JPH0679239B2

JPH0679239B2 - 音声合成器

Info

Publication number: JPH0679239B2
Application number: JP60093812A
Authority: JP
Inventors: 隆矢頭; 誠森戸; 敬三木
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1985-05-02
Filing date: 1985-05-02
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPS61252597A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、記憶領域から音声波形の波形領域での情報を
読み出し、音声を合成する音声合成装置において用いる
ものであって、差分符号特にADPCM符号を通常のPCM符号
へ変換するADPCM再生器に関する。

（従来の技術）音声の帯域圧縮の方式として、ADPCMがある。この方式
は音声の隣接標本間（時間T_iと時間T_i+1）のデータにお
いて、時間T_iに算出した予測値とT_i+1における音声信号
の差分をとり、それを符号化してADPCM符号とすること
によって、差分信号の量子化値を得、その値を逐次加算
することによって、通常のPCM符号形式の音声を再生す
る方式である。また、差分信号の量子化値を得る際に必
要となる量子化幅をADPCM符号に応じて変化させていく
ことを特徴としている。ADPCM方式は通常のPCM符号形式
では12ビット程度を要する音声サンプル符号化値を３〜
４ビットで表現し得るもので３〜４の情報圧縮度が得ら
れる。

また、第４図（ａ）の実際の波形に対し、第４図（ｂ）
に示すように第１波形を繰り返し合成することによって
情報圧縮を行なう方法もある。一般に、声道の伝達関数
の変化は緩やかであり、20〜30msの間はほぼ定常と考え
られる。音声音部分ではピッチ同期ごとにほぼ同一とみ
なされる波形か繰り返し現れる。従って、（この周期波
形の１つ１つを素片波形と呼ぶことにする）１つの素片
波形で後続する素片波形の幾つかを代用することができ
る。この素片波形の繰り返しは、音声全体を通して平均
３〜４回は合成音の品質を損なうことはなく、その圧縮
効果は極めて大きい。しかし、繰り返し回数があまり大
きくなると音声波形の定常性を越えてしまい音質は劣化
する。また、この場合、音声の平均電力を考えると第４
図（ｃ）に示されるが如く、実際の音声波形の電力は滑
らかに変化しているにも拘らず合成音では波形の繰り返
しによる平均電力の不連続が生じる。

従って、波形の平均電力が滑らかに変化する波形繰り返
し法が必要となる。当然のことながら繰り返す１つの音
声波形は符号化されており、その符号化データを繰り返
すことによって電力の異なる波形を再生する方式が必要
となる。

この点に関する従来技術としては、例えば特公昭59-147
60号公報に記載がある。同公報に開示されたADPCM再生
器は、簡単な回路構成により、ADPCM符号化された１つ
の素片波形に対し、同一ADPCM符号を用いることにより
電力の異なった波形を再生し得るものである。

第２図は、前記公報に開示のADPCM再生器を示したもの
である。但し、以後の説明を容易にするため回路は前記
公報に開示のものをやや簡略化してある。

以下、この構成及び動作を説明する。

初めに第２図におけるADPCM符号の復号過程を説明す
る。入力符号L_iに対し、バイアスとして0.5が加えられ
た結果に量子化ステップ幅Δ_ｉを乗じ、差分復号値ｑを
得る。（（１）式）。

