1、 1 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电子信息 工程 数字化语音存储与回放系统的设计 摘要： 该论文对比了采用 FPGA 和单片机实现语音存储回放的优缺点，结果表明 基于 FPGA和嵌入式来说，系统比较复杂，并且比较贵。而相对于 ISD4004 芯片来是 ISD4004 录音效果差，时间短。而以单片机为核心的语音存储与回放系统，结构紧凑，具有灵活的录音和回放功能、语音音量自动控制功能。采用 RAM 方式，扩大了存储空间，语音存储时间可以达十余秒。 关键词： 数字化 ；语音处理 ；单片机 ； FPGA 技术 ；嵌入式 1、背景意义 随着 现代化步伐的加快，人们精神和物质水平的飞速发展，网络的飞
2、速普及， 从磁带、录像带到 CD、 VCD、 DVD；从黑白电视机、彩色电视机、高清晰度电视机（ HDTV）到具有数字信号处理功能的电视机；从留声机、录音机到语音信箱；现在正处在模拟信息到数字信息的变革之中， 而传统的磁带语音录放系统，比如以前体积较大的单片机和复读机等已不能满足人们的需求，随着计算机技术和数字电子的发展，人们发明了音质更好、体积小、容量大的数字化语音存储与回放系统，比如应用于现在的 MP3、 MP4、手机、数字化录音笔等等。 2、发展现状 在数 字化语音储存与回放系统的研究发展中，美、日等国在 80 年代就已进入应用阶段，并且已研究出成品投入市场，应用广泛，并且不断创新中。而
3、就我们国内来说这行业虽然起步较晚，但是应用语音系统正在进入高潮中飞速发展。并且 近年来单片式语音集成电路发展迅速， ISD 公司已经推出语音容量为 6 秒至 16 分钟的芯片，预计未来两年将推出单片 3264 分钟的芯片。 数字化语音系统在我们如今的生活中也比比皆是，比如 数字通信系统 、工业控制、交通报站，仪器仪表等等在办公、金融、公安、商业、旅行、教育等有直接的语音咨询管理，强大的功能推动着人们生活 水平的发展。 随着计算机的普及和数字化语音系统的应用，在国外智能化图书馆和智能家居已进入人们的生活，而我国也开始发展并且有投入使用，在未来，我认为高速发展的数字化语音系统能让我们更快、更准确、
4、更好地接收知识信息，在工业、生活、教育中的应用可以使经济和2 文化传播双速发展 1-3。 3、方案设计 方案一：基于 FPGA 的数字化语音存储与回放 该方案 研究的是基于 FPGA 控制下的语音存储与回放系统 ,在该系统中 ,没有使用专用的语音处理芯片 ,而是利用 FPGA 作为核心控制器 ,完成语音信号的数字化处理 ,从而实现语 音的存储与回放。系统总体结构该数字化语音存储与回放系统的基本工作原理是 :将麦克风数字化语音存储与回放系统示意图采集到得语音信号经过模拟放大和滤波处理后 ,通过模数转换器 (A/D)转换成数字信号 ,再通过控制器 (FPGA)的控制存储在存储器中 ;回放时 ,由控
5、制器(FPGA)将数据从存储器中读出 ,然后通过数模转换器 (D/A)转换成模拟信号 ,经放大后由扬声器输出。 而使用 FPGA 的优点是： 用 FPGA 控制数字化语音存储与回放，取代了以往用 单片机 去控制；同时此课题综合了数电、模电、 DAC、 CAD、 FPGA 等多方面 电子 知识， 对学生做课程设计、电子实验有着很大的实用性。同时此课题可作为产品开发，成本低、可靠性高 ,将会有一定的市场 4-5 方案二：基于单片机的数字化语音存储与回放 语音存储与回放系统的实现具有多种方式，第一种是利用单片机集成的语音存储与回放芯片，如美国 ISD 公司的 ISD1420， ISD4004 等；
6、ISD4004 芯片无须 A/D 转换和压缩就可以直接储存 ,没有 A/D 转换误差 ,具有可多次重复录放、存储时间长、使用时不需扩充存储器、所需外围电路简单 .利用 AT89C51 控制 ISD4004 芯片的工作过程 ,外接输入和输出端口 ,通过系统功能模块各部分的连接及软硬件设计 ,可以实现数字化语音的存储和回放 .通过外部设备的扩展 ,可以提高产品的应用领域 6。 第一种方法的硬件框图。如图。 1 图表 1基于 ISD4004芯片的数字化语音存储与回放系统 3 第二种是以微控制器为核心，辅以 A/D 转换， D/A 转换以及大容量的存储器，滤波器，音频前置放大器。而单片机集成的语音存储
