JPS592033B2 - 音声分析合成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は音声分析合成装置に関し、特にたとえばディ
ジタル音声伝送装置などに用いられ得る音声分析合成装
置に関する。

たとえば伝送容量の低減を図り、音声情報を効ｌ率的に
伝送するために、最近では低速のディジタル音声伝送方
式が種々提案されている。

このようなディジタル音声伝送方式は、たとえば電話回
線等に利用されれば、従来のＰＣＭなどに比べて、その
伝送容量を大幅に低減でき、回線の利用のために非常に
有利である。第１図はこの発明の背景となる従来の音声
分析装置の一例を示す概略ブロック図である。

この従に−来の例では、たとえばマイクロホンなどから
入力される音声入力は、入力源１１ａによつて、ホルマ
ント抽出／音源抽出回路１１に与えられる。

この抽出回路１１は、音声波形から知覚土必要な情報だ
けを抽出するものである。たとえば、第２図に示すスペ
クトル分布から、ホルマントの強さとその周波数を、ス
ペクトル分布情報として抽出する。通常、このようなホ
ルマントの強さあるいは周波数は、第２図に示すような
第１ホルマント、第２ホルマントおよび第３ホルマント
の３つ程度の情報を抽出する。また、音源情報としては
、音声入ヵが有声か無声かを識別する情報やピツチ周期
および音の強さなどを含む。そして、この抽出回路１１
で抽出されたこれらの情報は、符合化回路としてのＡ／
Ｄ変換器１２に与えられる。このＡ／Ｄ変換器１２で哄
これら抽出された情報をデイジタル情報に変換し、第３
図に示す音声合成部に与える。音声合成部には、ピツチ
周期をその共振周波数とする発振器２１が設けられる。

この発振器２１からの信号は音源として、たとえば増幅
器のような振幅制御回路２２を経て、共振器２３，２４
および２５に与えられる。この共振器２３，２４および
２５は、それぞれ、抽出した第１、第２および第３ホル
マントの周波数にそれぞれ共振するように、その共振周
波数が選ばれる。そして、音声状態のためのノイズ発生
器２６は、ホワイトノイズを発生させ、振幅制御回路２
７に与える。この振幅制御回路２７では、その強さに応
じて、その振幅を制御する。音声分析部で抽出された有
声または無声の識別情報は、スイツチ２８に与えられ、
有声音のとき、このスイツチ２８を第３図に示す状態に
し、無声音のときにはこれが切換えられる。そして、こ
のスイツチ２８からの信号が、図示しない増幅器等を経
てスピーカ２９を駆動する。このように、スペクトル情
報を伝送する従来のものによれば、回線の占有ビツト数
が少なくてすむという利点がある。しかしながら、この
従来のものでは、次のような問題点がある。すなわちス
ペクトル分布は第２図に示すように微細に変動している
ものであり、正確にピークを判別することが難しい。そ
のために合成された音の品位も必ずしも良いものとはい
えない。それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な
方式の音声分析合成装置を提供することである。

この発明の他の目的は簡単な構成によつて、より安価な
音声分析合成装置を提供することである。この発明のさ
らに他の目的は合成された音声の品位が良い。音声分析
合成装置を提供することである。この発明は、要約すれ
ば、音声の周期性の有無、基本周期およびスペクトル分
布が保存されていれば、原音声が正しく復元されるとい
うスペクトル保存の原理に基づくものであり、音声をい
くつかのバンドパスフイルタを用いて分析してデイジタ
ルデータに変換し、合成部では、これをアナログ変換し
てスペクトル分布を再現し、音声を合成するものである
。

