王炳堃

（閩南理工學院現(xiàn)代教育技術(shù)中心，福建石獅362700）

目前公交車進行語音報站基本上采取兩種方式進行報：一種是售票員口頭報站，另一種公交車司機控制按鍵進行語音報站器．這兩種語音播報方式均存在一定的不足：售票員口頭報站往往帶有濃重的地方口音、說話的語速、語調(diào)等情況很容易造成乘客聽不懂，不知道車處在什么地方，人在哪里下車等，給乘客乘坐公交車帶來不便；按鍵控制語音報站器這種方式是在公交車進出站時，通過司機按鍵控制來完成公交車語音報站，要求司機時刻關(guān)注進、出站的狀態(tài)以及每個站點的序號和公交車行駛過程中所遇到的情況．這種播報方式分散了司機的注意力，降低了司機開車的安全系數(shù)．利用凌陽SPCE061A板增加設(shè)計一個能夠語音輸入，并且有效地對司機語音輸入進行識別，然后進行播報相應內(nèi)容的公交車報站器，可以有效減少司機在開車過程中只用鍵控播報存在的不足．

1 公交車報站器硬件設(shè)計過程

1．1 公交車報站器硬件基礎(chǔ)

從硬件的功能出發(fā)，選擇凌陽科技公司生產(chǎn)的SPCE061A板為硬件核心．該板功能強大，板上帶有存儲系統(tǒng)、語音輸入系統(tǒng)、語音輸出系統(tǒng)等，大大方便了公交車報站器的設(shè)計．以下功能：

1）該板內(nèi)部是以unSPTM16位微控制器為核心，不僅能處理一些加、減、或、異或、測試等基本的算術(shù)邏輯運算和數(shù)據(jù)的傳送工作．也能處理一些速度較高的16位×16位的乘法運算和內(nèi)積運算［1]．為公交車報站器進行復雜的數(shù)字信號處理帶來了很大的方便．

2）板內(nèi)部的存儲器有兩個：一個2k字的SRAM和一個32k的字閃存（FLASH）［2]．2k字的SRAM可用于公交車報站器子程序調(diào)用及返回和中斷處理斷點的保護及返回．32K的字閃存用來存儲公交車報站設(shè)計的程序和報站器的語音資源．

3）該板的輸入／輸出端口是單片機與外部設(shè)備交換信息的通道．其中，輸入端口負責從外界接收檢測信號、鍵盤信號、語音輸入信號、傳感器輸入信號等．輸出端口負責向外界傳送由單片機產(chǎn)生的處理結(jié)果、顯示信息、控制命令、和驅(qū)動信號等［3]．

4）語音信號通過MIC＿IN通道輸入，經(jīng)過放大器放大，再通過數(shù)／模轉(zhuǎn)換，把語音信號轉(zhuǎn)化成凌陽SPCE061A板可以識別的信息，凌陽SPCE061A板到語音資源庫中查找相應的語音資源完成報站．

5）該板的語音輸出有兩個通道（DAC1和DAC2）．選用通道1（DAC1）接有源音箱，作為公交車外語音播報，司機耳機作為監(jiān)聽，方便司機對公交車外播報時語音音量大小進行控制．通道2（DAC2）也接有源音箱，作為公交車內(nèi)語音播報．兩個通道都接帶有源音箱就可以控制公交車內(nèi)、外播報相關(guān)語音信息．

1．2 公交車報站器硬件實現(xiàn)方案

1．2．1 存儲系統(tǒng)的規(guī)劃和使用

凌陽SPCE061A板內(nèi)部的2K字的SRAM是根據(jù)“先進后出”的原則進行存儲數(shù)據(jù)，用于公交車報站器子程序的調(diào)用及返回和公交車報站器中斷處理程序斷點的保護及返回．32K的字內(nèi)存（FLASH）在凌陽SPCE061A板CPU正常工作狀態(tài)下均可進行程序的寫入和改寫．32K的字內(nèi)存（FLASH）分為程序存儲空間（0x0000～0xFFFF）和數(shù)據(jù)存儲空間［4]．程序存儲空間用于存放公交車報站器程序的代碼．數(shù)據(jù)存儲空間是用來存放公交車報站器的語音資源．對語音資源的修改是采用模塊模式擦除的方法，此方法可以單獨對各個存儲模塊進行擦除修改．

