Устройство для синтеза речевых сигналов

(5)5 0 10 1 918 ФИЗОБРЕТЕНИ ОПИСАН ОРСКОМУ СВИД Ь К(56) Авторское свидетельство СССРМ 1408450, кл, 6 10 1. 9 18, 1986.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНТЕЗВЫХ СИГНАЛОВ НОЛОГИЧ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ8 ЕДОМСТ 80 СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) 57) Предлагаемое устройство относится к речевой информатике, а также может быть использовано в различных системах речевого взаимодействия человека с ЭВМ. Цель изобретения - увеличение объема синтезируемой речевой информации. Устройство для синтеза речевых сигналов содержит генератор адреса 1, запоминающее устройство 2, блок управления. 4, элемент И 5, реверсивный счетчик 6, ключ 8, элемент НЕ 9. 7 - 6 - 9 - 1 - 2 - 5 - 4 - 6 - 4 - 8,2-4,7 ил,Изобретение относится к речевой информатике и может быть использовано вразличных системах речевого взаимодействия человека с ЭВМ.Целью изобретения является увеличение обьема хранимой речевой информациии упрощения устройства.На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для синтеза речевых сигналов; на фиг. 2 - вариант реализации блока 10управления; на фиг. 3 - фрагмент реальнойречи (кривая А) и ее модернизация (криваяВ); на фиг, 4 - ключ; на фиг, 5 - временныеграфики работы устройства; на фиг. 6 -структура буфера, задающего последовательность выводимых в устройство кодов;на фиг. 7 - алгоритм вывода речевой единицы в режиме ожидания готовности,Устройство для синтеза речевых сигналов содержит последовательно соединенные генератор адреса 1, запоминающееустройство 2, вход которого является входом устройства, связанный с интерфейсноймагистралью ЭВМ, блок сопряжения 3, блокуправления 4, элемент И 5, реверсивный 25счетчик 6, тактовый генератор 7; ключ 8,выход которого является выходом устройства, инвертор 9.Первый выход блока управления 4 подключенн к входу записи реверсивного счетчика 6, а второй выход - ко входу ключа 8,третий выход блока управления 4 соединенс интерфейсной магистралью, а первыйвход блока управления 4 соединен с первымвыходом блока сопряжения 3, второй выход 35которого соединен со входом записи генератора адреса 1 и со вторым входом блокауправления 4, третий вход которого соединен с выходом элемента И 5, Первый выходзапоминающего устройства 2 соединен со 40входом элемента И 5 и синформационнымвходом реверсивного счетчика 6, вычитающий вход которого соединен с выходом тактового генератора 7. Второй выходзапоминающего устройства 2 подключен к 45четвертому входу блока управления 4, а выход реверсивного счетчика 6 подключен кпятому входу блока управления через инвертор 9, к суммирующему входу генератора адреса, шестой вход блока управления 4 50соединен с интерфейсной магистральюЭВМ,На фиг, 2 изображен блок управления 4,который содержит элемент И-НЕ 10, О-триггер 11, инвертор 12, диод 13, конденсатор 5514, элемент И-НЕ 15, элемент И.16, элементИ-НЕ 17.На фиг, 4 изображен ключ, который содержит резистор 18 резистор 19, транзистор 20. На фиг, 5 изображены временные графики работы устройства, где а - выход О- триггера; б - инверсный вход О-триггера 11; в - сигнал Выв,Н; г - выход 1 блока управления 4; д - тактовые синхроимпульсы тактового генератора 7; е-и - выходы реверсивного счетчика 6; л - о - выходы генератора адреса 1.Рассмотрим работу предлагаемого устройства, В одном состоянии, в которое устройство приводится по сигналу "СБРОС Н" О-триггер 11 устанавливается в единичное состояние, нуль с его инверсного выхода запирает элемент И-НЕ 10 блока управления 4, и поэтому на выходе элемента И-НЕ 15 устанавливается низкий уровень сигнала, который удерживает реверсивный счетчик 6 в режиме занесения информации. Это запрещает счет импульсов и импульсы обнуления на выходе реверсивного счетчика отсутствуют, так как на первом входе элемента И-НЕ 17 высокий. уровень, то по приходу сигнала "ВВ Н" с первого входа блока управления 4 в ЭВМ читается низким уровнем (т.е, единицей) сигнал готовности устройства. Для того, чтобы воспроизвести требуемую речевую единицу, необходимо с помощью ЭВМ записать через блок сопряжения 3 в генератор адреса 1 код, который задает начальный адрес записанной в запоминающем устройстве 2 речевой единицы, Запись кода в генератор адреса 1 осуществляется по сигналу "ВЫВ" со второго.