【導(dǎo)讀】下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的。獲得及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人。和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。本次課程設(shè)計的主要目的是制作一個基于單片機的數(shù)碼錄音和播放系統(tǒng)。位單片機SPCE061A和外部擴展存儲器W29C040來實現(xiàn)。其具有體積小、集成度高、易。和語音識別等數(shù)字應(yīng)用領(lǐng)域。SPCE061A是臺灣凌陽公司生產(chǎn)的十六位單片機，該單片機。司生產(chǎn)的4M位的FLASH存儲芯片，利用它存儲凌陽格式的語音資源。應(yīng)用于需求的錄音較長的場合。如檢測溫度的存儲播放系統(tǒng)，自錄語音提示等應(yīng)用方案。對于較復(fù)雜的系統(tǒng)，只需對單片機進行適當(dāng)?shù)臄U展即可，十分方便。儲器來實現(xiàn)更大空間的存儲。

　　

【正文】 8VSS49VSS50VDDH51VDDH52IOA853IOA954IOA1055IOA1156IOA1257IOA1358IOA1459IOA1560XROMT61VSS62XSLEEP63IOB1564IOB1465IOB1366IOB1267IOB1168PVPP69NC70NC71NC72NC73NC74VDDH74*2spce061a100pFC5Cap100pFC9Cap12Y1XTALGND100pFC28Cap100pFC27Cap Pol1100pFC22Cap100pFC23Cap100pFC1Cap100pFC2Cap1KR1Res3100pFC4CapMK1Mic2100pFC18Cap1KR10Res21KR12Res21KR11Res2100pFC19Cap100pFC26CapGNDGND100pFC11Cap100pFC15Cap Pol11KR8Res2100pFC16Cap100pFC10Cap1KR7Res2GNDP1PlugJ2SocketP2PlugJ3Socket1KR4Res21KR6Res2100pFC7Cap100pFC13Cap100pFC6Cap100pFC12CapGNDGNDGNDGND1KR3RPot1KR5RPotGNDGNDAR1Op AmpGNDAR2Op AmpGND100pFC14Cap100pFC8Cap100pFC3Cap100pFC17Cap1KR9Res21KR2Res2GNDGNDGNDGNDJ1Phonejack2 TNJ4Phonejack2 TN123P3MHDR1X3GNDGNDGNDA181A162A153A124A75A66A57A48A39A210A111A012DQ013DQ114DQ215GND16DQ317DQ418DQ519DQ620DQ721CE22A1023OE24A1125A926A827A1328A1429A1730WE31VDD32*3W29C040VDD1XICECLK3VSS5XICE2XICESDA4*1在線調(diào)試系統(tǒng) ProbeVCCVCCGNDVCC1*4Component_1S1SWPBS2SWPBVCCVCC100pFC20Cap100pFC21CapGND100pFC24Cap100pFC25CapGND輸入輸入輸入輸出存儲GNDGND GND GNDGND 圖 317 系統(tǒng)總原理圖 畢業(yè)論文（設(shè)計）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 19 第 4 章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 凌陽音頻介紹 音頻概述 我們所說的音頻是指頻率在 20 Hz～ 20 kHz 的聲音信號，分為：波形聲音、語音和音樂三種，其中波形聲音就是自然界中所有的聲音，是聲音數(shù)字化的基礎(chǔ)。語音也可以表示為波形聲音，但 波形聲音表示不出語言、語音學(xué)的內(nèi)涵。語音是對講話聲音的一次抽象。是語言的載體，是人類社會特有的一種信息系統(tǒng)，是社會交際工具的符號。音樂與語音相比更規(guī)范一些，是符號化了的聲音。但音樂不能對所有的聲音進行符號化。樂譜是符號化聲音的符號組，表示比單個符號更復(fù)雜的聲音信息內(nèi)容。 數(shù)字音頻的采樣和量化 將模擬的（連續(xù)的）聲音波形數(shù)字元化（離散化），以便利數(shù)字計算機進行處理的過程，主要包括采樣和量化兩個方面。 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 。 