【文章內(nèi)容簡介】 沖都有一定的寬度，這就會使恢復的模擬信號的高頻特性產(chǎn)生失真，這種效應(yīng)稱為孔徑效應(yīng)。實驗證明，當取樣脈沖寬度為取樣周期的1/4時，,人耳對它不能察覺到，不會成為問題。[1][3]（1）量化的概念將模擬信號的取樣值，經(jīng)“四舍五入”的方法轉(zhuǎn)換成一種數(shù)字信號的過程稱為量化。在數(shù)字語音技術(shù)中，我們采用二進制表示一個數(shù)，即用“1”“0”來表示一個數(shù)，逢2進1，用電路的接通和斷開即可實現(xiàn)。采用二進制時的有效位數(shù)稱為比特數(shù)或位數(shù)，在進行舍入運算的過程中會產(chǎn)生舍入誤差。由取樣定理知道，如果取樣頻率能滿足這個定理，就會完全恢復原波形，但要真正完全恢復原波形，則需要無窮多位數(shù)。在通常的數(shù)字系統(tǒng)中，每個取樣點都會產(chǎn)生舍入誤差，并且存在與這種舍入誤差相應(yīng)的失真和噪聲，稱為量化噪聲或量化失真。量化階 梯數(shù)，或量化級數(shù)，是指量化所能取值的數(shù)目。以二進制量化時，位數(shù)越多，量化階梯數(shù)也就越多，16位的量化階梯數(shù)為65536個，量化誤差己很小。對于量化階梯相等的量化方法稱為線性量化或均勻量化，不相等則稱為非線性量化或不均勻量化。均勻量化的量化噪聲也是恒值，因此信號幅度大時，信噪比高。信號幅度小時，信噪比低，噪聲較明顯。非均勻量化在信號幅度小的時候，量化階梯高度也小，信噪比可以較好。信號幅度大的部分，量化階梯高度也大，雖然量化噪聲大，但由于人耳的掩蔽效應(yīng)，對信號幅度大時增大的噪聲會感覺不出來。 可以看出，對于普通語音，量化精度選取8位就可以滿足數(shù)字化語音質(zhì)量的要求，因此本系統(tǒng)的量化位數(shù)就選取8位。2量化噪聲 （）當聲噪信號為正弦波時，并且峰峰值為1，則在單位負載上的功率S為 ()于是，可以算出以dB表示的信噪比為 ()可見，量化比特數(shù)M越大，信噪比越好。量化噪聲是均勻分布在0fs/2的頻帶中，另外量化噪聲的振幅為常數(shù)，它等于△，不隨信號大小而改變，因而當信號很大時，系統(tǒng)的信噪比很高。但當信號很小時，則量化噪聲對系統(tǒng)的音質(zhì)影響就將十分明顯。量化噪聲的減低對于量化噪聲可采用在信號中加給高頻抖動信號的方法，量化后，再減去高頻抖動信號，而使量化噪聲白噪聲化。量化噪聲隨量化比特數(shù)增大而相應(yīng)減小，但不能減為零。量化噪聲是不同于白噪聲(即等帶寬能量相等的噪聲)的一種高頻噪聲，它是由比較少的孤立頻譜重疊而成的噪聲。因此在聽感上與白噪聲不同，是一種較粗糙的、刺耳的、稱為顆粒性噪聲的聲音?？梢詫⒁环N稱為高頻脈動的、與量化階梯高度相等的小振幅白噪聲與信號重疊，經(jīng)量化后，顆粒性噪聲即被白噪聲化，使聽感變好。理論上將與量化階梯高度v相等的均勻分布的高頻抖動在量化前先與信號相重疊，量化后再將高頻抖動除去，量化噪聲就成為寬度為V、電功率v2/12的均勻分布的白噪聲。另外 ，還可由過取樣減低量化噪聲，利用非均勻量化的輸入輸出特性也可減低量化噪聲。[1][3]二進制使用“0”或“1”兩個數(shù)字，逢二進一，用二進制數(shù)表示某一數(shù)值時，這一二進制數(shù)稱為字，這種表示過程稱為二進制編碼。常用的各種二進制碼有自然二進制碼、偏移二進制碼、2的補碼、偏移反射二進制碼和折疊二進制碼。將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)碼，然后再轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)字信號的方法稱為脈沖編碼調(diào)制(PCM)，冠以脈沖是因為轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號以脈沖形式出現(xiàn)。