基于藏語的嵌入式語音播放系統(tǒng)

　　當今，嵌入式系統(tǒng)已逐漸應用到各個領域，給人民群眾的生活提供了極大的方便。但是基于藏語的嵌入式語音播放系統(tǒng)幾乎沒有，該項目的實施可以填補藏文文本語音播放系統(tǒng)的空白，同時對于推廣藏語，提高少數(shù)民族同胞的生活、工作質(zhì)量，促進少數(shù)民族事業(yè)發(fā)展都起到了很大的推動作用。

　　該系統(tǒng)包括藏文嵌入式輸入法的設計與實現(xiàn)和藏文語音資源的處理兩大部分，通過本項目的的實施，可以解決藏族同胞中有語言障礙者的交流問題，使其可以方便地將自己的想法通過鍵盤輸入的方式變成藏文文本，進而可以通過該系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成聲音，達到與正常人進行交流的目的，從而大大地改善和提高了他們的生活質(zhì)量。

　　1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

　　本設計利用SPCE3200芯片進行開發(fā)，硬件上以開發(fā)板作為開發(fā)平臺，利用PC機進行軟件程序開發(fā)。SPCE3200嵌入式實驗箱是凌陽科技大學計劃推出的一款全功能32位開發(fā)學習系統(tǒng)，它基于S+Core架構(gòu)32位微處理器SPCE3200，該處理器最大的特色是具有較強的多媒體處理能力。該核心板的設計基于開發(fā)考慮，配置簡單，布局簡潔明了，外設齊全，接口標準，擴展方便，可以較容易的實現(xiàn)本系統(tǒng)的字符輸入、顯示、語音播放功能，因此本設計采用SPCE3200作為主控芯片。根據(jù)各功能的需求，其系統(tǒng)硬件整體框圖如圖1所示。主要由SPCE3200主控板、TFT模塊、Toueh Panel模塊、語音資源播放模塊組成。其中，TFT LCD即薄膜晶體管液晶顯示器。在驅(qū)動方式上，與簡單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個像素上都設置有一個薄膜晶體管大大提高了圖像的質(zhì)量(尺寸、)含有行驅(qū)動電路及數(shù)據(jù)驅(qū)動，可直接與多媒體處理器SPCE32 00的LCD控制器接口相連：Touch Panel模塊利用SPCE3200獲取觸屏坐標，SPCE3200具有12位的ADC具有8個通用的A／D轉(zhuǎn)換通道，通過電阻式獲取觸屏的標值；使用UFAT文件系統(tǒng)對SD卡進行讀寫文件操作，并通過AD和DA通道實現(xiàn)MP3的語音播放功能。

　　1．1 TFT_LCD模組簡介

　　TFT LCD是Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display的縮寫，即薄膜晶體管液晶顯示器。在驅(qū)動方式上，TFT LCD與無源TN LCD、STN LCD的簡單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個像素上都設置有一個薄膜晶體管(TFT)，可有效地克服非選通時的串擾，使顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無關。大大提高了圖像質(zhì)量(尺寸、色彩)，控制起來也比較容易。TFT LCD模塊的電路連接式如圖2所示。

　　TFT LED主要由偏振片、濾色器基板、液晶、TFT基板、偏振片、背光源組成。通過改變R、G、B信號線上的電壓，可以控制LCD的透光，使每一個像素呈現(xiàn)不同的顏色。按照時序，控制整屏的所有像素點就可以控制LCD顯示。

　　內(nèi)置于SPCE3200的TFT LCD接口能夠支持對多種輸入格式的TFT型LCD顯示屏的控制，譬如DataEnable(DE)、Hsync／Vsync、16位并行RGB、8位delta RGB以及CCIR601／656等輸入。LCD顯示屏支持的分辨率為320(水平像素)x240(垂直像素)，并支持NTSC／PAL顯示格式。由于同步信號的位置及寬度都是可配置的，故可以滿足各種規(guī)格的TFT LCD屏的要求。

　　本系統(tǒng)之所以選擇TFT LCD模組是根據(jù)系統(tǒng)對圖片顯示的的需求和模組接口簡單，應用方便。此外TFT LCD內(nèi)置觸屏接口，可以直接用來做觸摸屏，是本系統(tǒng)的觸屏與顯示一體化。

