汽车检测中语音合成器的设计与实现

2012-04-22 15:53:30来源: 21ic

汽车数量的急剧增加,加大了汽车检测工作的工作量。汽车检测中,检测人员要用眼浏览并判定许多屏幕上的信息,并做出判断。调查研究发现,检测人员的耳未发挥出应有的功能,而用语音的形式告知检测人员的检测结果,可减轻检测人员的工作负担,汽车检测线语音合成器就是为此目的研制的。

1主要技术指标

1。1语音合成器输出语音信号要求

(1)输出语音信号特征

语音合成器输出语音信号特征为,语速:3~4字/秒;信噪比:20dB;频率:300~3000Hz,公输出大约90句话语。

(2)输出语音信号参数

电压幅值:3V(带负载,有效值);

输出阻抗:<50Ω;负载阻抗:600Ω。

2结构及工作原理

2。1结构

汽车检测中语音合成器为一独立的智能语音合成块,配有标准串行口供测试及与主处理机通讯,与主处理机连接关系如图1。

2。2工作原理

当语音合成器加电时,首先要做初始化、自测试工作等。

当主处理机要求输出语音时,通过RS232接口把命令字传送给语音合成器,语音合成器响应中断后,进入中断服务程序,完成读取命令字、清除命令字等任务,然后返回,按读取的命令字报出对应的语音。

3设计实现

3。1设计思想

针对语音合成器特定需要,音质要求高,词汇量小等特点,语音合成拟采用波形编码技术,这种方法相对简单、易行,合成的语音质量好。合成器的工作任务量较为有限,CPU可选用价格低廉,工作可靠,便于开发,应用面极广的8031单片微处理机芯片,编码芯片选用TCM2916,它是一种电话编码/解码芯片,内有放大滤波电路,可对输入语音,输出语音进行滤波处理,用它合成的语音音质好,清晰自然。

3。2主要功能部分的设计与实现

3。2。1功能

语音合成器是一独立的功能块。当主处理机用RS232口告知语音合成器有语音输出要求时,语音合成器的CPU从相应的串口数据寄存器读取信息,并进行判断,按要求产生输出语句。

3。2。2硬件配置

语音合成器硬件配置如下:

CPU芯片:M8031;时钟频率:11。059MHz;

程序存储器:8K×8b;数据存储器:64K×8b;

“看门狗”定时器;一个RS232串行口;

两个外部中断INT0,INT1;语音编码U律编码。

3。2。3语音合成器的设计实现考虑

语音合成块负责着语音的重构工作,下面说明设计实现的一些问题。

(1)语音合成

语音合成包括有限词汇的合成和无限词汇的合成。实现语音合成有两种方法,一种是采用波形编码技术进行合成;另一种是采用声码技术合成。前者能高质量地重建语音,很适于合成音质要求好,词汇量不太大的系统,特别是军用特定系统。它的缺点是占用的存贮量大,但随着存储器芯片集成度的大大提高及价格的下降,这个问题并不那么明显,目前的应用已发挥了很好的社会效益。后者包括三种实现方法,即线性预测参数合成法,共振峰合成方法,发音器官参数合成法。由于这些技术在实验中很难找到精确描述声道参数的模型,因而合成的语音质量较差,它的优点是所需的存贮量小,当要合成无限词汇量系统时必须采用这种技术。目前,民用市场有许多这方面的芯片,如用TI公司语音合成芯片TMS5220构成的有限词汇量的系统,由于要求的存储量小,相对语音质量高而得到广泛的应用。针对飞控系统语音合成器特定需要:音质要求高,词汇量小等特点,语音合成采用波形编码技术实现,并选词组为存贮基元。

(2)CPU的选择考虑

语音合成器的主要任务是实时地响应主处理机送来的命令字,并把固化在语音参数存储器的语音参数按命令字进行解码回放,因此对CPU要求有一定的中断处理及控制能力,8031单片机可胜任这一工作。8031单片机具有功能强、外围接口丰富、指令控制能力强、价格低廉、工作稳定可靠等特点,能够实时处理该项任务,因此,语音合成器CPU选8031。

