毛會(huì)瓊++王軍++牛小玲
摘 要
本文以數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)于回放綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為題目進(jìn)行具體的探討。首先對(duì)系統(tǒng)方案進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明,主要從硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面展開(kāi)具體討論。希望能夠通過(guò)本文初步論述可以引起更多的關(guān)注與更為廣泛的交流,從而為該方面的理論研究工作與實(shí)踐工作提供一些有價(jià)值的信息,以供參考。
【關(guān)鍵詞】數(shù)字化 語(yǔ)音存儲(chǔ)回放 綜合實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在主音錄音、存儲(chǔ)、回放過(guò)程之中,傳統(tǒng)的方法以磁帶為主;目前,在信息技術(shù)大量普遍應(yīng)用的背景下,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了更為便利的實(shí)踐方法,比如,通過(guò)數(shù)字化來(lái)實(shí)現(xiàn)這些過(guò)程、完成目標(biāo)。從基本原理方面看,以數(shù)字控制為準(zhǔn),技術(shù)手段中能夠以非失真的壓縮算法實(shí)現(xiàn)壓縮存儲(chǔ),減少占用空間、利用率高,質(zhì)量有保障。所以,它的價(jià)值在現(xiàn)階段已經(jīng)非常突出,應(yīng)該加大該方面的研究工作。以下就從綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行具體探討。
1 系統(tǒng)方案
在現(xiàn)階段,語(yǔ)音芯片種類(lèi)繁多,為了滿足市場(chǎng)需求,已經(jīng)出現(xiàn)了諸多不同層次或質(zhì)量的產(chǎn)品,但靈活性依然是其需要克服的阻礙;在本次研究中,以微處理器控制系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)核心,模數(shù)轉(zhuǎn)換器、為L(zhǎng)inCMOS8、TLC0820AC,外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為RAM628128,數(shù)量為2個(gè),靜態(tài)為主;對(duì)應(yīng)的看,TLC0820AC-采集、RAM628128-存放、DAC0832-回放;此次以8/4kHz作為采樣頻率,壓縮功能強(qiáng),回放結(jié)果可以實(shí)證對(duì)音質(zhì)的保障。
從結(jié)構(gòu)原理方面分析,綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,通過(guò)話筒、放大濾波、A/D轉(zhuǎn)換(采集)、單片機(jī)89C51、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,完成采集、存放;然后,再通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器到返回到單片機(jī)89C51,反向的通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換、帶通濾波器、功率放大、揚(yáng)聲器,整體結(jié)構(gòu)原理完成。可以總結(jié)為三個(gè)流程,10大步驟。
2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 單片機(jī)系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)
綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各要素如上所述,所采用片選信號(hào)主要是8031高位地址,通過(guò)74LS138進(jìn)行譯碼;電路擴(kuò)展以8255進(jìn)行,擴(kuò)展地址應(yīng)用PB,PC,擴(kuò)展數(shù)據(jù)則以PA為準(zhǔn)。
2.2 A/D電路
電路組成為數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)到DAC0832,再通過(guò)雙極性電流電壓轉(zhuǎn)換器、帶通濾波器、功率放大器、語(yǔ)音信號(hào)各要素。語(yǔ)音輸入處理電路以模擬為準(zhǔn),有前置放大器、帶通濾波器、電平范圍調(diào)整電路;此次實(shí)驗(yàn)中,設(shè)計(jì)麥克風(fēng)輸出電平(幾十毫伏),利用放大器達(dá)到1V左右,能夠推動(dòng)后級(jí)電路;其中,頻率確定8kHz、通帶300到3400Hz,在語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換中,可實(shí)現(xiàn)雙極性到0至5V范圍,因此,滿足對(duì)接信號(hào)(ADC0808對(duì)接口信號(hào))。
2.3 D/A電路
該電路中,從語(yǔ)音信號(hào)到前置放大器、帶通濾波器、范圍調(diào)整電路、ADC0808、數(shù)字轉(zhuǎn)口、數(shù)字語(yǔ)音信號(hào),雙極性信號(hào)可以處理雜音,運(yùn)算放大器選擇2組,以滿足雙極性控制,能夠?qū)崿F(xiàn)喇叭的有效推動(dòng)。