1．2．2 語音的輸入和輸出處理系統(tǒng)

語音處理系統(tǒng)包括語音輸入和語音識別兩個部分．凌陽SPCE061A板本身帶有語音輸入系統(tǒng)（MIC＿IN），經(jīng)過放大器放大，去除干擾信號，模數(shù)轉(zhuǎn)化成凌陽SPCE061A板可以識別的數(shù)字信號，再根據(jù)識別到的數(shù)字信號，到語音資源庫中查找相應的語音資源完成語音播報．

公交車報站器的輸出電路由兩部分構(gòu)成（公交車內(nèi)、外播報）：接口電路和揚聲器．公交車語音輸出框圖如圖1所示．

圖1 公交車語音輸出框圖

凌陽SPCE061A板有兩個通道（DAC1和DAC2）作為音頻輸出口．通道1（DAC1）作為司機耳機和公交車外部揚聲器的語音輸出口，司機耳麥作為監(jiān)聽，方便司機控制音量的大?。ǖ?（DAC2）直接接有源音箱，作為公交車內(nèi)語音的播報．凌陽SPCE061A板的自帶的揚聲器功率比較小，只有8 Ω，0．5W，這樣的功率滿足不了整輛公交車報站器工作的要求．兩個輸出通道端口（DAC1和DAC2）都接有源音箱作為語音輸出口，完成公交車報站．

1．2．3 公交車報站器硬件平臺的搭建

搭建公交車報站器硬件平臺以凌陽SPCE061A板為核心，把語音處理系統(tǒng)的輸入口都引到報站器的外部方便司機控制．2k字的SRAM和32k的字內(nèi)存（FLASH）不夠用，可以擴充外存儲器．對輸出通道端口（DAC1和DAC2）進行正確地連接．把公交車內(nèi)、外揚聲器、司機耳麥監(jiān)聽接到相應的通道上，完成公交車報站器硬件平臺的搭建．

2 公交車報站器軟件設(shè)計過程

2．1 公交車報站器軟件基礎(chǔ)

公交車報站器硬件以凌陽SPCE061A板16位微處理器為核心控制系統(tǒng)，具有通用單片機的編程特性和過程．從這個特性出發(fā)，為提高編程開發(fā)效率，一般采用unSPTM軟件集成開發(fā)環(huán)境為開發(fā)平臺．unSPTM軟件有下面幾個特點和優(yōu)勢：（1）適用范圍廣，可以在多個操作系統(tǒng)下運行，例如：WINDOW98、WINDOWS2000、WINDOWSXP等．（2）友好的交互界面，方便用戶了解、使用．（3）豐富的菜單選項，多個工作窗口為程序的編輯、編譯、調(diào)試、仿真運行提供方便．（4）多個項目文件（C文件、匯編文件、頭文件），為程序的移值、生成提供了可能．對于程序的仿真處理可以是在線調(diào)試，也可以是脫機使用，給用戶進行仿真處理提供了更多的選擇．un－SPTM軟件可以進行兩種語言的編寫（C語言和匯編語言），提高了程序的可控性．

2．2 公交車報站器軟件具體實現(xiàn)方案

2．2．1 語音資源的建設(shè)與管理

公交車站點播報采用語音報站，決定了必須預先規(guī)劃建立數(shù)字化的站點語音資源．由于凌陽SPCE061單片機只能處理．72k壓縮格式的特定語音資源，生成．72k壓縮格式的語音資源要使用凌陽語音壓縮工具——Compress tool來對語音資源進行壓縮．凌陽語音壓縮工具只能處理．wav格式的語音資源文件，在進行語音壓縮之前就要先進行格式轉(zhuǎn)化．然后才能進行語音資源的壓縮．語音資源壓縮完以后，要建立語音資源播報的地址，使公交車報站器能找到相應的語音資源完成播報［5]．語音資源的建設(shè)必須由數(shù)字化語音錄制、格式轉(zhuǎn)化、壓縮存儲這幾個環(huán)節(jié)構(gòu)成，把它添加到資源項目下，構(gòu)建合理的資源地址表完成公交車播報．

