DE2854601A1 - Ton-synthesizer und verfahren zur ton-aufbereitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ton-Synthesizer und ein Verfahren zur Ton-Aufbereitung. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Ton-Synthesizer, bei dem ein Tonelement aus einem analogen Tonsignal entnommen wird, bei dem die Zeitachse komprimiert ist und bei dem ein Teil der Kurvenform des Tonelements einer Zeitachsendehnung unterzogen wird, wodurch ein Ton aufbereitet bzw. synthetisiert wird, der im wesentlichen die gleiche Frequenzkomponentenverteilung hat wie das Originalsignal, jedoch eine andere Zeitdauer als die des Originalsignals.

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Ein Informationsaustausch im Hinblick auf ein Tonsignal, d.h. eine Unterhaltung, weist ein gefühlsbetontes Merkmal auf, das von einer viel geringeren Informationsübertragungs-Effizienz ist. Insbesondere beträgt die Sprechgeschwindigkeit beim Menschen höchstens 110 bis 170 Worte pro Minute, obwohl der Mensch einem Gespräch folgen kann, das die zwei- bis dreifache Geschwindigkeit der normalen Sprechgeschwindigkeit aufweist. Es wäre daher sehr wünschenswert, wenn die auf einem Magnetband mittels eines Bandgeräts aufgenommene Toninformation, wie etwa eine menschliche Stimme, mit viel größerer Geschwindigkeit in verständlicher Form wiedergegeben werden könnte. Wenn dies erreicht werden könnte, so könnte der Inhalt einer Konferenz, eines Vortrags oder dgl. von beispielsweise einer Stunde in einer halben Stunde oder noch weniger abgehört werden. Es könnten auch andere Toninformationen, wie etwa aufgenommene Lehrpläne mit hoher Geschwindigkeit wiedergegeben bzw. wiedergefunden werden. Selbstverständlich könnten auch andere Anwendungsformen entwickelt werden.

Wenn der aufgenommene Ton mit einer höheren Geschwindigkeit wiedergegeben wird als die Aufnahmegeschwindigkeit, d.h. im Falle der Hochgeschwindigkeitswiedergabe, kann die Wiedergabezeitdauer im umgekehrten Verhältnis zur Wiedergabegeschwindigkeit vermindert werden, wobei jedoch die wiedergegebene Tonfrequenz im Verhältnis zur Wiedergabegeschwindigkeit zunimmt. Eine Frequenzänderung des wiedergegebenen Tons, die bei einer

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höheren Wiedergabegeschwindigkeit auftritt, wird von einem Zuhörer leicht bemerkt. Nichtsdestoweniger kann der Inhalt des wiedergegebenen Tons verstanden werden, wenn die Wiedergabegeschwindigkeit nicht die 1 1/2-fache Normalgeschwindigkeit überschreitet. Der Inhalt des wiedergegebenen Tons kann jedoch kaum verstanden werden, wenn die Wiedergabegeschwindigkeit die zweifache Normalgeschwindigkeit überschreitet.

Um die Verzerrung der Kurvenform bei Wiedergabe mit erhöhter Geschwindigkeit zu korrigieren, ist es erforderlich, die ursprüngliche Kurvenform im wiedergegebenen Ton bezüglich der Zeitachse wiederzuerlangen. Zu diesem Zweck wurde in der Vergangenheit eine umfangreiche Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet durchgeführt. Eine Möglichkeit besteht darin, das Spektrum des Tonsignals auf einer Realzeitbasis zur Frequenzumwandlung in einem Fourier-Bereich zu analysieren und danach die umgekehrte Aufbereitung bzw. Synthese durchzuführen. Dieses Verfahren erlaubt wohl eine Tonwiedergabe von guter Qualität, es macht jedoch ein Großbereichssystem erforderlich, das sehr teuer und damit wenig praktikabel ist.

Es wurden auch bereits Geräte mit einem relativ einfachen elektronischen Schaltkreis zur Zeitachsenumwandlung des Tones vorgeschlagen und in der Praxis verwendet. Das Prinzip einer derartigen Zeitachsenumwandlung des Tons ist in Fig. 1 dargestellt. Ein analoges Tonsignal, dessen Zeitachse komprimiert

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wurde, wird durch sehr kleine Zeitintervalle in eine Folge von Tonelementen aufgeteilt, wobei ein Teil eines jeden Tonelements unterdrückt und der restliche Teil bezüglich der Zeitachse gedehnt wird. Der übrige Teil eines jeden Tonelements wird dann in einer Abtastzyklusfolge verbunden, wodurch eine Tonwiedergabe der gleichen Frequenz wie der Originalton erreicht wird, wobei der Inhalt des wiedergegebenen Tons bezüglich der Zeitachse komprimiert und ein Teil eines jeden Tonelements unterdrückt wird. Das oben beschriebene Tonverarbeitungsverfahren entspricht kurz gesagt einem Verfahren, bei dem ein Magnetband in Stücke von vorbestimmter Länge geschnitten wird und lediglich jedes zweite Stück aufgenommen und zu einem Magnetband zusammengestellt wird. Da das Magnetband nach der Zusammenstellung bzw. der Umwandlung kürzer ist als das Originalmagnetband, kann die Wiedergabe des umgewandelten Magnetbands mit normaler Geschwindigkeit einen wiedergegebenen Ton ohne Änderung der Frequenzkomponenten des Tones liefern, jedoch in einer verkürzten Zeitdauer im Vergleich zur Zeitdauer, die für die Wiedergabe des Originalmagnetbands bei normaler Geschwindigkeit erforderlich wäre, und zwar um einen Wert, der der Länge der Magnetbandteile entspricht, die weggelassen wurden. Glücklicherweise weisen die ein menschliches Gespräch bildenden Grundsilben eine Redundanz und Abtastdauer auf, beispielsweise 16O msec im Durchschnitt, die ein Gespräch auch dann noch verständlich machen, wenn ein Teil des Tones periodisch bzw. intermittierend weggelassen wird.

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Im nachfolgenden wird nun ein spezielles Schema zur gedehnten Wiedergabe einer bezüglich der Zeitachse komprimierten Tonkurvenform durch Hochgeschwindigkeitswiedergabe beschrieben, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.

Als Stand der Technik wird auf ein Digitalspeichersystem verwiesen, das vollständig in Lee, F. F., "Time Compression and Expansion of Speech by the Sampling Method" Audio Engineering Society Preprint, herausgegeben als AES 42nd Convention, Mai 1972, beschrieben ist. Außerdem ist ein Analogspeichersystem bekannt, das vollständig beschrieben ist bei Iwamura und Ono, "Capacitor Memory Apparatus", Electronic Communication Society, Conference Text Nr. 817, September 1969, und bei Koshigawa und Tanizoe, "TSC Functioned Cassette Tape Recorder", "Electric Wave Science", Februar 1974. Außerdem ist ein veränderliches Verzögerungssystem bekannt, das vollständig beschrieben ist bei Shiffman, M. M., "Playback Control Speeds or Slows Taped Speech without Distortion", Electronics, Band 47, Nr. 17, 22. August 1974. Weiterhin ist ein Analogschieberegister-Schaltsystem bekannt, das vollständig in der US-PS 3 936 610 beschrieben ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung in einem derartigen Analogschieberegister-Schaltsystem. Es wird daher das oben beschriebene Analogschieberegister-Schaltsystem zuerst im Detail beschrieben.

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Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Ton-Synthesizers entsprechend dem bekannten Analogschieberegister-Schaltsystem, das die Grundlage der Erfindung darstellt. Dabei wird einer Eingangsklemme 1 ein analoges Tonsignal bzw. Tonfrequenzsignal zugeführt, das von der Hochgeschwindigkeitswiedergabe erhalten wird. Das an der Eingangsklemme 1 über die Hochgeschwindigkeitswiedergabe erhaltene analoge Tonsignal wird über Analogschalter 6 bzw. 8 Analogschieberegistern 3 bzw. 4 zugeführt, die jeweils einen Eimerkettenspeicher (BBD) mit N Bits aufweisen.

Die Ausgangssignale dieser Analogschieberegister 3 und 4 werden jeweils über Analogschalter 7 bzw. 9 abgenommen und dann über einen Tiefpaßfilter 5 einer Ausgangsklemme 2 zugeführt. Die Ausgangsklemme 2 liefert ein wiedergewonnenes analoges Tonsignal, das als Ergebnis einer Zeitachsendehnung und einer Synthetisierung bzw. Signalaufbereitung gewonnen wird, und zwar durch Verbinden von Teilen von gedehnten Tonelementen, was im nachfolgenden näher beschrieben wird. Die Analogschalter 6 und 9 sind mit dem (3-Ausgang eines Frequenzteilers 11 - und die Analogschalter 8 und 7 mit dem Q-Ausgang des Frequenzteilers 11 so verbunden, daß die Analogschalter in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Frequenzteilers auf- und zugemacht werden. Der Frequenzteiler 11 ermöglicht eine Frequenzteilung der von einem Schreibtaktgenerator 10 erhaltenen Taktimpulse um den Faktor ^, wobei m und N ganze Zahlen sind und m im nachfolgenden beschrieben wird. Dabei wird das Ausgangssignal abwechselnd erhalten mit Hilfe des Q- oder (3-Aus-

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gangs. Der Ausgang des Schreibtaktgenerators 10 und der (S-Ausgang des Frequenzteilers 11 werden einem UND-Glied 12 zugeführt. Der Ausgang des Schreibtaktgenerators 10 und der Ü-Ausgang des Frequenzteilers 11 werden einem UND-Glied 13 zugeführt. Andererseits wird der Taktimpuls von einem Lesetaktgenerator 16 einem UND-Glied 17 zugeführt, das auch mit dem Ü-Ausgang des Frequenzteilers 11 verbunden ist. Der Taktimpuls vom Lesetaktgenerator 16 wird auch einem UND-Glied 18 zugeführt, das auch mit dem Ü-Ausgang des Frequenzteilers 11 verbunden ist. Die Ausgänge der UND-Glieder 12 und 18 werden über ein ODER-Glied 14 dem Analogschieberegister 4 als Schreibtaktimpuls bzw. Lesetaktimpuls zugeführt. In gleicher Weise werden die Ausgänge der UND-Glieder 13 und 17 über ein ODER-Glied 15 dem Analogschieberegister 3 als Schreibtaktimpuls bzw. Lesetaktimpuls zugeführt.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Betriebsweise des Systems nach Fig. 2. Während einer Zeitdauer n, während der am Q-Ausgang des Frequenzteilers 11 eine logische Eins anliegt, werden die Analogschalter 8 und 7 in Arbeitslage geschaltet. Zu diesem Zeitpunkt wird der vom Schreibtaktgenerator 10 verfügbare Schreibtaktimpuls mit der Frequenz f1 über das ODER-Glied 14 dem Analogschieberegister 4 zugeführt, während der vom Lesetaktgenerator 16 verfügbare Lesetaktimpuls mit der Frequenz f2 über das ODER-Glied 15 dem Analogschieberegister 3 zugeführt wird. Damit wird das analoge Tonsignal, dessen Zeit-

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achse tun den Faktor m komprimiert ist und der Eingangsklemme 1 zugeführt wird, als Funktion des Schreibtaktimpulses nacheinander in das Analogschieberegister 4 in der Form einer Folge von mehreren (mN) Abtastwerten eingegeben. Das Analogschieberegister hat jedoch nur eine Ladekapazität von N Bit. Damit wird eine kleinere Anzahl (mN-N) von Abtastwerten vom vorderen Ende aus der Ausgangsklemme des Analogschieberegisters 4

während.
herausgeschoben, und zwar/'Ser'Zeitdauer ti. Da jedoch der mit der Ausgangsklemme des Analogschieberegisters 4 verbundene Analogschalter 9 zu diesem Zeitpunkt gesperrt ist, wird das so aus dem Analogschieberegister 4 herausgeschobene Signal von dem Analogschalter 9 blockiert.

Dann wird der Zustand des Frequenzteilers 11 umgekehrt, wodurch am Q-Ausgang die logische Eins während der folgenden Zeitdauer n+1 anliegt. Während dieser Zeitdauer n+1 werden die Analogschalter 6 und 9 in Arbeitslage geschaltet, während die Analogschalter 8 und 7 gesperrt werden. Dies hat zur Folge, daß der Schreibtaktimpuls mit der Frequenz f1 über das ODER-Glied dem Analogschieberegister 3 zugeführt wird, während der Lesetaktimpuls mit der Frequenz f2 über das ODER-Glied 14 dem Analogschieberegister 4 zugeführt wird. Damit werden die vorher in das Analogschieberegister 4 eingegebenen N Bit Abtastwerte in Abhängigkeit von den Lesetaktimpulsen der Frequenz f2 nacheinander über den Analogschalter 9 ausgelesen. Das Analogschieberegister 3 arbeitet in umgekehrter Weise, so daß während der

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Zeitdauer η eine Leseoperation und während der Zeitdauer n+1 eine Schreiboperation durchgeführt wird. Die Frequenz f1 des Schreibtaktimpulses und die Frequenz f2 des Lesetaktimpulses werden so ausgewählt, daß sie der folgenden Gleichung genügen:

f1/£2 = m (1)

Wenn damit die Frequenzen f1 und f2 der Taktimpulse in di3-ser Weise bestimmt werden, so wird die Zeitachse des Ausgangs-Tonsignals um das m-fache gedehnt und das der Eingangsklemme zugeführte komprimierte analoge Tonsignal wird an der Ausgangsklemme 2 als ein reproduziertes Tonsignal abgenommen, dessen Zeitachse wieder gleich ist mit der des Original-Tonsignals. Dabei sollte die Frequenz f2 des Lesetaktimpulses so bestimmt werden, daß das Abtasttheorem bezüglich eines erforderlichen Ausgangs-Tonfrequenzbands erfüllt wird.

Die Tonqualität des von einem derartigen Ton-Synthesizer erhaltenen reproduzierten Tones sollte nicht nur so gut sein, daß der Inhalt eines Gesprächs verständlich ist, sondern er sollte auch wie ein hörbarer natürlicher Ton klingen. Als Kriterium für die Genauigkeit, mit der der linguistische Inhalt durch einen Ton übertragen wird, wurde die Artikulation bzw. deutliche Aussprache sowie die Verständlichkeit vorgeschlagen und verwendet. Die Artikulation ist dabei ein Prozentsatz der Grundelemente eines Tons für die linguistische Darstellung, wie

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etwa ein gleichbleibender Ton, eine Silbe u. dgl., die durch einen Zuhörer in einem Übertragungssystem korrekt verstanden werden. Das Wort "Artikulation" wird üblicherweise dann verwendet, wenn die Kontextbeziehungen innerhalb der einzelnen Einheiten des Sprachmaterials als unwesentlich angesehen werden. Andererseits wird das Wort "Verständlichkeit" üblicherweise dann verwendet, wenn der Kontext im Hinblick auf die Wahrnehmung des Zuhörers eine wesentliche Rolle spielt. Beide Kriterien werden durch die Verwendung einer Artikulationstesttabelle oder einer Verständlichkeitstesttabelle getestet, wie sie durch die Japanese Acoustic Society bzw. das Counsel Committee of International Telegram and Telephone eingeführt wurde. Danach ist es erforderlich, daß die Artikulation bzw. Verständlichkeit der Hochgeschwindigkeitswiedergabe bei dem meistverwendeten Wiedergabegeschwindigkeitsverhältnis 100 % sein sollte, d.h.

das Verhältnis m ist etwa gleich 2. Soweit es die Artikulation bzw. die Verständlichkeit betrifft, liefert jeder der oben gemachten Vorschläge ein zufriedenstellendes Ergebnis.

Die Natürlichkeit eines aufbereiteten bzw. synthetisierten Tones bezüglich des Originaltones, wie er durch Aneinanderfügen von kleinen Tonelementen erhalten wird, wird auch bestimmt durch die Länge des jeweiligen Tonelements und das Verfahren der Verbindung dieser Tonelemente. Die Länge der Tonelemente, d.h. die Wiederholungsdauer bzw. Abtastdauer, wie sie in Fig. dargestellt ist, wurde durch Verändern der Länge auf verschie-

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dene Werte untersucht, und es wurde der wiedergegebene Ton verglichen. Dabei ergab sich das in Fig. 4 dargestellte Ergebnis. Die in Fig. 4 dargestellte Kurve zeigt eine Beziehung zwischen der Tonqualität und der Wiederholungsdauer, wobei auf der Abszisse die Wiederholungsdauer bzw. Abtastdauer und auf der Ordinate die Tonqualität bzw. das Hörempfinden aufgetragen ist. Die Kurve wurde in der nachfolgend beschriebenen Weise erhalten. Die Stimme eines männlichen Ansagers wurde auf einem Hagnetband aufgenommen und der Ton wurde mit einem Wiedergabegeschwindigkeitsverhältnis von m=2 wiedergegeben. Der wiedergegebene Ton wurde von mehreren Personen gehört und die Qualität des so gehörten Tones wurde in fünf Stufen eingeteilt, wie etwa E für ausgezeichnet, G für gut, F für mittelmäßig, P für leidlich und B für schlecht. Die Kurve in Fig. 4 wurde so aufgetragen, daß den Stufen E, G, F, P und B jeweils die Zahlen 4, 3, 2, 1 und O zugeteilt und der Durchschnitt angenommen wurde. Allgemein ist es schwierig, die Natürlichkeit oder Hörbarkeit eines Tones quantitativ darzustellen, und bis heute ist eine derartige Darstellung ein ungelöstes Problem auf dem Gebiet der akustischen Phonetik. Es wurde daher in den meisten Fällen ein psychometorisches Verfahren, das auf der subjektiven Beurteilung beruht, der Einfachheit halber verwendet. Aus den in Fig. 4 dargestellten Daten kann entnommen werden, daß eine geeignete Länge des Tonelements bei 25 bis 45 msec liegt. Wenn die Wiederholungsdauer kleiner als 25 msec wird, so nimmt die Zahl der an der Kurvenform auftretenden Verbindungen zwischen benachbar-

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ten Tonelementen zu, was die Tonqualität verschlechtert. Andererseits wird ein Ton auch durch einen Zeitübergang eines Frequenzspektrums bestimmt, was im nachfolgenden näher beschrieben wird. Danach erhöht eine Zunahme der Wiederholungsdauer bzw. der Länge des Tonelements die Unnatürlichkeit des Tons aufgrund der Unstetigkeit an der Verbindung von benachbarten Tonelementen.

