FR2474217A1 - Dispositif et procede pour la production d'un signal de parole - Google Patents

Abstract

DISPOSITIF DE SYNTHESE LPC DANS LEQUEL EST UTILISEE UNE MODULATION DU SIGNAL SYNTHETISE PAR UN SIGNAL DE FENETRE, EN VUE DE DIMINUER LE BOURDONNEMENT CARACTERISTIQUE DE TELS DISPOSITIFS. CETTE MODULATION FAIT DISPARAITRE LES DISCONTINUITES A LA TRANSITION ENTRE DEUX SEGMENTS DE PAROLE VOCALE. APPLICATION : NOTAMMENT VOCODEURS.

Description

1. "Dispositif-et procédé pour la production d'un signal de parole." La

présente invention concerne un dispositif pour la production d'un signal de parole, qui comporte une partie de synthèse basée sur le principe de la prédiction linéaire pour la fourniture d'un signal discret qui consiste en un certain nombre de signaux partiels successifs caractérisant chacun un segment de parole et une partie de sortie pour la

conversion du signal discret en signal de parole.

L'invention concerne également un procédé pour la pro-

duction d'un signal de parole.

Des dispositifs du type précité sont décrits dans l'ouvrage de J.D. Markel et A.H. Gray Jr, portant le titre: "Linear Prediction of Speech" (Springer - Verlag 1976). Dans

le chapitre 5 de cet ouvrage est décrite la structure géné-

rale d'un dispositif de synthèse de parole basé sur le principe du codage de prédiction linéaire, appelé dans la littérature anglo-saxonne "LLinear Predictive Coding, abrégé en LPC dans la suite du texte, tandis que dans le chapitre 10 est décrite l'application des techniques LPC dans des vocoders. Un article de B.S. Atal et S.L. Hanauer intitulé "'Speech Analyses and Synthesis by Linear Prediction of the Speech Wave" paru dans "The Journal of the Acoustical Society of America", volume 50,n 2, 1971, pages 637 à 655,

donne également une description claire d'un dispositif de

synthèse de parole LPC qui contient un filtre discret adap-

tatif dont la caractéristique de réponse aux impulsions est

modifiée périodiquement sur base de paramètres de prédic-

tion. On obtient ainsi un signal de parole à la sortie dufil-

tre lorsqu'on amène à l'entrée une impulsion pour des si-

gnaux vocaux et un signal de bruit pour des signaux non vo-

caux. Les signaux de parole produits par de tels dispositifs présentent cependant, comme on le sait, un bourdonnement

("lbuzz"l) gênant dans les parties vocales du signal de parole.

Diverses possibilités sont indiquées dans la littératu-

re pour diminuer ce bourdonnement dans le signal de parole synthétisé..Il est entre autres proposé par M.R. Sambur et collaborateurs, dans un article publié dans The Journal of the Acoustical Society of America, volume 63, Né 3, mars 1978, pages 918 à 924 intitulé "On reducing the buzz in LPC synthesis", d'utiliser pour exciter le filtre discret non une impulsion comme d'habitude, mais une impulsion-de forme très particulière présentant des flancs arrondis. De cette

lo façon, on atteint une certaine amélioration, mais la Deman-

deresse a établi que cette amélioration est relativement faible et que le signal de parole acquiert un caractère

passe-bas prononcé.

La présente invention a pour but de réaliser une dimi-

nution du bourdonnement d'une manière relativement simple, tout en évitant autant que possible un filtrage passe-bas prononcé. Le dispositif conforme à l'invention est à cet effet caractérisé en ce que la partie de sortie est pourvue de moyens pour la modulation d'au moins un certain nombre des signaux partiels du signal discret au moyen d'un signal de

fen&tre dont la durée correspond àfla durée d'un signal par-

tiel et dont l'amplitude -augmente d'abord progressivement.

