Формантные вокодеры

В формантных вокодерах огибающая спектра рабочего сигнала аппроксимируется с помощью комбинации нескольких простых резонансных кривых, число кот. обычно соответствует числу формантных областей (обычно 24). Структурная схема формантного вокодера имеет вид:

(РИС. 4)

Устройство выделения осн. сигнала и сигнала тон-шум, объединяющее и разъединяющее устройства, а также генератор речевого спектра в формантных вокодерах выполняют те же ф-ции, что и в полосных.

Устройства выделения амплитуд формант могут выполняться также, как и в полосных вокодерах выполняются устройства для выделения уровней в различных частотных полосах (полосовой фильтр (ПФ), детектор и сглаживающий фильтр). Устройство выделения частоты формант, реализуется различными способами, из которых наиболее известны два: с помощью ПФ и рометров (частотомеров).

При использовании 1-го способа речевой диапазон частот разбивается на достаточно большое количество полос. Сигналы с выходов ПФ, охватывающих область каждой из формант подаются на амплитудный дискриминатор, с помощью которого определяется в каком из фильтров в данный момент наиболее высокий уровень. Средняя частота этого фильтра принимается за формантную частоту F_ф . При таком способе анализа по каналу связи достаточно передать информацию о том, в каком из каналов уровень наибольший для каждой формантной области. Номер канала при данном способе однозначно определяет формантную частоту. Детектор, с помощью которого определяется уровень форманты a_Ф подключается к фильтру с наибольшим уровнем. В некоторых случаях за амплитуду форманты a_Ф принимается уровень сигнала в полосе, соответствующей ширине полосы, охватывающей данную формантную область.

При использовании рометров речевой диапазон с помощью фильтров делится на широкие полосы, каждая из которых соответствует области одной из формант. На выходе каждого из фильтров включается рометр – устройство, с помощью которого определяется плотность нулей в речевом сигнале. В рометре, обычно, предельно ограничивается речевой сигнал и затем измеряется частота следования им пульсов с помощью общеизвестных схем частотомеров. Т.к. средняя частота следования однополярных импульсов через ноль примерно равна частоте, имеющей в спектре речевого сигнала наибольшую амплитуду, то напряжение на выходе рометра пропорционально формантной частоте. Для повышения точности работы рометры иногда делают двухступенчатыми.

В качестве генератора формант используют либо управляемые резонансные контуры, либо управляемые полосовые фильтры, на выходе которых или на входе включены амплитудные модуляторы. Среднюю частоту управляемых контуров, или фильтров устанавливают с помощью сигналов, характеризующих частоту форманты F_Ф. Амплитудные модуляторы управляются сигналами, характеризующими уровень (т.е. амплитуду) формант a_Ф. Частотные характеристики управляемых контуров или фильтров соответствуют среднестатистической огибающей спектра речевого сигнала в каждой формантной области. На рис.5 схематически показано преобразование спектра в формантном вокодере с передачей амплитуд и частот трёх формант.

Обычно в формантных вокодерах кроме основного тона передаётся не более 6-ти параметров, характеризующих частоты: а₁, а₂, а₃, F₁, F₂, F₃. Для передачи каждого из этих параметров отводится полоса 25-35 Гц, т.е. примерно такая же, как и в полосных вокодерах. Т.к. число передаваемых параметров в формантных вокодерах обычно меньше, чем в полосных, то и суммарная полоса, занимаемая сигналами форм-ных вок-ров также меньше. Разборчивость речи при использовании форм-ных вок-ров может быть получена достаточно высокой, однако, как и у полосовых вок-ров, натуральность звучания речи невысока, речь сопровождается специфическими искажениями и призвуками. В некоторых типах форм-ных вок-ров сигналы основного тона не передаются, речевые сигналы синтезируются при постоянной частоте ОТ, поэтому узнаваемость голосов отсутствует и речь звучит монотонно.