JPS6169100A - 音声合成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分＠ｆ］ 本発明（よ、音声信号をディジタル信号処理により符号
化して記憶媒体ｔこ記憶させた音声情報から音声信号に
復号化して出力させる音声合成方法に関し、更に詳しく
は、音声サンプルデータに１次（但し、ｎは２以上の整
数）の微分を施し、その値を折線化（対数表現化）して
蓄積したデータから、丁度それと逆の手順によって音声
信号に復号化しＤ／Ａ変換して出力させろ音声合成方法
に関するものである。

［従来の技術］ −Ｓに音声の合成とは、ディジタル信号に符号化されて
記憶媒体に！積されている音声情報から音声として山１
き取れるような信号波形を再現することをいう。音声の
合成に関する研究は古くから行われており、使用目的や
各種の制約条件等により様々な方式が案出されている。

音声を合成するには、合成したい音声の情報を前辺て記
憶させておく必要がある。マイクロコンピュータ等を用
いてディジタル音声処理を行おうとする場合には、音声
情報を記憶させるために大容量の記憶装置が必要となる
。この種の記憶媒体としては、高速性とランダムアクセ
スという利点から、通常半導体ＩＣメモリーが使用され
る。ところがこの種の半導体ＩＣメモリーは記憶容量の
わりには高価であるから、音声情報を能率よく蓄積する
ことが重要となる。

従来、音声信号を高能率符号化する１つの方式として適
応差分パルスコード変調（ＡｄａｐｔｉｖｅＤｉｆｆｅ
ｒｅｎｔｉａｌ　Ｐｕ１ｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａ
ｔｉｏｎ　；以下ｒＡＤＰＣＭＪと略記する）方式と呼
ばれるものがある。

このＡＤＰＣＭ方式は、 ｆ（１）ヶ：／−／！Ｊ　：／　’ｊ　Ｌ　ｆ＝　ｆゆ
１．ユやい、。う。

て音声サンプルデータを読み取るステップ；１ｉｉ１　
１つ削の音声サンプルデータと現在の音声サンプルデー
タとの差分データを計算するステップ； ０１θ　データ長を圧縮するために得られた差分データ
を折線化（対数表現化）して折線差分データを求めるス
テップ； Ｇ、Ａ　　得られた折線差分データを記憶媒体に記憶さ
せるステップ； によって音声信号を符号化して蓄積し、Ｍ　　記憶媒体
から折線差分データを読みだすステップ； −該折線差分データを実数の差分データに変換するステ
ップ； ［ｄｌつ前の音声サンプルデータに前記差分データを加
算し、現在の音声サンプルデータを求めろステップ； −現在の音声サンプルデータをＤ／Ａ変換して出力する
ステップ； によって復号化して音声を合成する方法である。

［発明が解決しようとする問題点］ このＡＤＰＣＭ方法は、音声分析が比較的簡単であるう
えに、単なるパルスコード符号化（ＰＣＭＪ方式に比べ
れば音質が良好であり、データ圧縮が可能であるという
利点を有するものの、それでも必要とするデータ容量が
大きいという問題がある。

ＡＤＰＣＭ方式では、音声サンプル値と１つ前の音声サ
ンプル値の差を量子化するとき、量子化のステップサイ
ズを音声信号の振幅によって変え、データ量を圧縮して
、振幅の大きいところではステップサイズを大きくし、
振幅が小さいところではステップサイズを小さくして信
号の変化に追従できるようにするわけであるが、対数表
現化する場合の折線データを２のｎ乗に設定すると、差
分データに折線化差分データから換算される値を直接割
り当てるので折線化差分データの値が大きくなるにつれ
て粗くなり、どうしても真髄と計算値との誤差が大きく
なる。