　　1．2 Toueh Pannel模組簡介

　　觸摸屏(Touch Panel)是一種直接以觸碰方式來達成輸入指令的透明面板。SPCE3200具有12位的ADC具有8個通用的A／D轉(zhuǎn)換通道，通過X2或者X1把接觸點到Y(jié)1的電壓輸入SPCE3200的其中一個A／D通道，就可以計算獲得縱坐標值，同樣，通過Y1或者Y2把接觸點到X2的電壓輸入其中一個A／D通過，就可以獲得橫坐標值。

　　實驗箱上LCD大小為640 x480，最左端橫坐標為0，最右端橫坐標為639，最上端縱坐標為0。最下端縱坐標為479。假設屏上任意坐標點(x，y)的橫向電壓測得為Vx，縱向電壓測得為Vy，其中：0≤x<640，0≤y<480，0≤Vx≤3.3 V，0≤Vy≤3.3 V。此時計算得到：

　　本系統(tǒng)是針對特殊人群設計的，考慮到操作的方便性和容易性，所以利用Touch Panel模組可以讓使用者通過觸摸屏實現(xiàn)各種功能。

　　1．3 語音播放模塊——DAC

　　本系統(tǒng)語音的實現(xiàn)選擇SPCE3200的MP3文件播放。硬件上依賴DAC進行輸出播放；軟件上主要通過MP3庫解碼器的API函數(shù)來實現(xiàn)，保證了語音輸出的質(zhì)量同時軟件操作上也較容易。

　　SPCE3200有兩路16位高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可以進行普通的D／A轉(zhuǎn)換，也可以進行立體聲語音播放。SPCE3200的DAC模塊共有3個引腳：其中DAC_VREF為DAC參考電壓輸入引腳；DAC_CH0為DAC通道0信號輸出引腳；DAC_CH1為DAC通道1信號輸出引腳。SPCE3200的DAC模塊有兩路DAC通道(通道0和通道1)，具有4級深度的FIFO Buffer(Buffer的大小可設置)，可以編程設置DAC采樣率，其中斷機制和緩存區(qū)支持可使得語音播放更方便。其特性如下：

　　1)電壓型輸出；

　　2)16位精度；

　　3)共有兩路DAC通道(通道0和通道1)；

　　4)具有4級深度的FIFO Buffer，Buffer的大小可設置；

　　5)終端機制和緩沖區(qū)的支持使得利用DAC進行語音播放更方便。

　　2 輸入鍵盤

　　本項目考慮到應用的復雜程度和系統(tǒng)資源分配，充分利用SPCE3200的多媒體特性，采用含37個按鍵的鍵盤來實現(xiàn)藏文字符以及數(shù)字和特殊符號的輸入，界面直觀，操作方便。

　　鍵盤的布局見圖3所示，本實驗將LCD液晶屏通過坐標測試分為主窗口、字符選擇窗口和字符顯示窗口。在鍵盤以圖片形式在鍵盤主窗口顯示，通過掃描函數(shù)以1～30號鍵作為藏文基本基字的存儲鍵，然后利用軟件將常用藏文字符存儲到每個鍵下，從而實現(xiàn)藏文的觸鍵輸入。本設計以*號鍵作為藏文分隔符，以←_鍵作為取消鍵，以鍵作為確認鍵，以↑鍵作為上翻鍵，以↓鍵作為下翻鍵，從而實現(xiàn)了上翻、下翻、確認、刪除、輸入等功能。以34鍵作為#鍵用來存儲數(shù)字符號和特殊的藏文符號，簡單地實現(xiàn)數(shù)字特殊符號的輸入。

　　3 軟件部分設計

　　本項目是在充分利用SPCE3200嵌入式系統(tǒng)多媒體特性的基礎上，結(jié)合藏族同胞的實際情況特別是藏族語言表達障礙人員設計的一款集藏文輸入法與藏文語音播報為一體的系統(tǒng)，為藏語在嵌入式系統(tǒng)中的開發(fā)提供了思路，具有很強的使用價值和一定的推廣前景。

