -м шаге в запоминающее устройствоне записывается. Для обозначения момен-,т.тов, когда для приращения речевогосигнала может быть использовано приращение, полученное на предыдущем шаге, вводится массив предсказаний Р ().Элементы массива Р (1 ) могут принимать "1" или "О".Устройство работает следующим образом. Речевой сигнал Х (1 ) поступает 50на вход первого коммутатора 5. В исходном состоянии сигнал, поступающий на.управляющий вход первого коммутатора 5с блока управления 13, разрешает прохождение речевого сигнала на вход блока квантования 1, С выхода блокаквантования 1 значение речевого сигнала О ( 1 ) поступает одновременно на5 748498 6Соответственно на выход второго сум- фматора 10 будет сформирован разностный,сигналЬ- Х(12 й Ц - Х (1 ф 2 М),Далее схема работает аналогично,5В случае, если Ь,( 1 блок управления 13по сигналу пороговой схемы 9 закроетвентиль 2, выдаст соответствующие управляющие воздействия на коммутаторы5 и 7 и сформирует значение Р()=1. 10Значение йчерез первый коммутатор 5не поступает на вход блока квантования1. Таким образом, на первый вход первого сумматора 8 сигнал не будет поступать, а на второй вход первого сумматора 58 поступит через второй коммутатор 7со второго элемента задержки 4 значение О (1). Соответственно на выходе третьего элемента задержки 11 будет офортмировано значение Х (1 ф 2 Ь 1 ) равноеХ(1+ 2 ЛФ) = Х (1 ЬЦ = Х(1)В дальнейшем схема работает аналогично,Таким образом, в запоминающее устройство выдается не каждое значение приращения сигнала, а только существенные.В предложенном устройстве количествовь 1 даваемой для записи в ЗУ информации равно Ю=;Т .К, +Хр (бит),где Ю = 1/2 Г - объем массива предска-З 0заний, представляющегособой последовательность единиц и нулей,число которых равночислу отсчетов прира 35щений;К = р - коэффициент сжатия;Я - число приращений наединицу речевого сигнала; 40Р - число предсказываемых,т.е. незаписываемыхв память, коэффициентовГ - частота ограничения . 45спектра речевого сигнала,Эффективность использования устройства кодирования определяется выраже- нием 50 о п Ю 3 К Юр КХр /3 СИевидно, что положительный эффект будет при 3 ) 1, т.е. при К +3 /Г(1, При Г = 4,5 кгц максимальная разрядность равна Р=4 бнт, т.е, должен быть К "- 0,75. Моделирование устройства использованием речевого сигнала, квангованного на 256 уровней с частотой Г = 9 кгц показало, что при значении яшам.ргуры р = 4 значение Э ) 1, например, при 1 = 4 Э= 1,16; при и= 5 3: - 1,24 и т.д, Значение среднеквадратичной погрешности восстановления речевого сигнала соответственно получены 0,71 и 0,95. Таким образом, предложенное устройство позволяет сократить избыточность речевых сигналов за счет увеличения среднеквадратичной погрешности восстановления, Степень сокращения избыточности задается схемой управления путем изменения порога схемы. 9. Формула изобретения Устройство кодирования речевого сигнала в системах вывода информации голосом, содержащее кодер и первый сумматор, подключенный входом к выходу блока квантования, о т л и ч а ю щ е - е с я тем, что, с целью сокращения избыточности описания речевого сигнала. оно снабжено двумя коммутаторами, четырьмя блоками задержки, пороговой схемой, вторым сумматором, блоком управления, и вентилем, причем один иэ выходов первого коммутатора подключен ко входу блока квантования, а другой выход подключен одновременно ко входу первого блока задержки, к одному иэ входов второго сумматора, другой вход которого соединен с выходом третьего блока задержки, а выход - с первым входом пороговой схемы, один выход которой подключен к другому входу первого коммутатора, другой выход - ко входу блока управления, выход которого подключен одновременно к третьему входу первого коммутатора, второмувходу пороговой схемы, одному их входов второго коммутатора и к одному из входов вентиля, выход которого соединен с входом кодера, а вход соединен одновременно с выходом блока квантования и входом второго блока задеркки, выход которого соединен с вторым входом второго коммутатора, вход четвертого блока задержки соединен одновременно с выходом первого сумматора и со входом третьего блока задержки, а выход - с третьим входом второго коммутатора, четвертый вход которого соединен с выходом первого блока задержки, а вы х ол со вторым входом первого сумматора.. БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113038, Москва, Ж, Раушская наб., д. Филиал ПППУжгорПатент, г. од, ул. Проектная,7 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР. 488492, кп, З 10 Ь 1/08,1975. 82. Петров В. П. Устройство кодирования речевых сигналов методом адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции, "Труды института инженеров электронной и радиопромышленностиф 3,976,4, с, 7 прототип).