この発明の土述の目的およびその他の目的と特徴は図面
を参照して行う以下の詳細な説明から一層明らかとなろ
う。

第４図はこの発明の一実施例の音声分析部４を示す概略
プロツク図である。

構成において、入力される音声は、入力線４ａに与えら
れる。そして、この音声入力はたとえばｎ個のバンドパ
スフイルタ４１１，・・・・・・４１ｎに与えられると
共に、ハイパスフイルタ４１ｎ＋，および有声／無声検
出回路４３に与えられる。バンドパスフイルタ４１１，
・・・・・・４１ｎは、たとえば２００ないし５０００
Ｈｚのような音声帯域のうちのそれぞれ異なる帯域の周
波数成分を通過させるためのものであり、その帯域に比
較的均等に分布して設けられる。あるいは、これらバン
ドパスフィルタ４１１，・・・・・・４１ｎは、特定の
周波数帯域に集中的に分布するようにその周波数が選ば
れてもよい。そして、ハィパスフイルタ４１ｎ＋１は、
音声入力の無声すなわちノイズ成分を抽出するためのも
のである。これらフイルタ４１１，・・・・・・４１ｎ
および４１ｎ＋１の出力は、それぞれ対応のＡ／Ｄ変換
器４２１，・・・・・・４２ｎおよび４２ｎ＋，に与え
られる。Ａ／Ｄ変換器４２１ないし４２ｎ，４２ｎ＋１
は、それぞれ、対応のフィルレの出力レベルに応じたデ
イジタルデータ１ないしＮ，．ｎ＋１を導出する。

なお、このＡ／Ｄ変換器４２１ないし４２ｎ，４２ｎ＋
１は、たとえばローパスフイルタのような一種のピーク
保持回路を含んで構成されてもよいことは勿論である。
さらに、有声／無声検出回路４３は、音声入力の有声状
態または無声状態を検出するためのものであり、音声波
形の自己相関関数の大きさやエネルギ等に基づいて、有
声音か無声音かを検出する。

この検出回路４３からの有声または無声の別の情報は、
Ａ／Ｄ変換器４４を介して有声／無声データとして導出
される。第５図はこの発明の一実施例の音声合成部５を
示す概略プロツク図である。

構成において、音声分析部４に含まれるＡ／Ｄ変換器４
２１ないし４２ｎ，４２ｎ＋１および４４からのディジ
タルデータは、この音声合成部５に与えられる。そして
、データ１ないしＮ．ｎ＋１は、それぞれ、対応のラツ
チ回路５１１ないし５１ｎ，５１ｎ＋１にラツチされる
。これらデータ１ないしＮ．ｎ＋１は、それぞれの周波
数帯域あるいはノイズ成分のレベルを表わすものであり
、Ｄ／Ａ変換器５２１ないし５２ｎ，５２ｎ七によつて
、アナログ電圧に変換される。一方、分析部４に含まれ
るバンドパスフイルタ４１１ないし４１ｎの中心周波数
と等しい発振周波数を有する正弦波発振器５３１ないし
５３ｎが設けられる。

これら正弦波発振器５３１ないし５３ｎの出力は、搬送
波としてＡＭ変調器５５１ないし５５ｎに与えられる。
ＡＭ変調器５５１ないし５５ｎでは、対応のＤ／Ａ変換
器５２１ないし５２ｎからのアナログ信号を変調信号と
し、入力される正弦波信号に振幅変調をかける。また、
ノイズ発生器５４が設けられ、無声音のためのホワイト
ノイズを発生する。

このノイズ発生器５４からのノイズ成分は、ゲート回路
５６に与えられる。このゲート回路５６は、音声分析部
４に含まれるＡ／Ｄ変換器４４からの有声／無声データ
に基づいて、無声のとき、ノイズ成分をＡＭ変調器５５
ｎ＋１に与えるようにする。すなわち、このノイズのた
めの回路は無声音のときにのみ有効化されればよい。し
たがつて、このようなゲート回路５６を設けることなく
、ＡＭ変調器５５ｎ＋，には常時ノイズ成分を与えてお
き、無声音のときにのみＡＭ変調器５５ｎ＋１を有効化
ないし能動化するようにしてもよい。そして、ＡＭ変調
器５５ｎ七は、ノイズ成分を搬送波とし、Ｄ／Ａ変換器
５２ｎ＋１からのアナログ信号を変調信号として、この
ノイズ成分にＡＭ変調をかける。ノ ブ 上述のＡＭ変調器５５１ないし５５ｎの出力は、有声音
のとき、加算器５７に与えられ、ＡＭ変調器５５ｎ＋１
の出力は無声音のとき加算器５７に与えられる。