7、与回放芯片，一般智能性较差，不容易解决音量的问题，同时存放录制的时间有限，不能灵活地变化。因此，在多数需要语音存储与回放的场合中 ，采用了第二种基于微控制器的语音存储与回放系统。并且设计的语音存储与回放系统具有录制方便、回放灵活、无磨损、可靠性强等特点 57。 第二种方法的硬件框图 图表 2基于微控制器的数字化语音存储与回放系统 方案三： 基于嵌入式处理器的数字化语音存储回放 数字化语音存储回放与传输系统的基本原理是对语音的录音与放音的数字控制和语音远程传输控制其中，关键技术在于：为了加快语音处理速度、提高语音采集精度和质量，采用了内置高速模数数模转换的嵌入式处理器；为增加语音存储 时间，提高
8、存储器的利用率，外扩了大容量存储器对语音信号进行存储；同时，对输入语音信号进行电路滤波以抑制杂音和干扰，并且选用了 GSM 语音传输技术，从而确保了语音存储回放质量和传输的距离 本方案的特点是：具有电路简单，可靠性高、功耗小、运行稳定的特点，存储介质可较容易升级 (如升级为大容量硬盘等 )，噪声电平低，回放语音质量好， GSM 语音传输效果较佳，稳定可靠，使用方便，具有很好的推广和实用价值 8-11。 4、总结 通过四个方案的比较由于条件和经济的影响以单片机为基础的数字化语音处理与回放系统更适合我们学生操 作。对比以上四种方案虽然都可以达到录放效果但是其中 CPLD 和4 FPGA 相比单片机
9、来说音质效果更好，实用性高，定性好，设计更加紧密但是价格相比单片机来说贵，对于学生实验普及单片机的功能基本都能满足，而相比单片机、 CPLD、 FPGA 来说嵌入式的处理效率更快，音质还要号并且解决了远距离传输这样的难题。通过以上四个方案的研究我发现现在的数字化语音存储与回放系统与以前相比音质更好了、录放时间更长、运行稳定、可靠性高、功耗小等等优点，并且数字化语音处理在我们生活中运用也越来越广泛，与我们接触最密切的比如公交车报站系统、蓝 牙耳机、对讲机、录音笔等等，就是这些应用使我们生活水平不断提高 12。 5、参考文献 1 王杰 .数字化语音存储与回放系统设计 J. 科海故事博览科技索 ,2
10、010.9(366):19. 2 （美）拉比纳，（美）谢弗 . 数字语音处理理论与应用（英文版 ） M. 北京：电子工业出版社 .2011.01. 3 Sun Microsystems, Inc. Connected Limited Device Configuration Specification Version 1.1EB/OL. www.jcp.org， March 4, 2003. 4 曲洪权 ,李柯南 ,张北南 . 基于 FPGA 技术的数字化语音存储与回放系统 J.电子技术，2010,37(12):40-42. 5 程佩青 . 数字信号处理教程 (第三版 )M. 北京：清华大学出
11、版社 ， 2007.02. 6 毛跃波 ,曾光宇 .基于 ISD4004 录放系统 J. 山西电子技术 ,2006(6):47-49. 7 李斌 ;梁龙学 . 基于单片机的语音存储与回放系统平 J. 甘肃科技纵横 ,2011,40（ 1） ：19-20. 8 冯喜忠数字化语音存储与回放系统研究 J济源职业技术学院学报， 2009， 8(2)：16 一 19 9 涂剑鹏，何尚平 . 基于嵌入式处理器的数字化语音存储回放及 GSM 语音传输系统设计J. 河南理工大学学报（自然科学版） , 2010,29(4):513-516. 10 问俊，夏志忠 GSM 模块 TC35 及其外围电路设计 EB OL 2005 1102 www bbww net 11 SIEMENS MOBILE TC35i AT Command Set Siemens Cellular Engine8z 2005 12 J.M.Fuertes,J.Herrera,J.P.Aroboleda.Communication System For A Distributed Intelligent ControllerM .Microprocessor and Microsystem.1999(23):89 93. 5
