基于MSP53C392的語(yǔ)音合成系統(tǒng)

摘要：介紹一個(gè)基于單處機(jī)和MSP53C392的通用語(yǔ)音合成系統(tǒng)；能根據(jù)需要，利用多種語(yǔ)音壓縮算法無(wú)縫地混合匹配，用以?xún)?yōu)化語(yǔ)音質(zhì)量和存儲(chǔ)容量。

隨著語(yǔ)音處理和合成技術(shù)以及大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，語(yǔ)音合成不斷地產(chǎn)品化，不同廠(chǎng)商推出了用各種不同原理實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音合成器件。本文介紹一種性?xún)r(jià)比較高的，由TI生產(chǎn)的MSP53C392被動(dòng)式合成器，它是由單片機(jī)控制的語(yǔ)音合成系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：①無(wú)需開(kāi)發(fā)語(yǔ)音數(shù)據(jù)代碼，且由于MSP53C392語(yǔ)音處理器被設(shè)計(jì)成目錄式，可以讓用戶(hù)快速地把語(yǔ)音系統(tǒng)推上市場(chǎng)；②能利用多種語(yǔ)音壓縮算法無(wú)縫地混合匹配，用以?xún)?yōu)化語(yǔ)音質(zhì)量和存儲(chǔ)容量。

1 系統(tǒng)原理

由MSP53C392構(gòu)成的語(yǔ)音合成系統(tǒng)的原理如圖1所示，利用PC機(jī)和TI的專(zhuān)用軟件對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和壓縮，然后下載到Flash存儲(chǔ)器中。用單片機(jī)通過(guò)查表和散轉(zhuǎn)讀取語(yǔ)音數(shù)據(jù)，再送MSP53C392合成輸出語(yǔ)音，經(jīng)濾波、功率放大后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 MSP53C92語(yǔ)音合成器

美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的語(yǔ)音合成芯片，接受來(lái)自主處理器的壓縮語(yǔ)音數(shù)據(jù)，并由此產(chǎn)生語(yǔ)音或音樂(lè)。器件的特性如下：

①可直接驅(qū)動(dòng)32Ω揚(yáng)聲器。

②在休眠方式下，最大待機(jī)電流僅10μA。

③片內(nèi)集成有各種語(yǔ)音合成算法，用戶(hù)可以根據(jù)要求選擇從低數(shù)據(jù)率到高質(zhì)量合成程序以適應(yīng)各種不同的應(yīng)用。支持的算法包括：

*LPC 5220的LPC D6格式——在8kHz的采樣頻率時(shí)，數(shù)據(jù)率分別為3.0Kbps和1.5Kbps。

*MELP Ver4.1——在8kHz的采樣頻率時(shí)，數(shù)據(jù)率為2～3.5Kbps。

*CELP V3.4——在8kHz的采樣頻率時(shí)，數(shù)據(jù)率可在4.2Kbps、4.8Kbps、6.2Kbps、8.6Kbps、10.7Kbps中選擇。

*8位PCM——在采樣頻率8kHz時(shí)，數(shù)據(jù)率為64Kbps。FM II用于雙通道樂(lè)器合成的頻率調(diào)制：

*可用軟件選擇8kHz或10kHz的語(yǔ)音采樣頻率；

*有不需要接任何外部元器件的內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器；

*有數(shù)字音量控制。

MSP53C392引腳及定義如圖2所示.

