1、ISD33000型語音芯片及其應(yīng)用  ISD4004語音芯片在語音報站器中的應(yīng)用ISD系列語音芯片的開發(fā)與應(yīng)用  2009-01-21 12:24:43|  分類： 語音技術(shù) |  標(biāo)簽： |字號大中小 訂閱 摘要：介紹了ISD公司單片語音芯片的開發(fā)與應(yīng)用,提出了非定長分段語音錄制和播放控制技術(shù),實現(xiàn)組合評的無停頓式播放,并將其應(yīng)用于機(jī)車隨車質(zhì)量狀態(tài)診斷警裝置中,取得了很好的效果。    關(guān)鍵詞：語音 直接模擬存儲技術(shù)概述 隨著集成電路制造技術(shù)的發(fā)展,語音處理器已層出不窮,并且性能越來

2、越高,應(yīng)用范圍也越來越廣,可用于微型錄音機(jī)、通訊、電話、車船、飛機(jī)黑匣子、有聲電子信函、語音信箱、高級玩具等,應(yīng)用前景十分廣泛。美國ISD公司利用本公司的專利“直接模擬存儲技術(shù)”（DAST）,把模擬數(shù)據(jù)成功的存入半導(dǎo)體存儲器中。這種突破性的EEPROM存儲方法可以在每次取樣后,將數(shù)據(jù)暫存在取樣保持電路中,并最終將數(shù)據(jù)寫入EEPROM存儲單元,而不需要A/D或D/A的轉(zhuǎn)換。這種技術(shù)產(chǎn)生的效果：比同等的數(shù)字存儲方式增加了集成度。模擬數(shù)據(jù)的存儲是不揮發(fā)的,因此可多次進(jìn)行錄放。在機(jī)車隨車質(zhì)量狀態(tài)診斷報警裝置中,采用了ISD公司的ISD4003系列語音芯片,用于對司機(jī)進(jìn)行隨車故障定點定性報警和應(yīng)急故障處

3、理提示。ISD語音芯片     圖1為ISD系列產(chǎn)品的基本框圖。在一塊芯片上集成有麥克風(fēng)前置放大器、自動增益控制電路、抗混淆和平滑濾波器、模擬存儲陣列、揚聲器驅(qū)動器、控制接口和內(nèi)部精確的參考時鐘。其外部元件包括：麥克風(fēng)、揚聲器、開關(guān)和少數(shù)幾個電阻、電容,再加上電源或電池,就可構(gòu)成一個完整的語音錄放系統(tǒng)。在只需要播放語音信息的應(yīng)用系統(tǒng)中,可直接外接揚聲器,而無需外接其它器件。    錄音過程中,ISD系列器件在進(jìn)行存儲操作之前,要分幾個階段對信號進(jìn)行調(diào)整。首先要輸入信號放大到存儲電路動態(tài)范圍的最佳電平,這個階段由前置放大器、放

4、大器和自動增益控制部分來完成。    前置放大器通過隔直流電容與麥克風(fēng)連接,隔直流電容用來去掉交流小信號中的直流成份(大約220mv）。信號的放大分兩步完成：先經(jīng)過輸入前置放大器,然后經(jīng)過固定增益放大器。完成信號的通路要在模擬輸出端(ANA OUT)和模擬輸入端(ANA IN)兩個引腳之間連接一個電容器。這種結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)設(shè)計更加靈活,尤其對于非語音信號的應(yīng)用。同時提供一個用于截止低頻的端口。自動增益控制電路動態(tài)地監(jiān)控放大器輸出的信號電平并發(fā)送增益控制電壓到前置放大器。前置放大器增益自動調(diào)節(jié)以便維持進(jìn)入濾波器的信號為最佳電平。這樣錄音的信號能得到最高電平又使削波減至