そのため復号化した際にノイズ成分が多くなり、大きな
白色雑音が生じてしまう。つまりこのＡＤＰＣＭ方式で
音声信号の符号化・復号化を行うと得られる音声出力に
はかなりの歪が混入してくる。従って音質を向上させる
ためには折線差分データのピット長をより長くするのが
望ましいが、そうすると必要なメモリ容量も太き（なっ
てしまう。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、
従来のＡＤＰＣＭ方式よりはるかに少ないデータビット
長で間に合い、しかもノイズ成分が少なく歪の小さな良
質の音声を再現できるような改良されｔコ音声合成方法
を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記のような目的を達成することのできる本発明は、記
憶媒体に蓄積されているディジタル音声情報から音声波
形を復号化する音声合成方法において、 ｆ、ｌ　　記憶媒体から折線ｎ次（但し、ｎは２理上の
整数）差分データを読み出すステップ；［ｂｌ　　該折
線１次差分データを実数の１次差分データに変換するス
テップ： （ｃ）１つ前の（ｎ　−１）次差分データに前記１次差
分データを加算して現在の（ｎ　−１）次差分データを
求める動作を１回以上行って現在の１次差分データまで
求めるステップ；（ｄ）１つ前の音声サンプルデータに
前記現在の１次差分データを加算し、現在の音声サンプ
ルデータを求めるステップ； ｔｅｌ　　現在の音声サンプルデータをＤ／Ａ変換して
出力するステップ； とからなる音声合成方法である。

このような音声合成方法を実現するためには、当然のこ
とながら予め記憶媒体に適切な音声情報が蓄積されてい
なければならない。この音声情報の符号化蓄積は前記音
声合成方法と丁度逆の手順によって行われる。

本発明における次数ｎの値は通常は２で十分子　　　　
　　　である。つまり音声サンプルデータを微分化した
ＤＰＣＭを更にもう一度微分（２次数分）し、その値を
対数表現化してメモリに記憶させればよいのである。音
声合成を行う専用の八−ドウエア装置としては、通常安
価に市販されているマイクロコンピュータが使われるた
め、その処理速度の関係からｎ＝２程度が限度であるし
、また次数ｎを３以上としなくても音質の改善やデータ
ビット長の圧縮に十分顕著な効果が生じるからである。

〔作用〕

記憶媒体のＮ積されている折、ｌＪｎ次差公差分データ
サンプリング周波数に対応した周波数で順次読み出され
、実数の１次差分データに変換される。その１次差分デ
ータは１つ前のそれよりも低次の差分データと加算され
る操作を必要回数繰り返すことによって最終的に現在の
１次差分データまで求められ、１つ前の音声サンプルデ
ータにこの現在の１次差分データを加えろことによって
現在必要とする音声サンプルデータを算出することがで
きろ。

このようなディジタル信号処理は、マイクロ゛　　コン
ピュータ並びにその動作を制御するソフトウェアによっ
て行われることになる。得られた音声サンプルデータは
Ｄ／Ａ変換器によって階段状°のアナログ信号に変換さ
れ、低域通過フィルタを通して高域のカットが行われ、
増幅器で増幅されてスピーカ等から音声として出力され
ることになる。

本発明にかかる音声合成方法を用いろと、従来のＡＤＰ
ＣＭ方式に比しデータビット長をより一層圧橿すること
ができるし、スピーカ等から生じる音声の品質をより一
后良好なものとすることができろ。

〔実施例］ 以下、図面に基づき本発明の一実施例について更に詳し
く説明する。ここで述べる実施例は差分データの次数ｎ
を２とした場合の例である。

第１図は本発明を実施するに好適な音声合成システムの
一例を示す説明図である。

本発明にかかる音声合成方法は、記憶媒体に蓄積されて
いる音声情報を音声信号に変換するものであって、当然
のことながらその前提として記憶媒体に予め音声情報が
記憶されていなければならない。そこでまず音声信号に
符号化蓄積について説明しておく。

