语音输出装置的制作方法

语音输出装置
1.相关申请的交叉引用
2.本技术以2019年3月13日提交的日本专利申请2019
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045657号为基础，基础申请的公开内容通过引用并入本技术。
技术领域
3.本公开涉及一种基于语音数据进行发音的语音输出装置。


背景技术：

4.近年来，在电动汽车(ev车)或混合动力汽车(hv车)等中，由于其结构上产生噪声较小，行人难以察觉到这些车辆的接近，因此，为了提高行人等对车辆接近周围的认知度，生成模拟发动机音或模拟电动机音等车辆接近通报音的车辆接近通报装置逐渐被装载起来。
5.在该车辆接近通报装置中，作为发音方法，使用如下方法：将存储于微型计算机的存储器中的脉冲编码调制(pulse code modulation，pcm)数据等语音数据、即、将语音的大小转换并编码为数据代码而得到的语音信号，在每个采样周期设置到脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)输出器而进行发音(例如，参见专利文献1)。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：特开2012
‑
171462号公报


技术实现要素：

9.使用pwm输出器的语音信号输出技术中的信号分辨率的上限，由微型计算机中的cpu(中央处理单元)的工作时钟频率/载波频率决定。并且，由于具有语音信号的采样频率≤载波频率的关系，因此例如在使用廉价的通用微型计算机的情况下，有时对于想要输出的语音数据、pwm输出器的分辨率不足。
10.例如，在用32mhz的工作时钟的微型计算机从pwm输出器输出32khz的载波频率的语音信号的情况下，其分辨率为32mhz/32khz，以1000级表现语音信号。如果将其换算成比特深度，则相当于10比特。
11.与此相对，例如在将音频用途中一般的16比特的语音数据处理为与通知音产品所需要的音量的调整功能进行组合时，10比特就不足，在语音质量方面存在制约。因此，为了提高语音质量，需要高的pwm输出器的分辨率。
12.鉴于上述问题，本公开的目的在于，通过设置成即使pwm输出器的分辨率不足、也能够得到实质上高分辨率的结构，提供一种廉价且语音质量高的语音输出装置。
13.本公开的一方面所涉及的语音输出装置包括多个pwm输出器、加权部、混频器以及放大器。多个pwm输出器将语音数据从高位比特到低位比特进行分割，并将分割后的各个语音数据作为pwm输出生成。加权部对由多个pwm输出器生成的多个pwm输出进行加权。混频器
合成加权后的多个pwm输出。放大器通过使与示出混频器中的合成结果的输出对应的电流流向发音体，来进行发音体的发音。
14.在这样的结构中，即使多个pwm输出器的分辨率小于语音数据的比特数，也能够分别将与语音数据的高位比特至低位比特对应的数据作为pwm输出来输出。而且，通过对各pwm输出加权后用混音器进行合成，能够基本上表现由语音数据表示的语音。因此，即使pwm输出器的分辨率不足，也能够得到实质上高分辨率。
附图说明
15.图1是第一实施方式所涉及的车辆用接近通报装置的框图。
16.图2是示意性地说明想要表现的语音数据与16比特和10比特的语音数据之间的关系的图。
17.图3是说明在将语音数据作为pwm输出的情况下表示成什么样的占空比的图。
18.图4是第二实施方式所涉及的车辆用接近通报装置的框图。
19.图5是第三实施方式所涉及的车辆用接近通报装置的框图。
具体实施方式
20.以下将基于附图对本公开的实施方式进行说明。另外，在以下的各实施方式中，对彼此相同或等同的部分，附加相同的标记来进行说明。
21.(第一实施方式)
22.将对第一实施方式进行说明。在本实施方式中，将以语音输出装置被应用于车辆用接近通报装置的情况为例进行说明。图1是包括本实施方式所涉及的车辆接近通报装置的车辆接近通报系统的框图。参见该图，并对包括本实施方式所涉及的车辆用接近通报装置的车辆接近通报系统进行说明。