、糾錯及模擬信號的恢復[1]數(shù)字信號在傳輸或記錄過程會產(chǎn)生誤碼，根據(jù)產(chǎn)生的狀態(tài)，誤碼可分為隨機性誤碼和突發(fā)性誤碼兩類。隨機性誤碼是指彼此孤立的誤碼，突發(fā)性誤碼是指彼此連續(xù)的集中誤碼。為了避免重放已記錄的數(shù)字信號時，由于各種原因所造成的連續(xù)的突發(fā)性誤碼影響重放，采取在記錄時改變數(shù)字信號的順序，重放時再按原來順序重排回來的措施稱為交織。經(jīng)過交織，可以將記錄媒質(zhì)上所產(chǎn)生的突發(fā)性誤碼，在信號恢復為原來順序后被分散開形成隨機性誤碼，以便于采取措施進行糾錯。常用的檢錯和糾錯方法有:奇偶校驗碼、交叉交織碼、循環(huán)冗余校驗碼和鄰接碼。數(shù)字信號經(jīng)反交織、糾錯碼處理和D/A變換后，還要經(jīng)窗口電路和低通濾波器才能恢復為模擬信號。（1）窗口電路D/A 變換器的輸出信號需饋送到一個窗口電路，窗口電路是由一個模擬開關(guān)和兩個緩沖放大器組成。因為D/A變換器的輸出信號必須經(jīng)過一定時間后才能達到穩(wěn)定值，利用來自模擬開關(guān)的控制信號，可在波形穩(wěn)定后讀出電壓值，輸出PAM信號。（2）解調(diào)低通濾波器當窗口電路輸出的PAM信號，如果設(shè)計得使下一個脈沖正好在上一則通過低通濾波器后的脈沖串可變?yōu)楦鱾€脈沖響應(yīng)的合成波，重現(xiàn)出原信號的波形。第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計在前一章介紹的數(shù)字錄音原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際的情況和需要，從系統(tǒng)的任務(wù)和要求入手，開始對系統(tǒng)進行總體設(shè)計。嵌入式數(shù)字錄音系統(tǒng)應(yīng)由下面各部分組成。放大濾波采樣保持A/ D單片機存儲器D/A窗口電路濾波放大輸入輸出電壓調(diào)整+3V5V輸入+5V 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖本嵌入式數(shù)字錄音系統(tǒng)采用包含有AD與DA電路的單片機來實現(xiàn)模擬信號和數(shù)字信號的相互轉(zhuǎn)換，因此不需要再另外設(shè)計專門的AD與DA變換電路，其中單片機中的DA變換己實現(xiàn)窗口電路的功能，所以本系統(tǒng)也無需再設(shè)計窗口電路。在語音信號從駐極體麥克風進入通用單片機之前，應(yīng)該進行信號的放大和濾波處理，所以應(yīng)有相應(yīng)的輸入電路和器件。同樣在放音的時候，信號經(jīng)過DA變換后，也要經(jīng)過濾波和放大處理，最后通過揚聲器將語音播放出來。為了保證錄音時間滿足要求，本系統(tǒng)連接了一片F(xiàn)lash Memory來存儲語音文件和其它的相關(guān)參數(shù)。Flash Memory又稱閃爍存儲器、快閃存儲器，是一種高密度低成本的大容量新型半導體存儲器，由于Flash Memory斷電后數(shù)據(jù)不會丟失，同時它的容量較大，錄音可達到40多分鐘的時間。因此，F(xiàn)lash Memory是實現(xiàn)本系統(tǒng)各種功能的保證，也是系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一?？