Синтезатор речевого сигнала Советский патент 1980 года по МПК G10L13/02 

Изобретение относится к синтетической телефонии и может быть использовано в технике телефонной связи, а также в устройствах речевого вывода информации из ЭВМ. Известно устройство для синтеза речи содержащее линию задержки, матрицу и умножители, выходы которых подключены ко вХоОу фильтра нижних частот, лричем влоды матрицы соединены с выходами ли нии задержки, а ее выходы подключены к первым входам аналоговых умножителе на вторые входы которых подаются управляющие сигналы. Известное устройство аппроксимирует спектр речевого сигнала функциями вида .i, где Иг 1,2, 3...11. Недостатком известного устройства яв ляется его низкая технологичность, обусловленная наличием аналоговых умножите лей, требующих после изготовления регулировки. Кроме того, матрица известного устройства содержит большое количество резисторов с разными величинами сопро- тивления, что также затрудняет изготовление устройства, особенно его изготовление средствами микроэлектроники. Целью изобретения является улучщение технологичности при изготовлении средствами микpoэлeкtpoники. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее фильтр нижних частот и пинию задержки с 2пг отводами, соответствующими временным сдвигам относительно ее середины на ti 1/2F, где 1 - номер отвода, отсчитанный от середины линии задержки (l, 2, ... , m), F- верхняя граничная частота синтезируемого спектра, а - число членов аппроксимирующего ряда, введеггы дифференциальные усилители с входными сопротивлениями, пропорциональными «««d Д® 1 - 1, 2, ..., ni и j « 1, 2, ..., m , выходы которых ПОДКЛЮЧ€ ны ко входу упомянутого фильтра нижних частот, и резистивно-ключевая матртата, состоящая из vii строк и 2ni столбцов, имеющая на пересечении всех строк и столбцов, для которых величина sin ij равна нугао, где i номер столбца, отсчитанный от середины линии задержки, а j номер строки, ключевые модуляторы, аналоговые входы которых соединены построчно со входами сигнал-параметров а управляющие входы ключевых модуляторов каждого ±-i столбца подключены соответственно к 1 i выходам линии задерж ки. При этом выходы ключевых модуляторов, стоящих на пересечении i1 столбца и j строки подключены ко входу сложения дифференциального усилителя со входным сопротивлением пропорциональ/ , ,. /гг tt „ :;:тг: |.эспн s-in ным или ко входу вычитания того же усилителя, если вел таина 3ivi-i-j 0На чертеже каображена функциогшльная схема синтезатора речевого сшнала для случая аппроксимгщии синтезируемого сиг нала рядом, состоящим из 7 членов (Ж 7), Синтезатор речевого сигнала содержит дискретную линию задержки 1, резистив-НС-ключевую матрицу 2, имеющую в своем составе ключевые модуляторы 3 и резисторы 4о Кроме того, в состав синтезатора Еходят дифферещиальные усилители 5„1, 5,2,5 о,., -5Лч и фильтр нижних частот 6,-, Дискретная линия задержки (ре гистр сдвига) 1 имеет 2т отводов, соответствующих временным сдвигам относительно ее середины на ±1 - где i номер отвода, отсчитанный от середины линии задержки, а F - верхняя гран1гчна частота спектра синтезируемого сигнала. Номер отвода i может принимать значения iCl,. 2, .,,, П1 ), при этом положительные значения соответствуют положительным -временным сдвигам относительно середины ЛИНИЕ задержки, а отртщател libie - отрицательным, Кл-ючёвые модуляторы 3, аходящие в состав резистивно ключевой матрицы 2, имеют по два входа - аналоговый и управляющий и один выход, соединенный с резистором 4.. Все резисторы 4 имеют од1шаковую номинальную величин} сопротивления„ Ключевые модуляторы и резисторы 4 образуют Ш строк и 2т столбцов матрицы. При этом на пересечении i столбца и j строки, для которых SiM j О, модуляторы и резисторы отсутствуют, аналоговые входы ключевых модуляторов соединены между собой по строкам и подключены ко входам сигналпараметров J, То,. .