q_i＝（Li＋0.5）・Δ_ｉ（１）得られた差分復号値q_iはレジスタ55に格納されていると加算され、結果がレジスタ55に格納される（（２）式）。

このが音声のPCM符号である。次に、次回ADPCMデータL_i+1の
復号に用いる量子化ステップ幅Δ_ｉ＋１を算出し、１つ
のADPCM符号L_iに対する復号処理を完了する。ここで、
量子化ステップ幅Δ_ｉの算出について説明する。量子化
ステップ幅Δ_ｉは量子化ROM63からポインタP_iを参照す
ることによって得られる。量子化ROM63には第１表に示
されるようにアドレスに対して指数的に増加する値が格
納されており、ポインタＰに対して Δ_ｉ＝Δ_min・A^Pi （３）なる量子化ステップ幅が得られる。従って、量子化ステ
ップ幅変更のブロックではP_iをポインタ移動量D_iだけ移
動させれば、量子化ステップ幅が変更される。すなわち P_i+1＝P_i＋D_i （４） Δ_ｉ＋１＝Δ_min・A^Pi+1 （５）ここで、ROM60の出力であるポインタ移動量はD_nはADPCM
符号L_iをアドレスとしてポインタ移動ROM60を参照する
ことによって得られる。ROM60の内容を第２表に示す。
（４）式の演算はポインタ61で行なっている。

以上が第２図の回路におけるADPCM再生の動作である
が、ADPCM符号の再生は逐次演算であるため、波形再生
を始める場合（１）式におけるΔ_ｉ，（２）式のの初期値が必要となる。

第２図の回路においては（２）式は量子化ROM63の出力によって与えられる。即ち、
（３）式と第１表よりを満足するポインタ値P_INTを用いて量子化ROM63を読み
出し、その値を初期値とする。また、同じように（１）式における量子化ステ
ップ幅Δ_ｉの初期値は、ポインタ初期値P₁を与えること
により、（３）式からと計算される。また、このポインタ初期値は（４）式P_i
の初期値となる。（１），（２），（３），および
（６），（７）式より、素片波形のADPCM符号列L₁，
L₂...L_i....の再生値となる。

次に、ADPCMデータL₁，L₂・・・を用いて、波形の形は
同じであるが振幅のみを一定倍にする動作について説明
する。（６）式においてを与えるポインタ値P_INTにポインタ増減値Ｓを加え、そ
れを新たにP_INTとすると、そのときの初期値（９）となり、を（A^S）倍した値となる。同じように、前記のADPCM再
生過程におけるポインタ値P_iに一定値Ｓを加えると、
（８）式より（10）ことになる。第２図においては加算器81,レジスタ82,加
算器83によって素片波形が繰り返されるごとにポインタ
に加える値Ｓ′を加算して、Ｓ′＝S,S″＝Ｓ′＋S,S
＝Ｓ″＋Ｓとして素片波形をその形を変えずに振幅のみ
を、１回目の再生波形に対して（A^S）倍，（A^2S）倍，
（A^3S）倍・・・と徐々に変化させ、波形を繰り返した
場合の電力の不連続を簡易な回路で構成して軽減してい
る。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記従来の音声合成器の回路構成では、
ポインタ増減値Ｓ又はポインタ値P_iのとる値によっては
必ずしも波形が一定倍とはならず、特に高い精度での振
幅制御が要求される用途では十分にその目的を達し得な
い場合がある。すなわち、（９），（10）式の関係が成
立するためには P_i′＝P_i＋Ｓ（11）なる関係が常に成立し、かつ、上式におけるP_i′に対応
する量子化ステップ幅が量子化ROM63に存在しなければ
ならない。しかし、実際に量子化ROM63に入力されるポ
インタ値はポインタリミッタ62により、制限を受け、Ｓ
またはP_i′^±のとる値によっては（11）式の条件を満足
しない場合がある。

ここでポインタリッミタ62の働きについて説明する。先
に述べたように、量子化ROM62にはアドレスP_min（＝
０）〜P_maxに対してΔ_minA^O〜Δ_minA^Pmaxなる量子化ス
テップ幅が格納されており、従って当然のことながら量
子化ROM63に入力されるポインタ値はＯ〜P_maxの範囲内
になければならない。しかし、ポインタ値P_iはADPCM符
号L_iの値によっては前記制限を満たさない場合が生じる
ため、ポインタをＯ〜P_maxの値に制限する回路が必要と
なる。これがポインタリミッタ62であり、この種のADPC
M再生器には不可欠なものである。