Ein Verfahren zum Verbinden von benachbarten Tonelementen bzw. zum Durchführen der Verbindung zwischen benachbarten Tonelementen beeinflußt die von einem derartigen Ton-Synthesizer erhaltene Tonqualität beträchtlich. Einerseits bewirkt eine Unstetigkeit der Kurvenform des Tonsignals am Verbindungspunkt von benachbarten Tonelementen ein harmonisches Rauschen bzw. Oberwellenrauschen, was den Rauschabstand des wiedergegebenen und synthetisierten Tones herabsetzt, wodurch die Artikulation vermindert wird. Andererseits ist das Hörempfinden eines Menschen äußerst empfindlich gegenüber einer Veränderung der Tonhöhenfrequenz (pitch frequency), die eine Grundfrequenz des Stimmbandschwingens ist. Wenn damit die Tonhöhenfrequenzkomponenten an den Verbindungspunkten unstetig werden, wird der Ton unnatürlich und unakzeptierbar. Wenn die Tonhöhenfrequenzkomponenten am Verbindungspunkt unstetig werden, so hört sich der Ton an, als ob Schleim die Kehle behindern würde.

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Keiner der oben gemachten Vorschläge kann wesentlich das Auftreten der Oberwellen und der Unstetigkeit der Tonhöhenfr equenzkomponent en an den Verbindungspunkten verhindern. Das durch die Unstetigkeit der Kurvenformen an den Verbindungspunkten zwischen benachbarten Tonelementen verursachte Oberwellenrauschen kann durch Filter etwas beseitigt werden. Wie bereits oben beschrieben wurde, wird die Abtastwiederholungsdauer mit etwa 25 bis 45 msec ausgewählt. Wenn die Abtastwiederholungsdauer mit 25 msec ausgewählt wird, so beträgt die Grundfrequenzkomponente des Rauschens durch die Wiederholung etwa 40 Hz. Da ein Frequenzspektrum größer als 100 Hz für einen üblichen Ton ausreichend ist, kann dieses Rauschen durch Verwendung eines Hochpaßfilters dadurch beseitigt werden, daß die tieferen Frequenzkomponenten abgeschnitten werden. In ähnlicher Weise können andere Rauschkomponenten von Frequenzen, die oberhalb eines erforderlichen Tonfrequenzbereichs liegen, durch Verwendung eines Tiefpaßfilters mit geeigneter Frequenzkennlinie unterdrückt werden. Es kann jedoch keine Rauschkomponente, die im notwendigen Tonfrequenzbereich liegt, durch die herkömmlichen Mittel entfernt werden. Darüber hinaus werden bei den bekannten Verfahren keine Gegenmaßnahmen vorgeschlagen, um die Unstetigkeit der Tonhöhenfrequenzkomponenten zu beseitigen.

Obwohl es bereits Wiedergabegeräte, wie etwa ein Bandgerät, mit Hochgeschwindigkeitswiedergabe gibt und damit vielfältige Anwendungsmöglichkeiten gegeben wären, auf die seit langem ge-

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wartet wird, werden solche Geräte doch nicht in großem Umfang verwendet. Der Grund wird wohl darin liegen, daß die Natürlichkeit der Tonqualität des synthetisierten Tones noch nicht ausreichend ist, und zwar selbst dann, wenn der Inhalt des wiedergegebenen Tonsignals verständlich ist.

Demgegenüber besteht eine wesentliche Aufgabe der Erfindung darin, einen verbesserten Ton-Synthesizer mit Analogschieberegister-Schaltsystem zu schaffen, bei dem die Unstetigkeit der Kurvenformen am Verbindungspunkt zwischen aufeinanderfolgenden Tonelementen wirkungsvoll vermieden wird.

Eine weitere wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Ton-Synthesizer zu schaffen, bei dem die Unstetigkeit der Tonhöhenfrequenzkomponenten des wiedergegebenen Tons am Verbindungspunkt zwischen aufeinanderfolgenden Tonelementen wirkungsvoll vermieden wird.

Eine weitere sehr wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Ton-Synthesizer zu schaffen, bei dem die Zeitfolge des Verbindens eines vorhergehenden Tonelements mit einem nachfolgenden Tonelement unter Verwendung eines Systems mit einer geringeren Umsetzungs- bzw. Zusammensetzungsgeschwindigkeit berechnet wird.

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Erfindungsgemäß wird ein analoges Tonsignal, dessen Zeitachse komprimiert ist, durch die Wiedergabe eines aufgenommenen Tons mit höherer Geschwindigkeit als bei der Aufnahme erhalten. Das analoge Tonsignal wird in Abhängigkeit von einem Schreibtaktimpuls mit einer vorbestimmten Abtastwiederholungsdauer abgetastet und in einen Analogspeicher gespeichert. Das so gespeicherte analoge Tonsignal wird dann in Abhängigkeit von einem Lesetaktimpuls ausgelesen. Beim Lesen des analogen Tonsignals wird ein Teil der jeweiligen Abtastwiederholungsdauer unterdrückt und der übrige Teil der jeweiligen Wiederholungsdauer nacheinander zum Zwecke der Synthetisierung bzw. Aufbereitung des wiedergegebenen Tones zusammengesetzt. Der rückwärtige Endabschnitt eines vorhergehenden Tonelements und der vordere Endabschnitt eines nachfolgenden Tonelements werden zur Berechnung eines Zeitachsen-Korrekturbetrags berechnet, um die Ähnlichkeit dieser Endabschnitte zu berechnen, wodurch die Zeitfolge des Verbindens des vorhergehenden Tonelements mit dem nachfolgenden Tonelement bestimmt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Eimerkettenspeicher als Analogspeicher eines Tonsignals und ein Mikrocomputer zur Berechnung des oben beschriebenen Zeitachsen-Korrekturbetrags verwendet.

Damit werden die an den Verbindungspunkten zwischen einem vorhergehenden Tonelement und einem nachfolgenden Tonelement leicht auftretenden Unstetigkeiten in der Kurvenform und in

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den Tonhöhenfrequenzkomponenten wirkungsvoll vermieden. Dies hat zur Folge, daß die Tonqualität des wiedergegebenen und synthetisierten Tones im Vergleich zu den bekannten Verfahren stark verbessert wird.

Demnach wird bei der Erfindung ein analoges Tonsignal, dessen Zeitachse komprimiert wird, in Abhängigkeit von einem Schreibtaktsignal abgetastet und das abgetastete Ausgangssignal in einem Analogschieberegister mit gegebener Kapazität gespeichert, wonach das gespeicherte Signal aus dem Analogschieberegister in Abhängigkeit von einem Lesetaktsignal ausgelesen wird, dessen Frequenz kleiner ist als die des Schreibtaktsignals. Diese Operation wird abwechselnd wiederholt, wodurch das vom Analogschieberegister ausgelesene Ausgangssignal zum Zwecke der Tonaufbereitung bzw. Tonsynthetisierung zusammengesetzt wird. Die Verbindung des Tonsignals bei der Aufbereitung wird gesteuert durch einen Mikrocomputer. Zu diesem Zweck wird das analoge Tonsignal in Abhängigkeit von einer ersten vorbestimmten Anzahl von Schreibtaktimpulsen am rückwärtigen Endabschnitt eines jeden Tonelements, das bei jedem Abtastzyklus verfügbar ist, abgetastet und in ein digitales Signal umgewandelt, während das analoge Tonsignal in Abhängigkeit von einer zweiten vorbestimmten Anzahl von Schreibtaktimpulsen, die größer ist als die erste vorbestimmte Anzahl von Schreibtaktimpulsen, am vorderen Endabschnitt eines jeden Tonelements, der bei jedem Abtastzyklus verfügbar ist, abgetastet und in ein digitales

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Signal umgewandelt wird. Diese digitalen Signale werden in einen mit dem Mikrocomputer verbundenen Speicher mit direktem Zugriff gespeichert. Der Mikrocomputer kann die Ähnlichkeit der Daten bezüglich der Kurvenform des rückwärtigen Endab-Schnitts des im Speicher mit direktem Zugriff gespeicherten vorhergehenden Tonelements und die Daten bezüglich der Kurvenform des vorderen Endabschnitts des im Speicher mit direktem Zugriff gespeicherten nachfolgenden Tonelements berechnen. Die Berechnung der Ähnlichkeit der Kurvenformen wird so bewerkstelligt, daß ein mittlerer quadratischer Fehler bzw. eine gegenseitige Korrelationsfunktion von zwei Datensätzen berechnet wird. Der Verschiebebetrag des vorderen Endabschnitts des nachfolgenden Tonelements, das mit dem rückwärtigen Endabschnitt des vorhergehenden Tonelements verbunden werden soll, wird aufgrund dieses Rechenergebnisses bestimmt, wodurch eine Leseschaltkreis so gesteuert wird, daß die Zeitachse des nachfolgenden Tonelements korrigiert wird und damit eine Kontinuität der Kurvenform an der Verbindung des vorhergehenden und nachfolgenden Tonelements bei der Aufbereitung erreicht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ablaufdiagramm von Kurvenformen eines Tonsignals zur Erläuterung des Prinzips eines Ton-Synthesizers, der die Grundlage der Erfindung darstellt;

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Fig. 2 ein Blockschaltbild eines bekannten Ton-Synthesizers mit Analogschieberegister-Schaltsystem;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm von Kurvenformen eines Tonsignals zur Erläuterung der Betriebsweise eines Ton-Synthesizers mit Analogschieberegister-Schaltsystem;

Fig. 4 ein Kurvenschaubild, das die Beziehung zwischen der Tonqualität und der Wiederholungs- bzw. Abtastdauer darstellt, wobei auf der Abszisse die Abtastdauer und auf der Ordinate die Tonqualität aufgetragen sind;

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Analogschieberegisters mit einem Eimerkettenspeicher im Detail;

Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung eines synthetisierten Signals aus den Ausgangssignalen von den Analogschieberegistern;

Fig. 8 ein Kuryenschaubild, das eine beispielhafte Frequenzkennlinie eines Eingangsfilters darstellt;

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Fig. 9 ein Kurvenschaubild, das eine beispielhafte Frequenzkennlinie eines Ausgangsfilters darstellt;

Fig. 10 ein Kurvenschaubild der Kurvenformen eines vorhergehenden Tonelements und eines nachfolgenden Tonelements zur Erläuterung der Betriebsweise des Ausführungsbeispiels;

Fig. 11 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Betriebsweise des Ausführungsbeispiels;

Fig. 12 die Beziehung der Tonqualität zur Bit-Anzahl des A/D-Wandlers, wobei auf der Abszisse die Anzahl der Bits des A/D-Wandlers und auf der Ordinate die Tonqualität aufgetragen ist;

Fig. 13 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei ein Vergleicher den A/D-Wandler im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ersetzt;

Fig. 14 ein Blockschaltbild einer Kombination aus einem Verstärker, einem Halteschaltkreis und einem UND-Glied, die den A/D-Wandler ersetzen können;

Fig. 15 Kurvenformen an verschiedenen Punkten im Ausführungsbeispiel nach Fig. 14;

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Fig. 16 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der vom Mikrocomputer ausgeführten Operation;

Fig. 17 Kurvenformen für den Fall, bei dem die Kurvenform des vorderen Endabschnitts des nachfolgenden Tonelements in der Frequenz etwas höher ist als die der Kurvenform des rückwärtigen Endabschnitts des vorhergehenden Tonelements;

Fig. 18A und 18B jeweils zusammengefügte Sinuskurven, wobei Fig. 18A den Fall der Erfindung und Fig. 18B den Fall des Standes der Technik darstellt;

Fig. 19A und 19B Frequenzspektren der 125 Hz-Sinuskurve, wobei Fig. 19A den Fall der Erfindung und Fig. 19B den Fall des Standes der Technik darstellt;

Fig. 2OA und 2OB Beispiele der Verbindung von Kurvenformen von benachbarten Tonelementen bezüglich eines Vokaltons "i", wobei Fig. 2OA den Fall der Erfindung und Fig. 2OB den Fall des Standes der Technik darstellt, und

Fig. 21 ein Blockschaltbild einer Hardware-Realisierung zur Durchfünrung der Operation zur erfindungsgemäßen Berechnung der Ähnlichkeit.

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SO

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. In Fig. 5 sind ähnliche Teile mit entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei gegenüber dem Blockschaltbild in Fig. 2 dem Jeweiligen Bezugszeichen die Zahl 100 hinzugefügt wurde. So entspricht beispielsweise eine Eingangsklemme 101 in Fig. 5 der Eingangsklemme 1 in Fig. 2, während eine Ausgangsklemme 102 der Ausgangsklemme 2 in Fig. 2 entspricht usw. Die Blöcke 110 und 116 sind so beschaffen, daß sie Taktimpulse verschiedener Frequenz mit Hilfe von Frequenzteilern mit verschiedenen Frequenzteilungsverhältnissen erzeugen, wobei sie einen gemeinsamen Muttertaktimpuls empfangen. Die Analogschieberegister 103 und 104 werden auch von Ladungsverschiebungsspeichern oder irgendwelchen anderen Analogspeichern gebildet, neben den im nachfolgenden beschriebenen EJmerkettenspeichern.

Es ist außerdem darauf hinzuweisen, daß die Analogschieberegister 103 und 104 nicht unbedingt Analogspeicher sein müssen, sondern daß sie auch Digitalspeicher aufweisen können, wie etwa Schieberegister, Speicher mit direktem Zugriff od. dgl. Im letzteren Fall müssen jedoch am Eingang der Digitalspeicher A/D-Wandler und am Ausgang der Digitalspeicher D/A-Wandler sowie eine Adressierschaltung vorgesehen sein, die mit den Digitalspeichern verbunden ist. Durch die Verwendung von Digitalspeichern kann auf den im nachfolgenden beschriebenen A/D-Wandler 124 verzichtet werden. Obwohl ein äußerer Schaltkreis zur genauen Bestimmung des Wiedergabegeschwindigkeitsverhältnisses m nicht dargestellt ist, ist dieser Schaltkreis vor-

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zugsweise so beschaffen, daß das Wiedergabegeschwindigkeitsverhältnis m kontinuierlich oder schrittweise veränderlich genau einstellbar ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß im Falle einer selektiven Einstellung des Wiedergabegeschwindigkeits-Verhältnisses m gleichzeitig eine Veränderung sowohl der Geschwindigkeit eines Antriebsmotors (nicht dargestellt) zum Antreiben eines Bandübertragungsmechanismus sowie der Frequenz f1 des Schreibtaktsignals erforderlich ist. Zu diesem Zweck weist der Motorsteuerschaltkreis ein Steuerschema für die Umdrehungsgeschwindigkeit auf. Der Schreibtaktgenerator 110 ist so beschaffen, daß er in Abhängigkeit von einem von einem äußeren Schaltkreis (nicht dargestellt) verfügbaren Steuersignal zur genauen Bestimmung des Wiedergabegeschwindigkeitsverhältnisses m veränderbar ist. Zu diesem Zweck kann der Schreibtaktgenerator 110 einen programmierbaren Frequenzteiler aufweisen. Alternativ dazu kann der Schreibtaktgenerator 110 einen veränderlichen Frequenzoszillator, wie etwa einen spannungsgesteuerten Oszillator aufweisen. Der Frequenzteiler 111 kann einen programmierbaren Frequenzteiler aufweisen, dessen Frequenzteilungsverhältnis 1/mN als Funktion des Wiedergabegeschwindigkeitsverhältnisses m veränderbar ist. Obwohl nicht dargestellt, ist vorzugsweise ein Schaltkreis zur Feststellung der selektiven Einstellung des Wiedergabegeschwindigkeitsverhältnisses m vorgesehen, um eine erneute Einstellung der Operation des Mikro-Prozessors 121 in Abhängigkeit vom festgestellten Ausgangssignal zu ermöglichen. Der Schreibtaktgenerator 110 ist vorzugs-

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weise mit der Umdrehung des oben beschriebenen Antriebsmotors (nicht dargestellt) synchronisiert. Zu diesem Zweck kann der Schreibtaktgenerator 110 einen betriebsmäßig mit dem Antriebsmotor verbundenen Impulsgenerator aufweisen, der synchron mit der Umdrehung des Antriebsmotors betätigbar ist. Ein wesentliches Merkmal des dargestellten Ausführungsbeispiels liegt in der Verwendung eines Mikrocomputers 121, eines Festwertspeichers 120 zur Speicherung eines Programmes bezüglich des Mikrocomputers 121 sowie eines Speichers 125 mit direktem Zugriff zur Speicherung von verschiedenen Daten bezüglich des Mikrocomputers 121. Das analoge Tonsignal, dessen Zeitachse um den Faktor m komprimiert ist und das an der Eingangsklemme 101 empfangen wird, wird einem A/D-Wandler 124 zugeführt. Der A/D-Wandler 124 tastet in Abhängigkeit von den Taktimpulsen der Frequenz f1 von dem Schreibtaktgenerator 110 das analoge Tonsignal als Funktion der Taktimpulse ab und wandelt dieses in einen digitalen Code um. Der Taktimpuls vom Schreibtaktgenerator 110 wird auch dem Zähler 122 zugeführt. Der Zähler 122 ist mit dem Q-Ausgang des Frequenzteilers 111 verbunden, von dem er auch in Arbeitslage geschaltet wird. Der Ausgang des Zählers 122 und der Ausgang des A/D-Wandlers 124 werden über ein Eingabe/Ausgabe- bzw. I/O-Interface 123 dem Mikrocomputer 121 zugeführt. Die Steuerbefehle vom Mikrocomputer 121 werden über das I/O-Interface 123 den UND-Gliedern 112 und 113 zugeführt.

