Устройство для восстановления речевого сигнала

 

Использование: приборостроение, может найти применение для синтеза речи. Сущность изобретения: с целью повышения эффективности работы устройства и сокращения объема ПЗУ осуществляется предварительное кодирование и запись речевой информации в ПЗУ звуков и ПЗУ управления. На основе адреса, выбранного схемой выборки адреса, осуществляется воспроизведение речевой информации, хранимой по данному адресу. 5 ил. , 1 табл.

Изобретение относится к приборостроению и может найти применение для синтеза речи.

Известен синтезатор речи (Пат, 60-38720 Японии), содержащий блок для введения в каждом определенном периоде нескольких параметров, характеризующих особенности речи, интерполятор и память для хранения особых параметров, схему управления, соединенную с памятью и передающую особые параметры в интерполятор.

Недостатком данного синтезатора является значительный объем памяти для хранения особых параметров.

Известен блок выдачи речевого сигнала (Пат. 3 632 341 ФРГ), содержащий множество выходных каналов, запоминающее устройство с массивом элементов речевого сигнала и запоминающее устройство для выбора текстов.

Недостатком данного блока является значительный объем запоминающих устройств.

Наиболее близким к предлагаемому является "Цифровое устройство речевого оповещения" (пат. N 60-40040 Япония). Устройство содержит схему, назначающую переход на выбираемый адрес памяти и соединенную со схемой, которая на основе этого назначения прерывает воспроизводимую другую информацию, схема выбора адреса соединена с адресным счетчиком, опрашивающим ПЗУ с адреса, назначаемого схемой выбора адреса. В памяти устройства хранится несколько различных цифровых данных сообщений. По команде воспроизведения происходит выборка адреса памяти и речевое воспроизведение требуемой информации.

Недостатком данного устройства является значительный объем ПЗУ для записи цифровых данных речевых сообщений, что обусловлено записью цифровых данных в ПЗУ без каких-либо предварительных преобразований, и высокая стоимость устройства, возрастающая при увеличении длительности речевых сообщений.

Устройство для восстановления речевого сигнала (фиг. 1) состоит из схемы выборки адреса 1, ПЗУ звуков 3, первого адресного счетчика 2, генератора 16, счетчика величины приращения 4, счетчика числа приращений 5, счетчика результата 7, счетчика досчета 8, счетчика числа периодов 11, второго адресного счетчика 8, ПЗУ управления 10, триггера 6, пяти элементов ИЛИ 12,13,14,20,21, элемента И 15, элемента НЕ 17 и двух линий задержки 18,19, причем выходы первого адресного счетчика 2 соединены с младшими адресными входами ПЗУ звуков 3, младший разряд выхода ПЗУ звуков 3 соединен с входом выбора направления счетчика результата 7, следующие три разряда выхода ПЗУ звуков 3 соединены с информационными входами счетчика величины приращения 4, четыре старшие разряда выхода ПЗУ звуков 3 соединены с информационными входами счетчика числа приращений 5, счетный вход счетчика результата 7 соединен со счетным входом счетчика величины приращения 4 и выходом элемента И 15, один вход которого соединен с прямым выходом триггера 6, а другой - с выходом генератора 16 и счетным входом счетчика досчета 8, чей выход соединен с одним входом четвертого элемента ИЛИ 20, со счетным входом триггера 6 и счетным входом счетчика числа приращений 5, выход которого соединен со счетным входом первого адресного счетчика 2 и входом первой линии задержки 18, чей выход соединен с одним входом второго элемента ИЛИ 13, другой вход которого соединен с одним входом третьего элемента ИЛИ 14 и выходом элемента НЕ 17, чей вход соединен с управляющим выходом схемы выборки адреса 1, входами сброса второго адресного счетчика 9, счетчика результата 7 и с установочным входом триггера 5, другим входом четвертого элемента ИЛИ 20 и одним входом пятого элемента ИЛИ 21, выход второго элемента ИЛИ 13 соединен с входом записи счетчика числа приращений 5 и одним входом первого элемента ИЛИ 12, другой вход которого соединен с выходом счетчика величины приращений 4 и входом сброса триггера 6, а выход первого элемента ИЛИ 12 соединен со входом записи счетчика величины приращения 4. выход третьего элемента ИЛИ 14 соединен с входом записи счетчика числа периодов 11, выход которого соединен с входом второй линии задержки 19 и счетным входом второго адресного счетчика 9, старший разряд выхода которого соединен с управляющим входом генератора 16, а младшие разряды выхода соединены с младшими разрядами адресного входа ПЗУ управления 10, старшие разряды адресного входа которого соединены с выходами схемы выборки адреса 1, младшие разряды выхода ПЗУ управления 10 соединены со старшими разрядами адресного входа ПЗУ звуков 3, а старшие разряды выхода ПЗУ управления 10 соединены с информационными входами счетчика числа периодов 11, чей счетный вход соединен со старшим разрядом выхода первого адресного счетчика 2 и другим входом пятого элемента ИЛИ 21; выход второй линии задержки 19 соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ 14; выход четвертого элемента ИЛИ 20 соединен с входом сброса счетчика досчета 8, а выход пятого элемента ИЛИ 21 соединен с входом сброса первого адресного счетчика 2.

