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正文內(nèi)容

基于單片機(jī)數(shù)碼錄音與播放系統(tǒng)(編輯修改稿)

2025-07-24 23:09 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 寫保護(hù)流程圖 擦除流程圖 頁寫流程圖和寫結(jié)束判斷流程圖 頁寫流程圖 寫結(jié)束判斷流程圖第八節(jié) 單片機(jī)與外部儲(chǔ)存器連接電路: 外擴(kuò)連接圖第九節(jié) 本章小結(jié)本章通過對(duì)本次設(shè)計(jì)的硬件的介紹和電路原理圖的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的數(shù)碼錄音與播放系統(tǒng)的硬件的搭建。首先,先對(duì)凌陽單片機(jī)的特點(diǎn)、性能和結(jié)構(gòu)模塊的介紹,體現(xiàn)了凌陽單片機(jī)在做語音的錄放音方面的優(yōu)勢(shì);其次,對(duì)凌陽單片機(jī)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹,對(duì)凌陽單片機(jī)有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí);然后,開始對(duì)硬件電路設(shè)計(jì),包括了時(shí)鐘電路和復(fù)位電路、按鍵電路這些基本的最小系統(tǒng)硬件搭建電路圖,對(duì)MIC錄音電路、DAC放音電路、外圍擴(kuò)展儲(chǔ)存器W29C040的介紹和連接電路的設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)當(dāng)中非常核心的部分,它們的設(shè)計(jì)的成功標(biāo)志著數(shù)碼錄放音功能在硬件上的實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)核心部分時(shí),遇到了一些問題,比如,再設(shè)計(jì)MIC電路圖時(shí),對(duì)選擇什么樣的元件來搭建,參考了不同的書籍,各種書籍有幾種不同的設(shè)計(jì)方法,考慮到使用性和常見性選擇了上述的方案,而在設(shè)計(jì)DAC電路時(shí),在選擇放大器時(shí),為了讓放音的效果更好,放棄了LM386放大器,而是選擇了凌陽公司生產(chǎn)的可以使聲音更加清晰的SPY0030這一款語音放大器,選擇喇叭時(shí),選取了大于8歐姆的揚(yáng)聲器??傊?,選擇最優(yōu)化的方案來實(shí)現(xiàn)硬件方面的設(shè)計(jì)。 第四章 單片機(jī)的錄放音軟件設(shè)計(jì)錄音是對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采集,經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后,編碼儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器當(dāng)中;放音是把數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器當(dāng)中取出并解碼,然后D/A轉(zhuǎn)換,經(jīng)過放大器,傳送到揚(yáng)聲器輸出。音頻的編碼和解碼是進(jìn)行語音處理非常重要的理論。 第一節(jié) 凌陽音頻的介紹一、音頻概述日常我們說的人能夠正常聽到聲音的頻率范圍20Hz20kHz,也就是我們說的音頻范圍。低于20 Hz是次聲波,高于20kHz是高聲波。我們能聽到聲音的范圍,分為語音信號(hào)、聲音波形信號(hào)和音樂信號(hào)三種。其中波形聲音是自然界中的聲音,是聲音數(shù)字化的基礎(chǔ)。通常語音也可以表示波形聲音,至于波形聲音表示不出聲音信號(hào)的內(nèi)涵,因?yàn)檎Z音是一種抽象的信號(hào),是語音的載體,是人類信息交流的系統(tǒng),是社交的一種工具。而至于音樂更是高級(jí)的聲音信息,它使聲音符號(hào)化,但是也不能符號(hào)化所有的聲音信息。二、數(shù)字音頻的采樣和量化因?yàn)橐纛l信號(hào)是模擬的信號(hào),是連續(xù)的信號(hào),而現(xiàn)在計(jì)算機(jī)是采用的數(shù)字算法,所以要將模擬的音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理。把模擬化的信號(hào)數(shù)字化,采用的方式有很多種,如今,使用的最多的一種方法是將信號(hào)的波形采用A/D算法進(jìn)行處理,采用的方式有幾種,如波形編碼、參量編碼等。