CN1108602C - 具有音乐旋律的语音合成器 - Google Patents
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Abstract
具有音乐旋律的语音合成器,包括:控制装置,供产生多个控制信号,并由一触发信号,产生一地址信号,该触发信号对应于多个基本语音单元的一合成顺序;存储装置,供储存对应该合成顺序的多个数据,并,由该地址信号,依序输出包含对应音阶值的多个数据;一音阶计数器,供产生一音阶控制信号;语音/旋律产生装置,输入该多个数据,并,由控制信号及音阶控制信号,选择性地产生合成语音或旋律、或混合产生语音及旋律。
Description
技术领域
本发明有关一种语音合成器,尤指可具有旋律输出的语音合成器。
背景技术
语音合成器、旋律产生器或两者的组合,可运用于许多工商业设备中。
传统旋律产生器,如图1所示,包含一起始只读存储器(STAET ROM)11、旋律只读存储器(MELODY ROM)19、速度计数器(TEMPO COUNTER)13、节拍计数器(RHYTHM COUNTER)15、地址计数器17、音色计数器(ENVELOPECOUNTER)12、音阶计数器(TONE COUNTER)14、数字/模拟(D/A)转换器16、混音器(MIXER)18及一振荡器(OSC)10。此产生器于混音器18输出一被触发的旋律信号181。
根据不同的触发信号TGI...TGn,旋律只读存储器19内的对应旋律被选择输出。起始只读存储器11储存每一旋律的速度(tempo)及其起始地址,其数据结构的安排如图2所示,由触发信号TGn所选择到的起始地址111被地址计数器17所接收,地址计数器17由时钟信号CLK推动,并送出地址信号171一个个地去读取旋律只读存储器19内的内容。
旋律只读存储器19储存合成顺序中每一音符的数据,如节拍(RHYTHM)、连音(TIE)及音阶(TONE),其数据结构如图3所示。
在TGn信号进来选择起始只读存储器11时,同时决定速度(tempo),其代表旋律的进行速度。而旋律只读存储器19内的节拍值则决定特定速度(TEMPO)下每一个音符(NOTE)的节拍。
速度计数器13,由速度信号113所设定,其接收一基本时钟101,并根据速度信号值将基本时钟101除频。当速度信号113值愈大,由速度计数器13输出的***时钟131的频率值愈低。当***时钟131的频率值愈低,导致节拍计数器15的输出信号151的频率也跟着变低,因此旋律输出181的速度跟着慢下来。
所读取的节拍数据191被输出供设定节拍计数器15。当此值所代表的特定相对时距(duration)的音符结束时,节拍计数器15输出信号151的状态发生一次变化,因而将地址计数器17的值加壹。因此,旋律的每一音符依序地被读取,直到遇到旋律只读存储器19内的一结束(END)数据值。
音阶计数器14接收旋律只读存储器19内的音阶数据193,并受时钟CLK2信号驱动,产生如图5所示的输出(OUT)信号。在图5中,每一方波信号的频率对应一存于旋律只读存储器19内的一音阶值。
音色(Envelope)计数器12接收旋律只读存储器19内的连音(TIE)数据192,并受时钟CLKI信号驱动,产生一数字音色(ENV)信号。此音色信号输入D/A转换器16,而输出一模拟信号,如图4所示。此信号于是与输出(OUT)信号于混音器18作混音,以产生如图6所示的旋律输出181。在图4所示的例子中,第三音符与第四音符相连音(tied),而其它音符没有相连音。
显然,为了产生旋律输出,如图1所示的电路相当复杂,且成本相对偏高。
如图7所示,典型的语音合成器,包含控制电路71、只读存储器(ROM)73、语音产生器75、D/A转换器77及一振荡器79。
由图7及图8可知,只读存储器73具有三大段,为起始地址段(STARTADDR)731,合成顺序段(G0 COMMAND)732、及语音数据段(SPEECH DATA)733。此三者的数据结构的读取路径示意于图8(A)、8(B)、8(C)中。