音声信号の符号化蓄積は次のステップで行われ、音声Ｒ
ＯＭカートリッジ１に記憶される。

（ｐｉ　　まず、所定の周波数でサンプリングした音声
信号をＡ／Ｄ変換して音声サンプルデータｖＮを読み取
るステップ； （ｑ）１つ前の音声サンプルデータＶ、と現在の音声サ
ンプルデータｖＮの差分（１次差分データｄＶＨ１を計
算するステップ： （ｒ）１つ前の１次差分データｄＶ８と現在の１次差分
データｄＶＮの差（２次差分データｄ２ＶＮ１を計算す
るステップ； （ｓ）２次差分データｄ　２Ｖ、を折線化（対数表現化
）して折線２次差分デークａｄ２Ｖ、を求めろステップ
； ｆｔｌ　　折線２次差分データａｄ２ＶＮを記憶媒体に
記憶させるステラ・プ； とから１）Ｉ！成される。

ここで折線化は第２図に示すような２のｎ乗の折線化曲
線によって行っている。縦軸の実数値に対してａｄＶ、
　ａｄ２Ｖという折線化数は横軸に示されている。また
、記憶媒体としては第１図に示すように例丸ば半導体Ｉ
Ｃメモリからなる音声ＲＯＭカーカートリッジ用いられ
る。つまりこの音声ＲＯＭカートリジ１内には音声情報
として折線２次差分データが蓄積されているのである。

本発明は、例えば第１図に示すような音声合成システム
によって実施される。本システムは主として、音声ＲＯ
Ｍカートリラン１と装置本体７からなる。音声ＲＯＭカ
ートリッジ１は、前記のように音声情報として折線２次
差分データを蓄積しているものであって、装置本体７に
対してコネクタ等により着脱自在の構成となっており、
それを差し換えることによって異なる音声を再生するこ
とができろように工夫されてｆ５、’１　、８１１Ｍ＊
＃　７　＋！　ｘ−イ。９３ヶ、８−３され該ユーザ側
システム８からの４３号によって必要に応じた音声が再
現されるようになっているのである。

装置本体７はマイクロコンピュータ２を内蔵しており、
該マイクロコンピュータ２は、ユーザ側システム８から
の信号に応じて音声ＲＯＭカートリッジ１内の適当な音
声情報の番地選択を行い・その読み出しデータを用いて
順次様々な演算を行う。装置本体７は、その他、Ｄ／Ａ
変換器３、低域通過フィルタ４、増幅器５を備えており
、その出力はスピーカ６と結合される。

さて本発明にかかる音声合成方法は次のようなステップ
によって行われる。

（ａｌ　　音声ＲＯＭカートリッジ１がら折線２次差分
データａｄ２Ｖ、読み出すステップ；（ｂｌ　　該折線
２次差分データａｄ２Ｖ、を実数の２次差分データｄ２
ＶＮに変換するステップ；（ｃ）１つ前の１次差分デー
タｄＶＮに現在の２次差分データｄ２ｖＮを加算し、現
在の１次差分データｄｖＮを求めるステップ； （ｄ）１つ前の音声サンプルデータＶ、に現在の１次差
分データｄｖＮを加算し、現在の音声サンプルデータｖ
Ｎを求めるステップ； （ｔａ　　現在の音声サンプルデータＶ９をＤ／Ａ変換
して出力するステップ； とから構成される。

ここで、音声ＲＯＭカートリッジ１から折線２次差分デ
ータａｄ２ＶＮを読み出し、それを用いて各種のディジ
タル処理を施して現在の音声サンプルデータｖＮを求め
るステップは、マイクロコノピユータ２によって行われ
る。そしてマイクロコンピュータ２によって得られた音
声サンプルデータｖ、４はＤ／Ａ変換器３によって階段
状のアナログ信号波形に変換され、その信号は低域通過
フィルタ４によって高域のカットが行われ、増幅器５で
増幅された後スピーカ６から音声として出力されること
になる。

ＤＰＣＭ方式の音声合成では、振幅が滑らかに変化する
音声波形に対して細かく追従できろ差分データが要求さ
れる。つまり、音質を向上させるためには前処理で必要
な差分データの精度が重要である。本発明では１つ前の
音声サンプルデータＶ６に１つ前の１次差分データｄＶ
。