Diese Schaltkreiskomponenten werden im nachfolgenden näher beschrieben.

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Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist so beschaffen, daß das Frequenzband des wiedergegebenen Tones bei 100 Hz bis 6 kHz liegt, das Wiedergabegeschwindigkeitsverhältnis m auf 1, 1,5» 1,8, 2,0, 2,3 und 2,7 eingestellt werden kann und der Rauschabstand des wiedergegebenen Tonsignals 50 dB überschreitet.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden Eimerkettenspeicher als Analogschieberegister 103 und 104 verwendet. Als Eimerkettenspeicher wurde der von Reticon Incorporated, USA, hergestellte SAD 1024 verwendet. Ein Eimerkettenspeicher kann als ein Kondensatorspeicher in Reihenschaltung angesehen werden, in dem die Analoginformation mittels einer elektrischen Ladung gespeichert und nacheinander als Funktion eines Taktimpulses durch jede zweite Zelle übertragen wird, wie es in Fig. 6 im Detail dargestellt ist. Es ist hier anzumerken, daß die Anzahl der Bits der Analoginformation, die in einem Eimerkettenspeicher gespeichert und übertragen werden kann, der Hälfte der Anzahl von Kondensatorzellen entspricht, die als Speicherelemente dienen. Im Falle des oben beschriebenen SAD 1024 ist die Zahl der Speicherelemente gleich 1024, wobei die Zahl der Speicher-Bits N gleich 512 und der Speicher in Abhängigkeit von Zweiphasentaktsignalen y1 und ψ 2 betätigbar ist. Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, weist der Speicher zwei Ausgangsklemmen auf, an denen das Ausgangssignal von den Speicherelementen oder Speicherzellen in der 512. und 513. Stufe abgenommen wird. Der Zweck dieser Art der Abnahme der Ausgangssig-

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909825/0909

nale liegt in der beträchtlichen Verminderung einer großen TaktSignalkomponente, selbst wenn diese im Ausgangssignal enthalten ist, durch Abnahme des Ausgangssignals auf eine unterschiedliche Weise, wodurch ein mit der nachfolgenden Stufe der Analogschieberegister 103 und 104 verbundenes Tiefpaßfilter 105 weniger belastet ist. Insbesondere weisen die oben beschriebenen beiden Ausgangssignale sowohl extrem große Taktsignalkomponenten als auch die erforderliche Analoginformation auf. Beide haben jedoch auch eine Zeitdifferenz von einem halben Abtastzyklus. Damit wird durch einfaches Zusammensetzen der beiden Ausgangssignale eine Eliminierung der Taktsignalkomponenten erreicht, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, was zur Folge hat, daß lediglich die Analoginformation erhalten wird und die Taktsignalkomponenten unterdrückt werden. Da die Ausgangsschaltkreise im wesentlichen auf den gleichen Seiten auf dem gleichen Chip implementiert werden können, vermindert die einfache Zusammensetzung der oben beschriebenen beiden Ausgangssignale beträchtlich die TaktSignalkomponenten. Wenn jedoch ein geringer Unterschied zwischen den beiden Ausgangs-Signalen aufgrund eines Übergangsphänomens auftritt, verbleibt diese Differenz der Ausgangssignale als eine nicht zu Null werdende Taktsignalkomponente, so daß sich eine nadeiförmige Kurvenform ergibt, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Diese übrigbleibende Nadelkomponente wird als Nadelrauschen bzw. Rauschen aufgrund von Spannungsspitzen (glitch noise) bezeichnet. Da diese Komponente jedoch sehr klein ist, kann sie vollständig

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y 0 9 8 2 5/Π 9 0 9

durch ein Tiefpaßfilter 105 in der nachfolgenden Stufe unterdrückt werden. Die als Analogschieberegister 103 und 104 verwendeten Eimerkettenspeicher können die elektrische Ladung ohne einen nennenswerten Verlust der elektrischen Ladung der Speicherzellen halten, und zwar selbst dann, wenn der Taktimpuls beendet ist. Im Falle des SAD 1024 ist die Dämpfung der elektrischen Ladung oder das Signal zur Beendigimg des Taktimpulses bei 100 msec bei einer Umgebungstemperatur von 25⁰C annähernd - 40 dB.

Zwischen den Analogschaltern 106 und 108 und der Eingangsklemme 101 kann ein Wiedergabeentzerrer 126 und ein Eingangsfilter 127 vorgesehen sein, wie es durch die gestrichelten Linien in Fig. 5 dargestellt ist. Das Eingangsfilter 127 wird oft in derartigen Zeitabtastverarbeitungsschaltkreisen als ein sogenanntes Umfaltfilter (aliasing filter) verwendet, um zu verhindern, daß eine Differenzkomponente zwischen der Taktsignalkomponente von 20 kHz und der Signalkomponente in das wiedergegebene Tonfrequenzband gemischt wird. Die Frequenzkennlinie des Eingangsfilters 127 ist in Fig. 8 dargestellt. Das Frequenzband des analogen Eingangstonsignals ist selbstverständlich als Funktion eines Verhältnisses der Wiedergabegeschwindigkeit zur Aufnahmegeschwindigkeit veränderlich. Demnach sollte die Frequenzkennlinie des Filters 127 vorzugsweise in Abhängigkeit vom Wiedergabegeschwindigkeitsverhältnis verandert werden. Aus Gründen einer billigen Herstellung wird je-

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909825/0909

doch die Frequenzkennlinie so ausgewählt, daß sie bei einem Wiedergabegeschwindigkeitsverhältnis m=2,0 optimal ist. Aber selbst in diesem Falle wird durch eine ausreichende Erhöhung der Abtastfrequenz die Tonqualität nur wenig verschlechtert, wenn das Wiedergabegeschwindigkeitsverhältnis m von 2,0 unterschiedlich ist.

Da die Bewegung eines Magnetbands bei der Hochgeschwindigkeitswiedergabe beträchtlich veränderbar ist, ist auch die Frequenzkennlinie eines von einem auf eine Normalbandgeschwindigkeit eingestellten Ausgleichverstärker erhaltenen wiedergegebenen Signals beträchtlich veränderbar. Als Tendenz ist zu erkennen, daß der Pegel des Signals von einem Wiedergabekopf (nicht dargestellt) im Verhältnis zur Frequenz um 6 dB pro Oktave zunimmt und daß eine weitere Zunahme der Signalfrequenz den Pegel aufgrund verschiedener Verluste vermindert. Es ist daher erforderlich, daß ein mit dem Wiedergabekopf verbundener Wiedergabevorverstärker durch einen Ausgleicher oder Entzerrer realisiert wird, um die Frequenzkennlinie zu kompensieren. Der in Fig. 5 dargestellte Wiedergabeentzerrer 126 weist einen Pegel und die Frequenzkompensationsschaltkreise auf und dient dazu, eine Pegeleinstellung zu erreichen, um den dynamischen Bereich der Analogschieberegister 103 und 104 wirkungsvoll verwenden zu können.

Die Frequenzkennlinie des Ausgangsfilters, d.h. eines Tiefpaßfilters 105, ist in Fig. 9 dargestellt. Es ist erforderlich,

~²⁷~ 909825/0909

daß die Frequenz f2 des Lesetaktimpulses auf eine Frequenz eingestellt wird, die größer ist als das Zweifache der erforderlichen Wiedergabefrequenzbandbreite, d.h. theoretisch 6 kHz aufgrund des Abtasttheorems. Falls ein Rauschabstand im höheren Frequenzbereich wunschgemäß gewährleistet werden sollte, so sollte die Frequenz f2 des Lesetaktimpulses möglichst hoch eingestellt werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Frequenz f2 des Lesetaktimpulses gleich 20 kHz und die 20 kHz-Komponente wird durch das Tiefpaßfilter 105 auf weniger als - 60 dB herabgedrückt, wie es in Fig. 9 dargestellt ist.

Der als Zentraleinheit (CPU) verwendete Mikrocomputer 121 ist beispielsweise der von Fairchild Camera & Instrument Corporation, USA, hergestellte F-8:3850. Der Zähler 122 wird dazu verwendet, die Schreibtaktimpulse beim vorderen Endabschnitt und beim rückwärtigen Endabschnitt der Tonelemente bei jedem Abtastzyklus zu zählen, um dem Mikrocomputer 121 über das 1/0-Interface 123 eine Zeitfolge anzuzeigen. Der A/D-Wandler 124 empfängt die Taktimpulse von dem Schreibtaktgenerator als ein Wandlerbefehlssignal, um das der Eingangsklemme 101 zugeführte und bezüglich der Zeitachse komprimierte analoge Tonsignal in ein digitales Format umzuwandeln. Der mit dem Mikrocomputer 121 verbundene Speicher 125 mit direktem Zugriff dient zur Speicherung der mittels des A/D-Wandlers 124 in ein Digitalformat umgewandelten Signals und auch zur vorläufigen bzw. vorübergehenden Speicherung der Rechenergebnisse des Mikrocomputers 121.

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2354601 S3

Fig. 10 zeigt Kurvenformen zur Erläuterung der Betriebsweise des dargestellten Ausführungsbeispiels und Fig. 11 ein Ablaufdiagramm. Wie aus Fig. 10 und 11 zu ersehen ist, wurde das zur (n+1)ten Periode auszugebende reproduzierte Tonsignal während der nten Periode in das Analogschieberegister 104 eingegeben und das während der (n+2)ten Periode, die dem oben beschriebenen Tonelement folgt, auszugebende reproduzierte Tonsignal wird in das Analogschieberegister 103 während der (n+1)ten Periode eingegeben. Die während der nten Periode eingegebene Signalkomponente am rückwärtigen Endabschnitt des Tonelements wird während dieser Zeitperiode in den Speicher 125 mit direktem Zugriff eingespeichert und das während der (n+1)ten Periode in das Analogschieberegister 103 eingegebene Signal wird überwacht), um einen Zeitpunkt im Signal der in das Analogschieberegister 103 eingegebenen Daten zu finden, der am besten mit dem Signal der im Analogschieberegister 104 gespeicherten Daten in Verbindung steht. Danach wird dieser Zeitpunkt durch geeignete Steuerung der den Analogschieberegistern 103 und 104 zugeführten Taktimpulse als Startpunkt für die folgende (n+2)te Periode verwendet. Damit wird die Unstetigkeit in der Kurvenform und die Veränderung der Tonhöhenfrequenz bezüglich des an der Ausgangsklemme 102 erhaltenen reproduzierten Tonsignals unterdrückt, dessen Zeitachse zuerst komprimiert wurde und dann wieder den ursprünglichen Zustand annimmt.

Um diesen Zeitpunkt zu finden, wird die Ähnlichkeit zwischen dem rückwärtigen Endabschnitt eines vorhergehenden Ton-

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285460Ί

elements und dem vorderen Endabschnitt eines nachfolgenden Tonelements, wie es in Fig. 10 dargestellt ist, berechnet. Eine Möglichkeit zur Berechnung dieser Ähnlichkeit besteht darin, einen quadratischen Fehler der beiden Kurvenformen zu berechnen,

Wenn die Abtastfolge des rückwärtigen Endabschnitts eines vorhergehenden Tonelements gleich X (p=1,2,...M) und die Abtastfolge des vorderen Endabschnitts eines nachfolgenden Tonelements gleich Y (p= 1,2,...M+R) ist, so kann der quadratische Fehler zwischen den beiden Kurvenformen durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

>²

wobei X und Y Mittelwerte und ά_χ und dy Standardabweichungen sind und durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden:

^l ^Xp

I ¹^

^M pil

IM

^χρ-^χ

M „
= JM ^₁ (Y -Y) (6)

wobei k = 0, 1, 2, ... R ist.

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909825/0909

Der mittlere quadratische Fehler kennzeichnet die Ähnlichkeit der abgetasteten Kurvenform X und der abgetasteten Kurvenform Y , wenn die Kurvenform Y bezüglich der Kurvenform X

ir sr xr

um k Abtastpunkte zu ihrer Überlagerung verschoben wird. Die

2 oben beschriebenen mittleren quadratischen Fehler e_k werden in jedem der Fälle, bei denen k = O, 1, 2, ... R ist, von dem Mikrocomputer 121 berechnet, wobei der Wert k bestimmt wird, bei dem der mittlere quadratische Fehler ein Minimum wird. In anderen Worten, es sollte, wie aus Fig. 10 zu ersehen ist, die Folge von M Abtastwerten am rückwärtigen Endabschnitt eines vorhergehenden Tonelements dem vorderen Endabschnitt eines nachfolgenden Tonelements so überlagert werden, daß die Abtastfolge des rückwärtigen Endabschnitts des vorhergehenden Tonelements um die Zahl von k Abtastwerten vom vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements aus verschoben wird, um einen minimalen mittleren quadratischen Fehler zu erreichen.

Um diese Rechnung durchzuführen, sind die Ausgänge des die Schreibtaktimpulse zählenden Zählers 122 mit dem Mikrocomputer 121 verbunden, um eine A/D-Wandlung der abgetasteten Daten sowohl an den M Abtastpunkten in der nten Periode im rückwärtigen Endabschnitt als auch an den M+R (M=R) Abtastpunkten in der folgenden (n+1)ten Periode im vorderen Endabschnitt zu bewirken, wie es im Ablaufdiagramm von Fig. 11 dargestellt ist. Danach werden die Ausgangssignale in digitaler Form in den durch den

-31- 909 8 25/090

Mikrocomputer 121 gesteuerten Speicher 125 mit direktem Zugriff eingegeben. Danach führt der Mikrocomputer 121 die Rechnung nach der Gleichung (2) bezüglich der M Abtastwerte im rückwärtigen Endabschnitt des vorhergehenden Tonelements und bezüglich der (M+R) Abtastwerte im vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements durch. Damit wird der Wert k be-

stimmt, bei dem der mittlere quadratische Fehler e, ein Minimum wird. In anderen Worten, es folgt daraus, daß die Folge von M Abtastwerten am rückwärtigen Endabschnitt des vorhergehenden Tonelements durch den vorderen Endabschnitt des nacnfolgenden Tonelements überlagert werden sollte, so daß die Folge von M Abtastwerten im rückwärtigen Endabschnitt vom vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements um k Abtastwerte verschoben wird, um den kleinsten mittleren quadratischen Fehler zu erhalten. Daher wird der Mikrocomputer 121 so gesteuert, daß das UND-Glied 113 im (k+M+N)ten Taktimpuls vom vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements aus so gesteuert wird, daß der Schreibtaktimpuls zum Analogschieberegister gestoppt wird. Da die Kapazität der Analogschieberegister N Bits beträgt, werden die N Bits Abtastwerte, beginnend vom (k+M+1)ten Abtastwert vom vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements in die Analogschieberegister eingegeben und anschließend während der (n+2)ten Zeitperiode ausgelesen. Zu diesem Zeitpunkt werden die M Abtastwerte im rückwärtigen Endabschnitt der während der nten Periode erhaltenen Abtastwerte und die M Abtastwerte, beginnend mit dem (k+1)ten Abtastwert des nach-

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285460Ί

folgenden Tonelements, die während der gleichen Zeitdauer eingegeben werden, mit dem kleinsten Fehler überlagert, wie es bereits oben beschrieben wurde. Dies führt zu dem Ergebnis, daß das Tonelement vollständig in einer natürlichen Form von der (n+1)ten Zeitdauer zur (n+2)ten Zeitdauer abgenommen wird. Damit tritt weder eine Unstetigkeit der Kurvenformen noch irgendeine Unstetigkeit der Tonhöhenfrequenz auf. Von den N Abtastwerten f die während der folgenden (n+1)ten Zeitdauer in die Analogschieberegister eingegeben werden, werden die M Abtastwerte im rückwärtigen Endabschnitt in ähnlicher Weise mittels des A/D-Wandlers in ein digitales Signal umgewandelt und in den Speicher 125 des Mikrocomputers 121 eingespeichert, da dieses erforderlich ist, um die Ähnlichkeit mit der Folge von (M+R) Abtastwerten im vorderen Endabschnitt zu berechnen, die in der folgenden (n+2)ten Zeitdauer eingegeben werden. Da die Analogschieberegister 103 und 104 jeweils N Bits aufweisen, so daß selbst dann, wenn die Abtastwerte, deren Bit-Anzahl (k+M+N) die Bit-Anzahl von N überschreitet, eingegeben werden, schließlich nur die N Bits Abtastwerte vom rückwärtigen Endabschnitt eingespeichert werden.