起始地址段731的功能与图1中的起始只读存储器11相同,其存有每一触发信号TGn对应的属性数据及起始地址。合成顺序段732存有触发信号所对应的合成顺序中每一基本语音单元的数据长度、数据地址及数据属性(data attribute)。数据属性可包括熟知的语音输出(playback)频率、位元组长度、发光二极管(LED)控制信号。如熟知的方法,语音输出频率值可供用来控制语音产生器75的运作速度,因而控制输出771的放送速度。语音数据段733存有每一基本语音单元供合成目的的数据。
举例而言,如果在只读存储器73内烧录有一语音方程式(speechequation)TG:HEAD+2*SOUND1+SOUND2+TAIL。而在起始地址段731内的起始地址存有地址值00,供读取此一语音方程式TG。在合成顺序段732的地址00处,则存有第一个语音单元HEAD的数据属性、数据长度、数据地址。而地址01处,则存有第二个语音单元SOUND1的数据属性、长度及地址,以此类推。另一方面,语音数据段733分别存有对应HEAD、SOUND1等的语音数据。语音数据段733可进一步存有一段代表没有语音输出的一组数据,或称静音(silence)。
D/A转换器77对应TG:HEAD+2*SOUND1+SOUND2+TAIL的输出例具有如图9所示的形状。其中,HEAD使输出信号由零提升至一中间值,此值使一外部信号放大晶体管的偏压于一操作区。而当遇到TAIL时,输出信号则降低至零。
但上述的语音合成器只适用于合成语音的产生。
依据目前熟知技术,有几个不同方法可使一片集成电路分别产生旋律及语音。
例如,如图10所示,在单石晶片10内以背对背方式将旋律电路101及语音电路103连结。但,各单一电路的运作却互相独立,因此,此种方式并没有实质上的优点。进一步而言,这种方式如要同步旋律电路101与语音电路103是非常困难的。
例如,如图11所示,振荡电路111及控制电路112为语音电路115及旋律电路117所共用。但此种规划方式,并没有进一步电路的节省,且两者同步依然是个问题。
例如,如图12所示,在单晶片12同时作有旋律只读存储器120及语音只读存储器122,两者以标记M.S区别。此一设计的优点在两者的分别运作易于同步,以及两者可轮流运作。但是,却不容许同时地输出语音及旋律。此因两者使用一共同的数据只读存储器,其包含旋律120及语音122只读存储器,在任何一刻只有一旋律数据或语音数据可被读取。
而在美国专利4,613,985中披露一合成器,可供产生旋律。其包含一存储器供储存语音及旋律的合成顺序,包含一合成语音产生器及一旋律产生器。旋律产生器是以合成语音的形式产生旋律。
发明内容
本发明的目的是为解决现有技术中上述问题而提供一种语音合成器,其能同步的产生一合成语音并混合有一旋律。
本发明提供的合成器,包含:
控制装置,供产生多个控制信号,并根据一触发信号,产生一地址信号,该触发信号对应多个基本语音单元的一合成顺序;
存储装置,供储存对应该合成顺序之多个数据,并,根据该地址信号,依序输出该多个数据,其中每个数据包含一对应音阶值;
一音阶计数器,根据一时钟信号及该音阶值,供产生一音阶控制信号;
语音/旋律产生装置,输入该多个数据,并,根据该控制信号及音阶控制信号,选择性地产生合成语音或旋律、或混合产生语音及旋律;
多工器,根据由所述音阶计数器输入到其控制端的所述音阶控制信号,将所述语音/旋律产生装置产生的合成语音或旋律、或混合产生的语音及旋律输出到其输出端;以及
D/A转换器,用于对从所述多工器接收的合成语音或旋律、或混合产生的语音及旋律进行数字模拟转换,并输出纯语音、纯旋律或语音和旋律两者同步的混合。
附图说明
本发明的目的、优点及特征将通过实施例,结合附图进行详细说明。
附图简要说明
图1示意一熟知旋律产生器。
图2示意图1中起始只读存储器的数据结构。
图3示意图1中旋律只读存储器的数据结构。
图4示意图1中D/A转换器16的输出信号。
图5示意音阶计数器的一输出信号(OUT)。
图6示意图1混音器18的旋律输出。
图7示意一熟知的语音合成器。
图8分别示意图7中起始只读存储器、合成顺序段及语音数据段的数据结构。
图9示意一语音输出。
图10示意一熟知的语音/旋律产生器。
图11示意另一熟知的语音/旋律产生器。
