【導(dǎo)讀】隨著語(yǔ)音處理技術(shù)在工業(yè)、交通、通信等不斷應(yīng)用和消費(fèi)類電子不斷繁榮，人們對(duì)具有數(shù)碼錄音與播放功能的產(chǎn)品的需求也在不斷的增加?；谠摴δ艿南到y(tǒng)應(yīng)用于錄音。如自錄語(yǔ)音提示、溫度檢測(cè)儲(chǔ)存播放系統(tǒng)等方案。復(fù)位與時(shí)鐘電路、外部W29C040儲(chǔ)存器擴(kuò)展電路組成。把語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)搭建電。分；而DAC放音部分，經(jīng)過(guò)語(yǔ)音集成放大器SPY0030A放大，再接上揚(yáng)聲器，芯片體積小、集成度高、易擴(kuò)展、中斷處理能力強(qiáng)等特

　　

【正文】 核結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，對(duì)凌陽(yáng)單片機(jī)有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)；然后，開(kāi)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(wèn)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(lái)搭建，參考了不同的書(shū)籍，各種書(shū)籍有幾種不同的設(shè)計(jì)方法，考慮到使用性和常見(jiàn)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(yáng)公司生產(chǎn)的可以使聲音更加清晰的 SPY0030 這一款語(yǔ)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(lái)實(shí)現(xiàn)硬件方 面的設(shè)計(jì)。 20 第四 章 單片機(jī) 的錄放音 軟件設(shè)計(jì) 錄音是對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò) 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(guò)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(yǔ)音處理非常重要的理論 。 第一節(jié) 凌陽(yáng)音頻的介紹 一、 音頻概述 日常我們說(shuō)的人能夠正常聽(tīng)到聲音的頻率范圍 20Hz20kHz，也就是我們說(shuō)的音頻范圍。低于 20 Hz 是次聲波，高于 20kHz 是高聲波。我們 能聽(tīng)到聲音的范圍，分為語(yǔ)音信號(hào)、聲音波形信號(hào)和音樂(lè)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(yǔ)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(yǔ)音是一種抽象的信號(hào)，是語(yǔ)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(lè)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(guò)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。 21 MIDI 文件 ： MIDI 是躍起數(shù)字接口的英文縮寫(xiě)，它是一種音樂(lè)演奏指令序列，相當(dāng)于樂(lè)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(lè)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(yǔ)音 壓縮編碼基礎(chǔ) 語(yǔ)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(guò)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(lái)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(yǔ)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(méi)有經(jīng)過(guò)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，就可以把它壓縮到 ，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(jiàn)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(lái)波形的圖像。波形編碼的原理是在時(shí)間軸上對(duì)模擬語(yǔ)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(guò)譯碼和濾波恢復(fù)成模擬信號(hào)，是編碼的逆過(guò)程。特點(diǎn)就是語(yǔ)音質(zhì)量高、數(shù)碼率高，適合高保真音樂(lè)和語(yǔ)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^(guò)程。它是在同原始語(yǔ)音數(shù)據(jù)有很大變化的情況下，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行提取特征參數(shù)和 編碼重建語(yǔ)音信號(hào)，譯碼是其逆過(guò)程。參量編碼的比特率可以壓縮到 2～ ，甚至更低，但是語(yǔ)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 。 混合編碼 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(yǔ)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(yǔ)音編碼22 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(lái)，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(yǔ)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。 總之，音頻壓縮編碼技術(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(lè)等。 而凌陽(yáng)單片機(jī)的錄放音的編碼 /解碼是靠調(diào)用庫(kù)函數(shù)來(lái)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(yáng)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(yáng)音頻壓縮算法處理的語(yǔ) 音信號(hào)頻率范圍為 200Hz～ ～ 。 壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 如 表格 所示： 表 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～ 3400 8 8 寬帶音頻 50～ 7000 16 16 調(diào)頻廣播 20～ 14k 16 高質(zhì)量音頻 20～ 20k 16 二、壓縮分類 壓縮一般分為有損壓縮和無(wú)損壓縮兩類。無(wú)損壓縮一般是指磁盤(pán)文件，壓縮比比較低（ 2:1～ 4:1）；有損壓縮是指語(yǔ)音、視頻文件，因?yàn)橐笮畔⒘看?，壓縮比比較高（ 100:1）。凌陽(yáng)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_A2020 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?A2020S480S240。 23 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_A2020。特點(diǎn)為語(yǔ)音質(zhì)量高，編碼率高，適用于高保真語(yǔ)音和音樂(lè)。 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(lè)合成式即SACM_MS01。 凌陽(yáng)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(wú)疑為語(yǔ)音的錄制、播放、合成和識(shí)別帶來(lái)了不可逾越的優(yōu)勢(shì)。 在凌陽(yáng)單片機(jī)當(dāng)壓縮算法中， SACM_A20 SACM_S480、 SACM_S240 適合用于錄音， 可以應(yīng)用于語(yǔ)音提示；而 DVR 算法則可以用來(lái)錄音、放音，本次設(shè)計(jì)就是選擇 DVR 算法來(lái)編程設(shè)計(jì)的。 四、 程序接口介紹 語(yǔ)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(lái)樂(lè)趣。單片機(jī)對(duì)語(yǔ)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(yǔ)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，如圖 A/D轉(zhuǎn)換 編碼 解碼 D/A 轉(zhuǎn)換 存儲(chǔ) 24 圖 語(yǔ)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(lái)說(shuō)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(yáng)公司提出了一個(gè)解決方案，那就是建立了 SACMLIB 庫(kù)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。 SACMLIB目前主要有兩個(gè)庫(kù)函數(shù) 。 五、 相關(guān) API 介紹 SACMDVR 具有語(yǔ)音的錄音和播放的功能，采用的算法是 SACM_A2020，錄音時(shí)采用 8K 采樣率和 16K 數(shù)據(jù)率來(lái)獲取語(yǔ)音資源， 經(jīng)過(guò) A2020 壓縮后 儲(chǔ)存在擴(kuò)展的外部?jī)?chǔ)存器 W29C040 的空間當(dāng)中，錄完后在從其中取出來(lái)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(kāi)始播放 unsigned int SACM_DVR_Status(void) //獲取 SACM_DVR 模塊的狀況 void SACM_DVR_InitDecoder(void) //開(kāi)始譯碼 void SACM_DVR_Decode(void)//獲取語(yǔ)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(yǔ)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(yǔ)音隊(duì)列，等待播放 int GetResource(long Address)//從資源里獲取一個(gè)字型語(yǔ)音資料 中斷服務(wù)函數(shù)： Call F_FIQ_Service_ SACM_DVR//playing Call F_IRQ1_Service_ SACM_DVR//recode 具體的函數(shù)解釋如下： 25 【 API 格式】 C： int SACM_DVR_Initial(int Init_Index) ASM： R1=[ Init_Index] Call F_SACM_DVR_Initial 【功能說(shuō)明 】 SACM_DVR 語(yǔ)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。 【返回值】 無(wú) 【備注】 對(duì)于 SACM_DVR 這個(gè)模塊，需要利用 I/O 口來(lái)連接外部的儲(chǔ)存器，用來(lái)存放錄音資料。錄放音的格式采用 SACM_A2020。 【 API 格式】 C： void SACM_DVR_ServiceLoop(void) ASM： Call F_SACM_DVR_ ServiceLoop 【功能說(shuō)明】 在錄音期間從 ADC 通道獲取語(yǔ)音數(shù)據(jù)信息，并以 SACM_A2020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(yǔ)音資料，并對(duì)其解碼，然后在等待中斷程序?qū)⑵渌统鼋o DAC 通道。 【參數(shù)】 無(wú) 【返回值】 無(wú) 【 API 格式】 C： void SACM_DVR_Encode(void) ASM： Call F_SACM_DVR_ Encode 【功能說(shuō)明】開(kāi)始以自動(dòng)方式錄制語(yǔ)音資料到外部?jī)?chǔ)存器 SRAM 當(dāng)中。 【參數(shù)】無(wú) 【返回值】無(wú) 【 API 格式】 C： void SACM_DVR_Stop(void ASM： Call F_SACM_DVR_ Stop 【功能說(shuō)明】開(kāi)始以自動(dòng)方式停止。 【參數(shù)】無(wú) 【返回值】無(wú) 【 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(shuō) 明】開(kāi)始以自動(dòng)方式獲取外部?jī)?chǔ)存器 SRAM 的語(yǔ)音數(shù)據(jù)資料。 【參數(shù)】無(wú) 【返回值】無(wú) 【 API 格式】 C： unsigned int SACM_DVR_Status(voi