Damit werden die beiden Kurvenformen durch einen quadratischen Mittelwert oder eine Standardabweichung normiert, wodurch der Einfluß irgendeiner Amplitudendifferenz beseitigt wird, während eine Summe des Quadrats der Differenz dazwischen berechnet wird, indem eine Kurvenform bezüglich der anderen auf

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90982 5/0909

285460]

einer Bit-zu-Bit-Basis bezüglich der Zeitachse verschoben wird. Diese Berechnung mittels des Mikrocomputers 121 muß Jedoch i_n_ nerhalb der Zeitdauer des folgenden Verarbeitungszyklus erfolgen. So muß insbesondere die Berechnung durch den Mikrocomputer 121 gestartet werden, nachdem der vordere Abtastwert von den (M+R) Abtastwerten eingegeben wird, und beendet werden durch den (k+M+N)ten Taktimpuls. Damit wird die für eine derartige Verarbeitung zur Verfügung stehende Zeitdauer te durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

te

= ly j ( k + M + N ) - ( M + R H

( N + k - R )
fl

Der Verschiebebetrag k zur Korrektur der Zeitachse ist 0O4 R und die minimale Zeitdauer te (min), die für die Verarbeitung zur Verfügung steht, wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

tc(min) --S^- (8)

wobei die Anzahl M von Mustern mindestens einer Wellenlänge bezüglich der Grundfrequenz entsprechen muß. Es wird angenommen, daß der maximale Korrekturbetrag R für die Verbindung von benachbarten Tonelementen auch im wesentlichen gleich sein muß.

~³⁴~ 909825/0909

285460'j

Bei einer Grundfrequenz von 200 Hz, einer Länge bezüglich der Wiedergabe von 5 msec und einer Frequenz f2 des Lesetaktimpulses von 20 kHz ist damit die Anzahl der Abtastwerte ■ζ _·ζ

20x10^x5x10 ^J- 100. Der Maximalwert der Frequenz f1 des Schreibtaktimpulses ist gegeben durch f1(max)=2,7x20kHz=54kHz, wenn das Wiedergabegeschwindigkeitsverhältnis m=2,7 ist. In diesem Fall ist der Wert h im wesentlichen gleich dem Wert R und damit ist die minimale Verarbeitungszeitdauer te(min) gleich 7,63 msec, wie sich aus der obigen Gleichung (8) ergibt.

Der Grund für die Abnahme der Abtastdaten am vorderen Endabschnitt eines Tonelements ist die Berechnung der Ähnlichkeit der Kurvenform, und es ist daher nicht unbedingt erforderlich, daß die Daten an allen Abtastpunkten der Anzahl M von Abtastwerten abgenommen werden. Daher ist in der Praxis ein Frequenzteiler mit dem Faktor 4 oder 6 (nicht dargestellt) zwischen dem Schreibtaktgenerator 110 und dem Zähler 122 vorgesehen, so daß die Daten bei jedem sechsten Abtastpunkt abgenommen werden, wobei dieser Faktor 4 oder 6 auch erhöht oder vermindert werden kann. Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel kann sowohl die Anzahl von Abtastwerten als auch die Kapazität des Speichers 125 und damit auch die Zeitdauer für die Datenverarbeitung durch den Mikrocomputer 121 vermindert werden. Da der oben beschriebene Aufnahmeschritt, d.h. das Frequenzteilungsverhältnis durch den oben beschriebenen Frequenzteiler (nicht dargestellt) einen Fehler am Verbindungspunkt von aufeinanderfolgenden Ton-

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285460'i

elementen bewirkt, kann der oben beschriebene Aufnahmeschritt bzw. das Frequenzteilungsverhältnis nicht zu sehr erhöht werden.

Die Zeitdauer eines jeden Tonelements ist mindestens gleich einem Mehrfachen von 10 msec, so daß die oben beschriebene Berechnung leicht mit Hilfe von derzeit im Handel verfügbaren Mikrocomputern durchgeführt werden kann. Im Hinblick auf die Kapazität eines Computersystems und die Wirtschaftlichkeit bezüglich der oben beschriebenen verfügbaren Zeitdauer sollte jedoch die Verarbeitungsmenge das nichtreduzierbare Minimum einer Mindestanforderung sein. Es wird daher beispielsweise die oben beschriebene Gleichung (2) in die folgende Gleichung verändert:

Wenn darüber hinaus lediglich die Ähnlichkeit der Kurvenform erfaßt werden soll, so kann allein der zweite Ausdruck der Gleichung (9) verwendet werden. Damit kann die Gleichung (9) weiter verändert werden in die folgende Gleichung:

1 ΛΛ

^fxy ^{(k) =} M-cx -cx_v ^₁ ^{( x}p - ^x)

X χ ρ—J.

Der in der Gleichung (10) definierte Ausdruck F^ (k) entspricht der bekannten Kreuzkorrelationsfunktion zwischen zwei

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numerischen Zahlenreihen X und Y , die eine mathematische Größe zwischen den beiden Kurvenformen darstellt, wenn eine Kurvenform bezüglich der anderen um k Abtastwerte verschoben wird. Diese Funktion nimmt den Wert Eins an, wenn beide Kurvenformen vollständig miteinander zusammenfallen. Wenn eine derartige Kreuzkorrelationsfunktion berechnet wird, so wird die Rechenzeit des Mikrocomputers 121 beträchtlich vermindert.

Da die beiden zu verbindenden benachbarten Tonelemente bezüglich der Zeit eng beieinanderliegen und damit sowohl die Amplitude als auch der Pegel dieser Tonelemente als dicht beieinander und ähnlich zueinander angesehen werden können, so daß sowohl der Mittelwert als auch die Standardabweichung dieser Tonelemente als dicht beieinander und ähnlich zueinander angesehen wenden können. Aufgrund dieser Annahme kann die oben beschriebene Gleichung (2) verändert werden zur folgenden Gleichung:

_1 M

^M p=i

Ein wesentlicher Punkt der Erfindung besteht darin, daß der Zeitpunkt, an dem sich die beiden Kurvenformen am meisten ähneln, überlegt werden muß. Damit kann die Gleichung (11) abgeändert werden zur folgenden Gleichung:

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28546O'f

wobei X und Y_O+k die Daten an der höchstwertigen Bit-Stelle, die vom A/D-Wandler 124 verfügbar ist, sind und den Wert einer logischen Eins oder Null annehmen. Insbesondere stellt die Gleichung (12) eine Integration des Absolutwerts der Differenz zwischen den jeweiligen entsprechenden Abtastwerten dar und der Verbindungszeitpunkt wird bestimmt durch Berechnung des Verschiebebetrags k, bei dem der Wert e_k ein Minimum annimmt. So führt der Mikrocomputer 121 die Berechnung der Gleichung (12) jeweils dann durch, wenn k=O,1,...R ist, wonach der Wert k für die Minimisierung des Werts e_k bestimmt wird.

Der Grund dafür, warum lediglich die höchstwertige Bit-Stelle des Ausgangs vom A/D-Wandler 124 verwendet wird, wird im nachfolgenden beschrieben. Jedes Tonelement hat die Länge eines Mehrfachen von 10 msec bis zu einem Mehrfachen von 100 msec, Es wird angenommen, daß mindestens am Verbindungsabschnitt von aufeinanderfolgenden Tonelementen eine gewisse Ähnlichkeit der Kurvenform besteht und daß damit eine Veränderung der Tonhöhenfrequenz des Tons unterdrückt werden kann durch ein Verbinden von benachbarten Tonelementen mit dem kleinsten Fehler am NuIlpunktsdurchgang der Grundwelle des Tonsignals. Es ist daraus zu ersehen, daß es keinen großen Unterschied macht', wenn man die Kurvenform des Eingangstonsignals in eine Zweiwerte-Kurven-

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909825/0909

form, wie sie aus Fig. 15(b) ersichtlich ist, umwandelt, und zwar dadurch, daß lediglich die Phasenbeziehung des Eingangstonsignals notiert wird und alle Stellen bzw. Ziffern des Ausgangs des A/D-Wandlers 124 vom Mikrocomputer 121 verwendet werden. Die Umwandlungsfrequenz des A/D-Wandlers 124 überschreitet nicht die Abtastfrequenz der Analogschieberegister 103 und 104. Wenn das Wiedergabegeschwindigkeitsverhältnis m=2,7 ist, so ist die Frequenz f1 des Schreibtaktimpulses 54 kHz. Wenn jedoch der Eingang des Mikrocomputers 121 lediglieh bei jedem vierten oder sechsten Taktimpuls, mit Hilfe eines Frequenzteilers (nicht dargestellt) ausgewählt wird, so muß die Umwandlungsgeschwindigkeit bis zu 13,5 kHz betragen. Dies bedeutet, daß der A/D-Wandler 124 relativ schnell sein muß. Obwohl der Amplitudenpegel des Tonsignals sich fortwährend ändert, wird er an vorbestimmten Pegelintervallen abgetastet und in einen Digitalwert umgewandelt, was natürlich einen geringen Fehler zur Folge hat. Demnach wird eine desto genauere Digitalisierung erreicht, je größer die Bit-Anzahl des A/D-Wandlers 124 ist. Andererseits sind jedoch die Kosten des A/D-Wandlers um so höher, je größer seine Geschwindigkeit und je größer seine Bit-Anzahl ist.

In Anbetracht dieser Tatsache wurden verschiedene Versuche durchgeführt, um den Einfluß der Bit-Anzahl des A/D-Wandlers auf die Tonqualität zu untersuchen, und es wurden die in Fig. 12 dargestellten Daten erhalten, die eine Beziehung der

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2 8 5 4 b O f

is

Tonqualität gegenüber der Bit-Anzahl des A/D-Wandlers zeigt. Dabei ist auf der Abszisse die Anzahl der Bits des A/D-Wandlers und auf der Ordinate die Tonqualität aufgetragen. Wenn die Bit-Anzahl des Ausgangs des A/D-Wandlers 124 die Zahl 4 überschreitet, so wird im wesentlichen eine gleich gute Tonqualität erreicht, unabhängig von der Bit-Anzahl, während bei einer Bit-Anzahl kleiner als 3 die Tonqualität abrupt schlecht wird. Andererseits verbessert jedoch selbst dann, wenn die Bit-Anzahl kleiner als 3 ist, eine Zunahme der Abtastlänge M beträchtlich die Tonqualität.

Eine Musterbildung der Eingangskurve lediglich unter Verwendung des höchstwertigen Bits des Ausgangs des A/D-Wandlers 124, wobei der Ausgang bezüglich eines geraden Binärcodes erhalten wird, bedeutet, daß das Ausgangssignal einer logischen Eins oder Null synchron mit einem Umwandlungssteuersignal oder einem Schreibtaktimpuls ausgegeben wird, je nachdem, ob die Eingangskurvenform einen eingestellten Pegel überschreitet, der einen Nullpunkt des VTe chs el Stroms darstellt. Bei dem in Fig. 13 im Blockschaltbild dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die gleiche Funktion dadurch erreicht werde , daß das logische Produkt oder eine UND-Operation des Ausgangs eines Vergleichers 128 und eines Umwandlungssteuersignals oder eines Schreibtaktimpulses berechnet wird, wie es in Fig. 13 dargestellt ist. Damit liefert ein UND-Glied 129 die gleichen Digitaldaten wie in dem Fall, bei dem die An-

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2 8 b 4 ö 0 Ί Ίο

zahl der Bits des Ausgangs des A/D-Wandlers 124 gleich 1 ist.

Die gleiche Funktion wie in dem Falle, in dem der A/D-Wandler 124 lediglich ein Bit aufweist, kann dadurch erreicht werden, daß eine möglichst große Amplitude des Signals durch einen Verstärker gehalten wird und dann die Polarität bestimmt und das logische Produkt bzw. das UND-Produkt des hinsichtlich der Polarität bestimmten Ausgangs und des Umwandlungssteuersignals berechnet wird. Fig. 14 zeigt ein Blockschaltbild eines derartigen Ausführungsbeispiels. Mit dem Bezugszeichen 130 ist ein Verstärker mit ausreichend großer Verstärkung gekennzeichnet und das Bezugszeichen 131 kennzeichnet eine Halteschaltung. Wenn ein analoges Tonsignal, wie es in Fig. 15(a) dargestellt ist, der Eingangsklemme 101 zugeführt wird, so wird das Eingangssignal durch den Verstärker 130 bis zu einer gesättigten Form verstärkt, wodurch der Ausgang am Verstärker 130 die in Fig. 15(b) dargestellte Kurvenform annimmt. Der Ausgang wird weiterhin am unteren Ende oder oberen Ende des Signals mittels der Halteschaltung 131 gehalten. Damit ergibt sich als Ausgangssignal der Halteschaltung 131 die in Fig. 15(c) dargestellte Kurvenform. Der Ausgang der Halteschaltung 131 wird zusammen mit dem Umwandlungssteuersignal bzw. dem Schreibtaktsignal dem UND-Glied 129 zugeführt. Damit wird ein digitales Datensignal, das gleich ist wie das von einem 1-Bit-A/D-Wandler 124 erhaltene, am Ausgang des UND-Glieds 129 erhalten. Es ist darauf hinzuweisen, daß dann, wenn die Zeitfolge der Abnah-

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me des Ausgangssignals vom Vergleicher 128 oder von der Halteschaltung 131 durch den Mikrocomputer 121 bestimmt wird, das in den Fig. 13 und 14 dargestellte UND-Glied 129 nicht unbedingt erforderlich ist und es daher weggelassen werden kann.

Damit kann im Falle eines Ausführungsbeispieles, bei dem lediglich die höchstwertige Bit-Stelle des A/D-Wandlers 124 verwendet wird, ein A/D-Wandler mit verminderter Anzahl von Ausgangs-Bits verwendet werden. Damit kann sogar die gleiche Funktion durch einen Vergleicher oder einen Verstärker mit Sättigungscharakter erreicht werden. Damit kann ein derartiger A/D-Wandler unter geringen Kosten eingebaut werden, während die vom Mikrocomputer 121 verarbeitete Informationsmenge herabgesetzt wird und damit auch die Kapazität des Festwertspeichers 120 und des Speichers 125 mit direktem Zugriff vermindert werden kann.

Fig. 16 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung der vom Mikrocomputer 121 zur Berechnung des Verschiebebetrags k entsprechend der Gleichung (12) durchgeführten Operation. Anhand dieses Flußdiagramms in Fig. 16 wird nun die vom Mikrocomputer 121 durchgeführte Operation beschrieben. Der Mikrocomputer 121 beginnt seine Operation bei einer Inversion des Q- oder Q-Ausgangs des Frequenzteilers 111. Wenn der Q- oder Q-Ausgang umgekehrt wird, so wird das UND-Glied 112 oder 113 über das 1/0-Interface bzw. die E/A-Schnittstelle 123 in Arbeitslage ge-

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schaltet und der an das Analogschieberegister 103 oder 104 angelegte Schreibtaktimpuls wird wirksam. Gleichzeitig wird der Zähler 122 zurückgestellt. Gleichzeitig dient der Mikrocomputer 121 dazu, ein spezielles Register (nicht dargestellt) zurückzustellen, das als Zähler, wie etwa ein Schleifenzähler (d.h. i=0) dient. Danach wird das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 124 abgenommen und nacheinander in den Speicher 125 mit direktem Zugriff eingespeichert, und zwar beginnend mit der Adresse Γ_χ. Nachdem M+R Datenelemente eingegeben wurden, d.h.

der Zähler 122 die Zahl M+R gezählt hat, werden die M Abtastmuster, die vorher in den Speicher 125 mit direktem Zugriff, beginnend mit der Adresse Γ_γ,eingespeichert wurden, und die oben beschriebenen Abtastwerte, die beginnend mit der Adresse Vy- in den Festwertspeicher 125 eingespeichert wurden, einer Rechenoperation unterzogen, um die Differenz dazwischen zu berechnen. So wird entsprechend der folgenden Gleichung (13) die Berechnung jeweils durchgeführt bei i=0, 1, 2, ... R, wonach das Ergebnis der Rechnung nacheinander in den Speicher 125 mit direktem Zugriff, beginnend mit der Adresse r„, gespeichert wird.