图12示意另一熟知的语音/旋律产生器。
图13示意本发明的一实施例。
图14分别示意图13中起始只读存储器、合成顺序段及语音数据段的数据结构。
图15(A)、(B)分别示意没有旋律或具有旋律的语音输出。
图16(A)、(B)分别示意没有旋律或具有旋律的语音输出,旋律具有两个不同的音阶。
图17示意一语音输出,其前段混以一旋律,后段则无旋律。
图18示意合成语音信号的旋律信号。
图19是D/A转换器输出的信号。
图20示意一纯旋律信号。
具体实施方式
如图13所示,本发明包含一控制器131、一存储器133、一音阶计数器135及一语音/旋律产生器137。
控制装置131产生多个控制信号13C,并根据一触发信号TRn,产生地址信号132去读取存储器133内所对应合成顺序多个数据的起始地址。控制信号13C用来供启动其它电路,如振荡器13B,语音/旋律产生器137及相关电路。
存储器133存储对应合成顺序的多个数据,此数据代表触发信号所对应的合成顺序、以及语音旋律方程式(speech melody equation)中每一基本语音单元的一对应属性,如数据属性、音阶值、数据长度及语音数据所在地址。其详容后面再述。
音阶计数器135,根据一时钟信号134及一音阶值136,产生一音阶控制信号138。
语音/旋律产生装置137,输入存储装置133中的数据139,并,根据该控制信号13C及音阶控制信号138,选择性地产生合成语音或旋律、或混合产生语音及旋律。
如图14所示,存储器133是一只读存储器(ROM),其具有三大段,起始地址段(START ADDR)141、合成顺序段(GO COMMAND)143及语音数据段(SPEECHDATA)145。每一段内的数据结构及其读取路径详细示意在图14(A)、(B)、(C)中。
起始地址段141的功能与图1中的起始只读存储器11相同,其存有所选取的语音旋律方程式的属性数据及起始地址。合成顺序段143不但存有每一被读取基本语音单元的对应数据属性、长度、及地址,并存有一产生旋律之用的对应音阶值,此音阶值136输出至音阶计数器135,以产生音阶控制信号138,其形状与图5所示者相似。音阶计数器135,其可为一可设定的向上或向下计数器(up-counter or dowm-counter)作为一除频装置。在音阶数据值136进入计数器135后,计数器135向上或向下计数,一直到一预设值,在此时,音阶控制信号138的状态变更,且音阶值136重新被输入。计数器135重覆上述运作以产生一对应此音阶值的波形,一直到一个新的音阶值136被读取进入计数器135,并另产生一对应此新音阶值的波形。
数据属性包含输出(playback)频率数据、位元组长度、LED控制数据,以及一旋律(MELODY)参数值,其功能容后面详述。语音数据段145储存多组数据值,每一组数据值对应一基本语音单元,供语音合成目的之用。
音阶控制信号138输出至多工器130的控制端,并以一高频于0与1间变动,此高频较语音/旋律产生器137输出信号的频率为高。产生器137的输出或其1的补数(1′s complement)值,由音阶控制信号138所控制,被输出至D/A转换器13A的输入端。
举例言之,当某一刻产生器137输出10110011时,则在此刻内,D/A转换器13A交替地输入10110011或01001100。因此,转换器13A的输入端接收了一个合成语音,其并混以一具变化频率的旋律,其频率值对应音阶控制信号值138。在另一实施例中,亦可采用2的补数(2′s complement)。
举例而言,当产生器137的输出具有如图15A的模拟形状时,则D/A转换器13A的输出信号13D则具有如图15(B)的形状,此系音阶控制信号138进入多工器130所致。
依据本发明,D/A转换器13A的输出可以为一纯语音、一纯旋律或两者同步的混合。数据属性中的输出(playback)频率值以熟知方式被用来控制合成语音的速度,因此亦可同步控制所产生旋律的速度(tempo)。被读取基本语音单元的数据长度值被用来控制语音合成的数据点数,并,间接地,控制所产生音符的节拍(rhythm)。语音波形则被用来控制旋律的振幅(amplitude),亦即,控制旋律的音色(envelope)。本发明因为语音及旋律能自动地同步,上述的优点才得以实现。进一步言,依据本发明,将多个基本语音单元按不同顺序组合起来,可得到多种变化的合成语音波形,而间接地,得到多种变化的旋律音色。