23.如图1所示，车辆接近通报系统为具有行驶状态取得部1、车辆接近通报装置2和扬声器3的结构。在车辆接近通报系统中，车辆接近通报装置2基于来自行驶状态取得部1的检测信号，从作为发音体的扬声器3发出模拟发动机音或模拟电动机音等模拟行驶音，从而向周围的行人等通报车辆的接近。
24.行驶状态取得部1由车速传感器、油门开度传感器等各种传感器构成，作为车辆的行驶状态探测信号，输出车速探测信号、油门开度信号。因此，车辆接近通报装置2通过从行驶状态取得部1输入行驶状态探测信号并取得与车速或油门开度相关的信息，从而在车辆以路面噪声小的低速行驶中(例如20km/h以下)，进行与车速或油门开度相应的发音控制。
25.车辆接近通报装置2具有微型计算机21、衰减器22、低通滤波器(lpf)23a、低通滤波器(lpf)23b、混频器(mixer)24及功率放大器(amp)25。
26.微型计算机21为具有第一pwm输出器(pwm1)21a和第二pwm输出器(pwm2)21b、并且具有相当于存储器部的存储器21c、相当于控制部的运算装置的结构。存储器21c存储发音的控制程序、表示模拟发动机音或模拟电动机音等模拟行驶音的pcm数据等语音数据、设定采样周期或音量的数据等。微型计算机21在每个采样周期读取语音数据，并且设置到第一pwm输出器21a和第二pwm输出器21b，使其输出。通过组合这些第一pwm输出器21a和第二pwm输出器21b这两个pwm输出器，能够输出实质上高分辨率的与语音数据对应的输出波形。
27.例如，微型计算机21在存储器中存储与车速或油门开度等车辆行驶状态相对应的音程升高量的表等，并且在低速行驶中时，通过运算装置运算与车速或油门开度等行驶状态对应的音程升高量。例如，可以车速或油门开度越大，使音程升高量越大。并且，在与运算后的音程升高量对应的每个采样周期读入语音数据，并设置到第一pwm输出器21a和第二pwm输出器21b，并生成pwm输出。此时，在第一pwm输出器21a和第二pwm输出器21b中，使用同相且相同的载波频率来生成pwm输出。
28.具体地，例如，在语音数据被设为16比特、并且第一pwm输出器21a和第二pwm输出器21b的分辨率分别是10比特的情况下，例如，被分割成语音数据的高位的8比特和低位的8比特，并且分别将高位比特设置到第一pwm输出器21a，将低位比特设置到第二pwm输出器21b。这样，从第一pwm输出器21a和第二pwm输出器21b分别生成pwm输出。
29.衰减器22构成加权部，该加权部对第一pwm输出器21a和第二pwm输出器21b的pwm输出进行加权。在本实施方式的情况下，衰减器22作为使第二pwm输出器21b的pwm输出衰减的元件发挥功能。
30.如上所述，将语音数据中的高位比特设置到第一pwm输出器21a以生成pwm输出，并且将低位比特设置到第二pwm输出器21b以生成pwm输出。为了简化说明，如果设置到第一pwm输出器21a的高位比特与设置到第二pwm输出器21b的低位比特的关系以十进制进行说明，则意味着高位比特表示“千”和“百”的位，低位比特表示“十”和“一”的位，分别表示不同位数的数字。但是，将高位比特设置到第一pwm输出器21a而被输出的pwm输出和通过将低位比特设置到第二pwm输出器21b而被输出的pwm输出，以相同位数的数字来表示。因此，需要对至少一方的pwm输出进行加权。
31.在此，例如，考虑如下的情况：想要表现的语音数据，为将如图2中用粗线示出的正弦波由以细线示出的16比特进行表现并存储在存储器中的数据。例如，在微型计算机21的工作时钟为32mhz、载波频率为32khz的情况下，pwm输出器的分辨率为32mhz/32khz，相当于10比特。在这种情况下，由于仅用一个pwm输出器时分辨率只有10比特，因此即使想表现图2所示的语音数据，也只能表现高位的10比特的对应部分，如图中虚线所示，成为粗糙的pwm输出。即，不能用10比特充分地表现以16比特表现的语音数据。
