METHOD AND APPARATUS FOR SPEECH SYNTHESIZING

Abstract: 1. Process for the synthesis of speech in which combinations of a consonant followed by a vowel are stored and read out as required, characterised in that - every consonant occurring in the language is stored together with a weak uniform vowel "&", - all the vowels occurring in the language are stored individually, - the desired consonant/vowel combination is formed by staggered reading out of consonant and vowel in two channels, with the uniform vowel "&" being masked by the vowel that is read out.

Description: Verfahren und Anordnung für die Sprachsynthese Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Sprachsynthese und eine Anordnung zu seiner Durchführung. Es ist bekannt, die in einer Sprache vorkommenden Phoneme (Konsonanten und Vokale) einzeln abzuspeichern und danr. bedarfsweise sequentiell auszulesen. Da die Anzahl der Phoneme relativ gering ist, bietet sich dabei die Möglichkeit, mit relativ wenig Speicherkapazität zu arbeiten. Nachteilig ist jedoch, dass bei der Wiedergabe ein von natürlicher Sprache stark abweichender Klang entsteht, weil zwischen aufeinanderfolgenden Konsonanten und Vokalen ein "Klick-"geräusch hörbar wird, so daB dieses Prinzip praktisch nicht angewandt wird. Um eine der menschlichen Sprache weitgehend angenäherte synthetische Sprache zu erzeugen, geht man daher so vor, dass jeweils aus den vorkommenden Konsonanten und den vorkommenden Vokalen gebildete Kombinationen, sogenannte Di-Phoneme, gespeichert und ausgelesen werden. Es versteht sich, dass hierfür eine sehr erhebliche Speicherkapazität benötigt wird, die für eine indogermanische Sprache in der Grössenordnung von etwa 500 oder mehr D honemen liegt. Die Verwendung des \¯erfahrens beschränkt sich demgemäss auf solche Fälle, bei denen ein erheblicher Aufwand gerechtfertigt ist. Ausgehend von dem letztgenannten Verfahren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Speicheraufwand erheblich herabzusetzen, so dass das Verfahren auch bei Massenkon suingütern, z.B. Spielzeugen (Puppenstimmen und dergleichen) anwendbar wird. Der Patentarpruch 1 definiert das erfindungsgemässe erfahren. Man erkennt, dass jeder Ronsonant nur in Kombination mit einem einzigen Einheitsvokal abgespeichert wird, de- hier und im folgenden mit " & bezeichnet werden soll, und de etwa dem "e" im deutschen Wort "alle", im englischen Wort nt im französischen Wort "le" entspricht. Es hat sich gezeigt, dass bei entsprechend zeitversetztem Auslesen das & von dem dann wiedergegebenen eigentlichen Vokal völlig oder jedenfa' soweit maskiert wird, dass die resultierende Silbe der natürlichen Aussprache weitgehend nahekommt. Bei der üblichen digitalen Abspeicherung der Phoneme ist es zweckmässig, bei den Konsonanten an der richtigen Stel, einen Befehl abzuspeichern, der den Beginn der Auslesung des Vokalspeichers einleitet. Ferner kann es zweckmässig sein, durch entsprechend ausgelegte Filter die Frequenzen der Kon sonanten einerseits, der Vokale andererseits unterschiedlich zu verstärken bzw. zu bedämpfen, um die Maskierung der & zu verbessern. Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnunge soll die Erfindung nachstehend im einzelnen erläutert werden. Fig. 1 zeigt anhand eines Beispiels das Prinzip des Verfahrens, Fig. 2 zeigt Freouenzgänge von Filtern für Vo kale und Konsonanten, Fig. 3 zeigt schematisch ein mögliches Speicher format für Konsonanten und Vokale, Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Hüllkurve für die Konsonantenerzeugung, Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer Anordnung zur Ausführung des Verfahrens, und Fig. 6 ist ein Diagramm zur Darstellung des Zeit ablaufs bei der Synthese eines einfachen Wortes. Da der Auslesevorgang zeitversetzt, das heisst so erfolgt, dass die Auslesung eines Vokals bereits beginnt, während noch das Auslesen des Konsonanten-Di-Phonems (nämlich dessen & Teil) abläuft, arbeitet man mit zwei Auslesekanälen. In Fig. 1 stellt das obere Diagramm den Hüllkurvenverlauf des Konsonantenkanals, das untere den des Vokalkanals dar, wobei als Beispiel das einfache Wort "DATO" gewählt ist. Man erkennt, dass gleichzeitia die & Anteile des Konsonantenkanals und die