Цифровой синтезатор речи

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 993315 К,(6)Дополнительное к авт, саид-ву(22) Заявлено 200630 (2) 2942590/18-10 Р 1)М Кл з с присоединением заявки Мо С 101/00 Государственный коюнтет СССР но делаю нзобретеннй н открнтнйОпубликовано 3001.83. Бюллетень йо 4 Дата опубликования описания 30,0183 В еачееа лч ч.В.И. Куля и Ю.М. СмирновРиГлавный научно-иооледователаоннй и инфорнаиионно"ч Гвычислительный центр Госплана Украинской ССР(54) ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР РЕЧИ Изобретение относится к акустике, в частности к синтезаторам речи, и может быть использовано в вычислительной технике дня вывода информа-ции из вычислительной машины в речевом виде. Известно устройство для синтеза речи, содержащее источник возбуждения, широтно-импульсный модулятор,на выходе которого появляются импульсы, промодулированные по длительности в соответствии с сигналом возбуждения, регистр сдвига параллельного кода, соединенный с выходом широтно-. импульсного модулятора, двоичные инверторы, амплитудные модуляторы, аналоговый сумматор, фильтр нижних частот, а также источник управляющих сигналов 1 .Указанное устройство не обеспечивает высокого качества синтезированной речи, так как точность синтеза ограничивается разбросом параметров используеьмх аналоговых элементов.Иэвестен также цифровой синтезатор речи, содержащий дискретный возбудитель, основной и дополнительный регистры сдвига, цифровой умножитель, сумматор, коммутаторы основного и дополнительного регистра сдвига, цифро-аналоговый преобразователь, генератор продвигающих импульсов и источник кодов управляющих слоев 2Недостатком известного устройстваявляется ограниченная точность синтеза спектра речевого сигнала; так какне обеспечивается перераспределение 4 точности синтеза между низкочастотной и высокочастотной областямиспектра речевого сигнала.Цель изобретения - повышение точности синтеза речевого спектра,Указанная цель достигается тем,что в устройство, содержащее дискрет.ный возбудитель, регистр сдвига параллельного кода, источник кодов управляющих сигналов, цифро-аналоговыйпреобразователь, введены мультиплексор, первый блок вычисления скалярного произведения, второй блок вычисления скалярного произведения, постоянное запоминающее устройство, счетчик адреса и генератор тактовых сигналов, причем первый вход мультиплек.сора соединен с выходом дискретноговозбудителя, второй вход - с вторымвыходом регистра сдвига параллльногскода, а выход подключен к входу региЗвд стра сдвига параллельного кода, пер 993315пый вход первого блока вычисленияскалярного произведения соединен снервьм выходом регистра сдвига параллельного кода, первый вход второгоблока вычисления скалярного произведения подключен к выходу первого блока вычисления скалярного произведения, второй вход - к выходу источника кодов управляющих сигналов, а выход соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, выход постоян Оного запоминающего устройства подключен к второму входу первого блокавычисления скалярного произведения,выход счетчика адреса соединен свходом постоянного запоминающего уст ройства, а выход генератора тактовыхсигналов подключен к третьему входумультиплексора, к третьим входам первого и второго блоков вычисления скалярного произведения, к входу счетчика адреса и к источнику кодов управляющих сигналов. На чертеже представлена схемапредлагаемого устройства,Цифровой синтезатор речи содержитдискретный возбудитель 1, мульти. плексор 2, первый вход которого соединен с выходом дискретного возбудителя 1, управляемого кодами основного тона и сигналом ."