Формантный синтезатор речи Советский патент 1977 года по МПК G10L13/02 G10L19/02 

(54) ФОРМ/1НТНЫЙ СИНТЕЗАТОР РЕЧИ формант; вход преобразователя код-аналог соединен с соответствующим выходом входного регистра, а управлякяций вход формирователя разнополярных напряжений подключен к выходу генератора основного тона и к другим входам генераторов формант; при этом выходы формирователя разнополярных напряжений подключены к соответствукжцим входам генераторов формант. Генераторы формант вьшолнены в виде вентиля и последовательно соединенных дешифратора опорных частот, делителя, узла сравнения, счетчика, функционального преобразователя код-аналог и фильтра нижних частот; выходы вентиля подключены к дополнительным входам счетчика. На чертеже изображена структурная злектрическая схема устройства. Синтезатор речи содержит входной регистр 1 и последовательно соединенные генератор основного тона 2, ключ 3 и генератор псевдослучайных чисел 4, выходы которого подключены ко входам генераторов формант 5) - 5f)f выходы котйрых через последовательно соединенные смеситель 6 и усилитель 7 подключены ко входу громкоговорителя 8, при этом входы генератора основного тона 2, дополнительный вход ключа 3 и другие входы генераторов формант 5i - 5п подключены к выходам входного регистра 1, генератор опорных частот 9 и последовательно соединенные преобразователь код-аналог 10 и формирователь разнополярных напряжений 11, при этом один выход генератора опорных частот 9 подключен ко второму входу генератора псевдослучайных чисел 4, другой выход - к дополнительному входу генератора основного тона 2, а остальные выходы - ко входам генераторов формант 5i - 5п, вход преобразователя коданалог 10 соединен с соответствующим выходом входного регистра 1, а управляющий вход формирователя разнополярных напряжений 11 подключен к выходу генератора основного тона 2 и к другим входам генераторов формант 5i - 5, при этом выходы формирователя разнополярных напряжений 11 подключены к соответствующим входам генераторов формант 5i - 5п, которые выполнены в виде вентиля 12 и последовательно соединенных дешифратора опорных частот 13, делителя 14, узла сравнения 15, счетчика 16, функщ1онального преобразователя код-аналог 17 и фильтра нижних частот 18; выходы вентиля 12 соединены с дополнительными входами счетчика 16. Формантный синтезатор речи работает следующим образом. Параметры сегментов речи иа смежного устройства, например ЭВМ (на чертеже не показано), поступают на входной регистр 1 с частотой сегментации. Каждый из параметров задается кодом и передается по кодовым шинам на соответствующие элементы синтезатора. Параметры сегментов речи содержат формант ные параметры частот формант fj, добротностей формант gi, фаз формант (iSl,n, где i-номе форманты, а п-число формант) и параметры общей части, а именно - частоту основного тона fp, амплитуду выходного сигнала А и сигнал тон-шум. Точность задания каждого из параметров определяется количеством разрядов кода. На узел сравнения 15 каждого из генераторов формант 5i - 5п поступают исходные псевдослучайные числа, вырабатьшаемые генератором псевдослучайных чисел 4 с наибольшей частотой генератора опорных частот 9. Импульсы опорных частот генератора 9 в соответствии, с применяемыми частотными диапазонами каждой форманты поступают на дешифратор опорных частот 13. Генератор частоты основного тона 2 формирует синхроимпульсы с частотой основного тона FO в соответствии со значением кода частоты основного тона посредством пересчета импульсов генератора опорных частот 9. При f о т О импульсы частоты FQ поступают на, формирователь разнополя{Й1ых напряжений 11 и одновременно - на вентиль 12 генераторов формант 5i - 5п. При введении сигнала тон-шум импульсы частоты FO проходят дополнительно через ключ 3 на генератор псевдослучайных чисел 4 и определяют период повторения последовательности псевдослучайных чисел. Формирователь 11 формирует два разнополярных симметршшых напряжения .( ±U),каждое из которых для гщмовых звуков постоянно, а для тональных звуков преобразуется в периодическое, монотонно падающее по абсолютной величине, напряжение с периодом TO, равным периоду основного тона, TO V FQ. При этом средний уровень выходных напряжений формирователя определяется напряжением, формируемым на выходе преобразователя код-аналог 10 в соответствии со значением А кода амплитуды выходного многоформантного сигнала. Оба вырабатываемых формирователем 11 напряжения являются опорными для работы функционального преобразователя код-аналог 17 в составе каждого генератора форманты и задают форму огибающей выходного формантного сигнала. Формирование i-того формантного сигнала начинается с выбора опорной частоты дешифратором опорных частот 13 в соответствии со значением f.} кода i частоты форманты. Таким образом задается частота форманты Fф (fj) выходного сигнала, которая определяется выражением b(f) где Fon ( f) - опорная частота, соответствующая mj - емкость счетчика 16; Kj - число разрядов кода i. Импульсы опорной частоты через делитель 14 с коэффшщентом деления, равным значению gj кода добротности форманты, проходят на узел сравнения 15 и определяют моменты его срабатьшания. Узел сравнения пропускает: на выход импульс опорной частоты при условии, если в люмент его