將音頻模擬信號(hào)數(shù)字化分為兩個(gè)方面,一是采樣,二是量化。當(dāng)然,也包括聲道的數(shù)目、音頻設(shè)備質(zhì)量等。三、音頻格式音頻文件通常分為兩類:聲音文件和MIDI文件。 聲音文件通過聲音錄入設(shè)備進(jìn)行錄制原始的聲音信號(hào),直接記錄了真實(shí)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件比較大。聲音文件的格式包含的形式很多,有WAVE文件、AIFF文件、AUDIO文件、MPEG文件、REALAUDIO文件等,現(xiàn)在使用最多是WAVE文件和MPEG文件,其他文件也經(jīng)常使用。MIDI文件:MIDI是躍起數(shù)字接口的英文縮寫,它是一種音樂演奏指令序列,相當(dāng)于樂譜,可以利用聲音輸出設(shè)備或與計(jì)算機(jī)相連的電子樂器進(jìn)行演奏,由于不包含聲音數(shù)據(jù),文件較小。相對(duì)于保存真實(shí)數(shù)據(jù)的聲音文件,MIDI顯得更加緊湊。四、語音壓縮編碼基礎(chǔ)語音壓縮編碼中的數(shù)據(jù)量的表達(dá)式是指:數(shù)據(jù)量=[(采樣頻率量化位數(shù))/8] 聲道數(shù)目。壓縮編碼的目的是通過對(duì)數(shù)據(jù)的壓縮,達(dá)到高效率儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的目的。即是在保證一定音質(zhì)的情況下,以最小的數(shù)據(jù)量來表達(dá)和傳送聲音數(shù)據(jù)。實(shí)際上音頻數(shù)據(jù)量比較大,直接進(jìn)行傳輸和儲(chǔ)存是比較不現(xiàn)實(shí)的,我們要對(duì)信號(hào)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)和冗余信息處理進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮,這樣可以減少對(duì)資源傳輸?shù)臅r(shí)間的和對(duì)儲(chǔ)存更多的語音數(shù)據(jù)。采用壓縮編碼的技術(shù)可以既保證對(duì)音頻的原始聲音的保持同時(shí)也保證了對(duì)數(shù)據(jù)傳輸和儲(chǔ)存容量的要求。比如沒有經(jīng)過壓縮編碼的一張CD錄制一分鐘的歌曲需要占用Mb,如果對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼,先對(duì)其采樣后進(jìn)行編碼,儲(chǔ)存容量減小了一半,采用不同的編碼技術(shù)可以壓縮到更小。常見的幾種音頻壓縮編碼波形編碼所謂波形編碼是把時(shí)間域信號(hào)直接變換為數(shù)字代碼,使現(xiàn)在生產(chǎn)的波形保持原來波形的圖像。波形編碼的原理是在時(shí)間軸上對(duì)模擬語音信號(hào)按一定的速率抽樣,然后按幅度樣本量化、編碼。譯碼則是將數(shù)字序列經(jīng)過譯碼和濾波恢復(fù)成模擬信號(hào),是編碼的逆過程。特點(diǎn)就是語音質(zhì)量高、數(shù)碼率高,適合高保真音樂和語音場(chǎng)合。如脈沖編碼調(diào)制PCM、差值脈沖編碼調(diào)制DPCM、自適應(yīng)傳輸編碼ATC等。參量編碼參量編碼是叫聲源編碼,是將信源信號(hào)在頻率域或者其他正交變換域提取特征參數(shù),并將其變成數(shù)字代碼進(jìn)行儲(chǔ)存和傳輸?shù)倪^程。它是在同原始語音數(shù)據(jù)有很大變化的情況下,對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行提取特征參數(shù)和編碼重建語音信號(hào),譯碼是其逆過程。參量編碼的比特率可以壓縮到2~,甚至更低,但是語音質(zhì)量只能達(dá)到中等,特點(diǎn)就是壓縮比大,計(jì)算量大、傳輸時(shí)間短、儲(chǔ)存容量大,音質(zhì)一般。如線性預(yù)測(cè)編碼LPC等?;旌暇幋a混合編碼是將波形編碼技術(shù)和參量編碼技術(shù)結(jié)合使用的技術(shù)。計(jì)算機(jī)的發(fā)展為語音編碼技術(shù)的研究提供了強(qiáng)有力的工具,超大規(guī)模的集成電路也為語音編碼技提供了技術(shù)支持?;旌暇幋a是將波形編碼和參量編碼結(jié)合起來,結(jié)合了參量編碼和波形編碼的優(yōu)點(diǎn),即波形編碼的語音質(zhì)量高、數(shù)碼率高的特點(diǎn)和參量編碼的儲(chǔ)存空間和傳輸時(shí)間短的特點(diǎn),當(dāng)然也克服了它們的缺點(diǎn)。