χ;< ^r' ^(r»

Wenn die R+1 berechneten Werte (r_E, Tg₊^, Fg-, ··· r_R) er

halten werden, so wird der minimale Werte dieser berechneten Werte bestimmt, wodurch der Verschiebebetrag k bestimmt wird.

~⁴³~ 909825/0909

2SS460'!

In gleicher Weise werden die den oben beschriebenen Abtastwerten folgenden M Abtastwerte in den Speicher 125 mit direktem Zugriff beginnend mit der Adresse Γ_γ eingespeichert, wonach das Schreibglied oder das UND-Glied 112 oder 113 geschlossen bzw. gesperrt werden.

Anhand von Fig. 17 wird nun beschrieben, wie der Schreibtaktimpuls angehalten wird. Da die M Abtastwerte von dem um die Zahl k verschobenen Abschnitt ausgelesen und als Abtastwerte des rückwärtigen Endabschnitts eines vorhergehenden Tonelements reproduziert werden, ist der erste ausgelesene und vom nachfolgenden Tonelement reproduzierte Abtastwert ein Abtastwert, der um k+M vom ersten der Folge von M+R Abtastwerten des nachfolgenden Tonelements verschoben ist. Dies bedeutet, daß R+M=K+M+I ist. Dabei ist I=R-k. Da die Kapazität der Analogschieberegister 103 und 104 gleich N Bits ist, muß der Q-Ausgang des Frequenzteilers 111 den Schreibtaktimpuls während einer Zeitdauer stoppen, die von einem Zeitpunkt, der vor einem Zeitpunkt liegt, an dem der Q-Ausgang des Frequenzteilers 111 umgekehrt wird durch eine der Zahl I der Schreibtaktimpulse entsprechende Periode, bis zu einem Zeitpunkt läuft, bei dem der Q-Ausgang umgekehrt wird, d.h. während der Zeitdauer, die der letzten Zahl I des Schreibtaktimpulses bei jeder Abtastdauer entspricht. Zu dem Zeitpunkt, an dem der Q-Ausgang des Frequenzteilers 111 umgekehrt wird, hat das Analogschieberegister 103 oder 104 bereits die N Bit Daten vom Zeitpunkt

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(m-1)N-I aus gespeichert,und die Daten werden nacheinander ab dem folgenden Auslesezeitpunkt, d.h. dem Zeitpunkt, an dem der Q-Ausgang des Frequenzteilers 111 umgekehrt wird, ausgelesen. Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die M Abtastwerte des rückwärtigen Endabschnitts des vorhergehenden Tonelements und die M Abtastwerte, beginnend mit dem / (m-1 )N-(M+R)+k+1|'-ten Abtastmuster, des nachfolgenden Tonelements einander mit dem geringsten Fehler überlappen können. Zu diesem Zeitpunkt liegt die Zahl der gestoppten Schreibtaktimpulse zwischen Null und R. Dies ergibt sich aus der Beziehung 0<Ck<R. Üblicherweise weisen die Analogschieberegister 103 und 104 ein abnehmendes Potential an den entsprechenden Speicher-Bits auf, wenn ein Schreibtaktimpuls angehalten wird, wodurch ein Rauschen im ausgelesenen und reproduzierten Tonsignal aufgrund einer Veränderung des Gleichstrompegels bewirkt wird. Da jedoch die Anzahl I der Schreibtaktimpulse so ausgewählt wurde, daß sie gleich der erforderlichen minimalen Anzahl ist, wird dieses Rauschen aufgrund der Veränderung des Gleichstrompegels infolge eines Anhaltens der Schreibtaktimpulse auf ein Minimum herabgedrückt.

Wie bereits oben beschrieben wurde, sind das vorhergehende Tonelement und das nachfolgende Tonelement jeweils bezüglich der Zeit zueinander ähnlich, so daß auch ihre Kurvenformen bezüglich der Amplitude und des Pegels sehr ähnlich sind, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Wie aus Fig. 10 zu ersehen ist,

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stellt es den geringsten dar, wenn die Folge von M Abtastwerten im rückwärtigen Endabschnitt des vorhergehenden Tonelements den Abtastwerten des vorderen Endabschnitts des nachfolgenden Tonelements überlagert werden kann, und zwar beginnend von dem Abtastwert, der um k vom Beginn des nachfolgenden Tonelements verschoben ist. Nachdem die Folge von M Abtastwerten im rückwärtigen Endabschnitt des vorhergehenden Tonelements reproduziert und ausgegeben wird, sollte eine Folge von Abtastwerten im vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements, beginnend mit dem (k+M+2)-ten Abtastwert ab dem ersten Abtastwert des nachfolgenden Tonelements, reproduziert und ausgegeben werden, um eine ideale Ton-Synthetisierungsfunktion gemäß der Erfindung zu erreichen. Das tatsächlich eingegebene analoge Tonsignal ändert sich jedoch von Zeit zu Zeit und die Kurvenformen von beliebigen vorhergehenden Tonelementen und nachfolgenden Tonelementen sind nicht exakt gleich, obwohl davon ausgegangen werden kann, daß die Kurvenformen der vorhergehenden und nachfolgenden Tonelemente aufgrund ihrer zeitlichen Nähe zueinander ähnlich sind. Fig. 17 zeigt den Fall einer geringen Abweichung der Kurvenformen. Dabei hat die Kurvenform des vorderen Endabschnitts des nachfolgenden Tonelements eine etwas höhere Frequenz als die Kurvenform des rückwärtigen Endabschnitts des vorhergehenden Tonelements. Fig. 17 zeigt auch den Wert k zur Minimi si erung des durch die Gleichung (12) bestimmten Werts e^..

Aus Fig. 17 ist zu ersehen, daß die M Abtastwerte im rückwärtigen Endabschnitt des vorhergehenden Tonelements und die M Ab-

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tastwerte, beginnend mit dem (k+1)-ten Abtastwert vom ersten nachfolgenden Tonelement, hinsichtlich, der Tonhöhenfrequenz etwas verschieden sind. Daher weisen der Abtastwert X™ am letzten Abtastpunkt des vorhergehenden Tonelements und der Abtastwert Y_k+M+1 am (k+M+1)-ten Abtastpunkt ab dem ersten Abtastpunkt des nachfolgenden Tonelements einen verschieden hohen Spannungspegel auf. Es soll nun aber eine Verbindung des vorhergehenden mit dem nachfolgenden Tonelement an einem Punkt vermieden werden, an dem eine Pegeldifferenz zwischen den Kurvenformen der beiden Tonelemente auftritt. Es wird daher bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zuerst der Wert k für die Minimisierung des Werts e, entsprechend der oben beschriebenen Gleichung (12) berechnet, und es werden dann die Abtastwerte von verschiedenen Abtastungen in der Nähe des (k+M+1)-ten Abtastwertes von dem ersten nachfolgenden Tonelement, wie etwa drei Abtastwerte Y_k+M» ^Yk+M+1 ^{und Y}k+M+2' ^{mit dem At)tastwert x}^ am letzten Abtastpunkt des vorhergehenden Tonelements verglichen. Damit wird der Wert k¹ berechnet, der dem (k+M+1)-ten Abtastpunkt entspricht, beginnend ab dem ersten Abtastpunkt des nachfolgenden Tonelements entsprechend dem Abtastwert, der dem Abtastwert X_M am nächsten kommt. So werden entsprechend Fig. die Abtastwerte Y, ,, Y., Ya₊* (mit A=k+M+1) an dem (k+M)-ten, (k+M+1)-ten und (k+M+2)-ten Abtastpunkt erhalten, beginnend ab dem ersten Abtastpunkt des nachfolgenden Tonelements, das durch Berechnung des Werts k erhalten wird. Von diesen Abtastwerten wird nun der Wert bestimmt, der dem vorher bestimmten Abtast-

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wert Xj_vl am nächsten kommt, d.h. der Wert k¹ wird berechnet, wenn die Ordnungszahl (k+M) des Abtastwerts Y_A_-i ^a^ dem ersten Abtastpunkt der (k'+M-i)-te Abtastpunkt ist. Damit ist k+M=k'+K+1 und damit k'=k-1.

Die Verwendung des so in der oben beschriebenen Art berechneten Verschiebebetrags k¹ ermöglicht eine Überlagerung der Folge von M Abtastwerten im rückwärtigen Endabschnitt des vorhergehenden Tonelements mit der Folge von Abtastwerten im vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements, und zwar beginnend mit dem Abtastpunkt, der um die Zahl k' gegenüber dem ersten des vorderen Endabschnitts des nachfolgenden Tonelements verschoben ist, was den kleinsten Fehler zur Folge hat. Damit steuert der Mikrocomputer 121 die UND-Glieder 112 und 113 so, daß nach den (k'+M+N) Abtastwerten, beginnend vom ersten des vorderen Endabschnitts des nachfolgenden Tonelements, der Schreibtaktimpuls gestoppt wird. Da die Analogschieberegister 103 und 104 eine Kapazität von N Bits aufweisen, speichert der Analogspeicher die N Bit Daten, beginnend mit dem (k'+M+1)-ten Abtastwert, wie es aus Fig. 17 zu ersehen ist.

In der folgenden Periode werden diese Daten nacheinander ausgelesen. Zu diesem Zeitpunkt werden die M Abtastwerte am Ende des rückwärtigen Endabschnitts des vorhergehenden Tonelements und die M Abtastwerte, beginnend mit dem (k'+i)-ten Abtastwert des vorderen Endabschnitts des nachfolgend Tonelements mit dem kleinsten Fehler überlagert.

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Im Vergleich zu der Tonqualität bei den herkömmlichen Geräten wird die Tonqualität bei der erfindungsgemäßen Verarbeitung und Reproduzierung erheblich verbessert. So wird die für die Aufbereitung eines eine unstetige Tonhöhenfrequenz aufweisenden Tones charakteristische Unnatürlichkeit vollständig eliminiert und es tritt kein Oberwellenrauschen auf. Damit kann ein glatter und natürlicher schneller Sprachfluß erreicht werden. Obwohl eine quantitative Analyse des Höreindrucks der Tonqualität schwierig ist, hat eine beispielhafte Analyse unter Verwendung einer gleichbleibenden Sinuswelle gezeigt, daß die Verbindung der Wellen von aufeinanderfolgenden Tonelementen kaum beeinträchtigt wird, wenn das Tonsignal erfindungsgemäß verarbeitet wird. Dies zeigt Fig. 18A. Demgegenüber ist die Unstetigkeit der Verbindung von aufeinanderfolgenden Tonelementen, die mit einem bekannten System verarbeitet werden, sehr deutlich, wie aus Fig. 18B zu ersehen ist. Auch ein Vergleich der Spektralkennlinien zeigte unter Verwendung einer Sinuswelle einen bemerkenswerten Unterschied, wobei in Fig. 19A das er- _# findungsgemäße Ergebnis und in Fig. 19B das Ergebnis nach dem Stand der Technik dargestellt ist. Daraus ist zu ersehen, daß mit der Erfindung der Rauschabstand um etwa 20 dB verbessert wird.

Die Fig. 2OA und 2OB zeigen Beispiele der Verbindung von Kurvenformen von aufeinanderfolgenden Tonelementen hinsichtlich eines Vokaltons "i". Fig. 2OA zeigt die erfindungsgemäße Ver-

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bindung, wobei die Verbindung von aufeinanderfolgenden Tonelementen kaum wahrnehmbar ist. Andererseits kann die Verbindung von aufeinanderfolgenden Tonelementen bezüglich des gleichen Vokaltons "i" an jedem Verbindungspunkt klar festgestellt werden, wie es in Fig. 2OB durch einen Pfeil gekennzeichnet ist.

Damit wird durch die Erfindung die Tonqualität bei der Tonaufbereitung erheblich verbessert. Damit wird die Verständlichkeit selbst dann vollständig gewährleistet, wenn die Erfindung in einem Bandgerät zur Erhöhung der Wiedergabegeschwindigkeit verwendet wird. Bezüglich der Verständlichkeit betrug die obere Grenze des Wiedergabegeschwindigkeitsverhältnisses m beim Stand der Technik 2,5. Hit der Erfindung kann jedoch die obere Grenze des Wiedergabegeschwindigkeitsverhältnisses m auf 3,0 bis 3,3 verbessert werden. Bezüglich einer Sprachinformation ist jedoch eine zeitabhängige Änderung des Tonspektrums ein wesentlichen Faktor, und es muß damit die Verschlechterung der Tonqualität aufgrund der Unstetigkeit des Tonspektrums mit in Betracht gezogen werden.

Allgemein wird ein Ton entsprechend einer komplizierten relativen Standortbeziehung der Frequenzenergie, einschließlich einer Formant-Frequenz und einer Antiformant-Frequenz und der Art der Bewegung dieser Frequenzenergie wahrgenommen. Damit kann die Unstetigkeit einer Spektralveränderung, die durch

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285460]

das Weglassen redundanter Tonelementbereiche verursacht wird, auf denen das Prinzip der Bandgeräte mit Hochgeschwindigkeitswiedergabe basiert, eine mehr oder weniger große Unnatürlichkeit bei der Wahrnehmung eines wiedergegebenen Tons zur Folge haben. Es wird angenommen, daß eine Verkleinerung des Abtastzyklus diesen Einfluß wirkungsvoll vermindern könnte. Je kleiner der Abstandzyklus bei den herkömmlichen Geräten ist, um so größer ist das Rauschen aufgrund der Unstetigkeit an der Verbindungsstelle zwischen aufeinanderfolgenden Tonelementen und desto größer ist der reduzierte Rauschabstand. Da jedoch bei der Erfindung das Rauschen aufgrund der Unstetigkeit weitgehend eliminiert ist, ermöglicht die Erfindung einen kleineren Abtastzyklus, was zu einer Verbesserung der Tonqualität führt. Mit der Erfindung wurden Versuche durchgeführt, und zwar unter Verwendung eines Abtastzyklus von 38,4 msec und eines Abtastzyklus von 25,6 msec. Ein Vergleich des tatsächlichen Hörens zeigte, daß der zuletzt genannte Abtastzyklus eine ausgezeichnete Tonqualität ergibt. Es ist insbesondere darauf hinzuweisen, daß das Ergebnis zu dem in Fig. 4 dargestellten Ergebnis zur Bestimmung eines Abtastzyklus nach dem Stand der Technik umgekehrt ist. Trotzdem kann ein kleinerer Abtastzyklus als bei dem oben beschriebenen Beispiel ein Problem mit sich bringen, und zwar im Hinblick auf das Verarbeitungsvermögen der derzeitig verfügbaren Mikrocomputer.

Der erfindungsgemäße Ton-Synthesizer kann nicht nur für Bandgeräte mit Hochgeschwindigkeitswiedergabe verwendet werden,

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sondern auch für die Wiedergabe des Tones bei der Hochgeschwindigkeitswiedergabe eines Video-Bandgeräts, bei der Zweitwiedergabe mit hoher Geschwindigkeit bei einem automatischen Anrufbeantworter, bei der Ton-Synthetisierung in der Übertragung mit Sprachverwürflung, bei der Tonelementübertragung, bei der Frequenzumwandlung eines Tonsignals und bei anderen Tonverarbeitungsgeräten. Die Verwendung eines Mikrocomputers bei bekannten Hausgeräten war begrenzt auf die reine Regelungsberechnung. Die Erfindung eröffnet jedoch die Möglichkeit der Verwendung eines Mikrocomputers auf dem Gebiet der Realzeitverarbeitung eines Tonsignals.

Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wurde die Ähnlichkeit der Kurvenformen im rückwärtigen Endabschnitt des vorhergehenden Tonelements und im vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements unter Verwendung eines Mikrocomputers berechnet, der so programmiert wurde, daß er diese Operation durchführen kann. Alternativ dazu kann jedoch auch die Operation der Berechnung dieser Ähnlichkeit unter Verwendung einer Hardware-Realisierung durchgeführt werden, wie sie im nachfolgenden beschrieben wird.