音頻格式的介紹 音頻文件通常分為兩類：聲音文件和 MIDI 文件 （ 1）聲音文件：指的是通過聲音錄入設(shè)備錄制的原始聲音，直接記錄了真實聲音的二進制采樣數(shù)據(jù)，通常文件較大； （ 2） MIDI 文件：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)備或與計算機相連的電子樂器進行演奏，由于不包含聲音數(shù)據(jù)，其文件尺寸較小。 語音壓縮編碼基礎(chǔ) 語音壓縮編碼中的數(shù)據(jù)量是指：數(shù)據(jù)量 =(采樣頻率 x量化位數(shù) )/8(字節(jié)數(shù) )x 聲道數(shù)目。 壓縮編碼的目的：通過對資料的壓縮，達(dá)到高效率存儲和轉(zhuǎn)換資料的結(jié)果即在保證一定聲音質(zhì)量的 條件下，以最小的資料率來表達(dá)和傳送聲音信息。 壓縮編碼的必要性：實際應(yīng)用中，壓縮編碼的音頻資料量很大，進行傳輸或存儲資料量是不現(xiàn)實的。所以要通過對信號趨勢的預(yù)測和冗余信息處理，進行資 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。 畢業(yè)論文（設(shè)計）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 20 舉個例子，沒有壓縮過的 CD 品質(zhì)的資料，一分鐘的內(nèi)容需要 11MB 的內(nèi)存容量來存儲。如果將原始資料進行壓縮處理，在確保聲音品質(zhì)不失真的前提下，將數(shù)據(jù)壓縮一半， 就可以完全還原效果。而在實際操作中，可以依需要來選擇合適的算法。 常見的幾種音頻壓縮編碼： 1)波形編碼：將 時間域信號直接變換為數(shù)字代碼，力圖使重建語音波形保持原語音信號的波形形狀。波形編碼的基本原理是在時間軸上對模擬語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。譯碼是其反過程，將收到的數(shù)字序列經(jīng)過譯碼和濾波恢復(fù)成模擬信號。 如：脈沖編碼調(diào)制 (pulse code modulation， PCM)、差值脈沖編碼調(diào)制（ DPCM）、增量調(diào)制 (DM)以及它們的各種改進型自適應(yīng)差分編碼（ ADPCM）、自適應(yīng)增量調(diào)制（ ADM）、自適應(yīng)差值脈沖編碼調(diào)制 (ADPCM) 、自適應(yīng)傳輸編碼（ Adaptive Transfer Coding， ATC）和子帶編碼（ SBC）等都屬于波形編碼技術(shù)。 波形編碼特點：高話音質(zhì)量、高碼率，適于高保真音樂及語音。 2)參數(shù)編碼：參數(shù)編碼又稱為聲源編碼，是將信源信號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)字代碼進行傳輸。譯碼為其反過程，將收到的數(shù)字序列經(jīng)變換恢復(fù)特征參量，再根據(jù)特征參量重建語音信號。具體說，參數(shù)編碼是通過對語音信號特征參數(shù)的提取和編碼，力圖使重建語音信號具有盡可能高的準(zhǔn)確性，但重建信號的波形同原語音信號的波形可能會有相當(dāng)大的差別。參數(shù)編碼特點：壓縮比大，計算量大 ，音質(zhì)不高，廉價！ 3)混合編碼：混合編碼使用參數(shù)編碼技術(shù)和波形編碼技術(shù)，計算機的發(fā)展為語音編碼技術(shù)的研究提供了強有力的工具，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，則為語音編碼的實現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。 80年代以來，語音編碼技術(shù)有了實質(zhì)性的進展，產(chǎn)生了新一代的編碼算法，這就是混合編碼。它將波形編碼和參數(shù)編碼組合 起來，克服了原有波形編碼和參數(shù)編碼的弱點，結(jié)合各自的長處，力圖保持波形編碼的高質(zhì)量和參數(shù)編碼的低速率。 如：多脈沖激勵線性預(yù)測編碼（ MPLPC），規(guī)劃脈沖激勵線性預(yù)測編碼（ KPELPC），碼本激勵線性預(yù)測編碼（ CELP）等都是屬于混合編碼技術(shù)。其數(shù)據(jù)率和音質(zhì)介于參數(shù)和波形編碼之間。 總之，音頻壓縮技術(shù)之趨勢有兩個： 1)降低資料率，提高壓縮比，用于廉價、低保真場合（如：電話）。 畢業(yè)論文（設(shè)計）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 21 2)追求高保真度，復(fù)雜的壓縮技術(shù)（如： CD）。 