そして、加算器５７では、そのとき与えられたものを合
成し、増幅器５８に与える。増幅器５８がスピーカ５９
を駆動し、結果的にこのスピーカ５９からは合成された
音声が発生されることになる。なお、バンドパスフイル
タで抽出するそれぞれの周波数成分についてのレベル変
化は非常にゆるやか（最高でも約５０Ｈｚ）であるから
、音圧レベルのデータ１ないしＮ，．ｎ＋１は、数１０
ｍｓｅｃごとに与えれば十分である。

また、音声を知覚する上に位相特性はほとんど重要では
なく、約５０ｍｓｅｃ程度の位相のずれでも問題ないこ
とがわかつているので、この実施例でも、特にその位相
を規定するためのものを設けていない。第６図は第５図
の音声合成部の好ましい実施例を示す要部回路図である
。この第６図では、特に、正弦波発振器５３１．ＡＭ変
調器５３１および加算器５７を詳細に図示するが、対応
の他のものについても同様に構成し得ることを予め指摘
しておく。正弦波発振器５３１は、増幅器Ａ１を含む。

この増幅器Ａ１の一方入力には、抵抗Ｒ１とＲ２との接
続点が接続され、他方入力には可変抵抗器Ｒ３とコンデ
ンサＣとの接続点が接続されている。抵抗Ｒ１は他端が
接地され、抵抗Ｒ２の他端はこの増幅器Ａ１の出力に接
続されている。また、可変抵抗器Ｒ３の他端に接地され
、ヨンテンサＣの他端は抵抗Ｒ４とサーミスタＴＨとの
接続点に接続されている。抵抗Ｒ４の他端は増幅器Ａ１
の出力に接続され、サーミスタＴＨの他端は接地されて
いる。このような発振回路において、可変抵抗器Ｒ３と
コンデンサＣとがその発振周波数を決定し、抵抗Ｒ１と
Ｒ２とがその出力振幅を決定する。なお、サーミスタＴ
Ｈは、出力振幅を一定にするためのものである。すなわ
ち、このサーミスタＴＨは、発振出力の振幅が大きくな
ると、抵抗を変え、その振幅を抑える作用を果たす。こ
のような正弦波発振器５３１からの発振出力は、コンデ
ンサを介してＡＭ変調器５５１に与えられる。ＡＭ変調
器５５１は、発振器５３１からの出力を抵抗Ｒ１１を介
してその一方入力に受ける増幅器Ａ２を含む。この増幅
器Ａ２の他方入力は接地されている。そして、この増幅
器Ａ２の一方入力と出力との間には、抵抗Ｒｌ２および
受光素子 ゛ＣｄＳとの並列回路が接続されている。こ
の受光素子ＣｄＳは、発光素子ＬＥＤと協働して、フオ
トカプラＰＣを構成する。そして、発光素子ＬＥＤには
、Ｄ／Ａ変換器５２１からのアナログ電圧が、ダイオー
ドＤ１およびコンデンサＣ１で整流され平滑されて与え
られる。したがつて、この発光素子ＬＥＤはＤ／Ａ変換
器５２１からの出力すなわちデータに応じてその発光強
さが変わる。一方、受光素子ＣｄＳは、その受ける光が
多くなればなるほどその抵抗値が小さくなるようなもの
である。そして、増幅器Ａ２の利得はで与えられる。

したがつて、この増幅器Ａ２の利得は発光素子ＬＥＤの
明るさによつて変化することになる。すなわち、この増
幅器Ａ２に入力された正弦波発振器５３１からの正弦波
信号は、Ｄ／Ａ変換器５２１の出力によつてＡＭ変調さ
れることになる。そして、加算器５７は、同様のＡＭ変
調器からの出力を受け、増幅器Ａ３を介して、増幅器５
８へ合成出力を与える。