Fig. 21 zeigt ein Blockschaltbild einer Hardware-Realisierung zur Durchführung einer Operation zur Berechnung der Ähnlichkeit gemäß der Erfindung. Es wird darauf hingewiesen, daß das dargestellte Ausführungsbeispiel so beschaffen ist, daß es

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eine Ähnlichkeitsbeziehung gemäß der obigen Gleichung (12) berechnet. In Fig. 21 sind die gleichen Teile wie in Fig. 5 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und die detaillierte Beschreibung davon wird daher weggelassen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Block, der dem Schreibtaktgenerator 110 im Ausführungsbeispiel nach 5 entspricht, ein Frequenzteiler 202 mit veränderlichem Frequenzteilungsverhältnis, das als Funktion von dem Wiedergabegeschwindigkeitsverhältnis m veränderbar ist. In ähnlicher Weise ist der Block, der dem Lesetaktgenerator 116 in Fig. 5 entspricht, ein Frequenzteiler 203. Mit diesen Frequenzteilern 202 und 203 ist ein gemeinsamer Muttertaktgenerator 201 verbunden. Die vom Muttertaktgenerator 201 erhaltenen Muttertaktimpulse werden durch die Frequenzteiler 202 und 203 frequenzgeteilt, so daß sie einen Schreibtaktimpuls mit der Frequenz f1 und einen Lesetaktimpuls mit der Frequenz f2 liefern, wie es bereits oben beschrieben wurde. Der Lesetaktimpuls vom Lesetaktgenerator, d.h. vom Frequenzteiler 203, wird einem Frequenzteiler 221 zugeführt. Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel weist der Schreibtaktgenerator 221 einen Frequenzteiler mit einem festen Frequenzteilungsverhältnis von 1/N auf, während der Frequenzteiler 203 einen Frequenzteiler mit einem veränderlichen Frequenzteilungsverhältnis aufweist. Andererseits wird der vom Schreibtaktgenerator, d.h. dem veränderlichen Frequenzteiler 203 erhaltene Schreibtaktimpuls einem Zähler 222 zugeführt, wo der Schreibtaktimpuls gezählt wird. Der Zähler

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weist einen Vorwärtszählausgang auf, wenn er k+M+N Taktimpulse gezählt hat, wie im oben beschriebenen Beispiel. Der Zähler weist auch einen Vorwärtszählerausgang auf, wenn er M+R Schreibtaktimpulse und M+N Taktimpulse gezählt hat.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel weist weiterhin Speicher 206 und 207 zum Speichern eines digitalen Signals auf, die etwa einen Speicher mit direktem Zugriff oder ein Schieberegister darstellen. Die Speicher 206 und 207 dienen dazu, die vom A/D-Wandler 124 erhaltenen digitalen Daten zu speichern. Der Speicher 206 hat eine Speicherkapazität oder eine Adressiermöglichkeit von M+R, während der Speicher 207 eine Speicherkapazität oder eine Adressiermöglichkeit von M aufweist. Die Schreibadresse des Speichers 206 wird bestimmt durch den Schreibadressgenerator 204 und die Schreibadresse des Speichers 207 wird bestimmt durch einen Schreibadressgenerator 205. Der Schreibadressgenerator 204 ist mit dem Q- oder Q-Ausgang des Frequenzteilers 221 verbunden und wird in Arbeitslage geschaltet, wenn der Zustand umgekehrt wird. Wenn der Speicher 206 als Speicher mit direktem Zugriff ausgebildet ist, so erzeugt er ein Adressierausgangssignal einschließlich eines Chipauswahlsignals. Der Schreibadressgenerator 204 wird in Abhängigkeit vom Ausgangssignal gesperrt, das erhalten wird, wenn M+R Impulse vom Zähler nach der Umkehr des Q- oder Q-Ausgangs gezählt werden. Der Schreibadressgenerator 205 ist auch mit einem Zählausgang der Zahl k+M+1 und einem Zählausgang der Zahl k+M+N des Zählers

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2854B01

222 verblinden, so daß er bei Anliegen der Zahl k+H+1 in Arbeitslage geschaltet und bei Anliegen der Zahl k+M+N gesperrt wird.

Die entsprechenden Leseadressen der Speicher 206 und 207 werden durch die entsprechenden Leseadressgeneratoren 211 und 212 bestimmt. Diese Leseadressgeneratoren 211 und 212 erzeugen auch Adressierausgangssignale einschließlich von Chipauswahlausgangssignalen, wie im Falle der oben beschriebenen Schreibadressgeneratorn 204 und 205. Der Leseadressgenerator 211 wird gestartet bzw. in Arbeitslage geschaltet, wenn H+R Impulse vom Zähler 122 gezählt wurden, d.h. beim (M+R-i)-ten Takt, wonach die Adressierung in Verbindung mit dem Taktsignal C von einem Betriebstaktgenerator 208 vorgenommen wird. Der Operationstaktgenerator 208 wird in Abhängigkeit vom Vorwärtszählerausgangssignal in Arbeitslage geschaltet, das beim (M+R)-ten Impuls vom Zähler 122 geliefert wird, wodurch der notwendige Betriebstakt C erzeugt wird. Der Takt vom Betriebstaktgenerator 208 wird auch einem Frequenzteiler 209 mit dem Frequenzteilungsverhältnis « und einem Taktgenerator 210 mit einer Frequenzteilungsfunktion des Frequenztexlungsverhältnisses g· zugeführt. Damit werden die erforderlichen Takte C1, C2 und C3 vom Taktgenerator 210 geliefert, und zwar für einen Speicherschaltkreis 215» einen Vergleichsschaltkreis 216 und einen Speicherschaltkreis 217, die im nachfolgenden beschrieben werden.

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Die von den Speichern 206 und 207 ausgelesenen Ausgangssignale werden in Abhängigkeit von einem Takt C vom oben beschriebenen Betriebstaktgenerator 208 einer Subtrahierschaltung 213 zugeführt, d.h. jedesmal dann, wenn die Leseadressgeneratoren 211 und 212 adressiert werden. Die Subtrahierschaltung 213 dient dazu, eine Subtrahieroperation bezüglich der beiden Teile der eingegebenen digitalen Daten durchzuführen, womit die entsprechende Differenz erhalten und einem Integrier/Addier-Schaltkreis 214 zugeführt wird. Der Integrier/Addier-Schaltkreis 214 summiert die von dem Subtrahierschaltkreis 213 eingegebenen Differenzen nacheinander auf. Das Ergebnis der Addition des Integrier/Addier-Schaltkreises 214 wird dem Speicherschaltkreis 215 und dem Vergleicherschaltkreis 216 zugeführt. Die in dem Speicherschaltkreis 215 gespeicherten Daten werden als weiterer Eingang dem Vergleicherschaltkreis 216 zugeführt, wenn die folgenden zusätzlichen Daten erhalten werden. Der Vergleicherschaltkreis 216 dient dazu, den Ausgang des Speicherschaltkreises 215 mit dem Ausgang des Integrier/Addier-Schaltkreises 214 zu vergleichen und zu bestimmen, welcher kleiner ist. Wenn die Daten mit dem geringeren Wert bestimmt sind, wird die mit den Daten von kleinerem Wert verbundene Taktzahl bzw. Adresse dem Speicherschaltkreis 217 zugeführt. Der Ausgang vom Speicherschaltkreis 217 wird dem Zähler 122 als optimaler Verschiebebetrag k zugeführt. Damit liefert der Zähler 122 in Abhängigkeit von der Taktzahl k ein Vorwärtszählerausgangssignal von k+M+N Impulsen.

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Wenn der Q- oder Q-Ausgang des Frequenzteilers 111 umgekehrt wird, so werden die Schreibadressgeneratoren 204 und in Arbeitslage geschaltet. Demnach dienen die Schreibadressgeneratoren 204 und 205 dazu, die entsprechenden Speicherschaltkreise 206 und 207 zu adressieren. Damit speichern die Speicherschaltkreise 206 und 207 die vom A/D-Wandler 124 umgewandelten digitalen Daten in die ausgewählten Adressen. Wenn der Zähler 122 M+R Schreibtaktimpulse gezählt hat, so wird der Schreibadressgenerator 204 gesperrt, wodurch der Speicherschaltkreis 206 daran gehindert wird, irgendwelche Daten weiterzuspeichern. Daraus folgt, daß der Speicherschaltkreis 206 M+R Abtastdaten vom Beginn eines jeden Abtastzyklus an speichert. Der Schreibadressgenerator 205 wird gesperrt, wenn vom Vorwärtszählerausgang des Zählers 122 k+M+N Taktimpulse zugeführt wurden, wodurch der Speicherschaltkreis 207 daran gehindert wird, irgendwelche Daten weiterzuspeichern. Da die Speicherkapazität des Speicherschaltkreises 207 bei M Abtastdaten liegt, speichert der Speicherschaltkreis 207 M Abtastdaten, beginnend vom (k+N)-ten Abtastwert bis zum (k+W+N)-ten Abtastwert eines jeden Abtastzyklus.

Andererseits wird während jedes Abtastzyklus, wenn der Zähler 122 M+R Impulse gezählt hat, der Betriebstaktgenerator entsprechend in Arbeitslage geschaltet, wodurch der erforderliche Betriebstakt C erhalten wird. Die Leseadressgeneratoren 211 und 212 werden durch den Takt in Arbeitslage geschaltet,

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der gleich nach dem Zeitpunkt auftritt, an dem der Zähler 122 M+R Taktimpulse gezählt hat. Danach werden die Leseadressen der entsprechenden Speicherschaltkreise 206 und 207 ausgewählt. Damit werden M+R Abtastdaten nacheinander vom Speicherschaltkreis 206 dem Subtrahierschaltkreis 213 zugeführt, während M Abtastdaten vom Speicherschaltkreis 207 zum anderen Eingang des Subtrahierschaltkreises 213 zugeführt werden. Der Subtrahierschaltkreis 213 dient zur Durchführung eines Subtrahieroperation bezüglich der von den Speicherschaltkreisen 206 und 207 empfangenen Eingangsdaten, jeweils bei Eingabe der Daten, wonach die Differenz dazwischen dem Integrier/Addier-Schaltkreis 214 zugeführt wird. Die Lesetaktgeneratoren 211 und 212 steuern bei jedem Betriebstakt C die Speicherschaltkreise 206 und 207 so, daß einzelne Daten davon ausgelesen werden können. Daraus folgt, daß der Subtrahierschaltkreis 213 gleichzeitig mit zwei Eingangssignalen beaufschlagt wird. Der Integrier/Addier-Schaltkreis dient zur fortlaufenden Aufsummierung des bei jedem Betriebstakt C vom Subtrahierschaltkreis 213 erhaltenen Ergebnis, d.h. der jeweiligen Differenz. Die so erhaltene Summe wird in Abhängigkeit von dem vom Taktgenerator 210 erhaltenen Takt C1 in den Speicherschaltkreis 215 eingespeichert. Dann wird die ausgewählte Adresse vom Leseadressgenerator 211 um eins erhöht, wodurch er wieder in Abhängigkeit vom Betriebstakt C adressieren kann. Daraus folgt, daß die vom Speicherschaltkreis 206 ausgelesenen Daten und die vom Speicherschaltkreis 207 ausgelesenen Daten mit einer entsprechenden Beziehung aus-

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gelesen werden, wobei jeweils die Daten um eine Adresse verschoben werden. Dies bedeutet, daß eine Differenz zwischen den Daten entsprechend dem rückwärtigen Endabschnitt des vorhergehenden Tonelements und den Daten entsprechend dem vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements berechnet wird, wobei die zuletzt genannten Daten um einen Abtastpunkt verschoben werden. Der Subtrahierschaltkreis 213 bewirkt wiederum eine ähnliche Operation, wodurch die Differenzen der Datenwerte mit einer um eins verschobenen Adresse nacheinander berechnet werden. In ähnlicher Weise wird die Aufsummierung durch den Integrier/Addier-Schaltkreis 214 bewirkt. Die aufsummierten Ausgangsdaten werden einem Eingang des Vergleichers 216 zugeführt. Danach wird vom Taktgenerator 210 der Takt C1 erhalten, wonach ähnliche Daten im Speicherschaltkreis 215 gespeichert werden. Gleichzeitig werden die vorher aufsummierten und im Speicherschaltkreis 215 gespeicherten Daten dem Eingang des Vergleichers 216 zugeführt. Wenn der Takt C2 vom Taktgenerator 210 geliefert wird, so dient der Vergleicher 216 dazu, die vorher gespeicherten Daten mit den gerade aufsummierten Daten zu vergleichen und zu bestimmen, welche kleiner sind. Wenn die kleineren Daten bestimmt sind, so wird die Leseadresse oder die Taktanzahl, die vom Leseadressgenerator 211 für die kleineren Daten geliefert wird, dem Speicherschaltkreis 217 zugeführt. Dann wird vom Taktgenerator 210 der Takt C3 geliefert und die Adresse oder die Taktanzahl davon in den Speicherschaltkreis 217 eingespeichert.

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ORIGINAL INSPECTED

Danach wird die Adresse wieder um eins im Leseadressgenerator 211 verschoben. Danach wiederholen der Subtrahierschartkreis 213, der Integrier/Addier-Schaltkreis 214, der Speicherschaltkreis 215, der Vergleicher 216 und der Speicherschaltkreis 217 die oben beschriebene Operation. Diese sich wiederholende Operation wird jedesmal dann durchgeführt, wenn die Adresse im Leseadressgenerator 211 um eins verschoben wurde und wird immer dann angehalten, wenn die Zahl der Verschiebungen R beträgt. Daraus folgt, daß der Speicherschaltkreis 217 den Verschiebebetrag der Adresse oder der Taktanzahl abspeichert, die als minimaler aufsummierter Wert während einer Zeitdauer erhalten wird, bis zu dem Zustand, in dem die Leseadresse des Speicherschaltkreises 206 um den Verschiebebetrag R verschoben wird. Die im Speicherschaltkreis 217 gespeicherte Taktzahl ist der optimale Verschiebebetrag, der in Verbindung mit dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel bereits erwähnt wurde.

Der so vom Speicherschaltkreis 217 erhaltene Verschiebebetrag wird dem Zähler 122 zugeführt. Wenn damit der Zähler 122 aufgrund der eingegebenen Daten die Zahl k+M+N zählt, so wird das Vorwärtszählerausgangssignal davon erhalten, wodurch die UND-Glieder 112 und 113 gesperrt werden und der Schreibtaktimpuls vom Schreibtaktgenerator, d.h. vom veränderbaren Frequenzteiler 202 angehalten wird. Damit wird der vom ODER-Glied 115 dem Analogschieberegister 103 bzw. 104 zugeführte Schreib-

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taktimpuls angehalten und danach die Schreiboperation gesperrt.

Die in Fig. 21 dargestellten Speicherschaltkreise 206 und 207 sind als Speicher mit direktem Zugriff ausgebildet. Selbstverständlich können diese Speicher auch als Schieberegister od. dgl. ausgebildet sein, um die gleiche Operation durchzuführen. Wenn die Speicherschaltkreise 206 und 207 als Schieberegister ausgebildet sind, so können die Schreibadressgeneratoren 204 und 205 und die Leseadressgeneratoren 211 und 212 in einfacher Weise als Zähler od. dgl. ausgebildet sein. Die oben beschriebene Operation kann während der oben beschriebenen Verarbeitungszeitdauer te durchgeführt werden. Daraus ist ersichtlich, daß auch mit der Kardware-Realisierung die Merkmale und Vorteile erzielt werden können, die in Verbindung mit den Fig. 18A bis 2OB beschrieben wurden.

Der in der Beschreibung verwendete Begriff "vorderer Endabschnitt " wurde verwendet, um einen Teil eines nachfolgenden Tonelements zu kennzeichnen, das mit einem rückwärtigen Abschnitt eines vorhergehenden Tonelements verbunden werden soll. Dieser Ausdruck sollte lediglich allgemein einen Teil der Daten kennzeichnen, die im voraus in den Speicher mit direktem Zugriff oder den digitalen Speicher eingegeben werden, um eine Verbindungszeitfolge zwischen den N Bit umfassenden Daten des

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INSPECTED

rückwärtigen Endabschnitts des vorhergehenden Tonelements, die vorher in den Analogspeicher eingegeben wurden, und den folgenden N Bit umfassenden Daten zu berechnen, die den vorigen Daten in der folgenden Abtastperiode folgen, d.h. in anderen Worten die oben beschriebenen M+R Abtastwerte. Der Begriff "vorderer Endabschnitt" sollte daher mehr in einem breiteren Sinn gesehen werden.

Änderungen und Ausgestaltungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind für den Fachmann ohne weiteres möglich und fallen in den Rahmen der Erfindung. So ist das erfindungsgemäße System nicht nur dann anwendbar, wenn ein Ton bei seiner Wiedergabe mit Zeitachsendehnung aufbereitet wird, sondern bei allen Arten von Ton-Aufbereitungssystemen, bei denen der Ton durch Verbinden von kleinen Teilen von Tonelementen aufbereitet wird, wie etwa bei der Wiedergabe eines Tones mit Zeitachsenkompression durch Zirkulieren eines jeden Tonelements, wobei jedes Tonelement so abgetastet wird, daß sich benachbarte Tonelemente überlappen, u. dgl.

