【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，該過(guò)程主要包括采樣和量化兩個(gè)方面。數(shù)字音頻的質(zhì)量取決于：采樣頻率和量化位數(shù)這兩個(gè)重要參數(shù)。此外，聲道的數(shù)目、相應(yīng)的音頻設(shè)備也是影響音頻質(zhì)量的原因。 語(yǔ)音處理技術(shù)是建立在語(yǔ)言學(xué)和數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)之上的綜合學(xué)科，其過(guò)程大致可以分為 A/D 采樣輸入、編碼處理、存儲(chǔ)、解碼處理和 D/A 等。如今，要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音處理有多種渠道，可以選用 專用語(yǔ)音芯片也可以選用單片機(jī)，二者區(qū)別參看表 ，如下： 表 語(yǔ)音處理器件性能對(duì)照表 [2] 所選器件 音質(zhì) 語(yǔ)音播放長(zhǎng)度和段落 價(jià)格 專用語(yǔ)音芯片 好 受限制 較高 單片機(jī) 由 AD、 DA 精度、壓縮算法等決定 由存儲(chǔ)空間決定 有優(yōu)勢(shì) SPCE061A 單片機(jī)具有八路 10 位 ADC 和兩路 10 位 DAC，兩個(gè) 16 位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，內(nèi)置 MIC 放大器和自動(dòng)增益控制（ AGC） 電路， CPU 時(shí)鐘主頻最高達(dá) 49MHz 且具有 DSP 功能，有能力執(zhí)行復(fù)雜壓縮算法。所以在選擇具有語(yǔ)音處理功能單片機(jī)時(shí)， SPCE061A 單片機(jī)可謂是上上之選。 SPCE061A 將 A/D、編碼算法、解碼算法、存儲(chǔ)及 D/A 做成相應(yīng)的模塊，每個(gè)模塊都有其應(yīng)用程序接口 API，要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音處理，只用了解每個(gè)模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能及參數(shù)的內(nèi)容，然后調(diào)用該API 函數(shù)即可。 不同音頻質(zhì)量等級(jí)的編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（頻響）參看表 ，如下： 表 音頻質(zhì)量等級(jí)編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) [2] 信號(hào)類型 頻率范圍（ Hz） 采樣率（ KHz） 量化精度（位） 電話話音 200～ 3400 8 8 寬帶音頻 （ AM 質(zhì)量） 50～ 7000 16 16 調(diào)頻廣播 （ FM 質(zhì)量） 20～ 15K 16 高質(zhì)量音頻 （ CD 質(zhì)量） 20～ 20K 16 凌陽(yáng)音頻壓縮算法處理的語(yǔ)音信號(hào)的范圍是 200Hz～ 的電話話音。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 8 頁(yè) 共 58 頁(yè) 音頻壓縮編碼 音頻壓縮編碼中的數(shù)據(jù)量：（采樣頻率量化位數(shù)） /（字節(jié)數(shù)）聲道數(shù)目 壓縮編碼的目的，通過(guò)對(duì)資料的壓縮，達(dá)到高效率存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換資料的結(jié)果，即在保證一定聲音質(zhì)量的條件下，以最小的資料率來(lái)表達(dá)和傳送聲音信息。 壓縮編碼的必要性，未經(jīng)壓縮編碼的音頻資料量很大，用來(lái)傳輸或存儲(chǔ)是不容易實(shí)現(xiàn)的。所以要通過(guò)對(duì)信號(hào)趨 勢(shì)的預(yù)測(cè)和冗余信息處理，進(jìn)行資料的壓縮，這樣就可以使我們用較少的資源建立更多的信息。 常見(jiàn)的幾種音頻壓縮編碼： （ 1） 波形編碼 [2]，將時(shí)間域信號(hào)直接變換為數(shù)字代碼，盡量真實(shí)地還原波形。波形編碼的基本原理是在時(shí)間軸上對(duì)模擬語(yǔ)音按一定的速率抽樣，然后將幅度樣本分層量化，并用代碼表示。譯 碼是其反過(guò)程，將收到的數(shù)字序列經(jīng)過(guò)譯碼和濾波恢復(fù)成模擬信號(hào)。 （ 2） 參數(shù)編碼 [2]，參數(shù)編碼又稱為聲源編碼，是將信源信號(hào)在頻率域或其它正交變換域提取特征參數(shù)，并將其變換成數(shù)字代碼進(jìn)行傳輸。