如多脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼MPLPC、碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼CELP等??傊纛l壓縮編碼技術(shù)發(fā)展趨勢(shì):(1)、降低數(shù)據(jù)率,提高壓縮比,用于廉價(jià)的低保真場(chǎng)合。如電話、機(jī)器提示音等。(2)、實(shí)現(xiàn)高保真復(fù)雜的壓縮技術(shù),用于對(duì)高保真需求較多的場(chǎng)合。如CD、音樂等。而凌陽單片機(jī)的錄放音的編碼/解碼是靠調(diào)用庫函數(shù)來完成的,我們只需完成數(shù)據(jù)的存入和讀出即可。第二節(jié) 凌陽音頻編碼算法一、壓縮編碼的標(biāo)準(zhǔn)不同的頻率影響著不同的編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的音頻質(zhì)量。凌陽音頻壓縮算法處理的語音信號(hào)頻率范圍為200Hz~~。: 壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)類型頻率范圍/Hz采樣頻率/kHz量化精度/位電話話音200~340088寬帶音頻50~70001616調(diào)頻廣播20~14k16高質(zhì)量音頻20~20k16二、壓縮分類壓縮一般分為有損壓縮和無損壓縮兩類。無損壓縮一般是指磁盤文件,壓縮比比較低(2:1~4:1);有損壓縮是指語音、視頻文件,因?yàn)橐笮畔⒘看?,壓縮比比較高(100:1)。凌陽音頻壓縮算法根據(jù)不同的壓縮比可以分為以下幾種(以壓縮8KB 16位的WAVE文件為例):SACM_A2000壓縮比為8:1,8:,8:;SACM_S480的壓縮比為80:3,80:;SACM_S240的壓縮比為80:。音質(zhì)排序?yàn)椋篈2000S480S240。三、常用的音頻形式和壓縮算法波形編碼波形編碼采用帶編碼技術(shù)的壓縮算法SACM_A2000。特點(diǎn)為語音質(zhì)量高,編碼率高,適用于高保真語音和音樂。參量編碼參量編碼采用壓縮算法SACM_S240。特點(diǎn)為壓縮比高,計(jì)算量大,音質(zhì)一般,價(jià)格便宜。混合編碼混合編碼采用壓縮算法SACM_S480。特點(diǎn)是彌補(bǔ)了波形編碼和參量編碼的缺點(diǎn),當(dāng)然也保留了它們的優(yōu)點(diǎn)。除此之外,還具有FM音樂合成式即SACM_MS01。凌陽單片機(jī)SPCE061A是16位的單片機(jī),具有DSP功能,有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和最高時(shí)鐘頻率可以達(dá)到49MHz,具有運(yùn)算速度高等一些列又是,這無疑為語音的錄制、播放、合成和識(shí)別帶來了不可逾越的優(yōu)勢(shì)。在凌陽單片機(jī)當(dāng)壓縮算法中,SACM_A2000、SACM_S480、SACM_S240適合用于錄音,可以應(yīng)用于語音提示;而DVR算法則可以用來錄音、放音,本次設(shè)計(jì)就是選擇DVR算法來編程設(shè)計(jì)的。四、程序接口介紹語音在社會(huì)生活當(dāng)中占據(jù)非常重要的地位,它可以為我們生活帶來樂趣。單片機(jī)對(duì)語音的控制如錄放音的技術(shù)廣泛的應(yīng)用到我們的生活當(dāng)中,語音處理分為A/D編碼處理、存儲(chǔ)解碼處理和D/A轉(zhuǎn)換等,A/D轉(zhuǎn)換編碼解碼D/A轉(zhuǎn)換存儲(chǔ) 語音處理由于MIC麥克風(fēng)生成的WAVE文件占用的儲(chǔ)存空間量比較大,對(duì)于單片機(jī)來說存儲(chǔ)這樣大容量的文件是不現(xiàn)實(shí)的,為了避免單片機(jī)的不足之處,凌陽公司提出了一個(gè)解決方案,那就是建立了SACMLIB庫及相應(yīng)的應(yīng)用程序接口API函數(shù)。將A/D編碼、解碼、儲(chǔ)存和D/A轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模塊,每個(gè)模塊都有API,我們只需知道每個(gè)API應(yīng)用程序接口的功能和其參數(shù)內(nèi)容,然后調(diào)用該API函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)其功能。