à partir d'environ zéro jusqu'à une valeur constante, puis est constante et diminue alors progressivement jusqu'à une

valeur d'environ zéro, de sorte qu'au moment de la tran-

sition': d'un signal partiel à un signal partiel suivant,

l'amplitude du signal de parole est à peu près égale à zéro.

Des formes d'exécution du dispositif conforme à l'inven-

tion sont davantage décrites avec référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 illustre une première forme d'exécution dans laquelle la modulation par le signal de fenêtre est réalisée de manière numérique; - la figure 2 illustre une deuxième forme d'exécution dans laquelle la modulation est analogique; - les figures 3A et 3B illustrent deux formes possibles du signal de fenêtre, et

- la figure 4 est un tableau de marche de la modula-

tion réalisée dans une machine à calculer numérique.

Le dispositif représenté à la figure 1 contient une par- tie de synthèse 1 basée sur le principe de la prédiction linéaire qui fournit un signal numérique à une partie de

sortie 2. La partie de synthèse 1 est pourvue d'un généra-

teur de signaux de commande 3 destiné à fournir un certain

nombre de signaux de commande et d'un générateur d'impul-

sions 4, d'un commutateur vocal - non vocal 5, d'un géné-

rateur de bruit 6, d'un amplificateur réglable 7 et d'un

filtre numérique récursif adaptatif 8. En vue de synthéti-

ser des signaux de parole vocaux, le commutateur 5 connec-

te une sortie du générateur d'impulsions 4 à une entrée de

l'amplificateur réglable 7 et en vue de synthétiser des si-

gnaux de parole non vocaux, il connecte une sortie du géné-

rateur de bruit 6 à une entrée de l'amplificateur 7. Etant

donné que les signaux fournis par le générateur d'impul-

sions 4 et le générateur de bruit 6 présentent une amplitude unitaire, l'amplificateur réglable 7 amène l'amplitude à

une valeur convenable pour le segment de parole à synthéti-

ser. Le signal de sortie de l'amplificateur 7 est amené au filtre 8 comme signal d'excitation. Le générateur de signaux de commande 3 peut, par exemple, être formé par une mémoire dans laquelle sont stockés les signaux de commande obtenus

sur base d'une analyse préalable d'un signal de parole.

Ces signaux de commande sont la période de la tonalité fon-

damentale qui commande lé générateur d'impulsions, un para-

mètre vocal - non vocal binaire qui commande le commuta-

teur 5, la valeur de l'amplitude pour le réglage de l'ampli-

ficateur réglable 7 et un certain nombre de paramètres de

prédiction qui déterminent les coefficients du filtre nu-

mérique récursif adaptatif 8. Le filtre 8 fournit, en ré-

ponse au signal de sortie'de l'amplificateur 7, un signal numérique qui est converti en un signal de parole grice à l'intervention d'un convertisseur numérique analogique 9

et d'un filtre passe-bas 10 dans la partie de sortie 2.

Les signaux de commande du générateur de signaux de

commande 3 sont modifiés pour la parole vocale en synchro-

nisme avec la période de la tonalité fondamentale et pour

la parole non vocalet selon une période fixe de par exem-

ple 10 millisecondes. Après chaque modification des signaux.

ae commande, le filtre 8 fournit un signal partiel qui ca-

ractérise un segment de parole d'une durée égale à la pé-

riode alors en vigueur de la tonalité, lorsqu'il s'agit de parole vocale, ou d'une durée égale à la période fixe 10-'

millisecondes) lorsqu'il s'agit de parole non vocale.

Il convient de noter qu'il est également possible-de modifier les signaux de commande du générateur de signaux

de commande 3-non en synchronisme avec la période.de la to-

- nalité fondamentale, mais indépendamment de celle-ci. Dans

ce cas, le filtre 8 ne fournit pas un signal partiel après --

chaque modification des signaux de commande. Par l'expres -

sion signal partiel, il convient dès lors de comprendre la

partie du signal numérique fournie par le filtre 8 qui ca-

q

ractérise un segment de parole.

