Способ анализа и синтеза речи и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G10L19/02 

Изобретение относится к речевой информатике, а именно к цифровым кодирующим преобразованиям, и может быть использовано в вычислительной технике и технике связи для вьщеле- ния, кодирования, передачи, декодирования и реконструкции речевых сообщений .

Цель изобретения - улучшение ка- чества синтезируемой речи.

Поставленная цель достигается тем что при анализе невокализованных сегментов речи по критерию максимума суммы мощностей всех параметров ее спектральной огибающей определяют и кодируют лучшую псевдослучайную последовательность сигнала возбуждения , передают параметры спектральной огибакнцей, определенной для лучшей псевдослучайной последовательности, и пойле приема, декодирования, при синтезе формируют сигнал возбуждения, повторяющий эту определенную путем автовыбора лучшую псевдослучарЧную последовательность. Поставленная цель достигае тс я также тем,что при определении путем автовыбора псевдослучайные последо- I вательности формируют многократно, I для сформированных псевдослучайных I последовательностей формируют ком- I плексно-сопряженные спектры и вьще- Iляют параметры спектральной огибаю- I щей путем нормирования результатов усреднения произведений спектра ис- 1ходного речевого сигнала и комплекс- I но-сопряженных спектров псевдослу- чайньк последовательностей на ус- редненный спектр сигналов возбуукде- ния.

На чертеже изображена структур- ная электрнчбская схема предлагаемого устройства для анализа и синтез

:речи.

Устройство состоит из последовательно подсоединенных к источнику 1 речевого сигнала,анализатора 2, канала 3 связи и синтезатора 4.

Блок 2 содержит фильтр 5 нижних частот, аналого-цифровой преобразователь, 6, .тактовый генератор 7,блок 8 быстрого преобразования Фурье,сумматор по модулю два, генератор 10 псевдослучайной последовательности, блок 1 быстрого преобразования Уол- цпа, блок 12 памяти, первый квадратор 13, первый, блок 14 деления,первый накапливающий сумматор 15, блок

16Выбора .максимума, детектор 17 высоты тона, генератор 18 сигналов возбуждения, блок 19 умножения, второй квадратор 20, второй 21 и третий 22 накапливающие сумматоры, второй 23 и третий 24 блоки деления, первый 25 и второй 26 коммутаторы и кодер 27

Синтезатор 4 содержит декодер 28, генератор 29 сигналов возбуждения, генератор 30 функций Уолша, коммутатор 31, сумматор 32 по модулю два, генератор 33 псевдослучайной последовательности, блоки 34 умножения, блоки 35 быctpoгo преобразования Фурье, цифроаналоговьш преобразователь .36 и фильтр 37 нижних частот. I

В анализаторе 2 последовательно включены фильтр 5 нижних частот, аналого-цифровой преобразователь 6, управляющий вход которого соединен с выходом тактового генератора 7, блок 8 быстрого преобразования Фурье сумматор 9 по модулю два, второй вход которого соединен с выходом генратора 10 псевдослучайной последовательности, -блок 1 1 быстрого преобразования Уолща, блок 12 памяти, первый квадратор 13, первьй блок 14 деления, первый накапливающий сумматор 15 и блок 16 выбора максиму ш, выход которого соединен с адресным входом блока 12 памяти. В анализаторе 2 последовательно соединены детектор

17высоты тона, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 6,. генератор 18 сигналов возбуждения, блок. 19 умножения, второй накапливающий сумматор 21, третий блок 24 деления, первый коммутатор 25 и кодер 27. Первый вход блока 19 умножения соединен с выходом блока 8 быстрого преобразования Фурье. Второй вход первого коммутатора 25 соединен с выходом блока 23 деления, вход которого соединен с выходом блока 12 памяти. Первый вход второго коммутатора 26 соединен с выходом детектора 17 высоты тона, вторым входом кодера 27, а также с управляющими входами первого и второго коммутаторов 25 и 26 и выходом второго коммутатора 26. Выход генератора 18 сигналов возбуждения через второй квадратор 20 и третий накапливающий сумматор 22 соединен с первьтм входом третьего блока 24 деления. Входом анализатора 2 являет

ся вход фильтра 5 низких частот а выходом - выход кодера 27,

Синтезатор 4 связан с выходом анализатора 2 через канал связи 3. В синтезаторе 4 последовательно включены декодер 28, генератор 29 сигналов возбуждения, коммутатор 31,управляющий вход которого соединен с первым выходом декодера 28, блок 34 уменьшения, второй вход которого соединен с вторым выходом декодера 28, блок 35 быстрого преобразования Фурье, цифроаналоговый преобразователь 36 и фильтр 37 нижних частот 37. выход которого является выходом синтезат

Первый вход сумматора 32 по модулю два соединен с выходом генератора 30 функций Уолша, вход которого соединен с первым выходом декодера 28. Второй вход сумматора 32 по модулю два соединен с выходом генератора 33 псевдослучайной последовательности. Выход сумматоиа 32 соединен с вторым информационным входом коммутато

Специализированное вьиислительное устройство, реализованное в элементах анализатора и их связях, при поступлении на вход анализатора невокализованных звуков речи осуществляет автоматизированный поиск оптимальной псевдослучайной последовательности, которая обеспечивает достижение минимума миниморума знергии ошибки представления глухих звуков речи.

Параметры спектральной огибающей, соответствующие лучшему псевдослучайному сигналу, определяются выражением

Г

де Р(w) - комплексно-сопряженный

спектр сигнала возбуждения, т.е. псевдослучайной последовательности, заменяющей импульсы основного тона на невокализованных сегментах передаваемого сигнала; ср(СО)- весовая функция, весовые

функции принимают постоянные значения в смежных интервалах частот; М - число отсчетов исходного сигнала на анализируемом сегменте. .. .

