汽車檢測(cè)中語(yǔ)音合成器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

汽車數(shù)量的急劇增加，加大了汽車檢測(cè)工作的工作量。汽車檢測(cè)中，檢測(cè)人員要用眼瀏覽并判定許多屏幕上的信息，并做出判斷。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)人員的耳未發(fā)揮出應(yīng)有的功能，而用語(yǔ)音的形式告知檢測(cè)人員的檢測(cè)結(jié)果，可減輕檢測(cè)人員的工作負(fù)擔(dān)，汽車檢測(cè)線語(yǔ)音合成器就是為此目的研制的。

1主要技術(shù)指標(biāo)

1。1語(yǔ)音合成器輸出語(yǔ)音信號(hào)要求

(1)輸出語(yǔ)音信號(hào)特征

語(yǔ)音合成器輸出語(yǔ)音信號(hào)特征為，語(yǔ)速：3～4字／秒；信噪比：20dB；頻率：300～3000Hz，公輸出大約90句話語(yǔ)。

(2)輸出語(yǔ)音信號(hào)參數(shù)

電壓幅值：3V(帶負(fù)載，有效值);

輸出阻抗：<50Ω;負(fù)載阻抗：600Ω。

2結(jié)構(gòu)及工作原理

2。1結(jié)構(gòu)

汽車檢測(cè)中語(yǔ)音合成器為一獨(dú)立的智能語(yǔ)音合成塊，配有標(biāo)準(zhǔn)串行口供測(cè)試及與主處理機(jī)通訊，與主處理機(jī)連接關(guān)系如圖1。

2。2工作原理

當(dāng)語(yǔ)音合成器加電時(shí)，首先要做初始化、自測(cè)試工作等。

當(dāng)主處理機(jī)要求輸出語(yǔ)音時(shí)，通過(guò)RS232接口把命令字傳送給語(yǔ)音合成器，語(yǔ)音合成器響應(yīng)中斷后，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，完成讀取命令字、清除命令字等任務(wù)，然后返回，按讀取的命令字報(bào)出對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音。

3設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3。1設(shè)計(jì)思想

針對(duì)語(yǔ)音合成器特定需要，音質(zhì)要求高，詞匯量小等特點(diǎn)，語(yǔ)音合成擬采用波形編碼技術(shù)，這種方法相對(duì)簡(jiǎn)單、易行，合成的語(yǔ)音質(zhì)量好。合成器的工作任務(wù)量較為有限，CPU可選用價(jià)格低廉，工作可靠，便于開(kāi)發(fā)，應(yīng)用面極廣的8031單片微處理機(jī)芯片，編碼芯片選用TCM2916，它是一種電話編碼/解碼芯片，內(nèi)有放大濾波電路，可對(duì)輸入語(yǔ)音，輸出語(yǔ)音進(jìn)行濾波處理，用它合成的語(yǔ)音音質(zhì)好，清晰自然。

3。2主要功能部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3。2。1功能

語(yǔ)音合成器是一獨(dú)立的功能塊。當(dāng)主處理機(jī)用RS232口告知語(yǔ)音合成器有語(yǔ)音輸出要求時(shí)，語(yǔ)音合成器的CPU從相應(yīng)的串口數(shù)據(jù)寄存器讀取信息，并進(jìn)行判斷，按要求產(chǎn)生輸出語(yǔ)句。

3。2。2硬件配置

語(yǔ)音合成器硬件配置如下：

CPU芯片：M8031;時(shí)鐘頻率：11。059MHz;

程序存儲(chǔ)器：8K×8b;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：64K×8b;

“看門狗”定時(shí)器;一個(gè)RS232串行口;

兩個(gè)外部中斷INT0，INT1;語(yǔ)音編碼U律編碼。

3。2。3語(yǔ)音合成器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)考慮

語(yǔ)音合成塊負(fù)責(zé)著語(yǔ)音的重構(gòu)工作，下面說(shuō)明設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的一些問(wèn)題。