Cormme il a été établi par la Demanderesse, lors de la-

transition d'un signal partiel à un-signal partiel suivant.

se produisent des discontinuités qui, selon la Demanderesse,-

provoquent le bourdonnement précité dans les parties vocales

du signal de parole.

Conformément à l'invention, dans l'exemple d'exécution représenté à la figure 1, le bourdonnement est atténué par

le fait que les signaux partiels sont amenés à un multipli-

cateur 11 pour la multiplication des signaux partiels cor-

respondant à un segment de parole vocal par un signal de fe-

nitre. A cet effet, une représentation numérique du signal de fenêtre est stockée dans un dispositif de mémoire 12

également connecté au multiplicateur 11.

La fourniture du signal de fenêtre à partir du dispo-

sitif de mémoire 12 au multiplicateur 11 doit être réalisée en synchronisme avec l'apparition des signaux partiels pour

la parole vocale. A cet effet, le signal de sortie du généra-

teur d'impulsions 4 est amené comme signal de synchronisa-

tion au dispositif de mémoire 12.

L'exemple d'exécution représenté à la figure 2 comporte également une partie de synthèse 1 basée sur le principe de la prédiction linéaire qui fournit un signal numérique à

une partie de sortie 2. La partie de synthèse 1 est cons-

truite de la manière déjà décrite à propos de la figure 1.

La modulation des signaux partiels par le signal de fenê-

tre est cependant réalisée dans ce cas sur base analogique, par conversion préalable du signal numérique, au moyen d'un

convertisseur numérique analogique 9, en un signal analogi-

que qui est alors amené à un modulateur analogique 13. Le signal de fenêtre produit par un générateur de signaux de

fenêtre 14 est également amené au modulateur analogique 13.

Le générateur de signaux de fenêtre 14 est formé d'un inté-

grateur 15, à l'entrée duquel est connecté un générateur d'impulsions 16 qui fournit des impulsions d'une durée qui

dépend de la période de la tonalité fondamentale.

Pour l'obtention du synchronisme requis entre le signal de fenêtre et le signal de sortie du convertisseur numérique analogique 9, outre la durée des impulsions fournies par le générateur d'impulsions 16, le moment d'apparition de ces

impulsions doit être synchronisé avec la période de tonali-

té fondamentale.

Deux formes possibles pour le signal de fenêtre sont indiquées aux figures 3A et 3B. Dans ces figures, le temps

est indiqué horizontalement et l'amplitude, verticalement.

L'amplitude varie de 0 à 1 et il convient de noter à ce pro-

pos qu'une valeur s'écartant de 1 entre les moments t2 et

t3 ne mène qu'à une amplification linéaire ou à un affai-

blissement linéaire du signal de parole. Pour les deux for-

mes, la durée qui s'écoule entre les moments tl et t4 est égale à la durée de la période de la tonalité fondamentale du signal de parole. Pour une tonalité fondamentale de 100 Hz, cela signifie une durée de 10 millisecondes. Il semble qu'un temps convenable de montée et de descente du signal de

fenêtre soit de l'ordre de l milliseconde, de sorte que pen-

dant environ 80 % du temps, les signaux de parole vocaux ne sont pas modifiés par la modulation au moyen du signal de fenêtre. La forme représentée à la figure 3B montre l'allure d'un signal de fenêtre produit au moyen d'un générateur de

signaux de fenêtre tel que représenté à la figure 2. Il con-

vient de noter à ce propos que le début du signal de fenê-

tre (ti) co!ncide avec le flanc montant de l'impulsion pro-

duite par le générateur d'impulsions 16, tandis que la des-

cente du signal de fenêtre débute au moment t3 par le flanc

descendant de l'impulsion produite.