2.4 帶通濾波器的設(shè)計(jì)
針對(duì)干擾、雜波,在前向通道、后向通道中,設(shè)計(jì)帶通濾波器,由低通、高通過(guò)串聯(lián),范圍是3400到300Hz。
3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 總體程序設(shè)計(jì)
通過(guò)主程序、鍵盤(pán)中斷處理程序、系統(tǒng)定時(shí)器中斷處理程序,共同構(gòu)成系統(tǒng)程序;在第一個(gè)程序中以空閑、錄音、回放、報(bào)警四個(gè)狀態(tài)為主,可以通過(guò)指標(biāo)燈明晰其中的問(wèn)題。在第二個(gè)程序中,錄音鍵、放音鍵即可完成有效控制;而在定時(shí)器中斷處理程序中,選擇0.125ms作為定時(shí)時(shí)間,具體根據(jù)工作狀態(tài)所處的情況選擇處理;針對(duì)數(shù)字濾波程序,輸入A/D轉(zhuǎn)換器信號(hào)過(guò)程中,末位數(shù)據(jù)會(huì)有跳變,所以,要解決高頻信號(hào)產(chǎn)生的問(wèn)題,以數(shù)字濾波能夠完成;方法比較多,可以應(yīng)用算術(shù)平均值、加權(quán)平均值、滑動(dòng)平均值等;前兩個(gè)濾波方法要求數(shù)據(jù)多,因此,采樣次數(shù)也多,速度慢,本次研究中,以滑動(dòng)平均值濾波方法為準(zhǔn)。
3.2 語(yǔ)音壓縮與解壓
語(yǔ)音的原因是信號(hào)數(shù)據(jù)占據(jù)存儲(chǔ)器空間過(guò)大,一般情況下,10s語(yǔ)音信號(hào)數(shù)據(jù)=80K存儲(chǔ)器,所以,從這個(gè)角度就可以看出,數(shù)據(jù)壓縮的必要性;在本次研究中采用非失真的壓縮算法,其實(shí)還有失真壓縮算法,所謂失真即是在付立葉變換后,抽取有用頻率分量;當(dāng)解壓時(shí),只需要反變換,即可以恢復(fù)相關(guān)信號(hào);雖然失真壓縮法有其自身的優(yōu)勢(shì),且能夠在數(shù)量上有明顯的特點(diǎn),但是,由于該系統(tǒng)中的語(yǔ)音信號(hào)頻帶較窄、不宜采用付立葉變換,因?yàn)闀?huì)在壓縮與解壓中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象;另一方面,綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對(duì)于龐大的運(yùn)算量較少,也不適合付氏處理的最大優(yōu)勢(shì),因?yàn)榇舜窝芯克捎锰?位單片機(jī),所以,以非失真壓縮算法最好;該算法中以3個(gè)字節(jié)表示2個(gè)以上數(shù)據(jù),因此解壓中對(duì)重復(fù)次數(shù)的決定由后一個(gè)數(shù)據(jù)決定即可。
4 結(jié)束語(yǔ)
總之,在新的時(shí)代或新的發(fā)展時(shí)期,根據(jù)變化規(guī)律各種事物均會(huì)發(fā)生諸多變化,且有其特征表現(xiàn);所以,在實(shí)際的探索與實(shí)驗(yàn)方面,應(yīng)該抓住這些特征,并進(jìn)行深入分析,從中找到理論依據(jù)、工作原理,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)細(xì)致化的分析,達(dá)到對(duì)事物的理解,以及理解后的具體應(yīng)用。通過(guò)以上分析可以看出,關(guān)于數(shù)字化語(yǔ)音方面的綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要從硬件、軟件方面進(jìn)行設(shè)計(jì),然后,在二者之間建立起緊密聯(lián)系,才能更好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)踐應(yīng)用,但應(yīng)該以簡(jiǎn)潔的思路,利用電器元件,達(dá)到系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單、程序簡(jiǎn)潔的目標(biāo),這樣可以更好的使其應(yīng)用得到普遍推廣等。
參考文獻(xiàn)
[1]周瑗,楊麗華.基于CPLD技術(shù)的數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)[J].北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014(02).
[2]涂劍鵬,何尚平.基于嵌入式處理器的數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)回放及GSM語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016(04).
[3]曲洪權(quán),李柯南,張北南等.基于FPGA控制的數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)[J].電子技術(shù),2015(12).
[4]黃恩,魏煒,鄒鋆濤等.數(shù)字化語(yǔ)音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)[J].中國(guó)儀器儀表,2014(03).
電子技術(shù)與軟件工程2016年18期