Тон-щумф, регистр ЗО3 сдвига параллельного кода, вход которого подключен к выходу мультиплексора 2, а второй выход соединенс вторым входом мультиплексора 2,первый блок 4 вычисления скалярного 35произведения, первый вход которогоподключен к первому, выходу регистра 3 сдвига параллельного кода, второй блок 5 вычисления скалярного произведения, первый вход которого под" 40ключен к выходу первого блока 4 вычисления скалярного произведенияа выход соединен с входом цифро-аналогового преобразователя б, постоянное запоминающее Устройство 7, выход 45которого подключен к второму входупервого блока 4 вычисления скалярного произведения, а вход соединенс выходом счетчика 8 адреса, источник 9 кодов управляющих сигналов,вы"ход которого подключен к второму входу второго блока 5 вычисления скалярного произведения, генератор 10 так-.товых сигналов, подключенный к мультиплексору 2, регистру 3 сдвига параллельного кода, первому 4 и второму 5 блокам вычисления скалярногопроизведения, счетчику 8 адреса и ис.точнику 9 кодов управляющих сигналов.Цифровой синтезатор речи работает 60следующим образом,Код основного тона и код фТоншум" управляют работой дискретноговозбудителя 1, на выходе которогоформируются коды, соответствующие 65 тональному или шумовому сигналамвозбуждения.Кодовые комбинации с выхода дискретного возбудителя 1 поступают навход мультиплексора 2, управляемогос выхода генератора 10 тактовыхимпульсов. Мультиплексор 2 являетсястандартным узлом устройств вычислительной техники и предназначендля коммутации кодовых комбинаций свыхода дискретного возбудителя 1 илирегистра 3 сдвига параллельного кодана вход регистра 3 сдвига параллельного кода.Кодовые комбинации с выхода мультиплексора 2.поступают на вход регистра 3 сдвига параллельного кодаи Под действием импульсов с генератора 10 тактовых сигналов продвигаются по всей разрядной, сетке регистра. Длина регистра 3 сцвига определяется количеством и отсчетов каждогоиэ а откликов цифровых Фильтров, хранящихся в постоянном запоминающемустройстве 7. Сдвиг коцовых комбинаций в регистре 3 сдвига осуществляется циклически через мультиплексор 2до момента приема нового значениясигнала возбуждения с выхода дискретного возбудителя 1.Коды с выхода регистра 3 сдвигапараллельного кода поступают на первый блок 4 вычисления скалярного произведения, в котором осуществляетсянакопление сумки произ. ведений двоичных кодов отсчетов сигнала возбуждения и отсчетов откликов цифровыхфильтров, поступающих иэ постоянногозапоминающего устройства 7. Адресация ячеек постоянного запоминающегоустройства производится с выхода счетчика 8 адреса, который определяетадрес отклика и адрес отсчета .отклика.Двоичный код с выхода блока 4 вы"числения скалярного произведения поступает в качестве первого сомножите-ля на второй блок 5 вычисления скалярного произведения,:е котором накапливается сумма произведений первого сомножителя на двоичные коды, поступающие с выхода источника 9 управляющих сигналов,На выходе второго блока 5 вычисления скалярного произведения в концевременной базы синтеза образуются отсчеты речевого сигнала, которые пос"тупают на вход цифро-а 1 налогового преобразователя б,Синхронизация во времени всегоустройства осуществляется сигналами,с выхода, генератора 10 тактовыхсигналов. Структура первого 4 и второго 5 блоков вычисления скалярногопроизведения одинакова,Блок вычисления скалярного произведения работает следующим образом.Двоичные коды первого сомножителя принимаются в первый регистр сдвига, а коды второго сомножителя - во второй .регистр сдвига. Под действием тактовых импульсов с выхода генератора 10 тактовых сигнзлов устройства они продвигаются по разрядным сеткам обоих регистров. После каждого такта сдвига к содержимому накапливающего сумматора добавляется поразрядное логическое произведение содержи О мого первого регистра сдвига и очередного разряда на выходе второго - регистра сдвига. Количество сигналов сдвига между двумя последовательными сигналами записи информации в регист ры определяется разрядностью кодов обоих сомножителей, а длительность цикла вычислений - количеством отсчегов отклика. В конце цикла вычислений в накапливающем сумматоре образует- Э) ся скалярное произведение обоих сб-, множителей.