紤]到應(yīng)對本數(shù)字錄音系統(tǒng)進行控制，以實現(xiàn)錄放音等操作，所以本系統(tǒng)設(shè)計了TTL232接口與PC機相連，PC機發(fā)送相應(yīng)的指令控制單片機進行不同的操作。本系統(tǒng)主要由通用單片機、一片F(xiàn)lash Memory,輸入信號放大電路和輸出信號電路組成，通過TTL232接口與PC機相連，當PC機發(fā)出相應(yīng)的指令，系統(tǒng)可執(zhí)行相應(yīng)的操作，這些操作包括:錄音開始、錄音結(jié)束、放音開始、中斷放音、傳送文件、擦除塊、讀取系統(tǒng)參數(shù)、讀取列表區(qū)數(shù)據(jù)[6]。： 輸入 輸出 PC機 TTL232接口 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖輸入電路Flash MemoryCPU輸出電路在錄音時，聲音信號放大后通過AD管腳進入單片機，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)被存儲在Flash Memory 中，放音時單片機將存儲在Flash Memory中的語音數(shù)字信號(可以是錄音數(shù)字文件數(shù)據(jù)，也可以是固定的語音文件數(shù)據(jù))。經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換后再經(jīng)DA管腳輸出，經(jīng)輸出電路通過揚聲器將聲音播放出來。錄音的命令格式是:RECORD[文件名]，[日期]，[時間]，[格式]。錄音結(jié)束的命令格式是:END。放音的命令格式是:PLAY[文件名]，[日期]，[時間]，[格式]。中斷放音的命令格式是:STOP。傳送文件是將特定語音的語音文件從PC機通過TTL232串口傳入Flash Memory中，當播送特定的語音時，可以將這些固定語音的語音文件進行拼接，然后播放出來。擦除塊是將Flash Memory中存儲的某些數(shù)據(jù)刪掉，以寫入新的數(shù)據(jù)。讀取系統(tǒng)參數(shù)是將Flash Memory中存儲的諸如版本號、日期、錄音區(qū)和放音區(qū)開始地址、總長度、首尾指針以及錄音最大長度、格式等系統(tǒng)信息通過TTL232串口傳送至PC機以備察看和使用。讀取系統(tǒng)參數(shù)的命令格式是:READ。由于列表區(qū)存儲的是語音文件的信息，如:文件名、日期、時間、起始地址、長度和格式，所以讀取列表區(qū)數(shù)據(jù)就是將這些信息通過TTL232串口傳送至PC機，使用戶可以了解文件的各種信息以及存儲區(qū)的使用情況。讀取列表區(qū)參數(shù)的命令格式是:LIST1/2。系統(tǒng)在實現(xiàn)錄放音的功能時。在輸入錄音命令和文件名等參數(shù)之后，系統(tǒng)開始錄音，輸入停止錄音命令或錄音時間達到預設(shè)值后，系統(tǒng)即停止錄音。在播放語音文件時，只要輸入放音命令和要播放的連續(xù)文件名即可，可以中斷正在播放的語音來進行其它的操作。 C8051F020簡介[5] 微處理器本系統(tǒng)中選擇Cygnal公司的C8051F系列，原因是:C8051F系列單片機有豐富的模擬和數(shù)字資源，并采用了一些在單片機中前所未有的新技術(shù)，在CPU的內(nèi)部和外部有幾項關(guān)鍵性的改進，提高了整體性能，更易于在最終應(yīng)用中使用。它有如下的優(yōu)點:（1） 高速的CIP51內(nèi)核。為了提升速度，DALLAS公司PHILIPS公司采用傳統(tǒng)的改變總線速度的方法，將機器周期從12個縮短到4個和6個，速度提升有限。C8051F單