數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要傳統(tǒng)的磁帶語音錄放系統(tǒng)因其體積大、使用不便,在電子與信息處理的使用中受到許多限制。本文提出的體積小巧,功耗低的數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)將完全可以替代它。數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的基本原理是對語音的錄音與放音的數(shù)字化控制。其中,關(guān)鍵技術(shù)在于,為了增加語音存儲時(shí)間,提高存儲器的利用率,采用了非失真壓縮算法對語音信號進(jìn)行壓縮后再存儲,而在回放時(shí)再進(jìn)行解壓縮,同時(shí),對輸入語音信號進(jìn)行數(shù)字濾波以抑制雜音和干擾,從而確保了語音回放的可靠質(zhì)量。該系統(tǒng)對語音信號分別采用了數(shù)據(jù)采集直寸直取,欠抽樣采樣

2、和自相似增量調(diào)制等三種方法,完成了對語音信號32.7s、65.5s、147.4s的存儲與回放。前直AGC將語音信號控制在A/D轉(zhuǎn)換器可控制的范圍之內(nèi)以保證話音信號采樣不失真。帶通濾波器合理的通帶范圍有效的濾除了帶外噪聲,減小了混疊失真。通過后級補(bǔ)償電路對輸出的語音信號進(jìn)行了的校正,回放語音清晰。系統(tǒng)具有自動錄音、手動錄音、錄放音時(shí)間顯示以及掉電后保護(hù)語音信號等功能?!娟P(guān)鍵詞】數(shù)字化存儲,回放,數(shù)字濾波,采樣,模/數(shù)轉(zhuǎn)換,校正目錄摘要71緒言91.1課題背景91.2課題研究的目的和意義91.3國內(nèi)外概況92方案比較與

3、論證102.1方案一102.1.1語音編碼方案:102.1.2A/D、D/A及存儲芯片的選擇112.2方案二112.2.1控制方式112.2.2放大器及A/D、D/A芯片的選擇122.3方案三123系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)134電路設(shè)計(jì)144.1拾音器144.2放大器的設(shè)計(jì)164.3有源帶通濾波器設(shè)計(jì)164.4單片機(jī)AT89C51和AD574的接口原理174.5存儲器184.5.1程序存儲器184.5.2存儲器的選取194.6對數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的校正205軟件設(shè)計(jì)216總結(jié)與展望237致謝248參考文獻(xiàn)241緒言本文闡

4、述了數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的研究背景、現(xiàn)狀及發(fā)展方向,明確指出了傳統(tǒng)的語音存儲與回放系統(tǒng)的缺陷和面臨的問題,以及數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展前景。1.1課題背景數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng),以微處理芯片為核心,具有語音可控、回放靈活、無磨損、可靠簡單等特點(diǎn)。因而在各類公共設(shè)施、智能儀表、家用電子產(chǎn)品等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1]。該系統(tǒng)目前有多種方案可以實(shí)現(xiàn),其中采集成語音芯片是一種較簡單通用的方案,但該方案智能性較差,如音量不能放大、錄音時(shí)間固定等。本系統(tǒng)采用另外一種方案,以AT89C51單片機(jī)為核心,設(shè)計(jì)了一

5、套可靈活實(shí)現(xiàn)錄、放音,音量自動控制的新的語音存儲與回放系統(tǒng)。1.2課題研究的目的和意義目前,廣為流傳的語音存儲手段為磁帶記錄,其體積大、使用不便,在電子與信息處理的使用中受到許多限制。所以數(shù)字化存儲方式是未來發(fā)展的趨勢。我們在這里將語音信號的存儲建立在數(shù)字化的基礎(chǔ)上,同時(shí)為了降低噪聲提高語音質(zhì)量和音量的穩(wěn)定性采用了帶通濾波器和自動增益控制電路[2]。1.3國內(nèi)外概況自從愛迪生1877年發(fā)明留聲機(jī)以來,音響技術(shù)已有百余年的發(fā)展歷史,這期間,記錄存儲各種聲音的載體,傳輸與播放語音技術(shù)的發(fā)展可謂日新月異。該系統(tǒng)采用單片機(jī)

6、對錄音、放音、快進(jìn)、暫停等功能實(shí)現(xiàn)控制,用DSP技術(shù)對語音信息進(jìn)行處理,用FlashROM技術(shù)進(jìn)行存儲,提高了語音的回放質(zhì)量和延長了存儲時(shí)間,與盒式磁帶錄音機(jī)相比避免了機(jī)械傳動噪音,音質(zhì)好,功耗低,具有時(shí)鐘功能,而且人機(jī)界面友好,又用中斷方式控制錄音、放音的過程,實(shí)現(xiàn)了語音存儲與回放的數(shù)字化[3]。2方案比較與論證2.1方案一2.1.1語音編碼方案:人耳能聽到的聲音是一種頻率范圍為20Hz~20000Hz,而一般語音頻率最高為3400Hz。語音的采集是指語音聲波信號經(jīng)麥克風(fēng)和高頻放大器轉(zhuǎn)換成有一定幅度的模擬量電信號

7、,然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的全過程。根據(jù)“奈奎斯特采樣定理”,采樣頻率必須大于模擬信號最高頻率的兩倍,由于語音信號頻率為300~3400Hz,所以把語音采集的采樣頻率定為8kHz。從語音的存儲與壓縮率來考慮,模型參數(shù)表示法明顯優(yōu)于信號波形表示法[4]。但要將之運(yùn)用于單片機(jī),顯然信號波形表示法相對簡單易實(shí)現(xiàn)?;谶@種思路的算法,除了傳統(tǒng)的一些脈沖編碼調(diào)制外,目前已使用的有VQ技術(shù)及一些變換編碼和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),但是算法復(fù)雜,目前的單片機(jī)速度底,難以實(shí)現(xiàn)。結(jié)合實(shí)際情況,提出以下幾種可實(shí)現(xiàn)的方案。(1)短時(shí)平均跨零記數(shù)法該方案通

8、過確定信號跨零數(shù),將語音信號編碼為數(shù)字信號,常用于語音識別中。但對于單片機(jī),由于處理數(shù)據(jù)能力底,該方法不易實(shí)現(xiàn)。(2)實(shí)時(shí)副值采樣法采樣過程如圖2.1所示。抽樣量化存儲圖2.1采樣過程具體實(shí)現(xiàn)包括直存取法、欠抽樣采樣法、自相似增量調(diào)制法等三種基本方法。其中第三種實(shí)現(xiàn)方法最具特色,該方法可使數(shù)據(jù)壓1:4.5,既有調(diào)制的優(yōu)點(diǎn),又同時(shí)兼有PCM編碼誤差較小的優(yōu)點(diǎn),

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