32.另一方面，以16比特表现的语音数据和以10比特表现的语音数据之间的差量，相当于以16比特表现的语音数据中的低位的6比特的对应部分。因此，如果再设置一个pwm输出器输出该对应部分的语音数据，与以10比特表现的语音数据进行合成，则即使pwm输出器的分辨率比语音数据的比特数少，也能输出实质上以16比特表现的语音数据。
33.因此，如上所述，将语音数据中的高位比特设置到第一pwm输出器21a，并且将低位比特设置到第二pwm输出器21b，通过各输出器生成pwm输出。另外，关于设置到第一pwm输出器21a的高位比特的比特数和设置到第二pwm输出器21b的低位比特的比特数，只要是各pwm输出器的分辨率以下、并且合计为语音数据的比特数即可。在本实施方式的情况下，将高位比特和低位比特一同设为8比特、设为相同比特数。但是，对于低位比特，例如即使没有最低位的比特，也能够基本上表现语音数据，所以合计不一定是语音数据的比特数。
34.并且，这样从第一pwm输出器21a和第二pwm输出器21b分别生成pwm输出之后，合成该pwm输出即可，但是由于各pwm输出为表示“相同位数”的状态，因此各pwm输出波形的振幅被设定为相同的电平。因此，需要进行各pwm输出的加权，例如需要对于第一pwm输出器21a
的pwm输出、直接使用，对于第二pwm输出器21b的pwm输出、衰减使用。并且，在本实施方式中，使用衰减器22来使第二pwm输出器21b的pwm输出衰减。
35.如果更详细地进行说明，pwm输出以占空比表示语音数据，在语音数据以图3所示的正弦波形示出的情况下，如图中所示的占空比的图像那样，振幅值为越小的值则占空比越小，振幅值越大则占空比越大。具体地，在微型计算机21的工作时钟是32mhz、并且从第一pwm输出器21a和第二pwm输出器21b输出8比特的pwm输出的情况下，32mhz/256为一个样本的发送周期。占空比，由一个样本的发送周期中包含的时钟数相应的“0”、“1”的数据数来表现，并表示为连续的“0”的数据数与连续的“1”的数据数的比。并且，第一pwm输出器21a的pwm输出和第二pwm输出器21b的pwm输出，均仅由占空比表示，因此在直接的pwm输出中，以相同的电平表示语音数据的振幅。
36.因此，对第一pwm输出器21a的pwm输出和第二pwm输出器21b的pwm输出进行加权。对于加权，如果设为高位比特和低位比特的比特数之差为n，则由于加权量为2的n次方，因此衰减器22的衰减率为比特数之差
×‑
6db。在本实施方式的情况下，由于高位比特与低位比特的比特数差是8，因此用衰减器22使第二pwm输出器21b的pwm输出仅衰减
‑
48db。
37.lpf 23a、lpf 23b相当于滤波器部，起到解调为与语音数据对应的输出波形即语音波形的作用。因此，lpf 23a从第一pwm输出器21a的pwm输出解调为语音波形，lpf 23b从经由衰减器22衰减后的第二pwm输出器21b的pwm输出解调为语音波形。然后，由lpf 23a、lpf 23b解调为语音波形后的各pwm输出被输入到混频器24。
38.混频器24将从lpf 23a、lpf 23b输入的各pwm输出进行合成。如此，通过将第一pwm输出器21a的pwm输出与由衰减器22衰减后的第一pwm输出器21a的pwm输出进行合成，可以得到与实质上以16比特表现的语音数据相当的输出波形。
39.amp 25使与示出混合器24的合成结果的输出对应的电流流向扬声器3。混频器24的输出呈与实质上以16比特表现的语音数据相当的输出波形。因此，从扬声器3发出与以16比特表现的语音数据对应的发音。
40.如上所述，构成本实施方式的车辆接近通报系统。在该车辆接近通报系统中，根据车辆状态从微型计算机21输出pwm输出，与该pwm输出相应的电流流向扬声器3，从而进行与车辆状态相应的发音。此时，如上所述，语音数据被分割成高位比特和低位比特，将高位比特设置到第一pwm输出器21a并生成pwm输出，并且将低位比特设置到第二pwm输出器21b并生成pwm输出。然后，在对第一pwm输出器21a的pwm输出和第二pwm输出器21b的pwm输出进行加权之后，由混频器24进行合成。