譯碼為其反過(guò)程，將收到的數(shù)字序列經(jīng)變 換恢復(fù)特征參量，再根據(jù)特征參量重建語(yǔ)音信號(hào)。具體說(shuō)，參數(shù)編碼是通過(guò)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)特征參數(shù)的提取和編碼，盡量保持語(yǔ)音信號(hào)的可懂性，而還原后的波形可能與原波形差別很大。 （ 3） 混合編碼 [2]，將波形編碼和參數(shù)編碼組合起來(lái)，克服了原有波形編碼和參數(shù)編碼的弱點(diǎn)，結(jié)合各自的長(zhǎng)處，盡量保持波形編碼的高質(zhì)量和參數(shù)編碼的低速率。 壓縮分為無(wú)損壓縮和有損壓縮。無(wú)損壓縮一般指磁盤(pán)文件，壓縮比低，一般為：2:1～ 4:1；有損壓縮是指音 /視頻文件，壓縮比可高達(dá) 100:1。凌陽(yáng)音頻壓縮算法根據(jù)不同的壓縮比分為以下幾 種： SACMA20 SACMS480、 SACMS240。三者區(qū)別參看表 ，如下： 表 凌陽(yáng)語(yǔ)音壓縮算法區(qū)別 [2] 凌陽(yáng)音頻壓縮算法 編碼方式 編碼率（ bps） 壓縮比 音質(zhì) SACM_A2020 波形編碼 16K, 20K, 24K 8： 1, 8： , 8： 好 SACM_S480 混合編碼 , 80： 3, 80： 中 SACM_S240 參數(shù)編碼 80： 差 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 9 頁(yè) 共 58 頁(yè) 、錄制、合成和辨識(shí) 要完成語(yǔ)音的播放、錄 制、合成及辨識(shí)等工作，單片機(jī)需要強(qiáng)大的信息處理能力而凌陽(yáng) 16 位 SPCE061A 單片機(jī)則是為此而開(kāi)發(fā)的，其具有 DSP 功能，可處理大量信息， CPU 最高時(shí)鐘頻率可達(dá)到 49MHz，具備運(yùn)算速度高的優(yōu)點(diǎn)。凌陽(yáng)壓縮算法中 SACM_A20 SACM_S480、 SACM_S240 主要是用來(lái)放音，可用于語(yǔ)音提示，而 DVR 則用來(lái)錄音。 口 API 的功能及應(yīng)用 語(yǔ)音和音樂(lè)與我們的生活有著相當(dāng)密切的關(guān)系，而單片機(jī)對(duì)語(yǔ)音的控制如錄放音、合成機(jī)辨識(shí)也廣泛應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)生活中。語(yǔ)音處理大致可以分為 A/D、編碼處理 、存儲(chǔ)、解碼處理以及 D/A 等。然而，通過(guò)麥克風(fēng)輸入所生成的 WAVE 文件，其占用的存儲(chǔ)空間很大，對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)想要存儲(chǔ)大量的信息顯然很不可能實(shí)現(xiàn)的，而凌陽(yáng)的 SPCE061A 所采用的解決辦法即 SACM_LIB，該庫(kù)將 A/D、編碼、解碼、存儲(chǔ)及 D/A 做成相應(yīng)的模塊，對(duì)于每個(gè)模塊都有其應(yīng)用程序接口 API，要實(shí)現(xiàn)某功能，用戶只需了解每個(gè)模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能及其參數(shù)的內(nèi)容，然后調(diào)用該API 函數(shù)即可。 語(yǔ)音識(shí)別 API[2]介紹： BSR _Init Recognizer(int Audio Source)；初始化識(shí)別器 BSR _Train(int Word ID, int Train Mode)；語(yǔ)音訓(xùn)練 BSR _Delete SD Group(int SD Group No)；清除內(nèi)存 BSR _Pause Recognizer()；暫停識(shí)別，但不釋放中斷等資源 BSR _Resume Recognizer()；恢復(fù)被暫停的識(shí)別 BSR _Get Recognizer Score()；獲得識(shí)別結(jié)果的可信度，返回值從 4096到 4096，數(shù)值越大表示輸入語(yǔ)音與特征模型的匹配度越高 BSR _Enable CPU Indicator()；開(kāi)啟 CPU 狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能。