單片機(jī)語(yǔ)音合成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-26 21:22 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 kbit以上的存儲(chǔ)量）。當(dāng)然，可以使用波形編碼技術(shù)（如ADPCM，APC等）壓縮一些存儲(chǔ)量，為此在合成時(shí)要進(jìn)行譯碼處理。如果使用大的語(yǔ)音單元作為基本存儲(chǔ)單元，例如詞組或句子，能夠合成出高質(zhì)量的語(yǔ)句，但需要很大的存儲(chǔ)空間。這種方法在自動(dòng)報(bào)時(shí)、報(bào)號(hào)、報(bào)站及報(bào)警中應(yīng)用較多。（2）參數(shù)合成法進(jìn)行壓縮存儲(chǔ)的進(jìn)一步發(fā)展是參數(shù)合成形式。參數(shù)合成法也稱為分析合成法，是一種比較復(fù)雜的方法。為了節(jié)約存儲(chǔ)容量，必須先對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行分析，提取出語(yǔ)音的參九，以壓縮存儲(chǔ)量。最常用的方法是提取PARCOR（偏自相關(guān)）系數(shù)和LPC、LSP系數(shù)，而由人工控制這些參數(shù)的合成。實(shí)現(xiàn)合成的方法，則因線性預(yù)測(cè)系數(shù)、共振峰參數(shù)等而各不相同。當(dāng)然，這種方法在抽取參數(shù)或編碼過(guò)程中難免存在逼近誤差，所以合成語(yǔ)音質(zhì)量（清晰度等）也就比波形合成法要差。這種方法采用聲碼器技術(shù)，以高效的編碼來(lái)減少存儲(chǔ)空間，但這是以犧牲音質(zhì)為代價(jià)的，使合成語(yǔ)音的音質(zhì)欠佳。這種語(yǔ)音合成又稱為“終端模擬合成”，因?yàn)樗皇窃谧V特性的基礎(chǔ)上來(lái)模擬聲道的輸出語(yǔ)音，而不考慮內(nèi)部發(fā)音器官是如何運(yùn)動(dòng)的。（3）規(guī)則合成法這是一種高級(jí)的合成方法。規(guī)則合成法通過(guò)語(yǔ)音學(xué)規(guī)則產(chǎn)生語(yǔ)音。合成的詞匯表不事先確定，系統(tǒng)中存儲(chǔ)的是最小的語(yǔ)音單位（如音素或音節(jié)）的聲學(xué)參數(shù)，以及由音素組成音節(jié)、由音節(jié)組成詞、由詞組成句子以及控制音調(diào)、輕重等韻律的各種規(guī)則。給出待合成的字母或文字后，合成系統(tǒng)利用規(guī)則自動(dòng)地將它們轉(zhuǎn)換成連續(xù)的語(yǔ)音聲波。這種方法可以合成無(wú)限詞匯的語(yǔ)句，存儲(chǔ)量比參數(shù)合成法更小，但音質(zhì)也更難得到保證。這種以最小單位進(jìn)行合成的方法是極其復(fù)雜的研究課題。上面介紹人的語(yǔ)音合成方法實(shí)質(zhì)上并未解決機(jī)器說(shuō)話的問(wèn)題，因?yàn)槠浔举|(zhì)上只是一個(gè)聲音還原過(guò)程。語(yǔ)音合成的最終目的是使機(jī)器像人一樣說(shuō)話，或者說(shuō)計(jì)算機(jī)模仿人類說(shuō)話。根據(jù)先前介紹的語(yǔ)音產(chǎn)生過(guò)程，可以設(shè)想在機(jī)器中首先形成講話內(nèi)容，它一般以表示信息的字符代碼形式存在；然后按照復(fù)雜的語(yǔ)言規(guī)則，將信息的字符代碼的形式，轉(zhuǎn)換成由發(fā)音單元組成的序列，同時(shí)檢查內(nèi)容的上下文，決定聲調(diào)、重音，必要的停頓以及陳述、命令、疑問(wèn)等語(yǔ)氣，并給出相應(yīng)的符號(hào)代碼表示。根據(jù)這些符號(hào)代碼，按照發(fā)音規(guī)則生成一組隨時(shí)間變化的參數(shù)序列，去控制語(yǔ)音合成器發(fā)出語(yǔ)音，猶如人腦中形成的神經(jīng)命令，以脈沖形式向發(fā)音器官出指令，使舌、唇、聲帶、肺等部分的肌肉協(xié)調(diào)動(dòng)作發(fā)出聲音一樣。即使是按規(guī)則的文語(yǔ)合成，也已經(jīng)是十分復(fù)雜的了。為了合成出高質(zhì)量的語(yǔ)言，除了依賴于各種規(guī)則，包括語(yǔ)音學(xué)規(guī)則、語(yǔ)義學(xué)規(guī)則、詞匯規(guī)則等，還必須對(duì)文字的內(nèi)容有很好的理解。這將涉及自然語(yǔ)言理解的問(wèn)題。在文語(yǔ)合成中，語(yǔ)言處理占據(jù)了重要部分。按照語(yǔ)言學(xué)規(guī)則，首先檢查文字信息，決定每個(gè)單字的發(fā)音以及聲調(diào)、語(yǔ)調(diào)等韻律特性，完成文字序列到音素序列的轉(zhuǎn)換。這種處理過(guò)程需要大量的計(jì)算時(shí)間，因?yàn)樗磸?fù)檢查上下文后才能被確定。然后，根據(jù)上下文，輸出正確的音素序列、單字邊界、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)；最后，決定聲調(diào)調(diào)型（包括變調(diào)）、音長(zhǎng)、重音以及語(yǔ)調(diào)等韻律特性。因而，文語(yǔ)合成不僅要應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，而且必須有巨大的語(yǔ)言學(xué)知識(shí)。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明一下語(yǔ)音合成中存儲(chǔ)基元的選擇問(wèn)題。很明顯，使用大的語(yǔ)音單位作存儲(chǔ)基元，則能合成出高質(zhì)量的語(yǔ)句，但需要很大的存儲(chǔ)量。