выхода блока сопряжения 3, по нему же О-триггер 11 сбрасывается (см, фиг. 3, 4, 5) и на третьем входе элемента И-НЕ 10 устанавливается высокий уровень сигнала, Так как у О-триггера 11 конечное время срабатывания, то высокий уровень на выходе элемента И-НЕ снимается (а на выходе элемента И-НЕ 15 появится) по снятию сигнала "ВЫВ", что осуществит запись младших разрядов числа с выхода запоминающего устройства 2 в реверсивный счетчик 6 и разрешит счет,К моменту поступления заднего фронта сигнала ВЫВ" данные уже установлены на выходах постоянного запоминающего устройства 2.Старший разряд числа со второго выхода запоминающего устройства 2 через блок 4 управляет состоянием ключа 8 (ключ 8 подает на выход устройство постоянное высокое напряжение или нуль).После установления на входе записи Ч реверсивного счетчика 6 высокого уровня он начинает работать в режиме вычитания, отсчитывая длину полуволны звукового сигнала. Импульс обнуления, который формирует сигнал нулевого уровня с выхода50 речевых единиц, хранящихся в запоминаю-. 55щем устройстве 2. Для воспроизведения речи в диапазоне 5 кГц, частота тактового реверсивного счетчика 6 (он сигнализирует о том, что вычитание завершено), поступает через инвертор НЕ 9 на суммирующий вход генератора адреса 1 и на пятый вход блока управления 4. Передний фронт импульса обнуления изменит адрес ячейки запоминающего устройства 2 и через задержкувремени на элементах 13, 14, 15, которая необходима для уверенного считывания данных по новому адресу, заносит новый код времени в реверсивныйсчетчик 6, Занесение кода времени приводит к снятию сигнала обнуления. Поэтому импульс обнуления получается значительно короче, чем полупериод тактовой частоты, и следующий положительный фронт тактовой частоты вызывает вычитание единицы из счетчика 6 и не происходит потери импульса (см, фиг, 5), Как только в реверсивном счетчике 6 будет нулевой код, появится следующий импульс обнуления и весь цикл воспроизведения речи повторяется до тех пор, пока на первом выходе запоминающего устройства 2 не появится код М, имеющий единицы во всех разрядах. который опознается схемой И 5. Этот код отмечает конец вывода речевой единицы. Сигнал с выхода элемента И 5 поступает в блок управления 4, который по этому сигналу выдает низкийуровень на своем выходе 1 и этим запрещает работу реверсивного счетчика 6, Одновременно блок 4 устанавливает постоянный высокий уровень на втором выходе, прекращая этим вывод звука и подготавливает элемент И-Н Е 17 для формирования на третьемвыходе блока управления 4 сигнала готовности в ЭВМ.При подготовке информации для записи в запоминающее устройство 2 необходимо предусмотреть, чтобы не произошлослучайное совпадение длительности импульса или паузы с кодом й, являющимся признаком конца речевой единицы. Большие временные интервалы при записи должны разбиваться на несколько интервалов длиной не более И.По сигналу готовности ЭВМ может выдать новый код в генератор адреса 1 через блок сопряжения 3 и работа устройства повторится. ЭВМ читает сигнал готовности, выдавая через блок сопряжения 3 сигнал"ВВ" на первый вход блока управления 4. Управляющей ЭВМ необходимо знать только последовательность начальных адресов генератора 7 должна быть порядка 20 кГц, При этом для кодирования длины импульса достаточно 4 - 5 разрядных кодов, хранимых 10 15 20 2530 354045 в запоминающем устройстве 2. Следует заметить, что длительность первого импульса может увеличиваться устройством на длину сигнала "ВЫВ", однако это не влияет на качество речи,На базе предлагаемого устройства могут строиться различные системы речевого вывода. отличающиеся программой ЭВМ и содержимым запоминающего устройства 2,В запоминающем устройстве 2 могут храниться законченные фразы, отдельные слова, фонемы или пары фонем.В первом случае паузы между словами будут закодированы в речевой единице аналогично словам - пауза будет представлять собой последовательность ячеек памяти с нулевым значением старшего разряда.