と折ＲＱ２次差分データから換算される現在の２次差分
データｄ２ＶＮを加算することから、細かい追従が可能
になる。そのことは以下の説明からも判るであろう。

第３図および第４図は、要求される差分データに対する
従来のＡＤＰＣＭ方式と本発明方法との追従性を示した
ものである。ここで折線データは、前記のように２のｎ
乗に設定されている。第３図カーらも判るように従来の
ＡＤＰＣＭ方式は、差分データｄｖＮに対して折線化さ
れた差分データａ　ｄ　Ｖ　Ｎから換算される値ｄＶｃ
を直接側り当てるのでとうしても誤差が大きくなる。

これに対して第４図に示すように本発明にがかろ方法で
は、１つ前の演算された１次差分データｄＶｏを次の基
準データであるｄｖＩｌに代入し、これに折線２次差分
データａｄ２ｖＮから換算される値ｄ　２Ｖ、を加算し
ている。この時、換算された値ｄ２Ｖ、の最小ピッチ数
は最小単位の１であり、ｄＶ８とｄ２Ｖ、の加算値は差
分データｄＶＮに対して比較的柔軟に追従することが可
能である。

以上のことより本発明方法は従来のＡＤＰＣＭ方式より
精度の高い音声の復調が可能であることが判る。このこ
とは同一の音質レベルで比較するとき、本発明方法はよ
り短いデータビット長で構成できることを意味している
。因みに、Ａ　Ｄ／Ｄ　Ａ変換器が８ビツトのＰＣＭ方
式に対し、ＡＤＰＣＭでは６ビツト長で略同等の特性が
出せるが、更に本発明方法では４ビツト長で間に合うこ
とが種々の実験により確認されている。

［発明の効果コ 本発明は上記のように構成した音声合成方法であるから
、音声分析が比較的簡単であるという従来のＡＤＰＣＭ
方式の利点を生かすことができし、従来方式よりもはる
かに短いデータビット長で良質の音声を再現でき、それ
数少さいＰ　　　　）　％　！Ｉ　ｉＥ！ｌｔ＊Ｊｉｔ
’ｆｆｉ＆＋！＃）、ｆ％（ｉｉｌｃｎｔｘ追従性が極
めて良好であるため従来方式に比し白色雑音を大幅に抑
えることができ、音質の著しい向上をもたらすことがで
きる等、すぐれた効果を奏しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するのに好適なシステムの一
例を示すブロック図、第２図は対数化する場合の数値を
２のｎ乗に設定した場合の折線化曲線図、第３図は従来
のＡＤＰＣＭ方式における差分データの追従性を示す説
明図、第４図は本発明方法における差分データの追従性
を示す説明図である。 １・・音声ＲＯＭカートリッジ、２・・マイクロコンピ
ュータ、３・・Ｄ／Ａ変換器、４　低域通過フィルタ、
５・・・増幅器、６・・スピーカ、７装置本体、８・・
−ユーザ側システム。 特許出願人　　　いわき電子株式会社 代　　理　　人　　　　　茂　　　見　　　　　１第１
図 第２図 ′Ｆｒ線化数 第３図 差分データ ピッチ 第４図 差分データ ピッチ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、記憶媒体に蓄積されているディジタル音声情報から
   音声波形を復号化する音声合成方法において、 （ａ）記憶媒体から折線ｎ次（但し、ｎは２もしくはそ
   れ以上の整数）差分データを読み 出すステップ； （ｂ）該折線ｎ次差分データを実数のｎ次差分データに
   変換するステップ； （ｃ）１つ前の（ｎ−１）次差分データに前記ｎ次差分
   データを加算して現在の（ｎ−１）次差分データを求め
   る動作を１回以上行っ て現在の１次差分データまで求めるステッ プ； （ｄ）１つ前の音声サンプルデータに前記現在の１次差
   分データを加算し、現在の音声サ ンプルデータを求めるステップ； （ｅ）現在の音声サンプルデータをＤ／Ａ変換して出力
   するステップ； とからなる音声合成方法。 ２、次数ｎが２である特許請求の範囲第１項記載の方法
   。