В ПЗУ звуков 3 записана цифровая информация, отражающая периоды звуков русского алфавита. Для примера на фиг. 2 изображен период звука "а", полученный путем дискретизации аналогового периода звука "а" с шагом дискретизации. На каждый период звука отводится 32 байта в ПЗУ звуков 3, поэтому период разбивается на 32 линейных (возрастающих или убывающих) сегмента, с помощью которых описывается период звуков. Период звука "а" (фиг. 2) представляется последовательностью сегментов [AB] , [BC] , [CD] и т. д. Параметрами каждого сегмента являются его начальная и конечная амплитуды и его длительность, выраженная количеством шагов дискретизации n.

Для сегмента [AB] (фиг. 2) его начальная и конечная амплитуды равны U_a и U_b, а длительность равна четырем шагам дискретизации, т. е. n = 4, т. о. сегмент описывается тремя параметрами.

Поскольку начальная амплитуда первого сегмента равна нулю, а конечная амплитуда каждого сегмента является начальной амплитудой следующего сегмента, то для описания каждого сегмента достаточно два параметра: количество шагов дискретизации - n (длительность) и величина приращения амплитуды со знаком на каждый шаг дискретизации Δ U = (U_b - U_a)/n.

Так как устройство работает только с целыми двоичными числами, а величина приращения амплитуды Δ U может получаться дробной, то величина приращения Δ U округляется до ближайшего целого значения, и погрешность, вызванная округлением, учитывается при вычислении величины приращения амплитуды Δ U следующего сегмента.

Описание каждого сегмента занимает 1 байт ПЗУ звуков (см. таблицу), где первый бит - знак величины приращения Δ U, (0 - "+", 1 "-"), с второго по четвертый биты - величина приращения Δ U, с пятого по восьмой биты - количество шагов дискретизации n.

Для согласования периодов звуков между собой начальная и конечная амплитуды каждого периода звука принимаются равными нулю.

В ПЗУ управления 10, записаны начальные адреса А_n периодов звуков и число повторений N выбранного периода звука (длительность звучания звука). Поскольку на каждый период звука отведено фиксированное количество байт в ПЗУ звуков 3 (32 байта), то для воспроизведения выбранного звука достаточно указать начальный адрес А_n периода звука и число его повторений N.

Устройство работает следующим образом.

По команде выбора слова (фразы) схема выборки адреса 1 устанавливает на старших разрядах адресного входа ПЗУ управления 10 начальный адрес выбранного слова. Затем схема выборки адреса 1 формирует управляющий импульс, передний фронт которого устанавливает в нулевое состояние первый адресный счетчик 2, второй адресный счетчик 9, счетчик результата 7, счетчик досчета 8, и в единичное состояние триггер 6.

Следовательно, на младших адресных входах ПЗУ звуков 3 и ПЗУ управления 10 установятся нулевые значения.

После этого с выхода ПЗУ управления 10 на старшие разряды адресного входа ПЗУ звуков 3 поступают старшие разряды адреса периодов первого звука выбранного слова, а на информационные входы счетчика числа периодов 11 поступает число N, отражающее количество периодов первого звука выбранного слова. На информационные входы счетчика величины приращения 4 и счетчика числа приращений 5 с выходов ПЗУ звуков поступает величина приращения Δ U и количество шагов дискретизации n соответственно. Задним фронтом импульса, сформированного схемой выборки адреса 1, через элементы ИЛИ и НЕ осуществляется запись чисел, установленных на информационных входах счетчика величины приращения 4, счетчика числа приращений 5 и счетчика числа периодов 11, а указанные счетчики соответственно. На вход выбора направления счета счетчика результата 7 поступает либо 0, либо 1 с младшего разряда выхода ПЗУ звуков 3, указывая на направление счета.

Импульсы с генератора 16 начинают поступать на счетный вход счетчика досчета 8 и через элемент И 15 на счетные входы входа счетчика величины приращения 4 и счетчика результата 7.