Vokale wiedergegeben werden, und bereits dadurch werden die schwachen & Laute stark maskiert. Diese Maskierung kann aber noch durch weitere Massnahmen unterstützt werden. Fig. 2 stellt ein erstes Mittel hierfür dar. Es ist bekannt, dass das Frequenzspektrum der Konsonanten und Vokale unterschiedlich ist; z.B. liegen bei einer männlichen Stimme die Maxima der Konsonanten im Bereich von etwa 600...3000 Hz, der Vokale im Bereich von etwa 200.. .1000 Hz. Dementsprechend werden den beiden Kanälen Filter mit den in Fig. 2 gezeigten Durchlassbändern zugeordnet, wobei die Filterung entweder bei der Aufzeichnung oder bei der Wiedergabe erfolgen kann. Fig. 3 zeigt schematisch das Format für die Speicherung. Bei der Aufzeichnung werden die Laute digitalisiert, das heisst mit einem Takt von z.B. 10 KHz oder mehr amplitu- denabgetastet und die so erhaltenen Daten werden in aufeinanderfolgenden Speicherplätzen für serielles Auslesen abgespeichert. Es werden jedoch zwei Speicherplätze für Kommandodaten freigehalten, nämlich ein Kommando "weiter" und ein Kommando "Ende". Das Kommando "weiter" bedeutet den Zeitpunkt, bei welchem der jeweils andere Kanal mit dem Auslesen fortfahren soll; dieses Kommando liegt bei den Konsonantendaten beim Uebergang des eigentlichen Konsonantenlauts zum & Teil, während es bei den Vokaldaten nahe dem Ende des Datenstrangs liegt. Das Kommando "Ende" versteht sich von selbst, ist aber erforderlich, weil die einzelnen Phoneme unterschiedliche Dauer besitzen. Das Kommando "weiter" kann dazu verwendet werden, um den Maskierungseffekt noch zu verstärken, indem bei seinem Auftreten die Hüllkurve des gerade ausgelesenen Kanals bedämpft wird, wie in Fig. 4 angedeutet, wofür man ein übli- ches analog arbeitendes Dämpfungsglied aus Diode, Widerstand und Kondensator verwenden kann. Fig. 5 zeigt in Blockform ein Ausführungsbeispiel eines Sprachsynthesizers, der -- wie man erkennt -- höchst einfach aufgebaut ist. Die Auswahl der wiederzugebenden Phoneme erfolgt durch externe Mittel, beispielsweise einen Mikroprozessor, und bildet keinen Gegenstand der vorliegenden Erfindung; hier ist deshalb nur als Block 1 eine externe Steuerschaltung angedeutet. Die Anordnung umfasst zwei untereinander identische Kanäle, von denen nachstehend nur einer beschrieben wird. Ein Speicheradressenzähler 2 wird von der Steuerschaltung 1 auf eine bestimmte Phonem-Startadresse gesetzt. Ein Phonemspeicher 3 enthält alle für eine gegebene Sprache benötigten Phoneme, wobei für viele Sprachen sechsunddreissig Phoneme ausreichend sind. Die Phoneme sind nach Filterung bei der Aufnahme (wie oben erläutert) digitalisiert und in dem in Fig. 3 dargestellten Format abgespeichert; dabei können beispielsweise die Kodes "O" bzw. "1" für die Kommandos "weiter" bzw. "Ende" reserviert sein. Ein Taktgenerator 5 erzeugt den Auslesetakt von z.B. 10 KHz, und zwar für beide Kanäle. Die ausgelesenen Daten gelangen zu einem Dekoder 4, der feststellt, ob es sich um Daten oder eines der Kommandos "weiter" bzw. "Ende" handelt. Daten gelangen über einen Digital-Analog-Umsetzer 6 sowie ein Multiplizierglied 7 zu einem Summierglied 8 und von dort zu einer Verstärker-Lautsprecher Einheit 9. Bei Dekodierung des Kommandos "Ende" wird über ein U8;D- Gatter 10 die Inkrementierung des Adresszählers 2 gesperrt. Wird das Kommando "weiter" dekodiert, so wird ein Phonem-Anforderungs-Flipflop 11 für den jeweils anderen Kanal gesetzt; seine Rücksetzung erfolgt durch die externe Steuerschaltung bei Eingabe der nächsten Startadresse. Ferner wird beim Kommando "weiter" ein Dämpfungsflipflop 12 umgeschaltet, das mit seinem Ausgang F dem einen, mit seinem Ausgang F dem anderen Kanal einen Hüllkurvenqenerator 13 zuschaltet, der auf das Multiplizierglied 7 einwirkt, so dass der Ausgang des betreffenden Kanals sanft abfallend bedämpft wird, ohne dass jedoch das "Klick"-geräusch entsteht. Die Ausgänge beider Kanäle werden im Summierglied 8 kombiniert. Der jeweilige Setzzustand des Flipflops 12 wird auch zu der externen Steuerschaltung übertragen, um dieser zu sig nalisieren, welcher der beiden Kanäle belegt werden kann, etwa zu Beginn eines Auslesezyklus nach Inbetriebnahme der Schaltung. Bevor unter Bezugnahme auf Fig. 