【導(dǎo)讀】隨著語音處理技術(shù)在工業(yè)、交通、通信等不斷應(yīng)用和消費類電子不斷繁榮，人們對具有數(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。如自錄語音提示、溫度檢測儲存播放系統(tǒng)等方案。復(fù)位與時鐘電路、外部W29C040儲存器擴展電路組成。把語音信號經(jīng)過搭建電。分；而DAC放音部分，經(jīng)過語音集成放大器SPY0030A放大，再接上揚聲器，芯片體積小、集成度高、易擴展、中斷處理能力強等特。師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。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。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。

　　

【正文】 的頁寫時序如圖 圖 寫時序圖 （ 3）、寫結(jié)果判斷時序圖 17 結(jié)果判斷如圖 圖 結(jié)果判斷圖 二、 W29C040 寫、擦除流程圖 在凌陽 SPCE061A 單片機當(dāng)中，如果要使用閃存，必須先在閃存編程前，對其進(jìn)行擦除。當(dāng)給 出的地址在某個模塊地址范圍內(nèi)并且向命令用戶接口寫入模塊擦除命令時，相應(yīng)的模塊就被擦除。 去掉寫保護(hù)流程圖 和片擦除流程圖 去掉寫保護(hù)流程如圖 和擦除流程如圖 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 18 頁寫流程如圖 和寫結(jié)束判斷流程如圖 頁寫流程圖 寫結(jié)束判斷流程圖 第八節(jié) 單片機與外部儲存器連接電路 SPCE061A 單片機與 W29C040 外部儲存器的連接圖如圖 所示： 19 圖 外擴連接圖 第九節(jié) 本章小結(jié) 本章通過對本次設(shè)計 的硬件的介紹和電路原理圖的設(shè)計來實現(xiàn)了基于單片機的數(shù)碼錄音與播放系統(tǒng)的硬件的搭建。 首先，先對凌陽單片機的特點、性能和結(jié)構(gòu)模塊的介紹，體現(xiàn)了凌陽單片機在做語音的錄放音方面的優(yōu)勢；其次，對凌陽單片機的內(nèi)核結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，對凌陽單片機有更進(jìn)一步的認(rèn)識；然后，開始對硬件電路設(shè)計，包括了時鐘電路和復(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 MIC 錄音電路、DAC 放音電路、外圍擴展儲存器 W29C040 的介紹和連接電路的設(shè)計是整個設(shè)計當(dāng)中非常核心的部分，它們的設(shè)計的成功標(biāo)志著數(shù)碼錄放音功能在硬件上的實現(xiàn)。在設(shè) 計核心部分時，遇到了一些問題，比如，再設(shè)計 MIC 電路圖時，對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 DAC 電路時，在選擇放大器時，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，選取了大于 8 歐姆的 揚聲器 ?？傊?， 選擇 最優(yōu)化的方案來實現(xiàn)硬件方 面的設(shè)計。 20 第四 章 單片機 的錄放音 軟件設(shè)計 錄音是對語音信號進(jìn)行采集，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后，編碼儲存在存儲 器當(dāng)中；放音是把數(shù)據(jù)從存儲器當(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、聲音波形信號和音樂信號三種。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的內(nèi)涵，因為語音是一種抽象的信號， 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的聲音信息，它使聲音符號化，但是也不能符號化所有的聲音信息。 二、 數(shù)字音頻的采樣和量化 因為音頻信號是模擬的信號，是連續(xù)的信號，而現(xiàn)在計算機是采用的數(shù)字算法，所以要將模擬的音頻信號進(jìn)行數(shù)字化處理。把模擬化的信號數(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。 將音頻模擬信號數(shù)字化分為兩個方面，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，直接記錄了真實的二進(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，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(jìn)行演奏，由于不包含聲音數(shù)據(jù)，文件較小。相 對于保存真實數(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數(shù)據(jù)的壓縮，達(dá)到高效率儲存和數(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)。 實際上音頻數(shù)據(jù)量比較大，直接進(jìn)行傳輸和儲存是比較不現(xiàn)實的，我們要對信號趨勢的預(yù)測和冗余信息處理進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，這樣可以減少對資源傳輸?shù)臅r間的和對儲存更多的語音數(shù)據(jù)。 采用壓縮編碼的技術(shù)可以既保證對音頻的原始聲音的保持同時 也保證了對數(shù)據(jù)傳輸和儲存容量的要求。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，如果對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，先對其采樣后進(jìn)行編碼，就可以把它壓縮到 ，儲存容量減小了一半，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間域信號直接變換為數(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間軸上對模擬語音信號按一定的速率抽樣，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，是編碼的逆過程。特點就是語音質(zhì) 量高、數(shù)碼率高，適合高保真音樂和語音場合。 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，對語音信號進(jìn)行提取特征參數(shù)和編碼重建語音信號，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，特點就是壓縮比大，計算量大、傳輸時間短、儲存容量大，音質(zhì)一般。如線性預(yù)測編碼 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，超大規(guī)模的集成電路也為語音編碼 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，結(jié)合了參量編碼和波形編碼的優(yōu)點，即波形編碼的語音質(zhì)量高、數(shù)碼率高的特點和參量編碼的儲存空間和傳輸時間短的特點，當(dāng)然也克服了它們的缺點。如多脈沖激勵線性預(yù)測編碼 MPLPC、碼本激勵線性預(yù)測編碼 CELP 等。 總之，音頻壓縮編碼技術(shù)發(fā)展趨勢： （ 1）、降低數(shù)據(jù)率，提高壓縮比，用于廉價的低保真場合。如電話、 機器提示音等。 （ 2）、實現(xiàn)高保真復(fù)雜的壓縮技術(shù)，用于對高保真需求較多的場合。如 CD、音樂等。 而凌陽單片機的錄放音的編碼 /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，因為要求信息量大，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_A20xx 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)排序為： A20xxS480S240。 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_A20xx。特點為語音質(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。特點為壓縮比高，計算量大，音質(zhì)一般，價格便宜。 混合編碼 混合編碼采用壓縮算法 SACM_S480。特點是彌補了波形編碼和參量編碼的缺點，當(dāng)然也保留了它們的優(yōu)點。除此之外，還具有 FM 音樂合成式即SACM_MS01。 凌陽單片機 SPCE061A 是 16 位的單片機，具有 DSP 功能，有很強的數(shù)據(jù)處理和最高時鐘頻率可以達(dá)到 49MHz，具有運算速度高等一些列又是，這無疑為語音的錄制、播放、合成和識別帶來了不可逾越的優(yōu)勢。 在凌陽單片機當(dāng)壓縮算法中， SACM_A20xx、 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)計就是選擇 DVR 算法來編程設(shè)計的。 四、 程序接口介紹 語音在社會生活當(dāng)中占據(jù)非常重要的地位，它可以為我們生活帶來樂趣。單片機對語音的控制如 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 24 圖 語音處理 由于 MIC 麥克風(fēng)生成的 WAVE 文件占用的儲存空間量比較大，對于單片機來說存儲這樣大容量的文件是不現(xiàn)實的，為了避免單片機的不足之處，凌陽公司提出了一個解決方案，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、儲存和 D/A 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模塊，每個模塊都有 API，我們只需知道每個 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)即可實現(xiàn)其功能。 SACMLIB目前主要有兩個庫函數(shù) 和 。 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_A20xx，錄音時采用 8K 采樣率和 16K 數(shù)據(jù)率來獲取語音資源， 經(jīng)過 A20xx 壓縮后儲存在擴展的外部儲存器 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) //填充資料到語音隊列，等待播放 int GetResource(long Address)//從資源里獲取一個字型語音資料 中