Постоянное запоминающее устройство 7 содержит 0,5 е (и) ячеек, в которых последовательно. записаны двоичные коды откликов цифровых фильтров согласно их номерам от 1 до е, причем для хранения последовательных отсчетов каждого отклика используется 0,5 (и) ячеек памяти. ЗДля того, чтобы обеспечить распре,деление точностисинтеэамежду низкочастотной и высокочастотной областяМи спектра речи при фиксированном числе управляющих параметров, поступающих от источника 9 кодов управляющих параметров, в постоянное запоминающее устройство 7 записываются двоичные коды отсче-.тов функции времени д (с), где 1 в 1,2в, предварительно вычисленных как преобразование Фурье от 46 передаточных функций цифровых фильтров в частотной области(ц,В) = а 1 квсовиищ О)45 где о - коэффициент пропорциональности,Щ- круговая частота,В - верхняя граница спектра сиитезируемого сигнала,12 юф 1 -Ою 5 Тйа 0,5 Т,Т - временная база синтеза.Передаточные функции К 1 бю) цифровых фильтров рассчитываются предварительно с цельв обеспечения более;высокой разрешающей способности синтезатора речи в низкочастотной области спектра за счет соответствующеюснижения ее в высокочастотной области, что согласуется с известными осо фбенностями слухового восприятия ре- .чевых сигналов.Поскольку отклики цифровых фильтров, вычисляемые по Формуле (1), симметричны относительно середины вре-. 65 менной базы Т, в пассивном запоминающем у:тройстве 7 записываются лишь их левые ветви в интервале от с = -0,5 Т до сО. Последовательный вывод всех отсчетов отКлика каждого цифрового фильтра при синтезе речи в предлагаемом устройстве обеспечивается счетчиком 8 адреса.Счетчик 8 адреса обеспечивает счи. тывание из постоянного запоминающего устройства кодов отсчетных значений только левой ветви каждого отклика, а правая ветвь каждого отклина воспроизводится путем повторного считывания откликов левой ветви, но в обратном направлении, т.е. в направлении убывания адресов отсчетов.ПредЛагаеьазй цифровой синтезатор речи позволяет повысить точность синтеза речи, так как он обеспечивает распределение разрешающей способности в заданном диапазоне частот беэ увеличения количества управляющих сигналов, выдаваемых источником кодов управляющих сигналов. Синтезатор может найти применение в речевых автоответчиках, справочно"информационных и обучающнх системах. Формула изобретенияЦифровой синтезатор речи, содержащий дискретный возбудитель, регистр сдвига параллельного кода, источник кодов управляющих сигналов, цифроаналоговый преобразователь, о т л и" ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьааення точности синтеза речевого спектра, в него введены мультиплексор, первый блок вычисления скалярного произведения, второй блок вычисления скалярного произведения, постоянное запоминающее устройство, счетчик адреса и генератор тактовых сигвалов, причем первый вход мультиплексора соединен с выходом дискретного возбудителя, второй вход - с вторым выходом регистра сдвига параллельного кода, а выход подключен к входу регистра сдвига параллельного кода, первый вход первого блока вычисления скалярного произведения соединен с первым выходом регистра сдвига параллельного кода, первый вход второго блока вычисления скалярного произведения подклвчен к выходу первого блока .вычисления скалярного произведения, второй вход - к выходу источника кодов управляющих сигналов, а выход соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, выход постоянного запоминающего устройства под- . ключен к второму первого блока вычисления скалярного произведения,вы-. ход счетчика адреса соединен с входом постоянного запоминающего устройства, а выход генератора тактовых сиг993315 Ссставитель В. СухановРедактор СКрупенинаТехред А.Ач КорректорЖ,Шарсыи Заказ 486/68 Тираж 380 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Ффилиал ППП фПатент, г, Ужгород, ул. Проектная 4 полов подключен к третьему входумультиплексора, к третьим входам пер"ного и второго блоков вычисления скалярного проиэведения, к входу счетчика адреса и к источнику кодов управляющих сигналов. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР Р 613368, кл. С 101/02, 1978,2. Авторское свидетельство СССР 9 613366, кл. С 101/00, 1978.