開(kāi)啟該功能后，IOA0 和 IOA1 將發(fā)出每 16ms 電平變化一次的方波 BSR _Disable CPU Indicator()；關(guān)閉 CPU 狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能 BSR _Export SD Word(int Command ID)；使用函數(shù)庫(kù)時(shí)，會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)100 Word 的數(shù)組 BSR _SD Model[100]，可以把某條訓(xùn)練命令的特征模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出到這個(gè)數(shù)組中 BSR _Import SD Word(int Command ID)；可以把 BSR _SD Model 數(shù)組中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入為某條語(yǔ)音命令的特征模型 unsigned int BSR _SD Model[]； 配合 BSR _Export SD Word(int Command 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 10 頁(yè) 共 58 頁(yè) ID)與 BSR _Import SD Word(int Command ID)函數(shù)使用，此數(shù)組的作用相當(dāng)于一個(gè)暫時(shí)的存儲(chǔ)區(qū) SACM_480 采用混合編碼方式，壓縮比比較大，存儲(chǔ)容量大，音質(zhì)介于 A2020和 S240 之間，適用于語(yǔ)音播放，如電子詞典詞庫(kù)等，所以本文采用了該算法，以下就 SACM_480 算法具體介紹其 API 函數(shù)的格式、功能、參數(shù)、返回值、備注 。 其相關(guān) API 函數(shù)如下所示： 1） API 格式 [2]： C： int SACM_S480_Initial(int Init _Index) ASM： R1=[ Init _ Index] Call F_ SACM_ S480_Initial 功能說(shuō)明： SACM_480 語(yǔ)音播放之前的初始化。 參數(shù)： Init _ Index=0：手動(dòng)方式 Init _ Index=1：自動(dòng)方式。 返回值： 0：語(yǔ)音模塊初始化失敗。 1：語(yǔ)音模塊初始化成功。 備注： 該函數(shù)用于對(duì)定時(shí)器、中斷和 DAC 等的初始化。 2） API 格式 [2]： C： void SACM_S480_ServiceLoop(void) ASM： Call F_ SACM_S480_ServiceLoop 功能說(shuō)明：從資源中獲取 SACM_S480 語(yǔ)音資料，并將其填入解碼隊(duì)列中。 參數(shù)： 無(wú) 返回值： 無(wú) 備注： 播放語(yǔ)音文件中數(shù)據(jù)，當(dāng)出現(xiàn) FF FF FFH 數(shù)據(jù)時(shí)便停止播放。 3） API 格式 [2]： C： int SACM_S480_Play(int Speech _Index, int Channel, int Ramp _Set) ASM： R1=[ Speech _Index] R2=[ Channel] R3=[ Ramp _Set] Call SACM_S480_Play 功能說(shuō)明： 播放資源中 SACM_480 語(yǔ)音。 參數(shù)： Speech _Index：語(yǔ)音索引號(hào)。 Channel： 1. 通過(guò) DAC1 通道播放。 2. 通過(guò) DAC2 通道播放。 3. 通過(guò) DAC1 和 DAC2 雙通道播放。 Ramp _Set： 0. 禁止音量增 /減調(diào)節(jié)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 11 頁(yè) 共 58 頁(yè) 1. 僅允許音量增調(diào)節(jié)。 2. 僅允許音量減調(diào)節(jié)。 3. 允許音量增 /減調(diào)節(jié)。 返回值： 無(wú) 備注： ⑴ SACM_S480 的數(shù)據(jù)率有 \ 兩種，可在同一模塊的幾種算法中自動(dòng)選擇一種。 ⑵ Speech _Index 是定義在 文件中資源表的偏移地址。 ⑶ 中斷服務(wù)子程序中 F_FIQ_Service_SACM_S4800 必須放在TMA_FIQ 中斷向量上。 4） API 格式 [2]： ASM： Call F_FIQ_Service_SACM_S480 功能說(shuō)明：用作 SACM_S480 語(yǔ)音背景程序的中斷服務(wù)子程序。