прихода текущее значение числа, поступающее из генератора псевдослучайных чисел 4 j равно числу, заданному значением gj кода добротности формаиты, или меньше его. Этим вводится нестабильность в опорную частоту, чем задается добротность форманты Оф (д|) , которая рассчитьшается по формуле:

фС|.) ,y т,,|,&(0,2 Счетчик 16 накапливает импульсы с узла сравнения 15 по mod m . Выходы всех или старших разрядов счетчика 16 связаны с соответствующими входами функционального преобразователя коданалог 7, преобразующего каждое текущее значение разрядов S счетчика 16 в выходное напряжение иф (S) по гармоническому закону, определяемому выражением:

21Г

Sin-pffrSl fipH S6 О,

H

-1

при se-, n Опорные напряжения ± U задают форму огибающей вьиодного формантного колебания.

Импульсы частоты FO основного тона для тональных звуков устанавливают через вентиль 12 значения разрядов счетчика 16 в соответствии со значением f кода фазы форманты и тем самым задают начальную фазу колебания выходного напряжения иф() формантного сигнала.

Формантные си-налы каждого из генераторов формант 5 - Sp через фильтр нижних частот 18 поступают на входы смесителя 6 и далее через усилитель 7 на громкоговоритель 8.

Таким образом, формантный синтезатор речи, согласно изобретению, позволяет воспроизводить следующие типовые сегменты, поступающие один за другим в непрерывном речевом потоке:

сегменты гласных звуков и некоторых звонких согласных, составляющих группу сонорных звуков, которые возбуждаются голосовыми связками и имеют периодические формантные сигналы на периоде TO основного тона с дискретным частотным спектром, содержащим составляющие, кратные частоте FO основного тона;

сегменты глухих согласных звуков, которые образуются без участия голосовых связок в результате щумового возбуждения с псевдослучайными формантными сигналами на периоде значительно больиюм, чем период основного тона и частотным

спектром, содержащим составляющие более низкой частоты, чем частота осшвного тонв;

сегменты остальных звонких согласных, которые образуются при совместном действии шумового возбуждения и голосовых связок с формантными сигналами, имеющими псевдослучайную структуру выходного колебания от периода к периоду основного тона со смеивнньпм типом частотного спектра.

Формула изобретения

1. Формантный синтезатор речи, содержащий

входной регистр и последовательно соединенные генератор основного тона, ключ и генератор псевдослучайных чисел, выходы которого подключены ко входам генераторов формант, выходы которых через последовательно соединенные смеситель и

усилитель подключены ко входу громкоговорителя, при этом входы генератора основного тона, дополнительный вход ключа и другие входы генераторов формант подключены к выходам входного регистра, отличающийся тем, что, с целью

повышения качества синтезируемой речи, в него введены генератор опорных частот и последовательно соединенные преобразователь код-аналог и формирователь разнополярных напряжений, при этом один выход генератора опорных частот подключен ко второму входу генератора псевдослзд«айных чисел, другой выход - к дополнительному входу генератора основного тона, а остальные выходы - ко входам генераторов формант, вход преобразователя код-аналог соединен с соответствующим выходом входного регистра, а управляющий вход формирователя разнополярных напряжений подключен к выходу генератора основного тона и к другим входам генераторов формант, при этом выходы формирователя разнополярных

напряжений подключены к соответствующим входам генераторов формант.

2. Синтезатор речи по п. 1, отличающийся тем, что генераторы формант выполнены в виде вентиля и последовательно соединенных дешифратора опорных частот, делителя, узла сравнения, счетчика, функционального преобразователя код-аналог и фильтра нижних частот, при этом выходы вентиля подключены к дополнительным входам счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:, .

1. Твеленев В.А. Генератор форманты речи. Автоматическое распознавание слуховых образов (АРСО-8), ч. 4, Львов, ЛГУ, 1974.