10

15 ра .

34487

Определение параметров, кодируемых в направляемых в канал связи при анализе вокализованных сегментов, соответствует известным приемам анализа речевых сигналов.

После декодирования сообщений, полученных по каналу связи в специализированном вычислительном устройстве, реализованном в элементах синтезатора, рассчитываются отсчеты синтезируемого речевого сигнала, которые сглаживаются фильтром нияних частот и передаются получателю.

5 а .

0

30

35

40

45

50

55

Оптимизация представления невокализов анньпс сегментов речевых сигналов улучшает восприятие глухих звуков речи и повьшзает разборчивость синтезированных речевых сообщений.

Формула изобретения

1. Способ анализа и синтеза речи, включающий сегментацию речевого сигнала, определение вокализованности каждого сегмента, формирование последовательности импульсов возбуждения периодических с периодом основного тона для вокализованньк сегментов или псевдослучайных для невокализ ованных сегментов, формирование спектра исходного речевого сигнала и комплексно-сопряженного спектра сигнала возбуждения и усреднение их произведения вьщеление параметров спектральной огибакяцей исходного сигнала, передачу и прием вьщеленных параметров, формиро вание сигнала возбуждения, повторяющего сигнал возбуждения, формируемый до передачи параметров, и фор- мир.ованне синтезируемого речевого сигнала путем фильтрации сигнала возбузкдения в соответствии с принятыми параметрами, отличающийся тем, что, с целью повышения качества синтезируемой речи, псевдослучайные последовательности импульсов возбуждения формируют многократно, для сформированных псевдослучайных последовательностей формируют комплексно-сопряженные спектры и выделяют параметры спектральной огибающей путем нормирования результатов усреднений произведений спектра исходного речевого сигнала и комплексно-сопряженных спектров псевдослучайных последовательностей на усредненный спектр сигналов возбуткдения, причем при анализе невокализованных сегментов определяют лучшуто псевдослучайную последовательность по критерию максимума суммы мощностей всех параметров спектральной огибающей, передают параметры спектральной огибающей для лучшей псевдослучайной последовательности и после приема формируют сигнал возбуждения, повторяющий лучшую псевдослучайную последовательность. 2. Устройство для анализа и синтеза речи, состояп1ее из последовательно включенных к источнику речевого сигнала анализатора, канала связи и синтезатора, анализатбр которого содержит генератор сигналов возбуж,цения, генератор тактовых импульсов, блок быстрого преобразования Фурье, блок умножения, накапливающий сумматор и последовательно соединенные входной фильтр нижних частот,аналого-цифровой преобразователь, управляющий вход которого присоединен к генератору тактовых импульсов , детектор высоты тона и кодер, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с. блоком быстрого преобразования Фурье, выход которого через блок умножения соединен с накапливающим сумматором, а вход генератора сигналов возбуждения соединен с детектором высоты тока, синтезатор содержит входной декодер, генератор, сигналов возбуждения, присоединенный входом к первому выходу декодера, и последовательно соединенные блок умножения, блок быстрого преобразования Фурье, цифро аналоговый преобразователь и выходно ф1тьтр нижних частот, отличающееся тем, что, с целью повьшге- пия качества синтезируемой речи, в анализатор введены квадраторы, накапливающие сумматоры, блоки деления, коммутаторы, генератор псевдослучайной последовательности и последовательно соединенные сумматор по модулю два, второй вход которого соединен с выходом г енератора псевдослучайной последовательности, блок быстрого преобразования Уолша, блок памяти, первый квадратор, первьй блок деления, первый накапливающий сумматор и блок выбора максимума, соединенный выходом с вторым входом второго коммутатора и адресным входом

блока памяти, выход блока памяти через второй блок деления соединен с вторым входом первого коммутатора, соединенного выходом с первым входом кодера, второй вход кодера

соединен с управляющими входами первого и второго коммутаторов, выходом и первым входом второго комму- т атора, выход генератора сигналов возбуждения соединен с входом второго квадратора и вторым входом

блока умножения, первый вход которого соединен с первым входом сумматора по модулю два, выход второго квадратора соединен через третий

накапливающий сумматор с первым

входом третьего блока деления, второй вход которого соединен с выходом второго накапливающего сумматора, выход третьего блока деления соединен с первым входом первого кому- мутатора, в синтезатор введены коммутатор, сумматор по модулю два, генератор псевдослучайной последовательности и генератор функций Уолша, вход которого соединен с первым выходом декодера и управляющим входом коммутатора, выход генератора функций Уолша соединен с первым входом сумматора по модулю два, второй

вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, выход сумматора по модулю два соединен с вторым информационным входом коммутатора, первый информационный вход которого соединен с ходом генератора сигналов возбуждения, а выход коммутатора соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с вторым

ВЫХОДОМ декодера.

Изобретение относится к речевой информатике и может быть использовано в системах вокодерной телефонии. Цель изобретения состоит в повьше- иии качества синтеза речи. Цель достигается тем, что на невокализованных сегментах при анализе параметры спектральной огибающей определяют для нескольких псевдошумовых сигналов возбуждения и выбирают такие сигналы возбуждения и параметры спектральной огибающей, которые минимизируют среднеквадратичную ошибку синтеза речи. Анализ и синтез речи осуществляются с помощью быстрого преобразования Фурье, 2 с.п. ф-лы, ип.