通過(guò)前臺(tái)子程序（自動(dòng)方式的 SACM_S480_ServiceLoop 及手動(dòng)方式 SACM_S480_Decode）進(jìn)行語(yǔ)音信息編碼，然后將其送入DAC 通道播放。 參數(shù)： 無(wú) 返回值：無(wú) 備注： SACM_S480 語(yǔ)音背景子程序只有匯編指令形式，且應(yīng)該將此程序安置在 TMA_FIQ 中斷源上。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 12 頁(yè) 共 58 頁(yè) 3 系統(tǒng) 硬件 方案設(shè)計(jì) 方案 總體 介紹 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 示 。 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)組成主要包括以下兩部分： SPCE061A 精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板、語(yǔ)音小車控制電路板。 圖中的語(yǔ)音輸入部分 MIC_ IN、按鍵輸入 KEY、聲音輸出部分的功率放大環(huán)節(jié)等已經(jīng)做到了精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板 ——61 板上，為我們使用提供了很大的方便。在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方面，采用全橋驅(qū)動(dòng)技術(shù)，利用四個(gè) I/O 端口分為兩組分別實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)的正傳、反轉(zhuǎn)和停三態(tài)運(yùn)行。 小車的運(yùn)動(dòng)控制采用語(yǔ)音控制和中斷定時(shí)控制相結(jié)合，通過(guò)語(yǔ)音觸發(fā)小車動(dòng)作，小車動(dòng)作之后，隨時(shí)可以通過(guò)語(yǔ)音指令改變小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在每一次動(dòng)作觸發(fā)的同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，如果小車由于某些原因不能正常的接收語(yǔ)音指令，則只要定時(shí)時(shí)間到，中斷服務(wù)程序會(huì)發(fā)出指令讓小車停下來(lái)。 小車驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般利用現(xiàn)成的玩具小車上的配套直流電機(jī)?？?慮到小車必須能夠前進(jìn)、倒退、停止，并能靈活轉(zhuǎn)向，在左右兩輪各裝一個(gè)電機(jī)分別進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。當(dāng)左輪電機(jī)轉(zhuǎn)速高于右輪電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)小車向右轉(zhuǎn)，反之則向左轉(zhuǎn)。為了能控制車輪的轉(zhuǎn)速，可以采取 PWM 調(diào)速法，即由單片機(jī)的 IOB IOB9 輸出一系列頻率固定的方波，再通過(guò)功率放大來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在單片機(jī)中編程改變輸出方波的占空比就可以改變加到電機(jī)上的平均電壓，從而可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。左右輪兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的配合就可以實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、倒退、轉(zhuǎn)彎等功能。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告用紙 第 13 頁(yè) 共 58 頁(yè) 61 板最小系統(tǒng) SPCE061A 最小系統(tǒng)中，包括 SPCE061A 芯片及其外圍的基 本模塊，其中外圍的基本模塊有：晶振輸入模塊（ OSC）、鎖相環(huán)外圍電路（ PLL）、復(fù)位電路（ RESET）、指示燈（ LED）等 。 61 板芯片電路圖如圖 所示。它有 84 引腳并提供 32 個(gè) IO 口，IOA0IOA15,IOB0IOB15 全部引出。 圖 芯片電