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语音的数字化处理、存储及回放
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2011-04-11
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关于语音的数字化的处理以及存储和回放 利用高质量的语音芯片来完成,保证录音质量和处理的精度
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摘要
传统的磁带语音录放系统因其体积大、使用不便,在电子与信息处理的使用
中受到许多限制。本文提出的体积小巧,功耗低的数字化语音存储与回放系统将
完全可以替代它。数字化语音存储与回放系统的基本原理是对语音的录音与放音
的数字化控制。其中,关键技术在于,为了增加语音存储时间,提高存储器的利
用率,采用了非失真压缩算法对语音信号进行压缩后再存储,而在回放时再进行
解压缩,同时,对输入语音信号进行数字滤波以抑制杂音和干扰,从而确保了语音
回放的可靠质量。
该系统对语音信号分别采用了数据采集直寸直取,欠抽样采样和自相似增量
调制等三种方法,完成了对语音信号32.7s、65.5s、147.4s的存储与回放。前直
AGC将语音信号控制在A/D转换器可控制的范围之内以保证话音信号采样不失真
带通滤波器合理的通带范围有效的滤除了带外噪声,减小了混叠失真。通过后级
补偿电路对输出的语音信号进行了 的校正,回放语音清晰。系
统具有自动录音、手动录音、录放音时间显示以及掉电后保护语音信号等功能。
关键词:数字化存储,回放,数字滤波,采样,模/数转换,校正
I
Abstract
T r a d i t i o n a l t a p e r e c o r d s y s t e m b e c a u s e o f h e a v y u s i n g i n c o n v e n i e n t v o l u m e
t h e i r , r e c e i v e a l o t o f r e s t r i c t i o n s i n t h e u s e o f t h e e l e c t r o n a n d i n f o r m a t i o n
p r o c e s s i n g . T h e v o l u m e t h a t t h i s t e x t p u t s f o r w a r d i s s m a l l a n d
exquisite, the digitized pronunciation of the low power dissipation can substitute it
w i t h t h e p l a y b a c k s y s t e m t o s t o r e . D i g i t i z e d p r o n u n c i a t i o n s t o r e s y s t e m a t i c b a s i c
principle recording and to put sound in pronunciation digital control with playback.
Among them, key t echnology lies in : For increase pronunciation store time , raise
utilization ratio of memory , adopt non- distorted to compress algorithm go on after
c o m p r e s s i n g s t o r i n g t o p r o n u n c i a t i o n s i g n a l , d e c o m p r e s s i n t h e p l a y b a c k ;
Meanwhile, to input pronunciation signal carry on figure strain wave by suppressing
n o is i ng a n d i n t e r f e r i n g , t h u s g u a r a n t e e d t h e r e li a b l e q u a l i t y o f t h e p l a y b a c k o f t h e
pronunciation.
In trod ucing the direct sto re & a c cess of d a ta collection, a nd AGC o n aco ustic
s i g n a l r e s p e c t i v e l y , t h i s s y s t e m i m p l e m e n t s t h e s t o r a g e a n p l a y b a c k o f a c o u s t i c
s i g n a l w h i c h l a s t s f o r 3 2 . 7 se co n d s , 6 5 . 5 s e n d s o r 1 4 7 . 4 s e c o n d s ; T o i n s u r e t h e
undistorted sampling of speech signal, the pre-AGC limits the speech signal within
the range that can be processed by A/D converter; the reasonable handwidth of hang-
pass filter removes the out-hand noise efficiently and decrease the overlap distortion;
W i t h t h e e m e n d a t i o n b y l a t t e r c o m p e n s a b l e
circuit , the playback voice is very clear; Beside all above , this system also realize
the following funcitions: automatic recording manually recording manually recording
,record , record/play time display and the saving of speech signal when power-off .