Счетчик величины приращения 4 является реверсивным, и направление счета в нем задано отрицательным, т. е. данный счетчик будет уменьшать свое содержимое на единицу по каждому импульсу генератора 16.

Поскольку в счетчик величины приращения 4 записана величина приращения Δ U, то после формирования генератором 16 числа импульсов, равного Δ U на выходе ≅ 0 счетчика величины приращения 4, сформируется импульс, который поступает через элемент ИЛИ 12, на вход записи этого же счетчика и на вход сброса триггера 6. По этому импульсу осуществляется запись в счетчик величины приращения 4 той же самой величины приращения Δ U с выходов ПЗУ звуков 3, поскольку адреса на входах ПЗУ звуков не изменялись.

При поступлении импульса на вход сброса триггера 6 на его выходе появится 0, следовательно, элемент И 15 не будет пропускать импульсы с генератора 16. На выходе счетчика результата 7 установится число, равное Δ U, так как число в счетчике результата 7 изменяется от 0 до Δ U на единицу на каждый такт генератора 16.

Таким образом, после установления триггера 6 в нулевое состояние импульсы с генератора 16 будут поступать только на счетный вход счетчика досчета 8. Счетчик досчета досчитывает до числа, равного максимальной величины приращения Δ U из всех записанных в ПЗУ звуков 3 (что задается заранее), после чего на его выходе формируется импульс, поступающий через элемент ИЛИ 20 на вход сброса этого счетчика, на счетный вход счетчика числа приращений 5 и на счетный вход триггера 6. Счетчик числа приращений 5 также является реверсивным с отрицательным направлением счета, следовательно при поступлении на его счетный вход импульса, его содержимое уменьшится на единицу. При поступлении импульса на счетный вход триггера 6, он установится в единичное состояние, причем импульсы с генератора 16 опять начнут поступать через элемент И 15 на счетные входы счетчика величины приращения 4 и счетчика результата 7.

Вышеописанный процесс будет продолжаться до тех пор, пока счетчик числа приращений не достигнет нуля или пока счетчик результата 7 не сосчитает n раз по Δ U ( Δ U со знаком). Как только содержимое счетчика числа приращений 7 станет равным нулю, на его выходе - ≅0 сформируется импульс, который поступит на счетный вход первого адресного счетчика 2 и на вход линии задержки 18. При поступлении импульса первый адресный счетчик 2 увеличит число на его выходе на единицу, соответственно изменится адрес на входе ПЗУ звуков 3 и на его выходах установятся следующие значения величины приращения Δ U и количества временных шагов (числа приращений).

С выхода линии задержки 18 (задержка необходима для переключения первого адресного счетчика 2 и установления на выходах ПЗУ звуков 3 следующих значений Δ U и n импульс поступит через элементы ИЛИ 13 и ИЛИ 12 на входы записи счетчика величины приращения 4 и счетчика числа приращений 5, в которые по этому импульсу запишутся следующие значения величины приращения Δ U и числа шагов дискретизации N. На вход выбора направления счета счетчика результата 7 с младшего разряда выхода ПЗУ звуков 3 поступит следующий знак направления счета (изменится либо останется прежним).

Весь вышеописанный процесс повторяется до тех пор, пока первый адресный счетчик не переберет все 32 адреса ПЗУ звуков 3 (один период звуков).

После просчета последней величины приращений n раз, счетчик числа приращений 5 переключит первый адресный счетчик 2, на старшем (шестом) разряде выхода которого появится импульс, который поступит через элемент ИЛИ 21 на вход сброса этого же счетчика и на счетный вход счетчика числа периодов 11, который также является реверсивным с отрицательным направлением счета, и в который записано число, отражающее количество периодов данного звука. При поступлении импульса на счетный вход данного счетчика его содержимое уменьшится на единицу. Первый же адресный счетчик 2 по поступлении импульса на его вход сброса установится в нулевое состояние и период данного звука будет формироваться опять на выходе счетчика результата 7.