第３図（ａ）に、従来の方式において問題となるポイン
タ61の働きを示す。図では時間区間Ta-Tbの間でポイン
タリミッタ62の働きによりＰ′_iがP_maxに制限され（1
1）式が成立しない。また区間Tc-Tdの間ではP_iはP_minで
制限されているにも拘らず、Ｐ′_iはリミッタの制限に
かかわらず同じく（11）式は成立しない。この例ではTa
-Tb,Tc-Tdの間はすべて（11）式が成立しないわけであ
るが、実際のADPCM再生では、逐次加算処理であるため
１点でも（11）式を満足しない点か存在すれば、それ以
降すべての点で（８）式の関係が崩れる。

本発明は、以上述べた振幅制御において波形の相似性が
崩れる欠点を除去し、高い精度で振幅制御を行ない、１
つの素片を様々な振幅にて用いる法則合成等に適用して
も好適な音声合成器を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明は、予め定められた複数個の量子化ステップ幅に
対応した量を記憶している第１メモリと、該第１メモリ
のアドレスを指定して該第１メモリから量子化ステップ
幅に対応した量の１つを出力させるポインタと、該ポイ
ンタの出力をADPCM符号に応じて移動させる第２メモリ
と、前記ポインタの出力をADPCM符号符号化時に使用し
た量子化ステップ幅の最大値と最小値の間に限定するポ
インタリミッタと、前記第１メモリから出力された量子
化ステップ幅に基づき再生された再生PCM符号を記憶し
得るレジスタとを有する音声合成器を対象とする。

本発明は、このような音声合成器において、第１に、音
素波形に関する振幅増減値を含む情報を入力し、先頭音
素波形再生の過程では零がセットされており、２回目以
降の音素波形再生においては各過程ごとに振幅増減値を
累算して記憶する手段を設ける。

第２に、該記憶手段の出力と前記ポインタリミッタの出
力との和で前記第１メモリのアドレスを指定する加算手
段とを設ける。

第３に、前記第１メモリに、前記ADPCM符号符号化時に
使用した量子化ステップ幅の範囲に対して前記加算手段
によって増加又は減少する分をそれぞれ上位アドレス又
は下位アドレスに拡張し、これらの拡張されたアドレス
に対応する量子化ステップ幅を予め記憶させておく。

（作用）ポインタから出力された量子化ステップ幅に対応した量
の１つは、ポインタリミッタを介して加算手段に供給さ
れる。この際、このポインタの出力はポインタリミッタ
により、ADPCM符号符号化時に使用した量子化ステップ
幅の最大値と最小値の間に制御される。他方、加算器に
は２回目以降の音声波形再生における各過程ごとの振幅
増減値が累算されて供給される（先頭音素波形再生の過
程では０が供給される）。この結果、第１メモリのアド
レスはポインタリミッタからの出力と振幅増減値との和
となる。すなわち、ポインタリミッタの制限値に対して
上、下にアドレスが拡張される。この拡張されたアドレ
スに対応する量子化ステップ幅は予め第１メモリに記憶
されている。そして、第１メモリから出力される量子化
ステップ幅に基づき再生されたPCM符号がレジスタに記
憶される。

このように、ポインタリミッタの制限値を振幅増減値だ
けシフトしているので、適切な量子化ステップ幅を設定
することができ、上記問題点は解決される。

（実施例）以下、本発明の一実施例を説明するに先だって、本発明
の原理について説明する。

上記問題点は、従来の回路においては（11）式の関係が
必ずしも成立し得ない点に問題がある。この問題点に対
し、ポインタリミッタ62を取り去ることにより、ポイン
タ値のみは（11）式を常に満足させることができる。し
かし、この方法では、ADPCM符号化する種々の音声デー
タにおいてポインタ値がどのような範囲で変化するかが
定かでなく、従って量子化ROMもどの程度容易すべきか
分からず、その容量もかなり増えることになる。