其主要性能如下:

·最高时钟频率:12MHz

·片内128×8bitRAM

·片外128k×8bit存储器

·32位I/O口

·两个16位定时器/计数器

·两个外部中断INT0,INT1

·串行口

·低功耗:150mW

(3)语音参数的解码

语音芯片承担着语音的重构工作,从量化理论得知,对PCM编码,要达到电话质量,编码需11bit的量化位数,而采用μ律PCM编码,只需7bit的量化位数,本设计中我们选用TCM2916,为一μ律PCM编码芯片,量化位数为8bit,因此可满足语音合成器要求,其主要特点如下:

·μ律PCM编码技术

·内部放大滤波电路,通带频率:200Hz~3。4kHz

·低功耗:140mW

·串行PCM编码I/O

·易于与单片机接口

3。2。4参数存贮器

参数存贮器用来固化语音参数,按给定的检测输出语句(大约80句语句,这里未给出)及采用的μ律PCM编码技术,考虑到检测语句词汇的重复,语音合成器占用存储量大约为:512k×8b,因此参数存储器选用D72C4001D-15固化语音参数。

3。2。5看门狗电路

为防止语音合成器失控,设计看门狗电路实现对语音合成器的监视,当发生失控时,强迫语音合成器进入确定状态。

3。2。6软件

要实现语音合成器所要求的功能,必须配置有相应的软件,软件包括语音合成软件和通讯软件。其中语音合成软件包括测试模块、控制模块及合成模块。

(1)语音合成软件

语音合成软件由自测试模块、控制模块及合成模块组成。

自测试模块完成语音合成模块的自测试工作,包括8031指令系统,程序EPROM,语音参数EPROM及整个放音系统的测试工作。

控制模块控制模块实现对语音合成器的控制管理工作。包括语音合成器的初始化工作,与主处理机的通讯管理工作及输出语音信息的检索、判断工作以及词组的编排、组织工作。

汽车数量的急剧增加,加大了汽车检测工作的工作量。汽车检测中,检测人员要用眼浏览并判定许多屏幕上的信息,并做出判断。调查研究发现,检测人员的耳未发挥出应有的功能,而用语音的形式告知检测人员的检测结果,可减轻检测人员的工作负担,汽车检测线语音合成器就是为此目的研制的。

1主要技术指标

1。1语音合成器输出语音信号要求

(1)输出语音信号特征

语音合成器输出语音信号特征为,语速:3~4字/秒;信噪比:20dB;频率:300~3000Hz,公输出大约90句话语。

(2)输出语音信号参数

电压幅值:3V(带负载,有效值);

输出阻抗:<50Ω;负载阻抗:600Ω。

2结构及工作原理

2。1结构

汽车检测中语音合成器为一独立的智能语音合成块,配有标准串行口供测试及与主处理机通讯,与主处理机连接关系如图1。

2。2工作原理

当语音合成器加电时,首先要做初始化、自测试工作等。

当主处理机要求输出语音时,通过RS232接口把命令字传送给语音合成器,语音合成器响应中断后,进入中断服务程序,完成读取命令字、清除命令字等任务,然后返回,按读取的命令字报出对应的语音。

3设计与实现

3。1设计思想

针对语音合成器特定需要,音质要求高,词汇量小等特点,语音合成拟采用波形编码技术,这种方法相对简单、易行,合成的语音质量好。合成器的工作任务量较为有限,CPU可选用价格低廉,工作可靠,便于开发,应用面极广的8031单片微处理机芯片,编码芯片选用TCM2916,它是一种电话编码/解码芯片,内有放大滤波电路,可对输入语音,输出语音进行滤波处理,用它合成的语音音质好,清晰自然。

3。2主要功能部分的设计与实现

3。2。1功能

语音合成器是一独立的功能块。当主处理机用RS232口告知语音合成器有语音输出要求时,语音合成器的CPU从相应的串口数据寄存器读取信息,并进行判断,按要求产生输出语句。