(1)語(yǔ)音合成

語(yǔ)音合成包括有限詞匯的合成和無(wú)限詞匯的合成。實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音合成有兩種方法，一種是采用波形編碼技術(shù)進(jìn)行合成；另一種是采用聲碼技術(shù)合成。前者能高質(zhì)量地重建語(yǔ)音，很適于合成音質(zhì)要求好，詞匯量不太大的系統(tǒng)，特別是軍用特定系統(tǒng)。它的缺點(diǎn)是占用的存貯量大，但隨著存儲(chǔ)器芯片集成度的大大提高及價(jià)格的下降，這個(gè)問(wèn)題并不那么明顯，目前的應(yīng)用已發(fā)揮了很好的社會(huì)效益。后者包括三種實(shí)現(xiàn)方法，即線性預(yù)測(cè)參數(shù)合成法，共振峰合成方法，發(fā)音器官參數(shù)合成法。由于這些技術(shù)在實(shí)驗(yàn)中很難找到精確描述聲道參數(shù)的模型，因而合成的語(yǔ)音質(zhì)量較差，它的優(yōu)點(diǎn)是所需的存貯量小，當(dāng)要合成無(wú)限詞匯量系統(tǒng)時(shí)必須采用這種技術(shù)。目前，民用市場(chǎng)有許多這方面的芯片，如用TI公司語(yǔ)音合成芯片TMS5220構(gòu)成的有限詞匯量的系統(tǒng)，由于要求的存儲(chǔ)量小，相對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量高而得到廣泛的應(yīng)用。針對(duì)飛控系統(tǒng)語(yǔ)音合成器特定需要：音質(zhì)要求高，詞匯量小等特點(diǎn)，語(yǔ)音合成采用波形編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并選詞組為存貯基元。

(2)CPU的選擇考慮

語(yǔ)音合成器的主要任務(wù)是實(shí)時(shí)地響應(yīng)主處理機(jī)送來(lái)的命令字，并把固化在語(yǔ)音參數(shù)存儲(chǔ)器的語(yǔ)音參數(shù)按命令字進(jìn)行解碼回放，因此對(duì)CPU要求有一定的中斷處理及控制能力，8031單片機(jī)可勝任這一工作。8031單片機(jī)具有功能強(qiáng)、外圍接口豐富、指令控制能力強(qiáng)、價(jià)格低廉、工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)處理該項(xiàng)任務(wù)，因此，語(yǔ)音合成器CPU選8031。

其主要性能如下：

·最高時(shí)鐘頻率：12MHz

·片內(nèi)128×8bitRAM

·片外128k×8bit存儲(chǔ)器

·32位I／O口

·兩個(gè)16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器

·兩個(gè)外部中斷INT0，INT1

·串行口

·低功耗：150mW

(3)語(yǔ)音參數(shù)的解碼

語(yǔ)音芯片承擔(dān)著語(yǔ)音的重構(gòu)工作，從量化理論得知，對(duì)PCM編碼，要達(dá)到電話質(zhì)量，編碼需11bit的量化位數(shù)，而采用μ律PCM編碼，只需7bit的量化位數(shù)，本設(shè)計(jì)中我們選用TCM2916，為一μ律PCM編碼芯片，量化位數(shù)為8bit，因此可滿足語(yǔ)音合成器要求，其主要特點(diǎn)如下：

·μ律PCM編碼技術(shù)

·內(nèi)部放大濾波電路，通帶頻率：200Hz～3。4kHz

·低功耗：140mW

·串行PCM編碼I／O

·易于與單片機(jī)接口

3。2。4參數(shù)存貯器

參數(shù)存貯器用來(lái)固化語(yǔ)音參數(shù)，按給定的檢測(cè)輸出語(yǔ)句（大約80句語(yǔ)句，這里未給出）及采用的μ律PCM編碼技術(shù)，考慮到檢測(cè)語(yǔ)句詞匯的重復(fù)，語(yǔ)音合成器占用存儲(chǔ)量大約為：512k×8b，因此參數(shù)存儲(chǔ)器選用D72C4001D-15固化語(yǔ)音參數(shù)。

3。2。5看門狗電路

為防止語(yǔ)音合成器失控，設(shè)計(jì)看門狗電路實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音合成器的監(jiān)視，當(dāng)發(fā)生失控時(shí)，強(qiáng)迫語(yǔ)音合成器進(jìn)入確定狀態(tài)。

3。2。6軟件

要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音合成器所要求的功能，必須配置有相應(yīng)的軟件，軟件包括語(yǔ)音合成軟件和通訊軟件。其中語(yǔ)音合成軟件包括測(cè)試模塊、控制模塊及合成模塊。

(1)語(yǔ)音合成軟件

語(yǔ)音合成軟件由自測(cè)試模塊、控制模塊及合成模塊組成。

自測(cè)試模塊完成語(yǔ)音合成模塊的自測(cè)試工作，包括8031指令系統(tǒng)，程序EPROM，語(yǔ)音參數(shù)EPROM及整個(gè)放音系統(tǒng)的測(cè)試工作。

控制模塊控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音合成器的控制管理工作。包括語(yǔ)音合成器的初始化工作，與主處理機(jī)的通訊管理工作及輸出語(yǔ)音信息的檢索、判斷工作以及詞組的編排、組織工作。[!--empirenews.page--]

4結(jié)語(yǔ)

以上給出了汽車檢測(cè)中語(yǔ)音合成器主要部分的工作原理及實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)際應(yīng)用中，語(yǔ)音合成器的設(shè)計(jì)還應(yīng)包括結(jié)構(gòu)、可靠性、可維護(hù)性、可測(cè)試性方面的設(shè)計(jì)。