如何設(shè)計汽車檢測中的語音合成器？

汽車數(shù)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(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，檢測人員的耳未發(fā)揮出應(yīng)有的功能，而用語音的形式告知檢測人員的檢測結(jié)果，可減輕檢測人員的工作負擔(dān)，汽車檢測線語音合成器就是為此目的研制的。

1主要技術(shù)指標(biāo)

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(shù)

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 結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)

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(biāo)準(zhǔn)串行口供測試及與主處理機通訊，與主處理機連接關(guān)系如圖1。

2.2 工作原理

當(dāng)語音合成器加電時，首先要做初始化、自測試工作等。

當(dāng)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(yīng)中斷后，進入中斷服務(wù)程序，完成讀取命令字、清除命令字等任務(wù)，然后返回，按讀取的命令字報出對應(yīng)的語音。

3 設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 設(shè)計思想

針對語音合成器特定需要，音質(zhì)要求高，詞匯量小等特點，語音合成擬采用波形編碼技術(shù)，這種方法相對簡單、易行，合成的語音質(zhì)量好。合成器的工作任務(wù)量較為有限，CPU可選用價格低廉，工作可靠，便于開發(fā)，應(yīng)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(nèi)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(zhì)好，清晰自然。

3.2 主要功能部分的設(shè)計與實現(xiàn)

3.2.1 功能

語音合成器是一獨立的功能塊。 當(dāng)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(yīng)的串口數(shù)據(jù)寄存器讀取信息，并進行判斷，按要求產(chǎn)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(shù)據(jù)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(shè)計實現(xiàn)考慮

語音合成塊負責(zé)著語音的重構(gòu)工作，下面說明設(shè)計實現(xiàn)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(xiàn)語音合成有兩種方法，一種是采用波形編碼技術(shù)進行合成；另一種是采用聲碼技術(shù)合成。前者能高質(zhì)量地重建語音，很適于合成音質(zhì)要求好，詞匯量不太大的系統(tǒng)，特別是軍用特定系統(tǒng)。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(yīng)用已發(fā)揮了很好的社會效益。后者包括三種實現(xiàn)方法，即線性預(yù)測參數(shù)合成法，共振峰合成方法，發(fā)音器官參數(shù)合成法。由于這些技術(shù)在實驗中很難找到精確描述聲道參數(shù)的模型，因而合成的語音質(zhì)量較差，它的優(yōu)點是所需的存貯量小， 當(dāng)要合成無限詞匯量系統(tǒng)時必須采用這種技術(shù)。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(gòu)成的有限詞匯量的系統(tǒng)，由于要求的存儲量小，相對語音質(zhì)量高而得到廣泛的應(yīng)用。針對飛控系統(tǒng)語音合成器特定需要：音質(zhì)要求高，詞匯量小等特點， 語音合成采用波形編碼技術(shù)實現(xiàn)，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(wù)是實時地響應(yīng)主處理機送來的命令字，并把固化在語音參數(shù)存儲器的語音參數(shù)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?qū)崟r處理該項任務(wù)，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(nèi)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(shù)器

· 兩個外部中斷INT0，INT1

· 串行口

· 低功耗： 150 mW

（3）語音參數(shù)的解碼

語音芯片承擔(dān)著語音的重構(gòu)工作，從量化理論得知，對PCM編碼，要達到電話質(zhì)量，編碼需11 bit的量化位數(shù)，而采用μ律PCM編碼，只需7 bit的量化位數(shù)，本設(shè)計中我們選用TCM2916，為一μ律PCM編碼芯片，量化位數(shù)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(shù)

·內(nèi)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(shù)存貯器

參數(shù)存貯器用來固化語音參數(shù)，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(shù)，考慮到檢測語句詞匯的重復(fù)，語音合成器占用存儲量大約為：512 k×8 b，因此參數(shù)存儲器選用D72C4001D-15固化語音參數(shù)。

3.2.5 看門狗電路

為防止語音合成器失控，設(shè)計看門狗電路實現(xiàn)對語音合成器的監(jiān)視，當(dāng)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(xiàn)語音合成器所要求的功能，必須配置有相應(yīng)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(tǒng)，程序EPROM，語音參數(shù)EPROM及整個放音系統(tǒng)的測試工作。

控制模塊控制模塊實現(xiàn)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(jié)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(xiàn)方法，實際應(yīng)用中，語音合成器的設(shè)計還應(yīng)包括結(jié)構(gòu)、可靠性、可維護性、可測試性方面的設(shè)計。