汽車檢測中語音合成器的設計與實現

汽車數量的急劇增加，加大了汽車檢測工作的工作量。汽車檢測中，檢測人員要用眼瀏覽并判定許多屏幕上的信息，并做出判斷。調查研究發(fā)現，檢測人員的耳未發(fā)揮出應有的功能，而用語音的形式告知檢測人員的檢測結果，可減輕檢測人員的工作負擔，汽車檢測線語音合成器就是為此目的研制的。

1主要技術指標

1.1 語音合成器輸出語音信號要求

(1)輸出語音信號特征

語音合成器輸出語音信號特征為，語速：3～4字／秒；信噪比：20 db；頻率：300～3000 hz，公輸出大約90句話語。

(2)輸出語音信號參數

電壓幅值:3 v (帶負載,有效值);

輸出阻抗: <50 ω;負載阻抗: 600 ω。

2.1 結構

汽車檢測中語音合成器為一獨立的智能語音合成塊，配有標準串行口供測試及與主處理機通訊,與主處理機連接關系如圖1。

2.2 工作原理

當語音合成器加電時，首先要做初始化、自測試工作等。

當主處理機要求輸出語音時，通過rs232接口把命令字傳送給語音合成器， 語音合成器響應中斷后，進入中斷服務程序，完成讀取命令字、清除命令字等任務，然后返回，按讀取的命令字報出對應的語音。

3 設計與實現

3.1 設計思想

針對語音合成器特定需要，音質要求高，詞匯量小等特點，語音合成擬采用波形編碼技術，這種方法相對簡單、易行，合成的語音質量好。合成器的工作任務量較為有限，cpu可選用價格低廉，工作可靠，便于開發(fā)，應用面極廣的8031單片微處理機芯片，編碼芯片選用tcm2916，它是一種電話編碼/解碼芯片，內有放大濾波電路，可對輸入語音，輸出語音進行濾波處理，用它合成的語音音質好，清晰自然。

3.2.1 功能

語音合成器是一獨立的功能塊。 當主處理機用rs232口告知語音合成器有語音輸出要求時， 語音合成器的cpu從相應的串口數據寄存器讀取信息，并進行判斷，按要求產生輸出語句。

3.2.2 硬件配置

語音合成器硬件配置如下：

cpu芯片: m8031;時鐘頻率: 11.059 mhz;

程序存儲器: 8k×8 b;數據存儲器: 64k×8 b;

“看門狗”定時器;一個rs232串行口;

兩個外部中斷int0，int1;語音編碼u律編碼。

3.2.3 語音合成器的設計實現考慮

語音合成塊負責著語音的重構工作，下面說明設計實現的一些問題。

(1)語音合成

語音合成包括有限詞匯的合成和無限詞匯的合成。實現語音合成有兩種方法，一種是采用波形編碼技術進行合成；另一種是采用聲碼技術合成。前者能高質量地重建語音，很適于合成音質要求好，詞匯量不太大的系統，特別是軍用特定系統。它的缺點是占用的存貯量大，但隨著存儲器芯片集成度的大大提高及價格的下降，這個問題并不那么明顯，目前的應用已發(fā)揮了很好的社會效益。后者包括三種實現方法，即線性預測參數合成法，共振峰合成方法，發(fā)音器官參數合成法。由于這些技術在實驗中很難找到精確描述聲道參數的模型，因而合成的語音質量較差，它的優(yōu)點是所需的存貯量小， 當要合成無限詞匯量系統時必須采用這種技術。目前，民用市場有許多這方面的芯片，如用ti公司語音合成芯片tms5220構成的有限詞匯量的系統，由于要求的存儲量小，相對語音質量高而得到廣泛的應用。針對飛控系統語音合成器特定需要:音質要求高，詞匯量小等特點， 語音合成采用波形編碼技術實現，并選詞組為存貯基元。

(2)cpu的選擇考慮

語音合成器的主要任務是實時地響應主處理機送來的命令字，并把固化在語音參數存儲器的語音參數按命令字進行解碼回放，因此對cpu要求有一定的中斷處理及控制能力，8031單片機可勝任這一工作。8031單片機具有功能強、外圍接口豐富、指令控制能力強、價格低廉、工作穩(wěn)定可靠等特點，能夠實時處理該項任務，因此， 語音合成器cpu選8031。

其主要性能如下:

· 最高時鐘頻率: 12 mhz

· 片內128×8 bit ram

· 片外128 k×8 bit存儲器

· 32位i／o口

· 兩個16位定時器／計數器

· 兩個外部中斷int0，int1

· 串行口

· 低功耗: 150 mw

(3)語音參數的解碼

語音芯片承擔著語音的重構工作，從量化理論得知，對pcm編碼，要達到電話質量，編碼需11 bit的量化位數，而采用μ律pcm編碼，只需7 bit的量化位數，本設計中我們選用tcm2916，為一μ律pcm編碼芯片，量化位數為8 bit，因此可滿足語音合成器要求，其主要特點如下:

·μ律pcm編碼技術

·內部放大濾波電路，通帶頻率:200 hz～3.4 khz

·低功耗: 140 mw

·串行pcm編碼i／o

·易于與單片機接口

3.2.4 參數存貯器

參數存貯器用來固化語音參數，按給定的檢測輸出語句（大約80句語句，這里未給出）及采用的μ律pcm編碼技術，考慮到檢測語句詞匯的重復，語音合成器占用存儲量大約為:512 k×8 b，因此參數存儲器選用d72c4001d-15固化語音參數。

3.2.5 看門狗電路

為防止語音合成器失控，設計看門狗電路實現對語音合成器的監(jiān)視，當發(fā)生失控時，強迫語音合成器進入確定狀態(tài)。

3.2.6 軟件

要實現語音合成器所要求的功能，必須配置有相應的軟件，軟件包括語音合成軟件和通訊軟件。其中語音合成軟件包括測試模塊、控制模塊及合成模塊。

(1)語音合成軟件

語音合成軟件由自測試模塊、控制模塊及合成模塊組成。

自測試模塊完成語音合成模塊的自測試工作，包括 8031指令系統，程序eprom，語音參數eprom及整個放音系統的測試工作。

控制模塊控制模塊實現對語音合成器的控制管理工作。包括語音合成器的初始化工作，與主處理機的通訊管理工作及輸出語音信息的檢索、判斷工作以及詞組的編排、組織工作。

4 結語

以上給出了汽車檢測中語音合成器主要部分的工作原理及實現方法，實際應用中，語音合成器的設計還應包括結構、可靠性、可維護性、可測試性方面的設計。