JPS5853348B2 - 音声合成器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、音声の特徴を低ビットな情報量で表現して
伝送あるいはメモリに蓄積し、これらの情報から原音声
と同程度の音声を合成することを可能とする音声合成器
に関するものである。

音声の特徴を低ビットの情報量で表現し、それから音声
を合成する方式としては、部分自己相関係数による合成
方式とホルマント合成方式とがある。

前者の方式は部分自己相関係数を乗算の係数としてもつ
合成フィルタに、音源信号を通すことによって、音声を
合成することができる。

部分自己相関係数は、音声波形を分析することによって
得られ、その絶対値がすべて１より小さいという条件が
成り立てば、合成フィルタは安定であるという特徴をも
つ。

部分自己相関係数は、比較的少ない情報量で音声合成が
できる反面、パラメータの種類によるスペクトル感度の
差が大きく、補間特性も悪い。

このためパラメータの補間によって音声とは別の雑音を
発生することがある。

また部分自己相関係数は、ホルマント周波数などの物理
特性に対応していないため、規則による制御を行うのに
見通しが悪く、例えば得られている部分自己相関係数を
処理して原音声よりも周波数が高い音声を合成すること
が困難であり、規則合成には不向きなパラメータである
。

これに対しホルマント合成方式は、ホルマント周波数と
そのバンド幅をパラメータとして音声を合成する方式で
あり、パラメータの量子化ピット数が少くて済むという
特徴をもつ。

またパラメータの物理的な対応が得やすいことにおいて
は優れているが、ホルマント周波数を抽出するためには
パラメータの大局的な動特性や統計的な性質を利用する
必要があり完全自動抽出が困難であるという欠点をもつ
。

この発明は、これらの欠点を解決するため、音声のスペ
クトル包絡情報を、ホルマントに類似した周波数領域の
パラメータで表現したもので、これらのパラメータ抽出
には、ホルマント抽出における不確実な判断過程をさけ
ることができ、完全自動抽出ができ、これらのパラメー
タにより音源信号が入力されるフィードバックループに
含マレる反共振回路の反共振周波数を設定することによ
り、原音声に近い音声を再生できる特徴を有し、その目
的は少ない情報量で音声を合成することにある。

以下図面を用いてこの発明による音声合成器の実施例を
参照して説明しよう。

音源信号発生器１１よりの音源信号が、フィードバック
ループに反共振回路を含むスペクトル包絡形成部１２に
供給される。

音源信号発生器１１には入力端子１４から例えばピッチ
、有声音、無声音の区別などを示す情報が一定時間ごと
に供給され、これ等に基づいて音源発生器１１で、音声
の特徴に応じた音源信号が発生される。

一方、入力端子１４からの入力信号中の音声のスペクト
ル包絡情報を表わす信号は、パラメータ復号器１５に送
られ、スペクトル包絡形成部１２の制御パラメータ、つ
まり反共振周波数を制御する信号に変換される。

これらのパラメータは必要に応じてパラメータ補間器１
６に送られ、スペクトル包絡がなめらかに変化するよう
に一定時間ごとに補間値が計算される。

補間されたパラメータによりスペクトル包絡形成部１２
の反共振周波数が制御される。

反共振回路１２の出力はディジタルアナログ変換器１７
を経て合成音声のアナログ出力が出力端子１８に得られ
る。

なお音源信号発生器１１に供給する一部の信号もパラメ
ータ補間器１６により補間することもできる。

音源信号発生器１１及びスペクトル包絡形成部１２は例
えば第２図に示すように構成される。

音源信号発生器１１は従来より知られているものを用い
ることができ、例えば端子１４ａから音の高さを示すピ
ッチ周期信号がフレーム周期毎に入力されてピッチレジ
スタ２０に格納される。