41.通过如此设置，即使第一pwm输出器21a和第二pwm输出器21b的分辨率小于语音数据的比特数，也能够通过各输出器将与语音数据的高位比特和低位比特对应的数据作为pwm输出而输出。然后，通过对各pwm输出加权后用混音器24进行合成，能够基本上表现由语音数据表示的语音。因此，即使pwm输出器的分辨率不足，也能够得到实质上高的分辨率。
42.(第二实施方式)
43.将对第二实施方式进行说明。本实施方式与第一实施方式相比，变更了lpf和混频器的配置，对于其它方面，与第一实施方式相同，因此仅对与第一实施方式不同的部分进行说明。
44.如图4所示，在本实施方式中，第一pwm输出器21a的pwm输出和用衰减器22衰减后
的第二pwm输出器21b的pwm输出在混频器24中被合成。而且，在混频器24和放大器25之间具备lpf 23，并且由lpf 23将混频器24的输出解调为语音波形。
45.如此，lpf 23配置于混频器24的下级，也能够得到与第一实施方式相同的效果。
46.(第三实施方式)
47.将对第三实施方式进行说明。本实施方式与第一实施方式、第二实施方式相比，变更了加权部的结构，对于其它方面，与第一实施方式、第二实施方式相同，因此仅对与第一实施方式、第二实施方式不同的部分进行说明。另外，此处虽然与第一实施方式相同，以混频器24配置在lpf 23a、lpf 23b的下级的结构为例进行说明，但也可以如第二实施方式所示，lpf 23配置在混频器24的下级。
48.如图5所示，在本实施方式中，作为加权部，包括将第一pwm输出器21a的pwm输出放大的放大器26。如此，在将第一pwm输出器21a的pwm输出放大之后、与第二pwm输出器21b的pwm输出通过混频器24进行合成，也能够得到与第一实施方式相同的效果。这种情况下的放大率为高位比特与低位比特的比特数之差
×
6db即可。
49.(其他实施方式)
50.本公开以上述实施方式为基准进行了描述，但应理解为本公开并不限于上述实施方式和结构。本公开还包括各种变形例以及等效范围内的变形。除此以外，在本公开中示出各种组合或方式，但是在这些组合或方式中仅包括一个要素、以及多于一个要素或少于一个要素的其它组合或方式也涵盖在本公开的范畴、思想范围内。
51.例如，在上述各实施方式中，具备第一pwm输出器21a和第二pwm输出器21b这两个pwm输出器，将语音数据分割为高位和低位这两部分，但也可以具备多于两个的pwm输出器，以pwm输出器的数量来对语音数据进行分割。即，具备多个pwm输出器，将想要表现的语音数据从高位到低位分割为多个，并从各pwm输出器作为pwm输出而输出，通过对该pwm输出用加权部进行加权、并进行合成，能够表现原来的语音数据。
52.例如，在播放24比特的语音数据的情况下，能够将语音数据分割为3部分，分别为高位、中位、低位各8比特。在这种情况下，可以用8比特对应部分即
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48db的衰减器对中位比特的pwm输出器的pwm输出进行衰减、用16比特对应部分即
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96db的衰减器对低位比特的pwm输出器的pwm输出进行衰减之后，用混频器合成衰减后的各pwm输出即可。
53.另外，在上述各实施方式中，作为语音数据，以直接存储在微型计算机21内的存储器中的语音数据为例进行了说明，但作为语音数据，不限于直接存储在存储器中，也可以是作为运算、生成结果的语音数据。
54.另外，在上述实施方式中，作为语音输出装置，以车辆用接近通报装置为例进行了说明，但不限于车辆用接近通报装置，可以应用于基于语音数据进行发音的装置。例如，如果考虑应用于车辆的情况，可应用于包括车辆用接近通报装置在内的、从车辆输出声音的各种车室外报告音输出装置。例如，作为车室外报告音输出装置，除了车辆用接近通报装置之外，还可列举出进行倒车报警器中的通知音或智能钥匙系统中的应答通知音的输出的装置。