そこで、第３図（ａ）なるポインタ値に対して第３図
（ｂ）示すようなリミッタ操作に変更する。すなわち、
ポインタの制限値をポインタ増減値Ｓだけ上下ともにシ
フトする。このようにすることによって（11）式は常に
成立し、ポインタの動き範囲も確実に把握できるため、
あとは量子化ROMを振幅の変更を要する範囲で上下に拡
張しておけば良い。実音声では隣接する素片の振幅はそ
う大きくは違わないため、量子化ROMの拡張もさ程大き
くはない。

以下、本発明を一実施例に基づき図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は本発明の一実施例のブロック図である。同図に
おいて、130は各部の動作の制御を行なう制御部,140は
マルチプレクサ,141は「音素片長」を格納するレジス
タ,142は「繰り返し回数」を格納するレジスタ,143は
「初期値設定用ポインタ値」を格納するためのレジス
タ,144は「ポインタ初期値」を格納するためのレジス
タ,145は「ポインタ増減値」を格納するためのレジス
タ,146はADPCM符号を格納するためのメモリ,147はレジ
スタ141に格納された「音素片長」を格納し、所定のタ
イミングでカウントダウンしていくカウンタ,148はレジ
スタ142に格納された「繰り返し回数」を格納し、カウ
ンタ147のカウント値か０になるとカウントダウンする
カウンタ,149は、レジスタ143又はレジスタ144の切り換
えを行なうマルチプレクサである。155はレジスタ,159
はポインタ移動ROM,160はポインタ,161はポインタリミ
ッタ,162は量子化ROM,163は乗算器,164・165は加算器,1
66はレジスタ,167はレジスタ167の出力端子である。ま
た181は加算器,182は、加算器181から出力されるレジス
タ145のポインタ増減値とレジスタ182自身の出力との加
算結果を格納するレジスタ,183はポインタリミッタ161
の出力とレジスタ182の出力を加算する加算器である。

第５図は第１図に示す音声合成器（ADPCM再生器）にバ
ッファメモリ（第１図に図示なし）を通して送られてく
るデータの形式を示したものであり、１フレーム周期対
応のデータとして始めから順に、ADPCMデータの個数で
ある音素片長,ADPCM符号列の繰り返し回数,1フレーム周
期内で各繰り返し単位で波形再生の初期値をROM162から
読み出す時にポインタ値として用いる初期値設定用ポイ
ンタ値,1フレーム周期内の各繰り返し単位でポインタの
初期値として用いられるポインタ初期値，ポインタ増減
値，及びADPCM符号L₁，L₂・・・L_mの各データがあり、
このデータ形式で各フレーム周期毎に送られてくる。

この第５図に示したデータで第１図の回路で波形再生を
行なった時の再生波形を第６図に示す。

以下、第５図及び第６図を参照して第１図の実施例の動
作について説明する。

まず、伝送系あるいは音声ファイルから入力される第５
図のデータ形式のデータは順次バッファメモリ（図示せ
ず）に格納される。バッファメモリに格納されたデータ
を順次１フレーム周期分ずつ取り込む。このバッファメ
モリから取り込まれるデータはマルチプレクサ140を順
次切り換えることにより、レジスタ141には「音素片
長」、レジスタ143には「初期値設定用ポインタ値」、
レジスタ144には「ポインタ初期値」、レジスタ145には
「ポインタ増減値」、メモリ146にはADPCM符号、がそれ
ぞれ格納される。カウンタ147にはレジスタ141から出力
される「音素片長」が格納され、カウンタ148には「繰
り返し回数」が格納される。