" ⁶²" 9 0 9 8 2 5/0909

Leerseife

Claims (1)

1. GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER

   Sanyo Electric Co., Ltd. Moriguchi-shi, Osaka-fu, Japan

   Ton-Synthesizer

   und Verfahren zur Ton-Aufbereitung

   PATENTANWÄLTE

   DR.-ING. RICHARD GLAWE, MÖNCHEN DIPL-ING. KLAUS DELFS, HAMBURG DIPL.-PHYS. DR. WALTER MOLL, MÖNCHEN' DIPL.-CHEM. DH. ULRICH MENGDEHL, HAMBURG

   ZUGELASSENE VERTRETER BEIM

   EUROPÄISCHEN PATENTAMT * ZUGL. DFF. BEST. U. VEREID. DOLMETSCHER

   8000 MÖNCHEN 26 POSTFACH 37 LIEBHERRSTR. 20 TEL. (089) 22 65 48 TELEX 52 25 05 spez

   MÜNCHEN A 67

   2000 HAMBURG POSTFACH 2570 ROTHENBAUM-CHAUSSEE TEL. (040)41020 TELEX 21 29 21 spez

   Patentansprüche

   1.) Ton-Synthesizer, dadurch gekennzeich-■—-^

   net, daß er aufweist:

   eine Einrichtung zur Erzeugung eines analogen Tonsignals,

   eine Einrichtung zur Erzeugung eines eine vorbestimmte 5 Abtastdauer kennzeichnenden Signals,

   e ine Sp e i eher e inrichtung,

   einen Schreibtaktsignalgenerator mit einer ersten Frequenz ,

   einen Lesetaktsignalgenerator mit einer zweiten Frequenz,

   909825/03Ö9

   BANK: DRESDNER BANK, HAMBURG, 4 030 448 (BLZ 200 800 00) ■ POSTSCHECK: HAMBURG 147607-200 · TELEGRAMM: SPECHTZIES

   eine Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von dem Abtastdauer-Signal und dem Schreibtaktsignal das analoge Tonsignal als eine Folge von Tonelementen, die jeweils von dem Abtastdauer-Signal bestimmt werden, in die Speichereinrichtung einschreibt und in Abhängigkeit von dem Lesetaktsignal nacheinander die Tonelemente von der Speichereinrichtung ausliest,

   eine Einrichtung zum Verbinden der nacheinander von der Speichereinrichtung ausgelesenen Tonelemente an ihrem Verbindungspunkt zur Synthetisierung bzw. Aufbereitung des wiedergegebenen Tons,

   eine Datenerzeugungseinrichtung, die in Abhängigkeit vom Schreibtaktsignal erste Daten bzw. zweite Daten bezüglich der Kurvenform eines in der Speichereinrichtung gespeicherten vorhergehenden Tonelements bzw. nachfolgenden Tonelements liefert,

   eine auf die ersten und zweiten Daten ansprechende Einrichtung zum Berechnen der Phasenbeziehung zwischen der Kurvenform des vorhergehenden und des nachfolgenden Tonelements, um eine größere Ähnlichkeit dieser Kurvenformen in der Nähe ihres Verbindungspunkts zu erreichen, und

   eine auf die Einrichtung zum Berechnen der Phasenbeziehung ansprechende Einrichtung zum Steuern der Phasenbeziehung zwischen dem vorhergehenden und dem nachfolgenden Tonelement,

   " ² " 90982S/0909

   um die "beiden Tonelemente mit einer größeren Ähnlichkeit ihrer Kurvenformen in der Nähe ihres VerMndungspunkts miteinander zu verbinden.

   2. Ton-Synthesizer nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Datenerzeugungseinrichtung die ersten Daten bezüglich der Kurvenform am rückwärtigen Endabschnitt eines vorhergehenden Tonelements und die zweiten Daten bezüglich der Kurvenform am vorderen Endabschnitt eines dem vorhergehenden Tonelement folgenden Tonelements liefert.

   3. Ton-Synthesizer nach Anspruch 2, dadurch g e ke nnze.ichnet, daß die Phasenbeziehung-Steuereinrichtung eine Einrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von der Einrichtung zum Berechnen der Phasenbeziehung die Zeitfolge der Schreiboperation des nachfolgenden Tonelements in die Speichereinrichtung steuert.

   4. Ton-Synthesizer nach Anspruch 3» dadurch g e kennzeichnet , daß die Datenerzeugungseinrichtung aufweist:

   einen Abtasttaktsignal-Generator, eine auf das Abtasttaktsignal ansprechende Abtasteinrichtung zum Abtasten des vorhergehenden und nachfolgenden Tonelements, um daraus Abtastwerte als erste und zweite Daten zu liefern, sowie eine Speichereinrichtung zum Speichern der Abtastwerte.

   ~ ³ ~ 909 8-2 6/0909

   5. Ton-Synthesizer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß er einen A/D-Wandler zum Umwandeln der Abtastwerte in digitale Form aufweist.

   6. Ton-Synthesizer nach Anspruch 4, dadurch g e -

   kennzeichnet, daß die Einrichtung zum Berechnen der Phasenbeziehung eine Einrichtung zum Berechnen eines Verschiebungswerts bezüglich der Abtastpunkte der Abtastwerte der ersten Daten aufweist, um eine größere Ähnlichkeit der Kurvenformen des vorhergehenden und nachfolgenden Tonelements in der Nähe ihres Verbindungspunktes zu liefern.

   7. Ton-Synthesizer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Abtasttaktsignal mit dem Schreibtaktsignal synchronisierbar ist.

   8 . Ton-Synthesizer nach Anspruch 6, dadurch g e kennzeichnet, daß der Abtasttaktsignal-Generator eine Frequenzteilereinrichtung aufweist, mit der das Schreibtaktsignal mit einem vorbestimmten Frequenzteilungsverhältnis in der Frequenz teilbar ist.

   9. Ton-Synthesizer nach Anspruch 6, dadurch g e kennzeichnet, daß er einen Zähler zum Zählen der Abtasttaktsignale aufweist.

   909825/0909

   10. Ton-Synthesizer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß mit Hilfe des Zählers eine erste Speicherdauer bestimmbar ist, die vom Beginn einer jeden vom Abtastdauer-Signal bestimmten Abtastdauer bis zu einer ersten vorbestimmten Anzahl von gezählten Abtasttaktsignalen läuft, sowie eine zweite Speicherdauer bestimmt wird, die nach dem Zählen der ersten vorbestimmten Anzahl von Abtasttaktsignalen beginnt, und zwar eine zweite vorbestimmte Anzahl von Abtasttaktsignalen vor dem Ende der Abtastdauer bis zum Ende der zweiten Abtastdauer.

   11. Ton-Synthesizer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastwerte-Speichereinrichtung eine Adressiereinrichtung zum aufeinanderfolgenden Adressieren der Abtastwerte-Speichereinrichtung in Abhängigkeit vom Abtasttaktsignal während der ersten und zweiten Speicherdauer aufweist.

   12. Ton-Synthesizer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastwerte-Speichereinrichtung einen Speicher mit direktem Zugriff (RAM) aufweist.

   13. Ton-Synthesizer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastwerte-Speichereinrichtung ein Schieberegister aufweist.

   909825/0909

   14. Ton-Synthesizer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Berechnen der Phasenbeziehung aufweist:

   eine Einrichtung zum Berechnen eines quadratischen Fehlers zwischen den im Abtastspeicher verfügbaren Abtastwerten am rückwärtigen Endabschnitt des vorhergehenden Tonelements und den im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerten am vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements,

   eine mit der Einrichtung zum Berechnen des quadratischen Fehlers verbundene Schiebeeinrichtung zum aufeinanderfolgenden Verschieben einer Korrelation der im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerte, so daß die Berechnung des quadratischen Fehlers bei jeder Verschiebung vorgenommen werden kann, und

   eine Einrichtung zum Bestimmen eines Verschiebebetrags zur Minimisierung des quadratischen Fehlers bei aufeinanderfolgend berechneten quadratischen Fehlern.

   15. Ton-Synthesizer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Berechnen der Phasenbeziehung aufweist:

   eine Einrichtung zum Berechnen einer Korrelationsfunktion zwischen den im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerten am rückwärtigen Endabschnitt des vorhergehenden Tonelements

   90982 5/0909

   und den im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerten am vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements,

   eine mit der Einrichtung zum Berechnen der Korrelationsfunktion verbundene Schiebeeinrichtung zum aufeinanderfolgenden Verschieben einer Korrelation der im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerte, so daß damit eine Berechnung der Korrelationsfunktion bei jeder Verschiebung ermöglicht wird, und

   eine Einrichtung zum Bestimmen eines Verschiebebetrags zur Maximierung der Korrelationsfunktion bei aufeinanderfolgend berechneten Korrelationsfunktionen.

   16. Ton-Synthesizer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Berechnen der Phasenbeziehung aufweist:

   eine Einrichtung zum Berechnen einer Summe des Absolutwerts einer Differenz zwischen den im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerten am rückwärtigen Endabschnitt des vorhergehenden Tonelements und den im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerten am vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements,

   eine mit der Summenberechnungseinrichtung verbundene Schiebeeinrichtung zum aufeinanderfolgenden.Verschieben einer Korrelation der im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwer-

   909825/0909

   2 8 5 4 b 01

   te, so daß eine Berechnung der Summe des Absolutwerts der Differenz bei jeder Verschiebung ermöglicht wird, und

   eine Einrichtung zum Bestimmen eines Verschiebebetrags zur Minimisierung der Summe bei aufeinanderfolgend berechneten Summen.

   17. Ton-Synthesizer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der A/D-Wandler eine Einrichtung zum Umwandeln eines jeden Abtastwerts in ein Zweiwertesignal aufweist.

   18. Ton-Synthesizer nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Umwandeln eines jeden Abtastwerts in ein Zweiwertesignal einen Pegeldetektor aufweist, der jeden Abtastwert bei einem vorbestimmten Pegel feststellt.

   19. Ton-Synthesizer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß der Detektorpegel des Pegeldetektors ein Nullpegel des Abtastwerts ist.

   20. Ton-Synthesizer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß er eine Einrichtung zum Voreinstellen des Abtastwerts derart aufweist, daß der Detektorpegel des Pegeldetektors ein gegebener voreingestellter Pegel ist.

   9 09825/0909

   21. Ton-Synthesizer nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Umwandeln eines jeden Abtastwerts in ein Zweiwertesignal eine Verstärkungseinrichtung für die Amplitudensattigung des Abtastwerts aufweist.

   22. Ton-Synthesizer nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Halteeinrichtung zum Halten des Ausgangssignals an der Verstärkungseinrichtung auf einem vorbestimmten Pegel aufweist.

   23. Ton-Synthesizer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Berechnen der Phasenbeziehung aufweist:

   eine Einrichtung zum Übernehmen der Abtastwerte des nachfolgenden Tonelements, die zur Darstellung der größten Ähnlichkeit der Kurvenformen des vorhergehenden und nachfolgenden Tonelements um einen Verschiebebetrag verschoben sind, als erste abgetastete Daten,

   eine Einrichtung zum Vergleichen einer vorbestimmten Anzahl von Abtastwerten in der Nähe von und einschließlich der ersten abgetasteten Daten mit den Abtastwerten am rückwärtigen Endabschnitt des vorhergehenden Tonelements,

   eine Einrichtung zur Übernahme eines Satzes von Abtastwerten von der vorbestimmten Anzahl von Sätzen von digitalen Abtast-

   " ⁹ " 909825/0909

   "ΙΟ

   werten, die am dichtesten bei dem Abtastwert des rückwärtigen Endabschnitts des vorhergehenden Tonelements liegen, als zweite abgetastete Daten und

   eine Einrichtung zum Berechnen eines Verschiebebetrags, mit dem diese zweiten abgetasteten Daten erhalten werden.

   24. Ton-Synthesizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Speichereinrichtung einen Analogspeicher aufweist.

   25. Ton-Synthesizer nach Anspruch 24, dadurch g e -

   kennzeichnet, daß der Analogspeicher einen Eimerkettenspeicher (BBD) aufweist.

   26. Ton-Synthesizer nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet , daß der Analogspeicher einen Ladungsverschiebespeicher (CCD) aufweist.

   27. Ton-Synthesizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Speichereinrichtung einen Digitalspeicher aufweist und daß er einen A/D-Wandler zum Umwandeln des vom analogen Tonsignal abgeleiteten Tonelements in Digitaldaten und Einschreiben der Digitaldaten in den Digitalspeicher sowie einen D/A-Wandler zum Umwandeln des vom Digitalspeicher ausgelesenen Ausgangssignals in ein analoges Signal aufweist.

   - 10 -

   909825/0909

   28. Ton-Synthesizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schreibtaktsignalgenerator und der Lesetaktsignalgenerator jeweils einen eigenen Taktimpulsgenerator aufweisen.

   29. Ton-Synthesizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schreibtaktsignalgenerator und der Lesetaktsignalgenerator jeweils einen Grundtaktsignalgenerator aufweisen, wobei der Schreibtaktsignalgenerator bzw. der Lesetaktsignalgenerator einen Frequenzteiler zum Teilen der Grundfrequenz des Taktsignals mit einem für die Erzeugung des Schreibtaktsignals bzw. Lesetaktsignals geeigneten Frequenzteilungsverhältnis aufweist.

   30. Ton-Synthesizer nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet , daß der Schreibtaktsignalgenerator eine mit dem Frequenzteiler verbundene Einrichtung zum Verändern des Frequenzteilungsverhältnisses des Frequenzteilers aufweist.

   31. Ton-Synthesizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Bestimmen der Abtastdauer einen Frequenzteiler zum Frequenzteilen entweder des Schreibtaktsignals oder des Lesetaktsignals mit einem vorbestimmten Frequenzteilungsverhältnis aufweist.

   - 11 -

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   2 8 5 4 6 O I

   «Ζ

   32. Ton-Synthesizer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Speichereinrichtung eine vorbestimmte Anzahl von Speichereinheitsstellen aufweist, wobei die Speichereinrichtung im wesentlichen die gleiche vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten, wie sie zuletzt während der einer vorhergehenden Abtastperiode folgenden Abtastperiode erhalten werden, als ein dem vorhergehenden Tonelement folgendes nachfolgendes Tonelement speichert und die erste und zweite Datenerzeugungseinrichtung derart ausgebildet ist, daß die zweite vorbestimmte Anzahl von Abtasttaktsignalen im wesentlichen dem vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements entspricht, das in der folgenden Abtastperiode gespeichert wird.

   33. Ton-Synthesizer nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Berechnen der Phasenbeziehung eine Einrichtung zum Berechnen eines Verschiebungswerts bezüglich der Abtastpunkte der Abtastwerte der ersten Daten aufweist, um eine größere Ähnlichkeit der Kurvenformen des vorhergehenden und nachfolgenden Tonelements in der Nähe ihres Verbindungspunkts zu erreichen.

   34. Ton-Synthesizer nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet , daß die Phasenbeziehungs-Steuereinrichtung eine Einrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von dem Verschiebungswert die der Speichereinrichtung zugeführten Schreibtaktsignale stoppt.

   909825/09 0

   35. Ton-Synthesizer nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet , daß die Schreibtaktsignale während einer Zeitdauer gestoppt werden, die dem Verschiebungswert in der folgenden Abtastdauer entspricht und die ab dem Ende der folgenden Abtastdauer läuft.

   36. Ton-Synthesizer, dadurch gekennzeichnet, daß er aufweist:

   eine Einrichtung zur Erzeugung eines analogen Tonsignals, dessen Zeitachse im Vergleich zum Originalton um den Faktor JJ komprimiert wurde,

   eine Einrichtung zur Erzeugung eines eine vorbestimmte Abtastdauer kennzeichnenden Signals,

   eine Speichereinrichtung,

   einen Schreibtaktsignalgenerator mit einer ersten Frequenz, einen Lesetaktsignalgenerator mit einer zweiten Frequenz,

   eine Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von dem Abtastdauer-Signal und dem Schreibtaktsignal das analoge Tonsignal als eine Folge von Tonelementen, die jeweils von dem Abtastdauer-Signal bestimmt werden, in die Speichereinrichtung einschreibt und in Abhängigkeit vom Lesetaktsignal nacheinander die Tonelemente von der Speichereinrichtung ausliest, wobei die erste Frequenz so gewählt wird, daß die Zeitachse der von

   ~¹³~ 9 09825/090 9

   285460 I

   /bilder Speichereinrichtung ausgelesenen Tonelemente um einen Faktor m gedehnt wird, wodurch die Zeitachse der von der Speichereinrichtung ausgelesenen Tonelemente wieder den Originalzustand des Originaltons erreicht,

   eine Einrichtung zum Verbinden der nacheinander von der Speichereinrichtung ausgelesenen Tonelemente an ihrem Verbindungspunkt zur Synthetisierung bzw. Aufbereitung des wiedergegebenen Tons,

   eine Datenerzeugungseinrichtung, die in Abhängigkeit von dem Schreibtaktsignal erste Daten bzw. zweite Daten bezüglich der Kurvenform eines in der Speichereinrichtung gespeicherten vorhergehenden bzw. nachfolgenden Tonelements liefert,

   eine auf die ersten und zweiten Daten ansprechende Einrichtung zum Berechnen der Phasenbeziehung zwischen der Kurvenform des vorhergehenden und des nachfolgenden Tonelements, um eine größere Ähnlichkeit der Kurvenformen in der Nähe ihres Verbindungspunkts zu erreichen, und

   eine auf die Einrichtung zum Berechnen der Phasenbeziehung ansprechende Einrichtung zum Steuern der Phasenbeziehung zwisehen dem vorhergehenden und dem nachfolgenden Tonelement, um die beiden Tonelemente mit einer größeren Ähnlichkeit ihrer Kurvenformen in der Nähe ihres Verbindungspunkts miteinander zu verbinden.

   - 14 -

   909825/0 9 09

   37. Ton-Synthesizer nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis der zweiten Frequenz des Lesetaktsignals zur ersten Frequenz des Schreibtaktsignals in Verbindung mit dem Zeitachsen-Kompressionsfaktor m bestimmt wird.