2.2 硬件電路原理

主處理器利用檢測(cè)方式與合成器進(jìn)行通信，3根控制線(xiàn)，8根數(shù)據(jù)線(xiàn)。數(shù)據(jù)被寫(xiě)入合成器中，合成器的狀態(tài)被讀回。下面以89C51實(shí)現(xiàn)控制為例，用89C51的P0口與MSP53C392的8位數(shù)據(jù)線(xiàn)相連，用P1口P1.0、P1.1和P1.2分別接MSP53C392的R/W、STROB和INIT端子。89C51與合成器的接線(xiàn)圖如圖3。

2.3 軟件控制

圖3

    壓縮數(shù)據(jù)通過(guò)檢測(cè)的方法傳送MSP53C392和從其讀取數(shù)據(jù)。讀操作的步驟如下：①89C51使合成器的R/W為高電平。②使合成器的STROB的高電平，并且去讀回BUSY和EOS的狀態(tài)。（A，如果BUSY信號(hào)是高電平，則合成器不忙，準(zhǔn)備接受一次寫(xiě)操作；否則，沒(méi)準(zhǔn)備好接受寫(xiě)操作，繼續(xù)重復(fù)讀操作，直至BUSY為高電平。B，如果EOS信號(hào)是高電平，合成過(guò)程已經(jīng)到達(dá)語(yǔ)音數(shù)據(jù)流的結(jié)束碼，89C51停止傳送數(shù)據(jù)，使合成器復(fù)位。）③89C51使合成器的STROB為高電平，寫(xiě)操作的步驟如下：①89C51根據(jù)BUSY的狀態(tài)判別合成器是否已經(jīng)準(zhǔn)備好；②89C51使R/W變?yōu)榈?；?9C51向數(shù)據(jù)線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)；④89C51給STROB發(fā)送一個(gè)上升沿，使數(shù)據(jù)鎖存在合成器輸入鎖存器中。

2.4 輸出電路

合成器有兩個(gè)D/A轉(zhuǎn)換輸出引腳DAC+和DAC-。其輸出有兩種方式：方式1，可以直接驅(qū)動(dòng)32Ω的揚(yáng)聲器；方式2，驅(qū)動(dòng)一個(gè)運(yùn)放，如圖4所示。虛線(xiàn)框內(nèi)為一級(jí)低通濾波器，100kΩ電位器用于音量調(diào)節(jié)。

3 軟件部分

（1）語(yǔ)音合成系統(tǒng)控制軟件

圖4

    固化在單片機(jī)中的語(yǔ)音合成系統(tǒng)控制軟件主要功能是：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，檢測(cè)鍵盤(pán)，根據(jù)不同按鍵以決定讀取不同的語(yǔ)音段裝數(shù)據(jù)，與語(yǔ)音合成器進(jìn)行通信，傳送語(yǔ)音數(shù)據(jù)，完成語(yǔ)音合成器件的復(fù)位和其它控制，完成語(yǔ)音合成器件的復(fù)位和其它控制。89C51與MSP53C392之間數(shù)據(jù)交換程序流程如圖5所示。

（2）語(yǔ)音合成軟件

用于控制語(yǔ)音合成器分離語(yǔ)音參數(shù)，譯碼、插值和D/A轉(zhuǎn)換的程序，無(wú)須編寫(xiě)，已經(jīng)固化在合成器中的ROM中。

（3）數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和壓縮程序

    由于合成器只能支持相應(yīng)的算法，所以對(duì)于已有的語(yǔ)音文件必須對(duì)之進(jìn)行處理。例如，采樣頻率為44.1kHz CD音質(zhì)的文件，WAV文件的語(yǔ)音文件進(jìn)行預(yù)處理。首先，對(duì)之實(shí)現(xiàn)重新抽樣的功能，例如，用COOL EDIT和GOLDWAVE這類(lèi)程序就可以實(shí)現(xiàn)這樣的功能，通過(guò)GOLDWAVE軟件進(jìn)行低通濾波，使其頻率寬為4kHz或5kHz，然后以8kHz或10kHz的頻率重新抽樣；同時(shí)，對(duì)容量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以16位單聲道PCM的數(shù)據(jù)格式保存，其次，利用TI的SDS3000軟件把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成MELP或CELP格式，或WINSDS工具把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LPC格式。

至于產(chǎn)生雙聲道立體聲音樂(lè)，可用MD2FM.EXE把MIDI（.mid）格式的轉(zhuǎn)換成FM格式。