端子１４ｂからは補間された振幅信号が入力されて音源
振幅回路２１に格納される。

音声の有声、無声に関する情報は端子１４ｃ及び１４ｄ
から入力される。

端子２２からの標本化周波数のパルスが計数回路２３で
カウントされ、このカウント数はピッチレジスタ２０の
内容と比較器２４で比較される。

有声音の場合は端子１４ｃからの信号によりデート回路
２５が開けられ、比較器２４の一致出力がゲート回路２
５を経てゲート回路２６に供給されてこれを開き、音源
振幅回路２１の内容がインパルス的に加算器２７に入力
される。

その後ゲート回路２５の分岐出力が遅延回路２８を通じ
て計数回路２３へ供給され、カウント数は零にリセット
される。

従はつピッチレジスタ２０にセットされたピッチ周期ご
とにその時の音源振幅回路２１の振幅値が加算器２７へ
供給される。

一方、無声音の場合には端子２２のパルスにより擬似ラ
ンダム信号発生回路２８が駆動されており、この回路２
８からのランダムパルスによりゲート回路２９が開られ
、このゲート回路２９を通じて音源振幅回路２１の内容
がゲート回路３１へ供給される。

ゲート回路３１は端子１４ｄの無声音を示す信号により
開られ、その出力は加算器２７に入力される。

このようにして加算器２１から音源信号が得られる。

この音源信号は必要に応じて増幅器３２で増幅された後
、スペクトル包絡形成部１２に入力される。

スペクトル包絡形成部１２は例えば出力をそのまま帰還
するループ３３と、反共振回路を経て帰還するループ３
４と備えている。

即ち増幅器３２の出力は加算器３５に供給されて加算器
３６の出力と加算され、加算器３５の出力はスペクトル
包絡形成部１２の出力として端子３１へ供給されると共
に加算器３６へ帰還されてループ３３が構成される。

また反共振回路として二つの回路３８．３９が設けられ
、その各入力側は出力端子３γに接続され各出力側は加
算器４１の入力側に接続され、その出力は圭剰算器４２
を通じて加算器３６へ保給される。

反共振回路３８．３９を通じて帰還ループ３４が構成さ
れる。

反共振回路３８．３９はその伝送特性が複素平面上の単
位円上に複数個の零点をもつものが用いられる。

反共振回路３８．３９はそれぞれ１次、２次のフィルタ
の多段縦続接続として構成でき、これ等はデジタルフィ
ルタとして作る場合は、例えば第３図Ａに示すように１
サンプル周期の遅延回路４３と、これにより遅延された
ものと遅延されないものとを加算する加算器４５とによ
る１次フィルタ、また第３図Ａに示すように、遅延回路
４３を２段通じたものと通じないものとを加算器４５で
加算した２次フィルタ、更に第３図Ｃに示すように遅延
回路４３を通じて乗算器４６でｃｏｓωｉの乗算がされ
たものと、遅延回路４３を２段通じたものと、遅延され
ないものとを加算器４５で加算した２次フィルタなどを
用いることができる。

なお、第３図Ａ、Ｂ及びＣにそれぞれ示したフィルタの
伝達関数はそれぞれ１±Ｚ−１，１−Ｚ−２及び１−２
ｃｏｓｏ７Ｚ−” ＋Ｚ２である。

これ等フィルタの縦続接続のみならず、更に高次のフィ
ルタを用いてもよい。

第１図のパラメータ補間器１６により補間された制御パ
ラメータは第２図の端子４６．４７を通じて反共振回路
３８．３９に与えられる。

制御パラメータは反共振周波数を示すもので、反共振回
路３８．３９における乗算器４６の乗数ω・が制御され
る。

反共振周波数においては、反共振回路の出力は零になる
。

したがって反共振回路３８゜３９に入力される反共振周
波数が接近すると、加算器４１の出力は零に近くなり、
帰還回路のループゲインは１に近くなる。

よって出力端子３γには強い共振特性が現れる。

つまり反共振回路を通じない帰還ループ３３で発振が生
じ、その共振出力は反共振回路３８．３９の帰還量で制
御され、かつ反共振回路３８．３９の反共振周波に応じ
て周波数特性が制御される。