なお、これら正弦波発振器やＡｙ５調器などは、第６図
に示す回路構成の他、種々の回路構成のものが利用可能
なことはいうまでもない。

以上のように、この発明によれば、いくつかのバンドパ
スフイルタを用いて、音声入力の複数の周波数成分につ
いてそのレベルを求めることによつて入力音声を分析し
、合成部では、このバンドパスフイルタに対応する複数
の正弦波信号を、それぞれ対応のレベルに応じてＡＭ変
調し、これらＡＭ変調された信号を合成するようにした
ので、非常に簡単な回路によつて、構成することができ
る。

したがつて、従来のものに比べてより安価となる。また
、この発明によれば比較的音声データの圧縮率が高く、
合成された音声の明瞭性がよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の音声分析装置の一例を示す概略プロツク
図であり、第２図はスペクトル分布の一例を示す波形図
であり、第３図は第１図に対応した従来の音声合成装置
の一例を示す概略プロック図である。 第４図はこの発明の一実施例の音声分析部４を示す概略
プロツク図である。第５図はこの発明０一実施例の音声
合成部５を示す概略プロック図である。第６図は第５図
の実施例の好ましい実施例の要部を示す回路図である。
図において、４は音声分析部、４１１ないし４１ｎはバ
ンドパスフイルタ、４１ｎ＋１はハイパスフィルタ、４
３は有声／無声検出回路、４２１ないし４２ｎ，４２ｎ
＋１および４４はＡ／Ｄ変換器、５は音声合成部、５２
１ないし５２ｎ，５２ｎ＋１はＤ／Ａ変換器、５３１な
いし５３ｎは正弦波発振器、５４はノイズ発生器、５５
１ないし５５ｎ，５５。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 音声入力を与える音声入力手段、 前記音声入力手段からの音声入力を受け、その音声入力
   の帯域のそれぞれ異なる帯域を選択的に通過するように
   選ばれている複数のバンドパスフィルタ、前記複数のバ
   ンドパスフィルタのうちの対応の出力を受け、その出力
   レベルに応じたデータを発生する複数のレベルデータ発
   生手段、その発振周波数が対応のバンドパスフィルタの
   中心周波数とほぼ等しく選ばれた複数の正弦波信号発生
   手段、前記複数のレベルデータ発生手段からのデータに
   基づいて前記複数の正弦波信号発生手段の対応のものか
   らの正弦波信号を振幅変調する複数の振幅変調手段、お
   よび前記複数の振幅変調手段出力を合成する合成手段を
   備える、音声分析合成装置。 ２ さらに、前記合成手段出力に応じて発音する発音手
   段を含む、特許請求の範囲第１項記載の音声分析合成装
   置。 ３ 前記音声入力の無声状態のノイズレベルを検出して
   、そのレベルデータを発生するノイズレベルデータ発生
   手段を備える、特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の音声分析合成装置。 ４ 前記ノイズレベルデータ発生手段は 前記音声入力を受けるハイパスフィルタと、前記ハイパ
   スフィルタの出力レベルに応じたデータを発生するノイ
   ズレベルデータ発生手段を含む、特許請求の範囲第３項
   記載の音声分析合成装置。 ５ ノイズ成分発生手段、 前記ノイズ成分発生手段からのノイズ成分を前記ノイズ
   レベルデータ発生手段からのノイズレベルデータに基づ
   いて振幅変調して前記合成手段に与える振幅変調手段を
   含む、特許請求の範囲第４項記載の音声分析合成装置。 ６ 前記音声入力の有声状態または無声状態を判別する
   有声無声判別手段を備え、前記ノイズ成分発生手段から
   のノイズ成分を前記有声無声判別手段の判別出力に応じ
   て制御する、特許請求の範囲第３項ないし第５項のいず
   れかに記載の音声分析合成装置。 ７ 前記音声入力の有声状態または無声状態を判別する
   有声無声判別手段を含み、前記有声無声判別手段出力に
   応じて前記振幅変調手段を制御する、特許請求の範囲第
   ５項記載の音声分析合成装置。