レジスタ166の初期値はROM162の出力によって与えられる。すなわち、レジス
タ143には格納された初期値設定用ポインタ値P_INTをマ
ルチプレクサ149を介してポインタ160に格納し、ポイン
タリミッタ161,加算器183（レジスタ182は初期は０にセ
ットされているから加算しても値は変わらない）を介し
てROM162を読み出し、その値をレジスタ166に格納す
る。このようにして得られた音素波形の初期値は、時間点T₁に出力端子167より出力される。

次に、時間点T₂以降の波形再生に先立って、ポインタ16
0の初期値をセットする。このためにマルチプレクサ149
を切り換えて、レジスタ144に格納された「ポインタ初
期値」P₁をポインタ160に格納させる。この値は（４）
式中のP_iの初期値となるとともにポインタリミッタ161,
加算器183を介してROM162を読み出し、（１）式中のｉ
＝１における量子化ステップ幅Δ_１を決定している。

次に時間点T₂における波形再生について説明する。メモ
リ146より入力される最初のADPCMデータL₁は加算器168
によってバイアス0.5が加えられた後、乗算器163によっ
て量子化ステップ幅Δ_１が乗ぜられ（（１）式）、加算
器165によって前時間 166に格納され、時間点T₂に出力端子167より出力され
る。一方これと並行してADPCMデータL₁からは、この値
をアドレスとしてROM159を読み出し、ポインタ160によ
って（４）式の演算が行なわれ、次のT₃点におけるポイ
ンタ値となる。以下同様にして時間点T₃以降、ADPCM符
号L₂・・・L₂₉を用いて第６図に示される音声波形を再
生する。

このようにして各時間点における符号再生値が得られる。制御部130ではADPCM符号を１つ取りこんで
処理を行なう毎に、カウンタ147の音素片長を１つカウ
ントダウンしてゆく。このカウンタ147のカウント値は
常に監視されており、これが０になると１音素周期分の
ADPCM符号全部の処理が完了したと判定する。又、レジ
スタ142に格納された「繰り返し回数」データはカウン
タ148に格納されてやはり常時監視されており、前述の
音素片長のカウント値が０に達すると、カウンタ148の
繰り返し回数を１つカウントダウンする。

この結果、繰り返し回数のカウント値が０でない場合に
は、新たに、音素片長のデータをレジスタ141からカウ
ンタ147に格納させ、且つマルチプレクサ149をレジスタ
143側に切り換えてレジスタ143に格納された初期値設定
用ポインタ値P_INTをポインタ160に格納する。この時、
レジスタ145に格納されたポインタ増減値Ｓを加算器181
に入力させ、レジスタ182に格納された値（第１音素周
期終了時の場合は０である）との加算を行ない、加算結
果をポインタの増減値Ｓ′としてレジスタ182に格納す
る。

ただし、ここでポインタリミッタ161の出力がすでにリ
ミッタの制限値P_minもしくはP_maxに達していると、前記
第２図の従来のADPCM再生器と同様の量子化ROMを用いて
は、アドレスアンダーフローまたはオーバーフローが起
きる。そこで本実施例における量子化ROM162ではリミッ
タ制限値に対して第７図に示すように上下にアドレス拡
張し、対応する量子化ステップ幅を記憶させておく。従
って、第１図の実施例では、アドレス拡張によって生じ
るアドレスに対応する量子化ステップ幅のずれを補正す
るため、ポインタ160の初期値及びポインタリミッタ161
の制限値にはアドレス下位拡張分のオフセットが加えら
れている。この結果、（９）式（10）式が常に成立し、
従って音素の繰り返しにおいて波形の形は変わらない
が、振幅が一定倍になった波形を出力することができ
る。ここで、どの程度量子化ROMを拡張すれば良いかが
問題となるが、拡張する大きさ、すなわち振幅増減値Ｓ
の累算結果Ｓ′の大きさは、隣り合うフレームの平均電
力の比に相当し、音素の形状がほぼ同一とみなせる区間
では振幅の変化も比較的小さいことを考えると振幅にし
て1/2〜２倍、第７図における量子化ステップ幅にして
上下８ステップ程度拡張すれば十分であり、回路全体か
らみれば、ごく僅かな増加で十分な効果が得られる。