Во втором случае программа ЭВМ строит фразы, последовательно передавая адреса нужных слов. Момент задания адреса следующего слова определяется по наличию сигнала готовности на 3-м выходе блока управления 4, Пауза может быть закодирована в начале или в конце каждого слова, При этом ЭВМ не участвует в отсчете пауз, так как эта функция полностью реализуется устройством. Это позволяет расширить общий объем сообщений за счет повторного использования одной речевой единицы (слова) в нескольких фразах. Для снижения необходимого объема памяти паузы разной длительности могут быть закодированы в блоке 2 как отдельные речевые единицы, При построении фразы из ЭВМ должны быть последовательно выведены вустройство адреса требуемых слов и пауз между ними, Структура фразы при этом может быть задана в памяти ЭВМ таблицей (фиг. 6), первый элемент которой содержит длину табли- цы. а последующие элементы - значения выводимых в устройство кодов. Таблица кодирует фразу из четырех слов, причем паузы между словами одинаковы и задаются кодом Т 1, а после вывода последнего слова (выводом в устройство кода А 4) задается пауза кодом Т 2, отделяющая данную фразу от последующих. В данном случае ЭВМ также не отсчитывает величину временных интервалов, но задает величину паузы выводом соответствующего кода Т.Если в блоке 2 устройства не закодированы паузы или в имеющемся наборе пауз нет интервалов требуемой длительности, отсчет временных интервалов может быть возможен на ЭВМ. Таблица, кодирующая фразу, при этом может иметь ту же структуру, которая приведена на фиг. 6, но элементы Т будут означать не код (адрес паузы в блоке 2), подлежащий выводу в устройство, а величину интервалов времени. которыедолжны быть считаны ЭВМ между операциями вывода в устройство кодов А 1.Отсчет временных интервалов обычно осуществляетс операционной системой ЭВМ при помощи времязадающего устройства - таймера и системных программ, т,е. от прикладного программиста не требуется значение алгоритмов организации счета времени,В третьем случае (при хранении в запоминающем устройстве полного набора диоронов) могут генерироваться сообщения неограниченного объема. Кроме того, можно воспроизводить голосом вводимой с клавиатуры произвольный текст,Существуют различные алгоритмы управления периферийными устройствами. Указаны четыре возможных способа обмена: синхронный, асинхроннь 1 й (в режиме ожидания готовности). по прерыванию и с использованием прямого доступа в памяти,При работе с устройством может быть использован синхронный обмен, если речевая единица представляет собой законченную фразу и заведомо известно, что предыдущий вывод завершен,Если вывод фразы может интерпретироваться до завершения вывода предыдущей или фраза составляется из нескольких речевых единиц, как показано на фиг. б, то необходимо применять алгоритм асинхронного вывода, показанный на фиг. 7.Чтением сигнала готовности устройства в ЭВМ вводится значение логического нуля с выхода 3 блока 4. Этот сигнал является признаком завершения вывода речевой единицы, т.е, признаком готовности к следующему выводу.Если устройство не готово, чтение повторяется, а если готово - осуществляется вывод следующей речевой единицы,Блок 3 сопряжения с ЭВМ может обеспечивать также работу с устройством по прерываниям, Возможна также и модификация блока сопояжения, при которой он осуществляет не только передачу адреса в запоминающее устройство 2. но и запись в него данных из ЭВМ, Появляющиеся при этом дополнительные связи не изменяют сущности изобретения Обмен по прерываниям может реализоваться путем использования сигнала с 3-го выхода блока 4 в качестве сигнала. осуществляющего требование прерывания.Реализация блока сопряжения 3 зависит от типа интерфейса. используемого в ЭВМ, с которым должно рабо 1 ать устройство, Один из возможных вариантов реализации блока сопряжения для работы с магистральным интерфейсом МПИ по ОСТ11,305,903-80 в режим ожидания готовностиреализуется одной микросхемой К 588 В Т1.Интерфейсная магистраль в этом случае5 содержит шестнадцать шин АД 1 АД 16 дляпередачи адреса и обмена данными междуЭВМ и периферийными устройствами, т.