-Tj,. - - Tm Управляю щие входы ключевых модуляторов 3 сое 004 динены между собой по столбцам и подключены к выводам линии задержки так. что столбец матр1щы с номером подключен к -vi выводу линии задержки, столбец матрицы с номером - i подключен к - -1 выводу линии задержки и т.д. У матрицы 2 на чертеже изображены -t tl, i ±2 и столбцы и -J 1, .J 4 и строки. Дифференциальные усилители 5 имеют различные величины входного сопротивления, каждая из которых пропорциональна одному из значений величины/siiiij :р|/,где i и могут принимать значения от 1 до Hi Ввиду периодичности функции 51 1 возможное число значений входного сопротивления усилителей 5 невелико. Так, например. при Гп-7 возможное число значений п-ij Y I равно 4. На чертеже обозначение усилителей 5 имеет дополнительные индексы 1, 2, ..,, К , соответствующие сочетаниям 1 1, -j 1 1 2, } 1 и f , ;j - 4. Описьшаемое устройство синтезирует спектр речевого сигнала ЗСи;)в диапазоне частот от нуля до F, который может быть представлен в виде ряда S(.g.nj(ujY где .- - коэффициенты, сформированные при представлении огибающей исходного речевого сигнала ISiCoulj рядом вида (1) в анализаторе вокодеоа по правилу -j|S,MlnjHdu; , (2) где t Сш)- спектральные функции, определяемые выражением r.( (з) Число членов ш в (1 и (3) определяется заданной точностью воспроизведения исходного речевого сигнала. Временные отклики синтезатора - (t), соответствующие спектральным функциям j (ш) определяются преобразованием Фурье от (ш) I ((((v,cl(4) гце (Г tiC)MJC-iC:) - дельтп- | ункдии, расп . ложе иные на расхзтоя нии iID от точки на оси времени, принято за нуль, а t -Mi FИмпульсный отклик, соответствуюший спектру (1), представляет собой сумму сигналов (4), взятых с весами jTn {(tvlTjfjC V-.lTilsiv ijJ frHrbcfWt l -RT Поскольку величина sin -j тггг: для всех сочетаний i и j может принимат небольшое число значений ( 1 для fn нечетного и {т Для щ четного), члены ряда (5) могут быть перегруппированы так, чтобы он принял вид: ,a,Tf/C-ti:vs j 2,Tj6(tH sA« ir. S jty Здесь под знаками S, и S 2. суммируются все произведения 5-(У(1-с),имеюише в (5) коэффициентами - - .... ПОД знаками S и 2д - все произведения f cfCit) I 1 ОТГс коэффициентами s-tti и т.д. Предлагаемый синтезатор выполняет операции, описываемые выражением (6). На тактовый вход дискретной линии задержки (регистра сдвига) 1 подаются про двигающие импульсы с частотой, равной 2nF, где Y обычно выбирается равным 5-10, а на вход записи - импульсы основного или случайная последовательность импульсов тона. На выходах линии появля ются импульсы длительностью tz сдвинутые во времени друг относительно друга на величину, кратную 1Г торые подаются на управляющие входы ключевых модуляторов 3. При этом импульсы, снимаемые с -v-i и -i выводов, сдвинутые во времени относительно середины линии задержки на -, р 2Т Р® ют роль пары дельта-функции в выражения (5) и (6). На аналоговые входы ключевых модуляторов 3 подаются сигнал-параметры ,321-|ЗГи1| о Уп ° ® например, от декодера дискретного канала связи или ЦВМ. Произведения сигналов3(f(tt) с выходов ключевых модуляторов суммируются с весами, пропорциональными ве- личине Sin-ij T Осуществляется это следующим образом. Сигналы с выходов ключевых модуляторов 3 через резисторы 4 (5 ОО6 подаются на входы дифференциальных усилителей 5. При этом сигнал с выхода ключевого модулятора, стоящего на пересечении -j строки и 1 столбца, подается на вход сложения того дифференциального усилителя, входное сопротивление которого пропорционально/sivi 1 j l,ecnvi величина Si Vi на вход вычитания этого же усилителя, если величина 31П1).