五、相關(guān)API介紹SACMDVR具有語音的錄音和播放的功能,采用的算法是SACM_A2000,錄音時(shí)采用8K采樣率和16K數(shù)據(jù)率來獲取語音資源,經(jīng)過A2000壓縮后儲(chǔ)存在擴(kuò)展的外部儲(chǔ)存器W29C040的空間當(dāng)中,錄完后在從其中取出來用于放音。下面介紹SACMDVR的API函數(shù)。int SACM_DVR_Initial(int Init_Index)//初始化void SACM_DVR_ServiceLoop(void)//獲取資料,填入譯碼隊(duì)列void SACM_DVR_Encode(void)//錄音SACM_DVR_StopEncode(void)//停止編碼SACM_DVR_InitEncode(RceMonitorOn) //初始化編碼器void SACM_DVR_Stop(void) //停止錄音void SACM_DVR_Play(void) //開始播放unsigned int SACM_DVR_Status(void) //獲取SACM_DVR模塊的狀況void SACM_DVR_InitDecoder(void) //開始譯碼void SACM_DVR_Decode(void)//獲取語音資料并譯碼,中斷播放SACM_DVR_StopDecode(void)//停止解碼unsigned int SACM_DVR_TestQueue(void) //獲取語音隊(duì)列狀態(tài)int SACM_DVR_FetchQueue()//獲取錄音編碼程序void SACM_DVR_FillQueue(unsigned int encodeddata) //填充資料到語音隊(duì)列,等待播放int GetResource(long Address)//從資源里獲取一個(gè)字型語音資料中斷服務(wù)函數(shù):Call F_FIQ_Service_ SACM_DVR//playingCall F_IRQ1_Service_ SACM_DVR//recode 具體的函數(shù)解釋如下: 【API格式】C:int SACM_DVR_Initial(int Init_Index)ASM:R1=[ Init_Index]Call F_SACM_DVR_Initial【功能說明】SACM_DVR語音播放前的初始化:設(shè)置中斷源、播放方式和定時(shí)器【參數(shù)】Init_Index=0表示手動(dòng)方式;Init_Index=1表示自動(dòng)方式?!痉祷刂怠繜o【備注】對(duì)于SACM_DVR這個(gè)模塊,需要利用I/O口來連接外部的儲(chǔ)存器,用來存放錄音資料。錄放音的格式采用SACM_A2000?!続PI格式】C:void SACM_DVR_ServiceLoop(void)ASM: Call F_SACM_DVR_ ServiceLoop【功能說明】在錄音期間從ADC通道獲取語音數(shù)據(jù)信息,并以SACM_A2000的算法對(duì)其進(jìn)行編碼后存入外接儲(chǔ)存器SRAM中;在播放期間從SRAM中獲取語音資料,并對(duì)其解碼,然后在等待中斷程序?qū)⑵渌统鼋oDAC通道?!緟?shù)】無【返回值】無【API格式】C:void SACM_DVR_Encode(void)ASM: Call F_SACM_DVR_ Encode【功能說明】開始以自動(dòng)方式錄制語音資料到外部儲(chǔ)存器SRAM當(dāng)中?!緟?shù)】無【返回值】無【API格式】C:void SACM_DVR_Stop(voidASM: Call F_SACM_DVR_ Stop【功能說明】開始以自動(dòng)方式停止?!緟?shù)】無【返回值】無【API格式】C:int SACM_DVR_Play (int Speech_Index,int Channel,int Ramp_Set);ASM: Call F_SACM_DVR_ Play【功能說明】開始以自動(dòng)方式獲取外部儲(chǔ)存器SRAM的語音數(shù)據(jù)資料?!緟?shù)】無【返回值】無【API格式】C:unsigned int SACM_DVR_Status(void)ASM: Call F_SACM_DVR_ Status【功能說明】開始以自動(dòng)方式停止?!緟?shù)】無【返回值】無【API格式】C:void SACM_DVR_InitDecode (int Channel) ASM: Call F_SACM_DVR_ Decode【功能說明】開始對(duì)SACM_DVR語音資料以非自動(dòng)方式進(jìn)行譯碼。【參數(shù)】channel=1,2,3:分別表示使用DACDAC2信道以及DAC1和DA
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