En pratique, la partie de synthèse du dispositif dé-

crit est souvent réalisée dans une machine à calculer numé-

1.5 rique qui, sous la commande d'un programme de synthèse, fournit le signal numérique. Un exemple d'un tel programme est donné dans l'ouvrage précité de J.D. Markel et A. H. Gray, Jr. au chapitre 10, paragraphe 10.2. 5. Dans une telle exécution, la modulation par un signal de fenêtre peut être réalisée de manière très simple au moyen d'un programme. La figure 4 est un tableau de marche d'un tel programme dans lequel une modulation est exécutée au moyen d'un signal de

fenêtre tel que représenté à la figure 3A.

Le programme commence au bloc 17 par l'introduction

des nombres NP, IWH et Y(1). Parmi ces symboles, NP repré-

sente le nombre de mots dans un signal partiel et la série Y(1) à Y(NP) inclus donne la valeur de ces mots. Le symbole IWH indique sur combien de mots du signal partiel s'étend la pente du signal de fenêtre. Dans le bloc 18, la valeur de la variable J en vigueur devient égale à 1. Dans le bloc

19, la valeur J+NP-IWH est attribuée à la variable auxiliai-

re JH. Le bloc 20 donne, pour une valeur déterminée de J, la multiplication d'un mot du signal partiel par la grandeur du

signal de fenêtre. Dans le bloc 21, la valeur de J est aug-

mentée d'une unité et dans le losange de décision 22, la nouvelle valeur de J est comparer à IWH. La multiplication se poursuit jusqu'au moment o J est égal à IWH+1, après quoi le signal partiel modulé est représenté par la nouvelle série Y(1) à Y(NP) inclus, et est débité au bloc 23 en vue

du traitement ultérieur par le convertisseur numérique ana-

logique dans la partie de sortie. Une valeur pratique pour IWH qui a permis d'obtenir de bons résultats est de 10, ce qui, pour une fréquence de balayage de 10 kHz, correspond à un temps de montée et de descente du signal de fenêtre

chaque fois égale à 1 milliseconde.

Etant donné que l'application du procédé de modulation 1.0 décrit diminue l'énergie du signal de parole, le signal doit encore être corrigé après la modulation pour acquérir le niveau correct. Ceci peut se faire de manière simple par

incorporation au programme pour la machine à calculer nu-

mérique de quelques pas supplémentaires dans lesquels les 1.5 mots du signal partiel modulé sont chacun multipliés par un

facteur qui est égal à la racine carrée du rapport de l'é-

nergie avant la modulation à l'énergie après la modulation.

Il convient encore de noter qu'au lieu d'utiliser les-

dits signaux numériques dans les exemples d'exécution dobhns

aux figures 1 et 2, on peut aussi employer dés signaux es-

clusivement discrets dans le temps en utilisant les compo-

sants convenant à cette fin, par exemple ceux construits au moyen de CCD dits "Charge Coupled Device" en anglais soit

circuit à couplage de charge.

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:-ojed ap Teu6Ts unp uoTInpoid eT inod,;TqsodsTa -T.

SNOIY:DINA3:U

discret fourni par la partie de synthèse en un signal ana-

logique et une deuxième entrée qui est connectée à une sor-

tie d'un générateur de signaux de fenêtre.

5.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que l'augmentation et la diminution du signal de fenêtre par unité de temps sont

égales et constantes.

6.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que la partie de sortie est pourvue de moyens pour corriger l'énergie contenue dans

le signal de parole analogique qui a été diminuée à la sui-

te de la modulation par le signal de fenêtre.

7.- Procédé pour la production d'un signal de parole dans lequel un filtre récursif adaptatif fournit, sur base d'un certain nombre de signaux de commande obtenus au moyen d'une prédiction linéaire, un signal discret qui est formé

d'un certain nombre de signaux partiels successifs carac-

térisant chacun un segment de parole et à partir duquel, après filtrage passe-bas, on obtient le signal de parole, caractérisé en ce qu'on exécute, avant le filtrage passe-bas, une opération par laquelle l'amplitude du signal à filtrer

est rendue à peu près égale à zéro au moment de la transi-

tion d'un segment de parole à un segment de parole suivant.