По истечении числа периодов данного звука на выходе ≅ 0 счетчика числа периодов 11 сформируется импульс, поступающий на счетный вход второго адресного счетчика 9 и на вход линии задержки 19. При поступлении импульса второй адресный счетчик увеличит число на его выходе на единицу, соответственно изменится адрес на входе ПЗУ управления 10 и на его выходах установятся следующие значения начального адреса А_n периода следующего звука и числа повторений N периодов следующего звука. Следовательно, в соответствии со вновь установленным значением начального адреса A_n периода звука на входе ПЗУ звуков 3, на его выходе установятся первые величины приращения Δ U и число шагов дискретизации n (количество приращений) следующего периода звука. С выхода линии задержки 19 (задержка необходима для переключения второго адресного счетчика 9 и установления на выходе ПЗУ управления 10 следующих значений начального адреса Аn периода следующего звука и числа повторений N периодов следующего звука; кроме того, линия задержки 18 обеспечивает вышеописанную задержку и задержку на переключения ПЗУ звуков 3) импульс поступит на вход записи счетчика числа периодов 11. Следовательно, в счетчик числа периодов 11 запишется значение числа повторений N периодов следующего звука. Процесс восстановления N периодов следующего звука на выходе счетчика результата 7 осуществляется аналогично вышеописанному.

После просчета двух звуков вторым адресным счетчиком 9 на старшем разряде его выхода сформируется импульс, который остановит генератор 16 и, следовательно, устройство прекратит работу до выбора следующего или того же слова (фразы).

Таким образом, в результате работы предлагаемого устройства на выходе счетчика результата 7 будет формироваться восстановленный речевой сигнал (в цифровой форме) выбранного слова (фразы).

Для облегчения понимания работы устройства приводится таблица, а фигуры, отражающие состояние отдельных элементов устройства на каждый такт генератора 16.

При выборе слова схема выборки адреса 1 выставляет на старших разрядах адресного входа ПЗУ управления 10 начальный адрес выбранного слова (0000) (см. фиг. 3,4). Одновременно с этим на управляющем выходе схемы выборки адреса 1 сформируется импульс, передний фронт которого обнулит первый адресный счетчик 2, второй адресный счетчик 9, счетчик результата 7 и счетчик досчета 8. На младших разрядах адресного входа ПЗУ управления 10 установится значение - 0000, а на его выходе значения А_n = 0000 и N = 10100 (значения выбраны для примера). На младших разрядах адресного входа ПЗУ звуков 3 установится значение 00000 (с выхода первого адресного счетчика 2), а на старших - 0000 (с выхода ПЗУ управления). На выходе ПЗУ звуков 3 установятся значения Δ U = 0011, n = 0010 и на младшем разряде выхода - 1, указывающая на положительное направление счета счетчика результата 7. По заднему фронту управляющего импульса, сформированного схемой выборки адреса 1, в счетчик величины приращения 4 запишется значение Δ U = 0011. в счетчик числа приращений 5 - значение n = 0010, а счетчик числа периодов 11 - значение N = 10100, а также триггер 6 установится в единичное состояние. После этого начинает работу генеpатор 16.

По переднему фронту первого тактового импульса генератора 16 счетчик величины приращения 4 уменьшает свое содержимое на единицу (0010), счетчик результата 7 увеличивает свое содержимое на единицу (0001). По заднему фронту первого тактового импульса счетчик досчета 8 увеличит свое содержимое на единицу (0001). Этот процесс повторится по второму тактовому импульсу. По переднему фронту третьего тактового импульса значение содержимого счетчика величина приращения 4 станет равным 0000, а значение содержимого счетчика результата 7 - 0011. По заднему фронту третьего тактового импульса на выходе счетчика величины приращения 4 сформируется импульс который установит триггер 6 в нулевое состояние и запишет в этот же счетчик значение = 0011. По переднему фронту четвертого тактового импульса никаких изменений не происходит, а по его заднему фронту счетчик досчета 8 принимает значение, равное 0100, т. е. на его выходе появляется логическая единица, которая сбрасывает этот счетчик (000), уменьшает содержимое счетчика числа приращений на единицу (001) и переключает триггер 6 в единичное состояние.

Вышеописанный процесс повторяется до момента, когда содержимое счетчика числа приращений 5 станет равным 0000. В этот момент на его выходе сформируется импульс, который увеличивает содержимое первого адресного счетчика 2 на единицу (0001), следовательно, на выходе ПЗУ звуков 3 установятся новые значения Δ U = = 0010, n = 0001 и знак - минус (0). Пройдя через линию задержки 18 этот импульс записывает установившиеся значения Δ U и n в счетчик величины приращения 4 и в счетчик числа приращений 5 соответственно.

Вышеописанный процесс повторяется до тех пор, пока первый адресный счетчик 2 не переберет все 32 значения Δ U и n (от 0 до 31). Рассмотрим подробнее работу устройства с этого момента.

По переднему фронту тактового импульса элементы устройства установятся в состояния, отображенные на фиг. 5 (строка 2).