е,по шинам АД поочередно подаются код(т,е, по адресу. большему 1 б 0 0008) одновременно с адресом устройства ЭВМ вырабатывает сигнал ВУ, В блок сопряжения 3поступают из ЭВМ также управляющие сиг 15 налы интерфейса; сигнал СИА, указывающий, что ЭВМ выставила на шинах АДадрес абонента, ВЫВОД, указывающий, чтоЭВМ выставила на шинах АД данные длязанесения по ранее заданному адресу и сиг 20 нал "ВВОД", по которому периферийное усЪтройство должно выставить данные дляввода в ЭВМ,Процессор, работающий с интерфейсомМПИ (например, микропроцессоры К 25303540 455055 1801 ВМ 1, К 1801 ВМ 2), фиксирует вводимыеданные перед концом выдаваемого им сигнала "ВВОД", Поэтому сигнал данных из. интерфейсной магистрали должен осуществляться с задержкой по отношению к снятию сигнала "ВВОД". Эта задержка обычно осуществляется не в периферийных устройствах, а в процессорном блоке, Формируемый в магистрали сигнал "ВВОД" задержан по отношению к сигналу "В ВОД" на контакте микропроцессораПосле приема данных из ЭВМ по сигналу "ВЫВОД" или передачи данных в ЭВМ посигналу "ВВОД" блок сопряжения 3 передает в ЭВМ сигнал "СИП", разрешающий ЭВМначать новый цикл обмена данными, Активные уровни всех сигналов - низкие, Следует отметить, что адрес, передаваемый по магистрали МПИ в блоке сопряжения 3, - это код, идентифицирующий данное периферийное устройство. Адрес речевого сообщения записывается в генератор адреса 1 через блок сопряжения 3 интерфейсным кодом "ДАННЫЕ",Устройство для синтеза речевых сигналов может быть реализовано на следующихтипах микросхем:блоки 1. б - К 155 ИЕ 7.блок,2 - К 573 РФбА,блок 5 - К 555 ЛИб.блок 9 - К 155 ЛН 1.блок 10 - К 155 ЛА 4,блок 11 - К 155 ТМ 2.блок 12 - К 155 ЛН 1,блок 13 - диод КД 522 А.блок 15 - К 155 ЛАЗ.блок 16 - К 155 ЛИ 1.блок 17 - К 155 ЛАЯ.блок 20 - КТ 315 Г,Итак, суть изобретения заключается в следующем. В предлагаемом устройстве на каждую полуволну речевого сигнала в памяти хранится только одно число, кодирующее ее длительность, Старший разряд этого числа указывает уровень выводимого на ключ сигнала (1 - высокий, 0 - низкий). Это позволяет увеличить суммарный объем хранимой речи без увеличения емкости памяти. Сигнал, выводимый на ключ, при этом принимает только два значения - высокий уровень во время положительной полуволны и низкий - во время отрицательной. Таким образом, на кодирование каждой полуволны требуется одно число малой разрядности. Экспериментально проверено, что представление речевого сигнала (фрагмент которого приведен на фиг, 3, кривая А) в виде, показанном на фиг, 3, кривая В, не влияет на разборчивость речи. На фиг. 3 все значения сигнала больше некоторого уровня Н, заменены постоянным высоким уровнем, а меньше - Н - . постоянным низким уровнем, т.е. речевой сигнал заменяется последовательностью прямоугольных импульсов. При этом, если такой сигнал подать на громкоговоритель, то сохраняется не только разборчивость речи, но (за счет длительности импульсов) воспроизводится различная громкость речи. Также экспериментально установлено, что для кодирования длительности импульсов и расстояний между ними достаточно четырех разрядных кодов,Кроме того, устройство является оченьпростым в технической реализации, так каксобрано на дискретных элементах,Формула изобретения5 Устройство для синтеза речевых сигналов, содержащее блок памяти. генератор адреса, выходы которого соединены садресными входами блока памяти, и генератор импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,10 с целью увеличения объема синтезируемойречевой информации, в него введены элементы И и НЕ, ключ, реверсивный счетчик иблок управления, первые вход и выход которого являются соответственно входом на 15 чальной установки и выходом готовностиустройства, второй и третий входы являютсяуправляющими входами устройства, а второй выход соединен с входом ключа, выходкоторого является информационным выхо 20 дом устройства, информационными входами которого являются соответственноинформационные входы генератора адреса,управляющий вход которого соединен с вторым входом блока управления, а информа 25 ционный вход соединен с выходом элементаНЕ, вход которого соединен с четвертымвходом блока управления, и выходом реверсивного счетчика, информационные входыкоторого соединены с выходами блока па 30 мяти и входами элемента И. выход которогосоединен с пятым входом блока управления,третий выход которого соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом35 генератора импульсов, один из выходовблока памяти соединен с шестым входомблока управления.1798814 Корректор Н.Кешеля ктор оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Риг. РСоставитель А,Евченехред М.Моргентал аказ 774 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изо 113035, Москва, Ж, РаПодписноеениям и открытиям при ГКНТ ССкая наб.; 4/5