凌陽音頻編碼算法 表 41為音頻質(zhì)量等級的編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（頻響）： 表 41中頻率范圍（ 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 凌陽音頻壓縮算法處理的語音信號的范圍是 200HZ－ 的電話話音。 表 41 音頻質(zhì)量等級的編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（頻響） 信號類型 頻率范圍（ Hz） 采樣率（ kHz） 量化精度（位） 電話話音 2003400 8 8 寬帶音頻 （ AM 質(zhì)量） 507000 16 16 調(diào)頻廣播 （ FM 質(zhì)量） 2015K 16 高質(zhì)量音頻 （ CD 質(zhì)量） 2020K 16 壓縮分類 壓縮分無損壓縮和有損壓縮 ,無損壓縮一般指：磁盤文件，壓縮比低： 2:1～ 4:1。 而有損壓縮 則是指：音／視頻文件，壓縮比可高達(dá)： 100:1。 凌陽音頻壓縮算法根據(jù)不同的壓縮比分為以下幾種 (具體可參見語音壓縮工具一節(jié)內(nèi)容 )： SACMA20xx：壓縮比為 8:１， 8:， 8: SACMS480：壓縮比為 80:3， 80: SACMS240：壓縮比為 80: 凌陽常用的音頻形式和壓縮算法 1)波形編碼： subband 即 SACMA20xx 特點：高質(zhì)量、高碼率，適于高保真語音／音樂。 畢業(yè)論文（設(shè)計）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 22 2)參數(shù)編碼：聲碼器（ vocoder）模型表達(dá)，抽取參數(shù)與激勵信號進行編碼。如： SACMS240 特點：壓縮比大，計算量大，音質(zhì)不高，廉價！ 3)混合編碼： CELP 即 SACMS480 特點：綜合參數(shù)和波形編碼之優(yōu)點。 除此之外 ,還具有 FM 音樂合成方式即 SACMMS01。 凌陽語音的播放、錄制、合成和辨識 凌陽的 SPCE061A 是 16 位單片機，具有 DSP 功能，有很強的信息處理能力，最高時鐘可達(dá)到 49M，具備運算速度高的優(yōu)勢等等，這些都無疑為語音的播放、錄放、合成及辨識提供了條件。 凌陽壓縮算法中 SACM_A20xx、 SACM_S480、 SACM_S240 主要是用來放音，可用于語音提示，而 DVR 則用來錄放音。對于音樂合成 MS01，該算法較繁瑣，而且需要具備音樂理論、配器法及和聲學(xué)知識，所以對于特別愛好者可以到我們的網(wǎng)站去了解相關(guān)內(nèi)容，這里只給出它的 API 函數(shù)介紹及程序代碼的范例，僅供參考。 對于語音辨識主要有以下兩種： 1)特定發(fā)音人識別 SD（ Speaker Dependent）：是指語音樣板由單個人訓(xùn)練，也只能識別訓(xùn)練人的語音命令，而他人的命令識別率較低或幾乎不能識別。 2)非特定發(fā)音人識別 SI（ Speaker Independent）：是指語音樣板由不同年齡、不同性別、不同口音的人進行訓(xùn)練，可 以識別一群人的命令。 語音識別電路基本結(jié)構(gòu)如圖 41所示 : 濾除噪音預(yù)加重濾波器組 PARCOR 系數(shù)線性預(yù)測系數(shù)過零次數(shù)能量相關(guān)函數(shù)等模式匹配詞典語音分析語音識別結(jié)果輸出 清 除 噪 音 預(yù) 加 重濾 波 器 組P A R C O R 系 數(shù)線 性 預(yù) 測 系 數(shù)過 零 次 數(shù)能 量相 關(guān) 函 數(shù)模 式 匹 配詞 典識 別 結(jié) 果 輸 出語 音 圖 41 識別電路結(jié)構(gòu) 畢業(yè)論文（設(shè)計）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 23 語音錄入使用介紹 SACMDVR 具有錄音和放音功能，并采用 SACM_A20xx 的算法，錄音時采用 16K 資料率及 8K 采樣率獲取語音資源，經(jīng)過 SACM_A20xx 壓縮后存儲在擴展的 SRAM 628128A 里，錄滿音后自動開始放音。 其相關(guān) API 函數(shù)如下所示： int SACM_DVR_Initial(int Init_Index) //初始化 void SACM_DVR_ServiceLoop(void) //獲取資料，填入譯碼隊列 void SACM_DVR_Encode(void) //錄音 SACM_DVR_StopEncoder()。 //停止編碼 SACM_DVR_InitEncoder(RceMonitorOn) //初始化解碼器 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 模塊的狀態(tài) void