По заднему фронту тактового импульса значение содержимого счетчика досчета 8 станет равным 0100, на его выходе сформируется импульс, обнуляющий данный счетчик, устанавливающий триггер 6 в единичное состояние и переключающий счетчик числа приращений 5. На выходе счетчика числа приращений 5 формируется импульс, поступающий на линию задержки 18 и переключающий первый адресный счетчик 2, на шестом разряде выхода которого появляется логическая единица (100000), сбрасывающая этот счетчик и уменьшающая на единицу содержимое счетчика числа периодов 11 (10011). Поскольку на выходе первого адресного счетчика 2 установилось значение 00000, а значение на старших разрядах адресного входа ПЗУ звуков 3 не изменилось, на выходе ПЗУ звуков 3 вновь установятся значения Δ U = 0011, n = 0010, знак - плюс (1).

Вышеописанный процесс будет повторяться пока содержимое счетчика числа периодов 11 не станет равным 00000.

После этого на выходе счетчика числа периодов 11 сформируется импульс, который увеличит на единицу значение содержимого второго адресного счетчика 9, следовательно, на выходе ПЗУ управления 10 установятся новые значения А_n и N. Пройдя через линию задержки 19, этот импульс записывает установившееся значение N в счетчике числа периодов 11. На старших разрядах адресного входа ПЗУ звуков 2 установится значение А_n, следовательно, на его выходе установятся новые значения Δ U = AI, n = BI и знак - I (плюс) следующего звука выбранного слова.

Значения АI и ВI записываются в счетчик величины приращений 4 и в счетчик числа приращений 5 соответственно импульсом, сформированным счетчиком числа приращений 5, задержанным линией задержки 18.

Таким образом, в заявленном устройстве достигается сокращение объема ПЗУ и повышение эффективности работы устройства. (56) Патент Японии N 60-40040, кл. G 11 B 20/10, 1985.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА, содержащее схему выборки адреса, ПЗУ звуков, первый адресный счетчик и генератор, причем управляющий выход схемы выборки адреса соединен с входом сброса первого адресного счетчика, а выходы первого адресного счетчика соединены с младшими адресными входами ПЗУ звуков, отличающееся тем, что в него введены счетчик величины приращения, счетчик числа приращений, счетчик результата, счетчик досчета, счетчик числа периодов, второй адресный счетчик, ПЗУ управления, триггер, пять элементов ИЛИ, элемент И, элемент НЕ и две линии задержки, причем младший разряд выхода ПЗУ звуков соединен с входом выбора направления счета счетчика результата, следующие три разряда выхода ПЗУ звуков соединены с информационными входами счетчика величины приращения, четыре старшие разряда выхода ПЗУ звуков соединены с информационными входами счетчика числа приращений, счетный вход счетчика результата соединен со счетным входом счетчика величины приращения и выходом элемента И, один вход которого соединен с прямым выходом триггера, а другой - с выходом генератора и счетным входом счетчика досчета, чей выход соединен с одним входом четвертого элемента ИЛИ, со счетным входом триггера и счетным входом счетчика числа приращения, выход которого соединен со счетным входом первого адресного счетчика и входом первой линии задержки, чей выход соединен с одним входом второго элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с одним входом третьего элемента ИЛИ и выходом элемента НЕ, чей выход соединен с управляющим выходом схемы выборки адреса, входами сброса второго адресного счетчика, счетчика результата и с установочным входом триггера, другим входом четвертого элемента ИЛИ и одним входом пятого элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом записи счетчика числа приращений и одним входом первого элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом счетчика величины приращения и входом сброса триггера, а выход первого элемента ИЛИ соединен с входом записи счетчика величины приращения, выход третьего элемента ИЛИ соединен с входом записи счетчика числа периодов, выход которого соединен с входом второй линии задержки и счетным входом второго адресного счетчика, старший разряд выхода которого соединен с управляющим входом генератора, а младшие разряды выхода соединены с младшими разрядами адресного входа ПЗУ управления, старшие разряды адресного входа которого соединены с выходами схемы выборки адреса, младшие разряды выхода ПЗУ управления соединены со старшими разрядами адресного входа ПЗУ звуков, а старшие разряды выхода ПЗУ управления соединены с информационными входами счетчика числа периодов, чей счетный вход соединен со старшим разрядом выхода первого адресного счетчика и другим входом пятого элемента ИЛИ, выход второй линии задержки соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход четвертого элемента ИЛИ соединен с входом сброса счетчика досчета, а выход пятого элемента ИЛИ соединен с входом сброса первого адресного счетчика.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6