Keywords: Digital store,Playback Digital Filter,Sample, A/D Convert,Correct
II
目 录
摘要....................................................................................................I
Abstract............................................................................................II
1 绪言................................................................................................1
1.1课题背景...........................................................................................................................1
1.2课题研究的目的和意义....................................................................................................1
1.3国内外概况.......................................................................................................................1
2方案比较与论证.................................................................................2
2.1方案一...............................................................................................................................2
2.1.1语音编码方案:.....................................................................................................2
2.1.2 A/D、D/A及存储芯片的选择..............................................................................3
2.2方案二...............................................................................................................................3
2.2.1控制方式................................................................................................................3
2.2.2放大器及A/D、D/A芯片的选择...........................................................................4
2.3方案三...............................................................................................................................4
3系统总体结构....................................................................................5
4 电路设计..........................................................................................6
4.1拾音器...............................................................................................................................6
4.2放大器的设计...................................................................................................................6
4.3有源带通滤波器设计........................................................................................................8
4.4可调稳压电源的设计......................................................................................................10
4.5 MCS—51系列单片机....................................................................................................10
4.6 D/A、A/D转换器...........................................................................................................20
4.6.1 D/A转换器DAC0832的介绍..............................................................................20
4.6.2 A/D转换器AD574介绍.......................................................................................21
4.6.3 单片机AT89C51和AD574 的接口原理..............................................................22
4.6.4 存储器的选取......................................................................................................24
5 软件设计........................................................................................26
6 总结与展望....................................................................................28
致 谢...............................................................................................29
参考文献...........................................................................................30
附录.................................................................................................32
III
1 绪言
本文阐述了数字化语音存储与回放系统的研究背景、现状及发展方向,明确
指出了传统的语音存储与回放系统的缺陷和面临的问题,以及数字化语音存储
与回放系统的优点和发展前景。
1.1 课题背景
数字化语音存储与回放系统,以微处理芯片为核心,具有语音可控、 回
放灵活、无磨损、可靠简单等特点。因而在各类公共设施、智能仪表、家用电
子产品等领域有着广泛的应用
[1]
。该系统目前有多种方案可以实现,其中采集
成语音芯片是一种较简单通用的方案,但该方案智能性较差,如音量不能放大
录音时间固定等。本系统采用另外一种方案,以 AT89C51 单片机为核心,设计
了一套可灵活实现录、放音,音量自动控制的新的语音存储与回放系统。
1.2 课题研究的目的和意义
目前,广为流传的语音存储手段为磁带记录,其体积大、使用不便,在电子
与信息处理的使用中受到许多限制。所以数字化存储方式是未来发展的趋势。
我们在这里将语音信号的存储建立在数字化的基础上,同时为了降低噪声提高
语音质量和音量的稳定性采用了带通滤波器和自动增益控制电路
[2]
。
1.3 国内外概况
自从爱迪生1877年发明留声机以来,音响技术已有百余年的发展历史,这
期间,记录存储各种声音的载体,传输与播放语音技术的发展可谓日新月异。
该系统采用单片机对录音、放音、快进、暂停等功能实现控制,用DSP技术对
语音信息进行处理,用Flash ROM 技术进行存储,提高了语音的回放质量和延
长了存储时间,与盒式磁带录音机相比避免了机械传动噪音,音质好,功耗低,
具有时钟功能,而且人机界面友好,又用中断方式控制录音、放音的过程,实
现了语音存储与回放的数字化
[3]
。
1
2 方案比较与论证
2.1 方案一
2.1.1 语音编码方案:
人耳能听到的声音是一种频率范围为 20 Hz~20000 Hz ,而一般语音频率
最高为 3400 Hz。语音的采集是指语音声波信号经麦克风和高频放大器转换成
有一定幅度的模拟量电信号,然后再转换成数字量的全过程。根据“奈奎斯特采样
定理”, 采样频率必须大于模拟信号最高频率的两倍, 由于语音信号频率为 300
~3 400 Hz ,所以把语音采集的采样频率定为 8 kHz。从语音的存储与压缩率来
考虑,模型参数表示法明显优于信号波形表示法
[4]
。但要将之运用于单片机,
显然信号波形表示法相对简单易实现。基于这种思路的算法,除了传统的一些
脉冲编码调制外,目前已使用的有 VQ 技术及一些变换编码和神经网络技术,
但是算法复杂,目前的单片机速度底,难以实现。结合实际情况,提出以下几
种可实现的方案。
(1)短时平均跨零记数法 该方案通过确定信号跨零数,将语音信号编码
为数字信号,常用于语音识别中。但对于单片机,由于处理数据能力底,该方
法不易实现。
(2)实时副值采样法 采样过程如图 2.1 所示。
图 2.1 采样过程
具体实现包括直存取法、欠抽样采样法、自相似增量调制法等三种基本方法。
其中第三种实现方法最具特色,该方法可使数据压 1:4.5,既有 调制的优
点,又同时兼有 PCM 编码误差较小的优点,编码误差不向后扩散。
抽样 量化 存储
2
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天蓝之蝎
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