在图16(A)的输出例子中,是合成顺序段143中的相同合成顺序被依序读取时,产生连续两段语音输出。但在图16(B)之例中,第一段语音混以较高频的旋律,第二段语音则混以较低频的旋律。针对不同的需求,可将同一合成顺序配合不同的音阶值烧录于合成顺序143中。
在图17的输出例子中,第一段语音混以某一旋律,第二段语音则没有旋律。本发明可轻易地选择要有旋律或不要旋律。例如,前述的旋律(MELODY)参数位元,可供用来控制音阶计数器135。例如,当旋律参数值为1时,使音阶计数器135输出控制信号138至多工器130,如此即可得到旋律。而当其值为0时,使音阶计数器135的输出保持不变,于是多工器130被禁止(disabled),就没有输出旋律。
如果要产生旋律而不产生语音,亦有多种方式可达成。举例言之,可在语音数据段145内某一段地址区中提供一静音单元,并设定此静音单元由某一数据所在特定地址值所读取。当此静音单元被读取时,D/A转换器13A的输出具有如图19所示的形状。然而经由音阶控制信号138的控制,一个如图20所示的纯旋律信号即可得到,在另一实施例中,亦可设定一特定地址值,使其值没有对应的实体(physical)存储器145,如此亦可得到所要的静音输出。
在图18的例子中,可由所示的合成语音信号A产生或模拟出低频的旋律,而如果合成语音信号A混以较高频的旋律信号B时,其结果即可被视为一复频旋律信号。
举例而言,当合成顺序段143中的语音旋律方程式:HEAD+2*SOUND1+SOUND2#D+SOUND1+SOUND3 C+TA1L被触发而选择时,SOUND2基本语音单元被混以一具有音阶#D的旋律而输出,而SOUND3基本语音单元被混以一具有音阶C的旋律而输出,但SOUND1则为纯语音。其中#D代表高一阶的Re,C代表正常的Do。易言之,一个基本语音单元没有对应的音阶值时,即表示上个旋律应即刻结束,达到语音、旋律互相同步的效果。
Claims (7)
1.一种具有音乐旋律的语音合成器,包括:
控制装置,供产生多个控制信号,并根据一触发信号,产生一地址信号,所述触发信号对应多个基本语音单元的一合成顺序;
存储装置,供储存对应所述合成顺序的多个数据,并,根据所述地址信号,依序输出所述多个数据,其中每个数据包含一对应音阶值;
一音阶计数器,根据一时钟信号及所述音阶值,供产生一音阶控制信号;
语音/旋律产生装置,输入所述多个数据,并,根据所述控制信号及音阶控制信号,选择性地产生合成语音或旋律、或混合产生语音及旋律;
多工器,根据由所述音阶计数器输入到其控制端的所述音阶控制信号,将所述语音/旋律产生装置产生的合成语音或旋律、或混合产生的语音及旋律输出到其输出端;以及
D/A转换器,用于对从所述多工器接收的合成语音或旋律、或混合产生的语音及旋律进行数字模拟转换,并输出纯语音、纯旋律或语音和旋律两者同步的混合。
2.如权利要求1所述的合成器,其中,语音/旋律产生装置包括:
一语音产生器,其与存储装置连结,供产生合成语音;
一选择装置,输入合成语音及其1的补数值或2的补数值,并,根据所述音阶控制信号,选择性地将合成语音及其1的补数值或2的补数值输出至选择装置的一输出端。
3.如权利要求1所述的合成器,其中,存储装置储存每一基本语音单元的一数据属性、所述音阶数据、一数据长度及一语音数据所在地址。
4.如权利要求3所述的合成器,其中,数据属性包括一输出频率值,此值供控制语音合成的速度及所产生旋律的速度。
5.如权利要求3所述的合成器,其中,数据属性进一步包括一旋律参数值,供启动音阶计数器并控制语音合成及旋律产生之间的同步运作。
6.如权利要求3所述的合成器,其中,所述数据长度供控制所产生旋律的节拍。
7.如权利要求1所述的合成器,其中,所述合成语音具有一波形,此波形为所产生旋律的音色。
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