Таким образом, к каждому из входов диффере шиальных усилителей 5 через резисторы 4 подводятся сигналы .со всех ключевых модуляторов, для которых произведение номера строки и номера столбца дает одинаковое значение sin i-j- VJ tH+1 Для выходного сигнала каждого из ключевых модуляторов 3 резистор 4 и входное сопротивление дифференциального усилителя 5 образуют делитель с коэффи- циентом передачи, пропорциональным т1 , благодаря чему и обеспечиваются заданные весовые соотношения между суммируемыми сигналами. С выходов дифференциальных усилителей сигналы подаются на вход фильтра нижних частот с верхней граничной частотой, равной Р . При этом с выхода фильтра снимается синтезированный речевой сигнал. Кроме описанного, возможны и другие варианты осушествления операции весового суммирования произведений (i1)Один из таких вариантов может быть реализован с помощью дифференциальных усилителей, имеющих одинаковые входные сопротивления, но различные коэффициенты усиления, пропорциональные/sin i j этом сяуче коэффициенты передачи делителей, образованных резисторами 4 и входными сопротивлениями усилителей 5, . будут для всех цепей одинаковыми, а необходимые весовые соотношения суммируемых сигналов обеспечиваются за счет различных значений коэффициентов усиления усилителей 5. Предложенный синтезатор, в отличие от известного, вместо аналоговых умножителей содержит ключевые модуляторы, а вместо большого количества прецизионных резисторов с разной величиной сопротивления имеет в составе матрицы одинаковые резисторы, благодаря чему является более технологичным. Это преимущество в наибольшей степени проявляется при изготовлении синтезатора методами микроэлектроники. Кроме того, синтезатор не нужно регулировать и настраивать после изготовления. Формула изобретения Синтезатор речевого сигнала, содержащий фильтр нижних частот и линию задерж ки с 2М1 отводами, соответствующими временным сдвигам относительно ее середины на 1-1 1/2 F, где I - номер отвс)Да, отсчитанный от середины линии задержки i (1, 2, ..., m ), F- верхняя граничная частота спектра синтезируемого сигнала, а Ш- число членов ацпро ксимирующего ряда, отличающийс я тем, что, с целью улучшения технологичности при изготовлении средствами микроэлектроники, он содержит дифференциальные усилители с входными сопротивI « fi/ / лениями, пропорциональным и/simj TmTf где 1 1, 2, ..., ш и -J 1, 2, ..., VTt, выходы которых подключены ко входу фильтра нижних частот, и резистивно-ключевую матрицу, состоящую из И1 строк и 2уу1 столбцов, имеющую на пересечении всех строк и столбцов, для которых -- - - не равна нулю. где 1 - номер столШа, отсчитанный от середшгы матрицы, а j - номер строки, ключевые модуляторы, аналоговые входы которых соединены построчно со входами сигнал-параметров, а управляющие входы ключевьк модуляторов каждого ±1 столбца подключены соответственно к ±1 выходам линии задержки, причем выходы ключевых модуляторов, стоящих на пересеченим ii столбца и j строки подключены через резисторы одинаковой величины ко входу сложения дифференциального усилителя, имеющего входное сопротивление, пропорциональноеysittij I, если величина S-irs-ij т О, , или ко входу вычи О, тогя же усилителя, если величина sivi 1-1 . J nn-1 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Вокодерная телефония. Под. ред. Пирогова А. А., М., Связь, 1974, с. 277, рис. 5, 17а (прототип).