数字化语音存储与回放系统设计

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1、数字化语音存储与回放系统设计摘要传统的磁带语音录放系统因其体积大、使用不便,在电子与信息处理的使用中受到许多限制。本文提出的体积小巧，功耗低的数字化语音存储与回放系统将完全可以替代它。数字化语音存储与回放系统的基本原理是对语音的录音与放音的数字化控制。其中，关键技术在于，为了增加语音存储时间，提高存储器的利用率，采用了非失真压缩算法对语音信号进行压缩后再存储，而在回放时再进行解压缩，同时,对输入语音信号进行数字滤波以抑制杂音和干扰,从而确保了语音回放的可靠质量。该系统对语音信号分别采用了数据采集直寸直取,欠抽样采样

2、和自相似增量调制等三种方法,完成了对语音信号32.7s、65.5s、147.4s的存储与回放。前直AGC将语音信号控制在A/D转换器可控制的范围之内以保证话音信号采样不失真。带通滤波器合理的通带范围有效的滤除了带外噪声，减小了混叠失真。通过后级补偿电路对输出的语音信号进行了的校正，回放语音清晰。系统具有自动录音、手动录音、录放音时间显示以及掉电后保护语音信号等功能。【关键词】数字化存储，回放，数字滤波，采样，模/数转换，校正目录摘要71绪言91.1课题背景91.2课题研究的目的和意义91.3国内外概况92方案比较与

3、论证102.1方案一102.1.1语音编码方案：102.1.2A/D、D/A及存储芯片的选择112.2方案二112.2.1控制方式112.2.2放大器及A/D、D/A芯片的选择122.3方案三123系统总体结构134电路设计144.1拾音器144.2放大器的设计164.3有源带通滤波器设计164.4单片机AT89C51和AD574的接口原理174.5存储器184.5.1程序存储器184.5.2存储器的选取194.6对数字化语音存储与回放系统的校正205软件设计216总结与展望237致谢248参考文献241绪言本文阐

4、述了数字化语音存储与回放系统的研究背景、现状及发展方向，明确指出了传统的语音存储与回放系统的缺陷和面临的问题，以及数字化语音存储与回放系统的优点和发展前景。1.1课题背景数字化语音存储与回放系统，以微处理芯片为核心，具有语音可控、回放灵活、无磨损、可靠简单等特点。因而在各类公共设施、智能仪表、家用电子产品等领域有着广泛的应用[1]。该系统目前有多种方案可以实现，其中采集成语音芯片是一种较简单通用的方案，但该方案智能性较差，如音量不能放大、录音时间固定等。本系统采用另外一种方案，以AT89C51单片机为核心，设计了一

5、套可灵活实现录、放音，音量自动控制的新的语音存储与回放系统。1.2课题研究的目的和意义目前，广为流传的语音存储手段为磁带记录，其体积大、使用不便,在电子与信息处理的使用中受到许多限制。所以数字化存储方式是未来发展的趋势。我们在这里将语音信号的存储建立在数字化的基础上，同时为了降低噪声提高语音质量和音量的稳定性采用了带通滤波器和自动增益控制电路[2]。1.3国内外概况自从爱迪生1877年发明留声机以来，音响技术已有百余年的发展历史，这期间，记录存储各种声音的载体，传输与播放语音技术的发展可谓日新月异。该系统采用单片机

6、对录音、放音、快进、暂停等功能实现控制，用DSP技术对语音信息进行处理，用FlashROM技术进行存储，提高了语音的回放质量和延长了存储时间，与盒式磁带录音机相比避免了机械传动噪音，音质好，功耗低，具有时钟功能，而且人机界面友好，又用中断方式控制录音、放音的过程，实现了语音存储与回放的数字化[3]。2方案比较与论证2.1方案一2.1.1语音编码方案：人耳能听到的声音是一种频率范围为20Hz～20000Hz,而一般语音频率最高为3400Hz。语音的采集是指语音声波信号经麦克风和高频放大器转换成有一定幅度的模拟量电信号

7、,然后再转换成数字量的全过程。根据“奈奎斯特采样定理”,采样频率必须大于模拟信号最高频率的两倍，由于语音信号频率为300～3400Hz,所以把语音采集的采样频率定为8kHz。从语音的存储与压缩率来考虑，模型参数表示法明显优于信号波形表示法[4]。但要将之运用于单片机，显然信号波形表示法相对简单易实现。基于这种思路的算法，除了传统的一些脉冲编码调制外，目前已使用的有VQ技术及一些变换编码和神经网络技术，但是算法复杂，目前的单片机速度底，难以实现。结合实际情况，提出以下几种可实现的方案。（1）短时平均跨零记数法该方案通

8、过确定信号跨零数，将语音信号编码为数字信号，常用于语音识别中。但对于单片机，由于处理数据能力底，该方法不易实现。（2）实时副值采样法采样过程如图2.1所示。抽样量化存储图2.1采样过程具体实现包括直存取法、欠抽样采样法、自相似增量调制法等三种基本方法。其中第三种实现方法最具特色，该方法可使数据压1：4.5，既有调制的优点，又同时兼有PCM编码误差较小的优点，