2．2．2 語音識別與播報處理系統(tǒng)

進入凌陽SPCE061A板上語音輸入控制播報方式可以通過鍵7和鍵8兩個鍵來控制．鍵8是控制進入語音訓練的一個鍵．語音訓練完成后，公交車報站器會播報一個提示語音——開始，就進入語音識別．這時通過司機語音輸入，就可以完成公交車報站．當按鍵盤上“reset”后，再按鍵7，就直接進入語音識別，完成公交車播報．執(zhí)行讓看門狗操作（＊P＿Watchdog＿Clear＝0x0001；），作用是監(jiān)視系統(tǒng)是否正常運作．當系統(tǒng)運行時，每隔0．75s必須清除看門狗計數(shù)器，防止程序進入死循環(huán)．如果看門狗計數(shù)器沒有被清除，CPU會認為系統(tǒng)無法正常工作，它將會強行進行系統(tǒng)復位，然后返回，繼續(xù)掃描鍵盤［6]．語音輸入控制播報系統(tǒng)主要包括三個部分：初始化、語音訓練、語言識別．

1）初始化．語音輸入控制播報系統(tǒng)初始化．

2）語音訓練．語音訓練所要完成的任務就是建立語音模型．簡單地說就是司機輸入的語音信息跟對應語音資源建立聯(lián)系．在進入語音輸入控制播報方式時，先判斷報站器是否已經(jīng)完成語音訓練（檢查訓練的標志位），如果還未語音訓練，要先進行語音訓練．語音訓練時，要輸入兩個前后相同的語音．兩個語音，時間間隔不能太長，語音訓練才能成功．在語音訓練成功后將訓練的語音資源存儲在Flash存儲器中．如果報站器已經(jīng)語音訓練過，則會把存儲在Flash中的語音資源調(diào)出來裝載到辨識器中．司機輸入語音時，公交車報站器就完成相應語音的播報．

3）語音識別．完成語音訓練后，公交車報站器就可以進行語音識別，在語音識別系統(tǒng)中，對輸入的語音信息進行判斷（是否能在語音資源庫中找到相關(guān)資源），如果找不到匹配語音資源，就會提示出錯．如果找得到語音資源相匹配，則播報出相應的語音資源完成公交車報站．

語音輸入控制播報系統(tǒng)流程圖如圖2所示．

圖2 語音輸入控制播報系統(tǒng)的主程序流程圖

2．2．3 核心功能中斷服務程序

公交車報站器是在鍵盤控制播報方式的基礎(chǔ)上增加一下語音控制播報方式，由兩種方式相結(jié)合進行語音報站，公交車司機可以通過鍵盤的輸入來控制公交車報站，也可以通過語音的輸入控制來完成公交車播報．因此中斷服務程序既有鍵中斷響應，也有語音中斷響應．

1）鍵中斷響應．公交車報站器工作時。當有按鍵按下的時候，公交車報站器鍵盤上的鍵就會產(chǎn)生按鍵觸發(fā)，報站器接收相應的鍵觸發(fā)信息進行中斷響應，即中斷入口（每個中斷源都有自己的入口地址）［7]．鍵中斷響應后，將鍵中斷響應信號傳向中斷服務程序入口地址．公交車報站器對中斷優(yōu)先級進行判斷，如果中斷響應信號優(yōu)先級比較低，則不響應按鍵的中斷請求，直接返回到主程序的運行過程中．如果中斷響應信號優(yōu)先級比較高，則先執(zhí)行按鍵的中斷請求，當中斷響應結(jié)束后，再返回到主程序的運行過程中，等待再次中斷響應．