第４図には、次数が偶数で１０の場合のスペクトル包絡
形成部１２の構成例を示す。

出力端子３γより直接帰還されるものは反共振回路３８
゜３９の各終段の加算器にそれぞれ供給した場合である
。

反共振回路３８．３９においてω１〜ω、。θ１〜θ、
が反共振周波数であり、音声のスペクトル包絡情報を特
徴づける。

これらのパラメータとスペクトル包絡特性とは第５図に
示すような関係があり、隣接するパラメータの近さでス
ペクトルの共振４性が表現できる。

これらのパラメータはＯ〈θ１〈ω１〈θ２〈ω２〈θ
３〈ω３〈θ４〈ω４ル八〈ω、〈πの順序関係があり
、逆にこの関係が満たされれば、スペクトル包絡形成部
１２は安定であるという特徴をもつ。

つまり反共振回路を１個のみ用いてはループが安定し難
い場合があるが、２個を並列に設け、その反共振周波数
を先に示した関係にすると、安定なものを容易に得るこ
とができる。

第４図において１次及び２次フィルタの順序は任意でも
よく、また次数は奇数でもよく任意に定められる。

等価変換により誘導される構成によるフィルタ形式も可
能であり、つまり例えば１次フィルタ及び２次フィルタ
の２段縦続接続の代りに１個の３次フィルタを用いるこ
ともできる。

更にデジタルフィルタは遅延、加算、乗算動作によりｐ
波を行うものであり、いわゆる計算機を用いて演算処理
によりフィルタ作用を行わせることができる。

つまり、端子３７の信号を演算処理して、加算器４１乃
至は加算器３５へ供給するようにしてもよい。

第５図から理解されるようにθ１〜θ６．ω１〜ω、を
選定することにより、スペクトルの包絡線を変更するこ
とが容易であり、例えば合成しようとする音声をスペク
トル分析し、そのホルマント周波数付近に隣接するθと
ωとを接近して位置させればよく、スペクトルの共振特
性の対応も得やすい。

スペクトル包絡線は比較的複雑であるが、例えば１０個
程度の共振両派数で表現でき、必要とする情報は僅かで
ある。

したがってこの音声合成器は部分自己相関係数による音
声合成とホルマント合成の両者の長所を備えるものであ
り、これを利用して少ない情報量で音声を合成したり、
規則による音声合成を行なうことができる。

以上説明したようにこの発明は、音声のスペクトル包絡
情報をホルマントに類似した周波数領域のパラメータで
表現しているため、パラメータとスペクトル情報との直
観点な対応が得やすい。

及び補間特性に優れているなどの利点があり、このため
従来の方法より、より少ない情報量で音声を表現でき、
それだけ音声の伝送を少ない情報で行うことができ、ま
た音声情報を小さい記憶容量のメモリに蓄積できる。

またすでに説明した実施例を用いれば原音声と同程度の
品質の音声を合成できる。

したがって音声の狭帯域伝送を行って経済的な通信を実
現させたり、音声を利用した各種サービスにおけるメモ
リ容量の有効利用、音声認識などに応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の音声合成器を示す構成図、第２図は
第１図の音源信号発生器及びスペクトル包絡形成部の一
例を示すブロック図、第３図はスペクトル包絡形成部を
構成する１次または２次フィルタの例を示す図、第４図
はスペクトル包絡形成部の具体例を示す図、第５図は反
共振周波数とスペクトル包絡との対応関係の例を示す図
である。 １１：音源信号発生器、１２ニスベクトル包絡形威部、
１４：入力端子、１５：パラメータ復号器、１６：パラ
メータ補間器、３８ 、３９ ：反共振回路、４６．４
７：反共振周波数制御端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 音源信号がスペクトル包絡形成部に入力され、その
   スペクトル包絡形成部は複素平面上の単位円上に複数個
   の零点をもつ伝送特性の反共振回路がフィードバックル
   ープに含まれ、この反共振回路の反共振周波数を制御す
   ることによって音声のスペクトル包絡特性が変化され、
   音声が合成されることを特徴とする音声合成器。