3。2。2硬件配置

语音合成器硬件配置如下:

CPU芯片:M8031;时钟频率:11。059MHz;

程序存储器:8K×8b;数据存储器:64K×8b;

“看门狗”定时器;一个RS232串行口;

两个外部中断INT0,INT1;语音编码U律编码。

3。2。3语音合成器的设计实现考虑

语音合成块负责着语音的重构工作,下面说明设计实现的一些问题。

(1)语音合成

语音合成包括有限词汇的合成和无限词汇的合成。实现语音合成有两种方法,一种是采用波形编码技术进行合成;另一种是采用声码技术合成。前者能高质量地重建语音,很适于合成音质要求好,词汇量不太大的系统,特别是军用特定系统。它的缺点是占用的存贮量大,但随着存储器芯片集成度的大大提高及价格的下降,这个问题并不那么明显,目前的应用已发挥了很好的社会效益。后者包括三种实现方法,即线性预测参数合成法,共振峰合成方法,发音器官参数合成法。由于这些技术在实验中很难找到精确描述声道参数的模型,因而合成的语音质量较差,它的优点是所需的存贮量小,当要合成无限词汇量系统时必须采用这种技术。目前,民用市场有许多这方面的芯片,如用TI公司语音合成芯片TMS5220构成的有限词汇量的系统,由于要求的存储量小,相对语音质量高而得到广泛的应用。针对飞控系统语音合成器特定需要:音质要求高,词汇量小等特点,语音合成采用波形编码技术实现,并选词组为存贮基元。

(2)CPU的选择考虑

语音合成器的主要任务是实时地响应主处理机送来的命令字,并把固化在语音参数存储器的语音参数按命令字进行解码回放,因此对CPU要求有一定的中断处理及控制能力,8031单片机可胜任这一工作。8031单片机具有功能强、外围接口丰富、指令控制能力强、价格低廉、工作稳定可靠等特点,能够实时处理该项任务,因此,语音合成器CPU选8031。

其主要性能如下:

·最高时钟频率:12MHz

·片内128×8bitRAM

·片外128k×8bit存储器

·32位I/O口

·两个16位定时器/计数器

·两个外部中断INT0,INT1

·串行口

·低功耗:150mW

(3)语音参数的解码

语音芯片承担着语音的重构工作,从量化理论得知,对PCM编码,要达到电话质量,编码需11bit的量化位数,而采用μ律PCM编码,只需7bit的量化位数,本设计中我们选用TCM2916,为一μ律PCM编码芯片,量化位数为8bit,因此可满足语音合成器要求,其主要特点如下:

·μ律PCM编码技术

·内部放大滤波电路,通带频率:200Hz~3。4kHz

·低功耗:140mW

·串行PCM编码I/O

·易于与单片机接口

3。2。4参数存贮器

参数存贮器用来固化语音参数,按给定的检测输出语句(大约80句语句,这里未给出)及采用的μ律PCM编码技术,考虑到检测语句词汇的重复,语音合成器占用存储量大约为:512k×8b,因此参数存储器选用D72C4001D-15固化语音参数。

3。2。5看门狗电路

为防止语音合成器失控,设计看门狗电路实现对语音合成器的监视,当发生失控时,强迫语音合成器进入确定状态。

3。2。6软件

要实现语音合成器所要求的功能,必须配置有相应的软件,软件包括语音合成软件和通讯软件。其中语音合成软件包括测试模块、控制模块及合成模块。

(1)语音合成软件

语音合成软件由自测试模块、控制模块及合成模块组成。

自测试模块完成语音合成模块的自测试工作,包括8031指令系统,程序EPROM,语音参数EPROM及整个放音系统的测试工作。

控制模块控制模块实现对语音合成器的控制管理工作。包括语音合成器的初始化工作,与主处理机的通讯管理工作及输出语音信息的检索、判断工作以及词组的编排、组织工作。

关键字:汽车检测  设计  实现

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2012/0422/article_9444.html
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