2）語音中斷響應．當公交車報站器就進入語音輸入控制報站后，公交車報站器是語音輸入控制系統(tǒng)和鍵輸入控制系統(tǒng)同時工作的．當有語音中斷響應時，公交車報站器會對輸入的語音進行中斷響應，如果語音中斷響應優(yōu)先級比較低，則不響應按語音中斷響應，直接返回到主程序的運行過程中．如果語音中斷響應的優(yōu)先級比較高，則先執(zhí)行語音中斷響應，當中斷響應結(jié)束后，再返回到主程序的運行過程中，等待再次中斷響應．

中斷服務程序流程圖如圖3所示．

圖3 中斷服務程序流程圖

2．2．4 公交車報站器系統(tǒng)的優(yōu)化管理

1）公交車報站器進行系統(tǒng)優(yōu)化管理，需要對語音資源的容量進行管理，盡量減小語音資源，對于相同的語音資源，可以把語音資源截下來，通過代碼編寫，把兩段語音資源相連接，相同的語音資源只用一段，能在多個語音句中使用．例如：對于公交車站所有站點，只要把每一站的名稱××站截下來，和后面的一個相同的語音資源相連接，完成語音的播報，大大減少了語音資源的容量，提高了報站器運行的速度，優(yōu)化了系統(tǒng)管理．

2）公交車報站器進行系統(tǒng)優(yōu)化管理，要對語音資源進行合理管理，注意語音資源的質(zhì)量，讓乘客聽清楚語音播報的具體內(nèi)容．

3）公交車報站器進行系統(tǒng)優(yōu)化管理，要加強語音識別系統(tǒng)的識別能力，使報站器能靈敏地識別所輸入的語音，并快速、準確地作出判斷，進行報站．

4）公交車報站器進行系統(tǒng)優(yōu)化管理，要更合理地管理好存儲系統(tǒng)，不要讓存儲系統(tǒng)的空間不足，使報站器不能正常合理地工作，也不要讓存儲系統(tǒng)的空間太大，造成資源的浪費．存儲空間的大小應比相應的存儲資源略大一些，做到合理、有效地利用資源．

3 結(jié)束語

基于凌陽SPCE061A單片機的公交車報站器在鍵盤控制播報的基礎(chǔ)上增加語音輸入控制播報．司機在開車過程中對報站的方式有了選擇性．選擇用鍵盤輸入控制播報方式，按相應鍵，公交車報站器就會播報相應鍵的語音信息．選擇用語音輸入控制播報方式，司機輸入相關(guān)語音信號，公交車報站器會把司機輸入的語音信號進行放大，去除噪音，再進行模數(shù)轉(zhuǎn)化成凌陽SPCE061A單片機可以識別的語音信息，從語音庫中查找相應有語音資源完成報站．公交車報站器會越來越滿足實際要求，使其更具有人性化特點．

［1] 楊帥；薛嵐；吳洪兵，等．基于語音處理技術(shù)的人機交互系統(tǒng)的設(shè)計［J] ．工礦自動化，2010，38（4）：123－127．

［2] 余彥霖．基于凌陽SPCE061A單片機的語音導引系統(tǒng)的設(shè)計與總結(jié)報告［J] ．科技信息，2011，28（1）：99－100．

［3] 李輝，寧祎，鄧遵義．SPCE061A單片機程序存儲器的擴展技術(shù)［J] ．機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2008，21（4）：67－69．

［4] 孔祥洪，孟健，王令群．凌陽16位單片機原理與應用［M] ．北京：北京航空航天大學出版社，2009．

［5] 孔祥洪，董昌春，王令群．凌陽16位單片機實訓教程［M] ．北京：北京航空航天大學出版社，2009

［6] 黃智偉．全國大學生電子設(shè)計競賽制作實訓［M] ．2版．北京：北京航空航天大學出版社，2011．

［7] 盧勝利．基于凌陽SPCE061A設(shè)計實驗平臺的專業(yè)綜合設(shè)計教程［M] ．北京：機械工業(yè)出版社，2007．