Вокодер Советский патент 1989 года по МПК G10L19/02 

Изобретение относится к речевой информатике и может быть использовано в вычислительной технике и технике спязи для кодирования, передачи и синтеза речевых сообщений.

(ель изобретения - повышение качества синтезируемой речи.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого вокодера.

Вокодер состоит из последовательно соединенных источника 1 речевого сигнала, анализатора 2, канала 3 связи и синтезатора 4. Аналзиатор 2 содержит последовательно соединенные фильтр 5 частот, аналого-цифровой преобразователь (МЩ) 6 с тактовым генератором 7, блок 8 быстрого преобразования Лурье (ВП), первый блок 9 умножения с генератором 10 псевдослучайной последовательности, второй блок 11 оперативной памяти, третий блок 12 умножения с первым блоком 13 постояшюй памяти, блок 14

быстрого преобразования Уолша (БПУ), первый блок 15 оперативной памяти, второй блок 16 умножения с вторым блоком 17 постоянной памяти и первый накапливающий сумматор 18. Анализатор 2 содержит также четвертый блок 19 умножения, соединенный входаЬ ми с входами третьего 20 оперативной памяти и второго блока 16 умножения, а вьпходами через второй накапливающий сумматор 21 - с -блоком 22 выбора максимума, выходы которого соединены с кодером 23 и вторым входом третьего блока 20 оперативной памяти. Выход кодера 23 является выходом анализатора 2.

Декодер 24 служит входным блоком синтезатора 4, который содержит блок 25 постоянной памяти, первый блок 26 умножения, вход которого соединен с декодером 24, а вмход через третий накапливающий сумматор 27 - с входом третьего блока 31 умножения, с котосл

4

со

о

Од

00 СО

pi.iM также связаны генератор 28 функ- j{Wi Уолша и генератор 29 псевдослучайной последовательности через второй блок 30 умножения, выход третьего блока 31 умножения через блок 32 обратного преобразования Фурье (ОБПФ и цифроаналоговый преобразователь (ПАП) 33 связан с фильтром 34 нижних частот, выход которого является выходом синтезатора 4.

Вокодер работает следующим образом.

Исходный речевой сигнал с выхода источника 1 речевого сигнала фильтруется в фильтре 5 нижних частот и преобразуется в цифровые отсчеты в АЦП 6. Период взятия отсчетов определяется тактовым генератором 7, В блоке 8 БПФ по N цифровым там вычисляется спектр исходного речевого сигнала X (tJ) на анализируемом сегменте, В первом блоке 9 умножения спектр X (w) перемножается с двоичной псевдослучайной последовательностью S (W|) . Полученная в результате перемножения последовательность

Xg(w) X (ы) S (ы) запоминается во второ блоке 1 1 оперативной памяти. В третьем блоке 12 умножения перемножаются последовательность Xg(io) и базисные функции j(co), m 1 ,... ,М,отсчеты которых хранятся в первом блоке 13 постоянной памяти, В качестве базисных функций целесообразно использовать В-сплайны. На вход блока 14 БПУ поступает последовательность

,) X (шк) S (cv)) ) .

В блоке 14 БПУ вычисляются коэффициенты разложения этой последовательности по дискретным функциям Уолта W (w) :

;.17 W,(a..,) R,), °i О,...,N/2-1.

Результаты преобразования заносятся в первый блок 15 оперативной памяти. Во втором блоке 16 умножения перемножаются комплексные величины 5 и величины Ь„„, хранящиеся во втором блоке 17 постоянной памяти.

Величины Ь„ - это элементы матрицы,

полученной обращением матрицы с эле-

ментами

где Я - диапазон частот речевого сигнала.

В первом накапливающем сумматоре 18 полученные произведения суммируются, и в третьем блоке 20 оперативной памяти запоминаются величины

м

с; Z Ь„„5;,п 1,М, i 0,N/2-1,

Одновременно с помощью четвертого блока 19 умножения и второго накапливающего сумматора 21 вычисляются величины

ДЕ

лл . „

где - знак сопряжения.

В блоке 22 выбора максимума опре0

5

0

5

деляется 1 1

MdKC

ДЛЯ которого

4К; принимает максимальное значение. В соответствии с найденным .«и кодер 23 с выхода третьего

М а к блока 20 опер-ативной памяти поступают соответствующие величины С|, m 1,..,,М.