   38. Ton-Synthesizer nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet , daß der Schreibtaktsignalgenerator und der Lesetaktsignalgenerator jeweils einen Grundtaktsignalgenerator aufweisen, wobei der Schreibtaktsignalgenerator einen Frequenzteiler zur Frequenzteilung der Grundfrequenz des Taktsignals mit einem für die Erzeugung des Schreibtaktsignals geeigneten Frequenzteilungsverhältnis aufweist und der Lesetaktsignalgenerator einen Frequenzteiler zur Frequenzteilung der Grundfrequenz des Taktsignals mit einem für die Erzeugung des Lesetaktsignals geeigneten Frequenzteilungsverhältnis aufweist, um die zweite Frequenz zu liefern, die das 1/m-fache der ersten Frequenz des Schreibtaktsignals beträgt.

   39. Ton-Synthesizer nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Datener- Zeugungseinrichtung die ersten Daten bezüglich der Kurvenform am rückwärtigen Endabschnitt eines vorhergehenden Tonelements und die zweiten Daten bezüglich der Kurvenform am vorderen Endabschnitt eines dem vorhergehenden Tonelement folgenden Tonelements liefert.

   - 15 -

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   AO. Ton-Synthesizer nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet , daß die Phasenbeziehung-Steuereinrichtung eine Einrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von der Einrichtung zum Berechnen der Phasenbeziehuhg die Zeitfolge der Schreiboperation des nachfolgenden Tonelements in die Speichereinrichtung steuert.

   41. Ton-Synthesizer nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet , daß die erste und zweite Datenerzeugungseinrichtung aufweist:

   einen Abtasttaktsignalgenerator, eine Abtasteinrichtung, die in Abhängigkeit von den Abtasttaktsignalen das vorhergehende und nachfolgende Tonelement zur Erzeugung von Abtastwerten abtastet, und eine Speichereinrichtung zum Speichern der Abtastwerte als erste und zweite Daten.

   42. Ton-Synthesizer nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet , daß die erste und zweite Datenerzeugungseinrichtung einen A/D-Wandler zum Umwandeln der Abtastwerte in Digitalform aufweist.

   43. Ton-Synthesizer nach Anspruch 42, dadurch g e kennzeichnet, daß die Einrichtung zum Berechnen der Phasenbeziehung eine Einrichtung zum Berechnen eines Verschiebungswerts bezüglich der Abtastpunkte der Abtastwerte der ersten Daten aufweist, um eine größere Ähnlichkeit der

   -¹⁶- 909825/0 909

   Al-

   Kurvenformen des vorhergehenden und nachfolgenden Tonelements in der Nähe ihres Verbindungspunktes zu liefern.

   44. Ton-Synthesizer nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Berechnen der Phasenbeziehung aufweist:

   eine Einrichtung zum Übernehmen der Abtastwerte des vorhergehenden Tonelements, die zur Darstellung der größten Ähnlichkeit der Kurvenformen des vorhergehenden und nachfolgenden Tonelements um einen Verschiebebetrag verschoben sind, als erste abgetastete Daten,

   eine Einrichtung zum Vergleichen einer vorbestimmten Anzahl von Abtastwerten in der Nähe von und einschließlich der ersten abgetasteten Daten mit den Abtastwerten am rückwärtigen Endabschnitt des vorhergehenden Tonelements,

   eine Einrichtung zur Übernahme eines Satzes von Abtastwerten von der vorbestimmten Anzahl von Sätzen von digitalen Abtastwerten, die am dichtesten bei dem Abtastwert des rückwärtigen Endabschnitts des vorhergehenden Tonelements liegen, als zweite abgetastete Daten und

   eine Einrichtung zum Berechnen eines Verschiebebetrags, mit dem diese zweiten abgetasteten Daten erhalten werden.

   - 17 - 909825/0909

   45. Verfahren zur Ton-Aufbereitung, dadurch gekennzeichnet , daß es die Verfahrensschritte aufweist:

   Erzeugen eines analogen Tonsignals,

   Erzeugung eines eine vorbestimmte Abtastdauer kennzeichnenden Signals,

   Erzeugung eines Schreibtaktsignals mit einer ersten Frequenz, Erzeugung eines Lesetaktsignals mit einer zweiten Frequenz,

   Einschreiben des analogen Tonsignals als eine Folge von Tonelementen, die jeweils von dem Abtastdauer-Signal bestimmt werden, in Abhängigkeit von dem Abtastdauer-Signal und dem Schreibtaktsignal in die Speichereinrichtung,

   Auslesen der aufeinanderfolgenden Tonelemente aus der Speichereinrichtung in Abhängigkeit von dem Lesetaktsignal,

   Verbinden der nacheinander aus der Speichereinrichtung ausgelesenen Tonelemente an ihrem Verbindungspunkt zur Synthetisierung bzw. Aufbereitung des wiedergegebenen Tons,

   Erzeugen, in Abhängigkeit vom Schreibtaktsignal, von ersten Daten bezüglich der Kurvenform eines in der Speichereinrichtung gespeicherten vorhergehenden Tonelements sowie von zweiten Daten bezüglich der Kurvenform eines in der Speichereinrichtung nach dem vorhergehenden Tonelement gespeicherten nachfolgenden

   - 18 -

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   Tonelements,

   Berechnen einer Phasenbeziehung, anhand der ersten und zweiten Daten, zwischen der Kurvenform des vorhergehenden und des nachfolgenden Tonelements, um eine größere Ähnlichkeit dieser Kurvenformen in der Nähe ihres Verbindungspunkts zu erreichen, und

   Steuern der Phasenbeziehung, aufgrund der Berechnung der Phasenbeziehung, zwischen dem vorhergehenden und dem nachfolgenden Tonelement, um die beiden Tonelemente mit einer größeren Ähnlichkeit ihrer Kurvenformen in der Nähe ihres Verbindungspunkts miteinander zu verbinden.

   46. Verfahren zur Ton-Aufbereitung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt der Steuerung der Phasenbeziehung den Verfahrensschritt der Steuerung der Zeitfolge der Einschreiboperation des nachfolgenden Tonelements in die Speichereinrichtung aufweist, und zwar basierend auf der Berechnung der Phasenbeziehung.

   47. Verfahren zur Ton-Aufbereitung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt der Erzeugung der ersten und zweiten Daten die Verfahrensschritte aufweist:

   Erzeugung eines Abtasttaktsignals, Abtasten des vorhergehenden und nachfolgenden Tonelements, in Abhängigkeit von den Ab-

   - 19 -

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   2ο

   tasttaktsignalen, zur Erzeugung von Abtastwerten und Einspeichern der Abtastwerte in dem Abtastwertespeicher als erste und zweite Daten.

   48. Verfahren zur Ton-Aufbereitung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt der Erzeugung der ersten und zweiten Daten den Verfahrensschritt der Umwandlung der Abtastwerte in Digitalform aufweist.

   49. Verfahren zur Ton-Aufbereitung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt der Berechnung der Phasenbeziehung den Verfahrensschritt der Berechnung eines Verschiebungswerts bezüglich der Abtastpunkte der digitalen Abtastwerte der ersten Daten aufweist, um eine größere Ähnlichkeit der Kurvenformen des vorhergehenden und nachfolgenden Tonelements in der Nähe ihres Verbindungspunkts zu liefern.

   50. Verfahren zur Ton-Aufbereitung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt der Berechnung der Phasenbeziehung die Verfahrensschritte aufweist:

   Berechnen eines quadratischen Fehlers zwischen den im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerten am rückwärtigen Endabschnitt des vorhergehenden Tonelements und den im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerten am vorderen Endabschnitt

   -20- 909825/0 909

   des nachfolgenden Tonelements,

   aufeinanderfolgendes Verschieben einer Korrelation der im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerte zur Durchführung der Berechnung des quadratischen Fehlers bei jeder Verschiebung und

   Bestimmen eines Verschiebebetrags zur Minimisierung des quadratischen Fehlers bei aufeinanderfolgend berechneten quadratischen Fehlern.

   51. Verfahren zur Ton-Aufbereitung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt der Berechnung der Phasenbeziehung die Verfahrensschritte aufweist:

   Berechnen einer Korrelationsfunktion zwischen den im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerten des rückwärtigen Endabschnitts des vorhergehenden Tonelements und der im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerte am vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements,

   aufeinanderfolgendes Verschieben einer Korrelation der im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerte zur Durchführung einer Berechnung der Korrelationsfunktion bei jeder Verschiebung und

   Bestimmung eines Verschiebebetrags zur Maximierung der Korrelationsfunktion bei aufeinanderfolgend berechneten Korrelationsfunktionen.

   - 21 -

   909825/0909

   52. Verfahren zur Ton-Aufbereitung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt der Berechnung der Phasenbeziehung die Verfahrensschritte aufweist:

   Berechnen einer Summe des Absolutwerts einer Differenz zwischen den im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerten des rückwärtigen Endabschnitts des vorhergehenden Tonelements und den im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerten am vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements,

   aufeinanderfolgendes Verschieben einer Korrelation der im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerte zur Durchführung einer Summenberechnung des Absolutwerts der Differenz bei jeder Verschiebung und

   Bestimmung eines Verschiebebetrags zur Minimisierung der Summe bei aufeinanderfolgend berechneten Summen.

   53. Verfahren zur Ton-Aufbereitung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt zur Berechnung der Phasenbeziehung die Verfahrensschritte aufweist:

   Übernahme der Abtastwerte des nachfolgenden Tonelements, verschoben um einen Verschiebebetrag, als erste abgetastete Daten zur Darstellung der größten Ähnlichkeit der Kurvenform des vorhergehenden und nachfolgenden Tonelements,

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   285A6Ü1

   Vergleichen einer vorbestimmten Anzahl von Abtastwerten in der Nähe von und einschließlich der ersten abgetasteten Daten mit den Abtastwerten des rückwärtigen Endabschnitts des vorhergehenden Tonelements,

   Übernahme eines Satzes von Abtastwerten aus der vorbestimmten Anzahl von Sätzen von Abtastwerten, der am nächsten zu dem Abtastwert des rückwärtigen Endabschnitts des vorhergehenden Tonelements liegt, als zweite abgetastete Daten und

   Berechnen eines Verschiebebetrags, mit dem die zweiten abgetasteten Daten erhalten werden.

   54. Verfahren zur Ton-Aufbereitung, dadurch gekennzeichnet , daß es die Verfahrensschritte aufweist:

   Erzeugen eines analogen Tonsignals, dessen Zeitachse um den Faktor 1/m gegenüber dem Originalton komprimiert wurde,

   Erzeugen eines eine vorbestimmte Abtastdauer kennzeichnenden Signals,

   Erzeugen eines Schreibtaktsignals mit einer ersten Frequenz, Erzeugen eines Lesetaktsignals mit einer zweiten Frequenz,

   Einschreiben des analogen Tonsignals als eine Folge von Tonelementen, die jeweils von dem Abtastdauer-Signal bestimmt werden, in Abhängigkeit von dem Abtastdauer-Signal und dem

   - 23 -

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   Schreibtaktsignal in die Speichereinrichtung,

   Auslesen der aufeinanderfolgend in der Speichereinrichtung abgespeicherten Tonelemente in Abhängigkeit vom Lesetaktsignal, wobei die erste Frequenz so ausgewählt wird, daß die Zeitachse der von der Speichereinrichtung ausgelesenen Tonelemente um den Faktor m ausgedehnt ist, wodurch die Zeitachse der von der Speichereinrichtung ausgelesenen Tonelemente wieder den ursprünglichen Zustand des Originaltons erlangt,

   Verbinden der fortlaufend aus der Speichereinrichtung ausgelesenen Tonelemente an ihrem Verbindungspunkt zur Synthetisierung bzw. Aufbereitung des wiedergegebenen Tons,

   Erzeugung, in Abhängigkeit von dem Schreibtaktsignal, von ersten Daten bezüglich der Kurvenform eines in der Speichereinrichtung gespeicherten vorhergehenden Tonelements und von zweiten Daten bezüglich der Kurvenform eines in der Speichereinrichtung nach dem vorhergehenden Tonelement gespeicherten nachfolgenden Tonelements,

   Berechnen einer Phasenbeziehung, aufgrund der ersten und zweiten Daten, zwischen der Kurvenform des vorhergehenden und des nachfolgenden Tonelements, um eine größere Ähnlichkeit der Kurvenformen in der Nähe ihres Verbindungspunkt zu erreichen, und

   Steuern der Phasenbeziehung, aufgrund der Berechnung der Phasenbeziehung, zwischen dem vorhergehenden und dem nachfol-

   - 24 - 909825/0909

   854601

   genden Tonelement, um die beiden Tonelemente mit einer größeren Ähnlichkeit ihrer Kurvenformen in der Nähe ihres Verbindungspunktes miteinander zu verbinden.

   55. Verfahren zur Ton-Aufbereitung nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt der Steuerung der Phasenbeziehung den Verfahrensschritt der Steuerung der Zeitfolge der Einschreiboperation des nachfolgenden Tonelements in die Speichereinrichtung aufweist, und zwar basierend auf der Berechnung der Phasenbeziehung.

   56. Verfahren zur Ton-Aufbereitung nach Anspruch 55, dadurch geken nzeichnet , daß der Verfahrensschritt der Erzeugung der ersten und zweiten Daten die Verfahrensschritte aufweist:

   Erzeugung eines Abtasttaktsignals, Abtasten des vorhergehenden und nachfolgenden Tonelements, in Abhängigkeit von den Abtasttaktsignalen, zur Erzeugung von Abtastwerten und Einspeichern der Abtastwerte in dem Abtastwertespeicher als erste und zweite Daten.

   57. Verfahren zur Ton-Aufbereitung nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt der Erzeugung der ersten und zweiten Daten den Verfahrensschritt der Umwandlung der Abtastwerte in Digitalform aufweist.

   ²⁵ " 909825/0909

   2B54601

   58. Verfahren zur Ton-Aufbereitung nach Anspruch 57» dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt der Berechnung der Phasenbeziehung den Verfahrensschritt der Berechnung eines Verschiebungswerts bezüglich der Abtastpunkte der digitalen Abtastwerte der ersten Daten aufweist, um eine größere Ähnlichkeit der Kurvenformen des vorhergehenden und nachfolgenden Tonelements in der Nähe ihres Verbindungspunkts zu liefern.

   59. Verfahren zur Ton-Aufbereitung nach Anspruch 58, dadurch gekennzei chnet, daß der Verfahrensschritt der Berechnung der Phasenbeziehung die Verfahrensschritte aufweist:

   Berechnen eines quadratischen Fehlers zwischen den im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerten am rückwärtigen Endabschnitt des vorhergehenden Tonelements und den im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerten am vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements,

   aufeinanderfolgendes Verschieben einer Korrelation der im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerte zur Durchführung der Berechnung des quadratischen Fehlers bei jeder Verschiebung und

   Bestimmen eines Verschiebebetrags zur Minimisierung des quadratischen Fehlers bei aufeinanderfolgend berechneten quadratischen Fehlern.

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   90982S/09Ö9

   60. Verfahren zur Ton-Auf bereitling nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt der Berechnung der Phasenbeziehung die Verfahrensschritte aufweist ϊ

   Berechnen einer Korrelationsfunktion zwischen den im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerten des rückwärtigen Endabschnitts des vorhergehenden Tonelements und der im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerte am vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements,

   aufeinanderfolgendes Verschieben einer Korrelation der im Abtastwertespeieher verfügbaren Abtastwerte zur Durchführung einer Berechnung der Korrelationsfunktion bei jeder Verschiebung und

   Bestimmung eines Verschiebebetrags zur Maximierung der Korrelationsfunktion bei aufeinanderfolgend berechneten Korrelationsfunktionen.

   61. Verfahren zur Ton-Aufbereitung nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt der Berechnung der Phasenbeziehung die Verfahrensschritte aufweist:

   Berechnen einer Summe des Absolutwerts einer Differenz zwischen den im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerten des rückwärtigen Endabschnitts des vorhergehenden Tonelements und

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   den im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerten am vorderen Endabschnitt des nachfolgenden Tonelements,

   aufeinanderfolgendes Verschieben einer Korrelation der im Abtastwertespeicher verfügbaren Abtastwerte zur Durchführung einer Summenberechnung des Absolutwerts der Differenz bei jeder Verschiebung und

   Bestimmung eines Verschiebebetrags zur Minimisierung der Summe bei aufeinanderfolgend berechneten Summen.

   62. Verfahren zur Ton-Aufbereitung nach Anspruch 59» dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt zur Berechnung der Phasenbeziehung die Verfahrensschritte aufweist:

   Übernahme der Abtastwerte des nachfolgenden Tonelements, verschoben um einen Verschiebebetrag, als erste abgetastete Daten zur Darstellung der größten Ähnlichkeit der Kurvenform des vorhergehenden und nachfolgenden Tonelements,

   Vergleichen einer vorbestimmten Anzahl von Abtastwerten in der Nähe von und einschließlich der ersten abgetasteten Daten mit den Abtastwerten des rückwärtigen Endabschnitts des vorhergehenden Tonelements,

   Übernahme eines Satzes von Abtastwerten aus der vorbestimmten Anzahl von Sätzen von Abtastwerten, der am nächsten zu dem

   - 28 -

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   Abtastwert des rückwärtigen Endabschnitts des vorhergehenden Tonelements liegt, als zweite abgetastete Daten und

   Berechnen eines Verschiebebetrags, mit dem die zweiten abgetasteten Daten erhalten werden.

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