5、最小。我們可以通過選擇連接到AGC引腳的電阻和電容值來調(diào)節(jié)描述自動增益電路特性的兩個時間常量：即響應(yīng)時間和釋放時間。    下一個階段的信號調(diào)整是由輸入濾波器完成的。由于模擬信號的存儲仍然是采用取樣技術(shù),因此還需要一個抗混淆濾波器以去掉（或至少減到可忽略不計的程度）取樣頻率1/2以上的輸入頻率分量。這樣就滿足了所有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都遵循的奈奎斯特取樣定律。語音的質(zhì)量要想優(yōu)于電話的音質(zhì),取樣頻率要用8KHz。低通濾波器的高頻頻限選在3.4KHz,可滿足奈奎斯特取樣定律,而且仍有足夠?qū)挼念l帶以得到高音質(zhì)的語音。濾波器是一個連續(xù)時間五極點低通濾波器,在3.4KHz每個倍頻程

6、衰減40dB。    信號的調(diào)整至此已告完成。然后將輸入波形通過模擬收發(fā)器寫入模擬存儲陣列中。由8KHz取樣時鐘取樣,并且經(jīng)過電平移位而產(chǎn)生不揮發(fā)寫入過程所需要的高電壓,同時補償與Fowler-Nordheim隧道效應(yīng)相關(guān)的一些實際因素。取樣時鐘也用于存儲陣列的地址譯碼,以便輸入信號順序的寫入存儲陣列。    放音時,錄入的模擬電壓在取樣時鐘的控制下順序地從存儲陣列中讀出,恢復(fù)成原來的取樣波形。輸出通道上的平滑濾波器去掉取樣頻率分量并恢復(fù)原始波形。平滑濾波器的輸出通過一個模擬多路開關(guān)連接到輸出功率放大器。兩個輸出管腳直接驅(qū)動揚聲器。&

7、#160;   ISD系列器件的線路設(shè)計基于每個EEPROM存儲單元等效于8位存儲器。信息寫入存儲單元采用閉環(huán)方式。取樣保持電路在編程周期內(nèi)保持?jǐn)?shù)據(jù)并將存儲的模擬電壓提供給比較器的一個輸入端。比較器的另一個輸入是存儲單元本身的輸出。在多次寫入中,電子被“泵入”存儲單元,并使存儲電平反饋到比較器,當(dāng)比較器的信號(也就是存儲單元的輸出電壓)等于取樣保持電平時,該存儲單元的編程停止。開發(fā)裝置    為了便于實現(xiàn)多片語音芯片的非定長分段錄入,以及語音的編輯處理,我們開發(fā)了基于PC機(jī)的ISD語音開發(fā)裝置。原理如圖2所示。   

8、; 首先,將語音錄入PC,通過CREATIVE的WAVESTUDIO進(jìn)行語音的編輯和處理,對語音進(jìn)行分段處理,并存成單個獨立的文件。接著,通過自行開發(fā)的語音錄入系統(tǒng),對分段的語音長度進(jìn)行計算,計算精度為100ms,根據(jù)所選器件的語音容量和最大可分段數(shù)以及各段語音的長度計算出各段錄制語音的起始地址和錄制時間,控制聲卡語音輸出并控制ISD語音芯片的指定地址的語音錄入,同時將各段語音時間長度和起始地址生成數(shù)據(jù)庫表,寫入到應(yīng)用系統(tǒng)的ROM中,便于應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)需要進(jìn)行非定長語音組合,防止語音組合播放時的停頓。ISD語音芯片應(yīng)用    在“機(jī)車隨車質(zhì)量狀態(tài)診斷報警裝置”中,我們應(yīng)用了ISD公司的ISD4003-8M(8分鐘)的語音芯片,用于車載定點定性的語音報警和故障應(yīng)急處理提示。    硬件接口示于圖3。    ISD串行語音芯片的錄放過程示于圖4和圖5。結(jié)語    通過以上的介紹,我們可以看到： 1、ISD語音芯片精度高、集成度高,使微機(jī)的語音輸出結(jié)構(gòu)大大簡化,造價大大降低。2、由于ISD語音器件抗干擾性強,所以在環(huán)境惡劣的系統(tǒng)中,如機(jī)車車輛,也能進(jìn)行正常的語音輸出,信息保存時間長,工作可靠。3、由于ISD芯片的輸出可以高保真的再現(xiàn)原聲,可將IS