2023年数字化语音存储与回放系统初稿.doc

江苏大学本科毕业论文 数字化语音存储与回放系统的设计 : 本文介绍的数字化语音存储与回放系统将完全可以替代传统的磁带语音录放系统。其根本原理是对语音的录音与放音的数字化控制。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，完成了对语音信号存储与回放。本文第1章是对课题的一些现状背景的介绍，2,3,4章是对整个系统设计的介绍。数字语音录放系统主要由三局部组成：第一，语音处理，包含编码和压缩；第二，语音录放系统的硬件设计；第三，语音录放系统的软件设计。经测试，本系统具有语音拾取，数字化存储和回放功能。对300Hz-3.4kHz范围内音频信号进行存储和回放，低频段效果较好，高频段稍差。通过提高采样频率，高频段音质可以得到改善。 编码局部使用了简化的ADPCM，在一定压缩比下提高了放音时间和质量。AGC单元使放大器的增益随信号强弱而自动调整，很好地控制了输出相对稳定。带同滤波器合理的通带范围有效的滤除了带外噪声，减少了混叠失真。通过后级补偿电路对输出的语音信号进行了校正。 回放语音清晰语音信号的回放与原语音信号相比，存在一定的失真，由于语音信号在采集与放音前分别经过一个带通滤波器，对于带通滤波器，带内平缓，带外陡峭不易同时到达，所以使语音信号有一定的失真。 随着语音功能在电子信息业中的使用越来越普及，本系统必将有很广阔的应用前景。 关键词：数字化存储，回放，数字滤波，采样，模/数转换，校正 Design of Digit-Voice Recorder and Playback System Abstract: This article describes a digital voice storage and playback system can replace traditional tape voice recorders systems. The basic principle is to voice recording and playback of digital control. In order to increase the voice storage time and improve the memory utilization, the use of a non-lossless compression algorithm to compress the speech signal and then stored in the playback and then decompressed, and completed the speech signal storage and playback. Chapter 1 of this article is subject status of the background of some description, 2,3,4 chapter is an introduction to the entire system. Digital voice recording system is mainly composed of three parts: first, speech processing, including encoding and compression; second, voice recording system hardware design; third, voice recording system software design. After testing, the system has voice picking, digital storage and playback capabilities. The range of 300Hz-3.4kHz audio signal storage and playback, better low frequency, high frequency somewhat less. By increasing the sampling frequency, high frequency sound quality can be improved. Coding part of the use of a simplified ADPCM, in a certain compression ratio and improved the quality of playback time. AGC amplifier unit to automatically adjust with the signal strength, good control of the output is relatively stable. The same filter with a reasonable range of effective filter passband of the band noise, reducing the aliasing distortion. After the adoption of the output level compensation circuit to correct the speech signal. Clear voice playback playback audio signal in comparison with the original speech signal, there is some distortion in the speech signal prior to acquisition and playback through a band-pass filter, respectively, for the band pass filter, with the gentle, easy-band steep At the same time to achieve, so that there is some distortion of the speech signal. With the voice in the use of electronic information industry is becoming increasingly popular, the system will have very broad application prospects. Keywords: Digital store，Playback， Digitalfilter，Sample， A/D Convert，Correct ing 引言 语音信号处理属于信息科学的一个重要分支，大规模集成技术的高度开展和计算机技术的飞速前进，推动了这一技术的开展。在数字音频技术和多媒体技术迅速开展的今天，传统的磁带语音录放系统因体积大、使用不便、放音不清晰而受到了巨大挑战。采用单片机对语音进行录放解决体积大的问题。单片机语音录放系统是以数字电路为根底，利用数字语音电路来实现语音信号的数据化、存储、复原等任务，数据化原理语音电路是一种集语音合成技术、大规模集成电路技术以及微控制器技术为一体的一种新型技术。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。 语音集成电路与微处理器相结合，具有体积小、扩展方便等特点，具有广泛的开展前景。 目 录 第1章 绪论 1 1.1系统方案论证 1 1.2 课题背景 2 1.3研究成果现状 3 1.4 设计要求和指标 3 1.5 论文研究内容和目的 4 第2章 语音信号及编码 5 2.1 语音信号 5 2. 2数字音频原理 5 2.2.1采样 6 2.2.2 量化 6 2.2.3编码 8 2.3语音编码 8 2.3.1语音信号的压缩编码 8 2.4 信号的编码 11 第3章 系统硬件设计 12 3.1 拾音器 13 3.2 放大器的设计 13 3.3 可调稳压电源的设计 15 3.5 D/A、A/D转换器 18 3.5.1 D/A转换器DAC0832的介绍 18 3.5.2 A/D转换器DA574的介绍 19 3.6 存储器的选择 20 3.7 键盘的设定 20 第4章 各模块接口原理 21 4.1 AT89C51和AD574 的接口原理 21 4.2 DAC0832 与单片机的接口原理 22 第5章系统的校正与软件设计 25 5.1校正 25 5.2软件设计流程 26 第6章 系统调试与测试 27 6.1 误差分析 27 6.2 系统测试结果 27 结论 29 致谢 30 附录........................................................................................................................31 36 第1章 绪论 1.1系统方案论证 语音编码方案： 人耳能听到的声音是一种频率范围为20 Hz～20230 Hz ,而一般语音频率最高为3400 Hz。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,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300～3 400 Hz ,所以把语音采集的采样频率定为8 kHz。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1.1所示。 抽样 量化 存储 图1.1 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根本方法。其中第三种实现方法最具特色，该方法可使数据压缩比例到达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，编码误差不向后扩散。 A/D、D/A及存储芯片的选择： 单片机语音生成过程,可以看成是语音采集过程的逆过程,但又不是原封不动地恢复原来的语音,而是对原来语音的可控制、可重组的实时恢复。在放音时,只要依原先的采样直经D/ A 接口处理,便可使原音重现。 〔1〕A/D转换芯片的选择，根据题目要求采样频率fs=8KHZ，字长=8位，可选择转换时间不超过125µs的八位A/D转换芯片。目前常用的A/D转换实现的方法有多种，鉴于转换速度的要求，我们采用A/D转换芯片AD574。该芯片是高速12位逐次比较型A/D转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换[5]。 〔2〕D/A转换芯片的选择。D/A转换芯片的作用是将存储的数字语音信号转换为模拟语音信号，由于一般的模拟转换器都能到达1μs的转换速率，足够满足题目的要求，故我们在此选用了通用D/A转换器DAC0832。 〔3〕数据存储