6 ein Synthesevorgang im einzelnen erläutert wird, sei noch auf mögliche Abwandlun gen der in Fig.5 gezeigten Blockschaltung hingewiesen. Der Speicheraufwand lässt sich halbieren, wenn für beide Kanäle nur ein Phonemspeicher 3 vorgesehen ist und das Auslesen im Zeitmultiplex erfolgt. Das Multiplizierglied 7 ist in bestimmten handelsüblichen Digital-Analog Umsetzern bereits enthalten, sodassman den Ausgang der Hüllkurvengeneratoren 13 nur mit dem entsprechenden Eingang des Umsetzers zu verbinden braucht. Man kann die Schaltung auch weitgehend in einem Mikroprozessor realisieren, wobei dann entweder die beiden Hüllkurvengeneratoren und die beiden Umsetzer ausserhalb bleiben oder nur ein einzelner, gemeinsamer Umsetzer, während alle anderen Vorgänge vom Mikroprozessor digital durchgeführt werden. Fig. 6 zeigt - in Zeile (a) den Takt des Taktgenerators 5; dieser Takt kann starr sein, kann aber auch von der Steuerschaltung 1 variiert werden, um eine der natürlichen Sprache noch ähnlichere Phrasierung zu erzielen, - in Zeile (b) Formate aus dem ersten Kanal, hier die Phoneme "D & n und "T8", - in Zeile (c) den Logikpegel am Ausgang des Flip flop 12, - in Zeile (d) den Logikpegel am Ausgang des Flip flops 11 des zweiten Kanales, - in Zeile (e) Formate aus demselben zweiten Kanal, hier Phoneme "a" und *o", - in Zeile (f) den Logikpegel am Ausgang des Flip flops 11 des ersten Kanals, - in Zeilen (g) bzw. (h > die Hüllkurven, erzeugt von den Büllkurvengeneratoren 13 des ersten bzw. des zweiten Kanals, und - in Zeilen (i) bzw. (k > die analogen Ausgangssig nale des ersten bzw. zweiten Kanals; dabei sind die Hüllkurven nicht als repräsentativ für die tatsächlich erzeugten Laute "D", "A", "T" oder "0" zu verstehen; das Diagramm dient nur der Erläuterung des zeitlichen Ablaufs.

Claims: Patent ansrücLe 1. Verfahren für die Sprachsynthese, bei dem Kombinationen aus je einem Konsonanten und einem ih folgenden Vokal abgespeichert und bedarfsweise ausgelesen werden, dadurch gekennzeichnet, dass - jeder in der Sprache vorkommende Konsonant zusammen mit einem schwachen Einheltsvokal " & abgespeichert wird, - alle in der Sprache vorkommenden Vokale einzeln abgespeichert werden, - die gewünschte Konsonanten-Vokal-Kombination durch zeitversetztes Auslesen von Konsonant und Vokal in zwei Kanälen unter Maskierung des Einheitsvokals & durch den ausgelesenen Vokal qebildet wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abspeichern der Kombinationen aus Konsonant und Einheitsvokal vokaltypische Frequenzen bedämpft werden und dass bein Abspeichern der Vokale konsonantentypische Frequenzen bedämpft werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplituden der Einheitsvokale " & beim Auslesen bedämpft werden. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslesen mit variabler Taktfrequenz erfolgt. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei alternierend aktivierbare Auslesekanäle und einen Umschaltkreis, der durch ein in einem Ka nal ausoelesenes Kommando zur Aktivieruna des anderen Kanals ansteuerbar ist. . Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kanal einen Speicher sür alle benötigten Laute (Phoee und Di-Phoneme} umfasst. 7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Laute (Phoneme und Di-Phoneme) digital in jede Speicher abgespei chert und sequentiell auslesbar sind, t dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei den Di-Phonemen das Umsteuer-Kommando in der Auslesesequenz zwischen dem Konsonanten intervall und dem Ein hei svokal-Intervall abgespeichert ist. e. Anordnung nach Anspruch 7 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Kanal ein Hüllkurvengenerator vorgesehen ist, mittels dem die Amplitudenbedampfung bewirkt wird und der von dem Umsteuer Kommando aktivlerbar ist. 9. Anordnung nach Anspruch 5, bei der die Laute (Phoneme und Di-Phoneme) digital in jedem Speicher abgespeichert und sequentiell auslesbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende jeder Auslesesequenz ein Kommando "Ende" auslesbar ist, mittels dem ein nächster Auslesevorgang einleitbar ist.

Inventors: DEFOREIT, CHRISTIAN
Applicants: MATTH. HOHNER AG
Application year: 1984
Main classification: G10L5
IPC codes: G10L13