以上、発明の第１の実施例を説明した。この第１の実施
例では素片の繰り返しによる音声情報の圧縮について考
えたものであるが任意語の合成を目的とする法則合成に
ADPCM方式を利用する場合、本手法はさらに有効な手段
となる。第８図に第２の実施例における量子化ROMの構
成を示す。すなわち、法則合成では音節，音素，素片と
いった小さな音声単位をつなぎ合わせて連続音声にして
いく。そのため用いられる音声単位の振幅も、それが使
用される状況によって種々の値に容易にコントロールで
きる手法が必要である。

この場合にも第１図の回路はそのまま法則合成の合成部
として利用できる。ただし、この場合は、合成のもとと
なる素片データの振幅制御を容易にするためにすべて正
規化しておき、これを最大振幅として振幅を小さくする
方向にのみ制御する方法が波形の精度を考えても有利で
ある。そのため、量子化ROM162は第８図のごとく下位方
向、にのみ必要な量子化ステップ幅を拡張しておく（31
ステップ、約1/20倍も拡張すれば十分である）。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、同一ADPCMデー
タの振幅値が一定倍された波形を従来の構成よりも良好
に出力することができるため、同一波形の繰り返しによ
って音声の情報圧縮を行なっている音声合成音の平均電
力の不連続性を一層軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のブロック図、第２図は
従来のADPCM再生器のブロック図、第３図（ａ）は第２
図に示すADPCM再生器におけるポインタの働きの一例を
示す図、第３図（ｂ）は本発明におけるリミッタ操作を
示す図、第４図（ａ）は実際の音声波形の一例を示す
図、第４図（ｂ）は同一波形を３回繰り返す合成音の波
形を示す図、第４図（ｃ）は第４図（ａ）及び（ｂ）の
それぞれの平均電力を示す図、第５図は本発明の第１の
実施例におけるデータ形式を示す図、第６図（ａ）及び
（ｂ）は本発明の第１の実施例による再生波形の一例を
示す図、第７図は本発明の第１の実施例におけるROM162
の内容を示す図、及び第８図は本発明の第２の実施例に
おけるROM162の内容を示す図である。 130……制御部、140……マルチプレクサ、 141〜145……レジスタ、146……メモリ、 147,148……カウンタ、149……マルチプレクサ、 155……レジスタ、159……ROM、 160……ポインタ、161……ポインタリミッタ、 162……ROM、 163,165,181,183……加算器、 166,182……レジスタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予め定められた複数個の量子化ステップ幅
に対応した量を記憶している第１メモリと、該第１メモ
リのアドレスを指定して該第１メモリから量子化ステッ
プ幅に対応した量の１つを出力させるポインタと、該ポ
インタの出力をADPCM符号に応じて移動させる第２メモ
リと、前記ポインタの出力をADPCM符号符号化時に使用
した量子化ステップ幅の最大値と最小値の間に限定する
ポインタリミッタと、前記第１メモリから出力された量
子化ステップ幅に基づき再生された再生PCM符号を記憶
し得るレジスタとを有する音声合成器において、音素波形に関する振幅増減値を含む情報を入力し、先頭
音素波形再生の過程では零がセットされており、２回目
以降の音素波形再生においては各過程ごとに振幅増減値
を累算して記憶する手段と、該記憶手段の出力と前記ポインタリミッタの出力との和
で前記第１メモリのアドレスを指定する加算手段とを設
け、前記第１メモリに、前記ADPCM符号符号化時に使用した
量子化ステップ幅の範囲に対して前記加算手段によって
増加又は減少する分をそれぞれ上位アドレス又は下位ア
ドレスに拡張し、これらの拡張されたアドレスに対応す
る量子化ステップ幅を予め記憶させておくことを特徴と
する音声合成器。