　　軟件設計如圖4所示，程序運行后先初始化各變量和顯示初始界面，然后進入主循環(huán)，顯示選擇菜單，通過掃描觸鍵，并調(diào)用鍵值判斷函數(shù)獲得鍵值，當取消鍵被選擇時，LCD界面顯示取消本次操作，返回鍵盤掃描函數(shù)等待下一次操作。當確認鍵按下時，開始輸入信息，通過觸鍵、判斷鍵值，然后選擇調(diào)用相應的函數(shù)實現(xiàn)其功能。

　　3．1 藏文輸入法的設計

　　自古以來，藏語言文字在藏族社會生活中占有很重要的地位。然而當今高科技電子時代藏文信息化處理技術的研發(fā)也越來越深入，藏文輸入法對藏文信息化起著非常重要的作用，本系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)中設計的藏文輸入法。藏文輸入法的具體軟件實現(xiàn)方法如下：

　　進入藏文輸入函數(shù)后，首先將藏文信息數(shù)組和藏文存儲數(shù)組清空，通過掃描按鍵，判斷鍵值，通過測量按鍵下的藏文字符個數(shù)，獲取相應按鍵下的藏文字符并復制到藏文存儲數(shù)組中，然后調(diào)用藏文字符選擇函數(shù)。當進入藏文字符選擇函數(shù)后，首先測量存儲數(shù)組的長度，依據(jù)測量調(diào)用數(shù)組顯示函數(shù)，將該按鍵下的字符每頁8個字在字符選擇窗口的依次顯示出來，通過上翻鍵和下翻鍵找到所需字符所在行時，按下確認鍵進行行鎖定，選擇光標會默認的指到該行的第一個藏文字符，然后通過上、下翻鍵對字符進行選擇，當按下確認鍵時，即選中了光標所指的字符，按下確認鍵顯示選中字符，計數(shù)器加1，藏文信息數(shù)組元素個數(shù)加1，同時光標后移一個字符，一個藏文字符的輸入完成，程序返回輸入循環(huán)開始，然后等待下一次按鍵按下，若確認鍵連續(xù)被按下兩次則結(jié)束輸入。在本系統(tǒng)中按下取消鍵就可直接結(jié)束本次輸入。

　　4 藏文字符顯示原理

　　在SPCE3200嵌入式系統(tǒng)中沒有涉及藏文字符的顯示，而且字模工具中也不能直接輸入藏文，基于此，本系統(tǒng)利用凌陽的DM Tool工具制作了非標準大小的字模數(shù)據(jù)。獨立的設計了藏文字符的顯示原理。在本系統(tǒng)中，以點陣掃描原理來實現(xiàn)藏文字符的顯示；先將組成藏文字符的所有基字在字模工具中轉(zhuǎn)換成非標準大小的合適的字模數(shù)據(jù)(見圖5)。然后轉(zhuǎn)換成代碼，通過相應的函數(shù)實現(xiàn)藏文的顯示。字符在液晶顯示器上的顯示與字模工具中的顯示相同，都是通過點陣實現(xiàn)的每一個小方格代表一個點白色為1，綠色為0；每一個點看作一個位。據(jù)此可以繪出符的位信息，采用列掃描的方式，每8位為一個字節(jié)，這樣就得到了字模數(shù)據(jù)。

　　5 作品測試與展望

　　本系統(tǒng)在正常模式下工作性能穩(wěn)定，觸摸屏靈敏，系統(tǒng)響應速度快，藏文顯示和播音符合藏族同胞的習慣，最終各項功能都能滿足實際需要。通過觸摸屏鍵盤實現(xiàn)“西藏大學工學院實驗室”的藏語輸入演示。

　　本項目結(jié)合西藏藏語言的特點和藏族同胞中殘障者的實際生活情況，成功地完成了藏語嵌入式語音播放系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)。對藏語的推廣、藏族同胞生活的改善起到了積極的作用。更為重要的是可以解決藏族同胞中有語言障礙者的交流問題，徹底地改變他們的生活。所以在西藏推廣本設計具有很大的使用價值和市場前景。