為此需要在語(yǔ)音質(zhì)量和存儲(chǔ)量之間折衷考慮，通常存儲(chǔ)量是首先要考慮的因素。對(duì)于合成無(wú)限詞匯的情況，只能采用較小的語(yǔ)音單位，如以音素為基元。大多數(shù)語(yǔ)言中只有幾十個(gè)音素，因而存儲(chǔ)量很小。音素是語(yǔ)音的最小單位，任何語(yǔ)音都可以由音素按其結(jié)構(gòu)規(guī)則組合而成。但是，音素的發(fā)音依賴于鄰接的音素，而且受說(shuō)話快慢、聲調(diào)等影響產(chǎn)生音素變體；困此，合成不同的語(yǔ)音時(shí)，要對(duì)音素的發(fā)音進(jìn)行調(diào)整。另外，音素與音素結(jié)合時(shí)，其頻譜特性在交界處需要平滑，以避免出現(xiàn)間斷不連續(xù)的現(xiàn)象。這一調(diào)整和平滑過(guò)程使得語(yǔ)音合成器變得十分復(fù)雜，并且可導(dǎo)致合并語(yǔ)音缺乏自然度。也可采用音節(jié)作為存儲(chǔ)基元。音節(jié)是語(yǔ)音中最自然的結(jié)構(gòu)單位。在漢語(yǔ)中，一個(gè)音節(jié)就是漢語(yǔ)中一個(gè)字的音，由音節(jié)構(gòu)成詞，最后由詞構(gòu)成句子。所以由音節(jié)作為基元構(gòu)成的語(yǔ)句也是無(wú)限多的。我們知道，漢語(yǔ)中只有412個(gè)無(wú)調(diào)音節(jié)字，以這些基元組成的語(yǔ)音庫(kù)并不龐大，卻具有合成音質(zhì)好、控制拼音靈活等優(yōu)點(diǎn)。所以采用音節(jié)作為基元是漢語(yǔ)合成中比較好的一種方案。2方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)目的現(xiàn)在社會(huì)，人們依靠各種機(jī)電系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從事勞動(dòng)生產(chǎn)、工業(yè)控制和科學(xué)研究。當(dāng)人們操縱這些系統(tǒng)的時(shí)候，就自然地出現(xiàn)了人與系統(tǒng)的信息交流，即系統(tǒng)不斷的報(bào)告自己的運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)果，而人們根據(jù)這些狀態(tài)和結(jié)果發(fā)出下一步應(yīng)進(jìn)入何種狀態(tài)的命令。長(zhǎng)期以來(lái)，計(jì)算機(jī)與人之間的信息交流主要依靠各種形式的鍵盤，按鍵等實(shí)現(xiàn)的，計(jì)算機(jī)要報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)果只能通過(guò)各種顯示裝置。現(xiàn)我們?cè)O(shè)計(jì)了單片機(jī)系統(tǒng)中由軟件實(shí)現(xiàn)詞匯語(yǔ)音合成器，使人們能夠甩掉鍵盤，通過(guò)語(yǔ)言命令進(jìn)行操作。系統(tǒng)在完成其它任務(wù)的同時(shí)具備語(yǔ)音輸出功能，可使單片機(jī)系統(tǒng)成本下降，體積減小，可靠性提高。它對(duì)于解脫繁瑣的事物性和危險(xiǎn)性工作更具有現(xiàn)實(shí)意義！ 設(shè)計(jì)方案本課題是以語(yǔ)音合成部分作為主電路，在單片機(jī)89C51CPU管理下，用軟件編程并通過(guò)串行口編程進(jìn)行通信，產(chǎn)生不同定時(shí)來(lái)準(zhǔn)確地控制樂(lè)曲節(jié)奏，也可采用EPROM芯片固化語(yǔ)音，保證斷電后補(bǔ)丟失信息，最終實(shí)現(xiàn)蜂鳴器唱歌的過(guò)程。 總體硬件組成框圖 單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)聲系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由SPK1蜂鳴器發(fā)聲裝置，PNP型三極管U9012和電阻R19組成的驅(qū)動(dòng)電路及單片機(jī)89C51組成； 設(shè)計(jì)任務(wù)用單片機(jī)產(chǎn)生不同定時(shí)來(lái)準(zhǔn)確地控制樂(lè)曲節(jié)奏，實(shí)現(xiàn)蜂鳴器唱歌的過(guò)程。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 蜂鳴器的概述在單片機(jī)系統(tǒng)中，除了顯示器件外經(jīng)常用到發(fā)生器件，最常見的發(fā)聲器件就是蜂鳴器。蜂鳴器一般用于一些要求不高的聲音報(bào)警及發(fā)出按鍵操作提示音等。雖然蜂鳴器也有自己固有的頻率，但是也可以對(duì)其施加不同頻率的方波，使之發(fā)出一些簡(jiǎn)單的樂(lè)曲。 蜂鳴器的分類蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型：壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管；多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（～15V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,～，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲；壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線
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