Параметры i акс m через канал 3 , связи поступают в синтезатор 4. Генератор 28 функций Уолгаа по параметру i , поступившему из декодера 24, вырабатывает дискретную функцию Уолша W,-цлакс - - - которая во втором блоке 30

умножения перемножается с последовательностью SCuJ), вырабатываемой генератором 29 псевдослучай- Hoii последовательности. На второй вход, третьего блока 31 умножения поступает последовательность

(сОц) W,

мак

(J S (oJj

которая представляет собой спектр сигнала возбуждения. В первом блоке 26 умножения перемножаются параметры С , поступающие из декодера 24, и отсчеты базисных функций -(.„() хранящиеся в блоке 25 постоянной памяти. Полученные произведения поступают в накапливающий сумматор 27, с выхода которого на первый вход третьего блока 31 умножения поступает последовательность

Н(и;,) Г ,),

которая представляет собой оценку передаточной функции голосового тракта. Спектр синтезированного речевого сигнала

X (LO) Н (и)ц,)

Р (wJ

51Л906Я

в блоке 32 ОБПФ преобразуется в последовательность цифровых отсчетов, которые в ПАП 33 и фильтре 34 нижпих частот преобразуются в аналоговый синтезированный речевой сигнал. Параметры и С„, m 1,..,,М, полученные в анализаторе 2, минимизируют ошибку

51 1Х (wj - X (Ыц)1

м

(uJr - С

m-t

совместно по всем возможным спектрам сигнала возб ждения Р-((jj и всем возможным передаточным функциям Н (W|) . Кроме того, аппроксимация передаточной функции сплайнами согласуется со свойствами слуха, что улуч гаает восприятие синтезированной речи

Формула „изобретения

Вокодер, состоящий из последова- тельно включенных источника речевог о сигнала, анализатора, канала связи и Синтезатора, анализатор содержит последовательно соединенные фильтр нижних частот, вход которого является входом анализатора, аналого-цифровой преобразователь, управляющий вход которого соединен с выходом тактового генератора, блок быстрого преобразова HiiH Фурье и первьш блок умножения, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, последовательно соединенные блок быстрого преобразования Уолша и первьй блок оперативной памяти, последовательно соединенные второй блок умножения и первьй накапливающий сумматор, последовательно соединенные второй накапливающий сумматор и блок выбора максимума и кодер, выход которого является выходом анализатора, синтезатор содержит последовательно соединенные декодер, вход которого является входом синте0

5

0 5 0 5

затора, и перв1.1Й блок умножения, последовательно соединенные генератор функций Уолша и второй блок умножения, второй вход которого соеди- динен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, и последовательно соединенные блок обратного быстрого преобразования Фурье, цифроанапоговый преобразователь и фильтр нижних частот, выход которого является выходом синтезатора, о т- личающийся тем, что, с целью повышения качества синтезируемой речи, в анализатор введены второй и третий блоки оперативной памяти, третий и четвертый блоки умножения, первый и второй блоки постоянной памяти, выход первого блока умножения соединен с входом блока быстрого преобразования Уолша через второй блок оперативной памяти и третий блок умножения, второй вход которого соединен с вькодом первого блока посто- ИННОЙ памяти, выход первого накапливающего сумматора подключен к коде- jpy через третий блок оперативной памяти, второй вход которого соединен с вторым входом кодера и выходом блока выбора максимума, выход первого накапливающего сумматора подключен к входу второго накапливающего сумматора чере четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом первого блока оперативной памяти и первым входом второго блока умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока постоянной памяти, в синтезатор введены блок постоянной памяти, накапливающий сумматор и третий блок умножения, выход блока постоянной памяти соединен с вторым входом первого блока умножения, выход которого подключен к входу блока обратного быстрого преобразования Фурье через накапливающий сумматор и третий блок умножения,второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения.

Зяк г.

iililiiUU, Го .., .1аг:ствеи: С1 С коп 11;МЛ5, Моск;.

lIpon-U L , и:тнениг1--и чда , ёльск; - :

и:pt : i -i

л opoj,,

Изобретение относится к анализу и синтезу речи и может быть использовано в системах вокодерной телефонии. В вокодере передаточная функция голосового тракта аппроксимируется кубическими В-сплайнами, что повышает качество синтеза речи. При анализе речевого сигнала подбор параметров сигнала возбуждения и сплайна, аппроксимирующего передаточную функцию голосового тракта, производится совместно, исходя из минимизации среднеквадратичной ошибки синтеза. В устройстве отсутствует классическая схема выделения основного тона. Для подбора оптимальных параметров используются блоки быстрого преобразования Фурье и Уолша. 1 ил.