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基于凌陽(yáng)單片機的語(yǔ)音信號實(shí)時(shí)采集
摘要：語(yǔ)音信號采集是語(yǔ)音信號處理的基礎。本文利用凌陽(yáng)公司16位單片機——SPCE061A所具有的數字信號處理（DSP）功能及其所提供的音頻壓縮函數庫來(lái)實(shí)現語(yǔ)音信號的實(shí)時(shí)采樣與壓縮；通過(guò)RS232接口，將采集到的語(yǔ)音信號實(shí)時(shí)上傳到PC機中存儲。引言
隨著(zhù)單片機集成化程度的不斷提高，現代單片機已經(jīng)具備了數字信號處理功能，使語(yǔ)音信號處理用單片機實(shí)現成為可能。臺灣凌陽(yáng)科技公司（SunPlus）推出的一款SPCE061A就是這樣的產(chǎn)品。SPCE061A是以μ'nSP TM16位微控制器及信號處理器芯片為內核的16位單片機，采用模塊式集成結構，片內集成了2KB RAM、32KB Flash、ADC、DAC、并行I/O等，特別適合語(yǔ)音信號處理。本文介紹如何實(shí)現用SPCE061A單片機采集語(yǔ)音信號，并傳送到PC機中的方法。
1 硬件系統結構
1.1 SPCE061A結構
SPCE061A的內部結構如圖1，其特點(diǎn)如下：
*16位μ'nSP TM微控制器；
*工作電壓：VDD為2.6～3.6V(CPU),VDDH為VDD～5.5V（I/O）；
*CPU時(shí)鐘為0.32～49.152MHz；
*內置存儲器：SRAM為2KB，內存Flash為32KB；
*可編程音頻處理；
*2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計數器；
*7通道10位ADC（內置麥克風(fēng)放大和自動(dòng)增益控制功能）；
*2個(gè)10位DAC；
*32路可編程通用輸入輸出端口；
*串行輸入輸出接口；
*低電壓監測/低電壓復位功能；
*14個(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器、外部時(shí)鐘輸入、鍵喚醒等；
*內置在線(xiàn)仿真電路ICE。
1.2 SPCE061A開(kāi)發(fā)方法
SPCE061A的開(kāi)發(fā)是通過(guò)在線(xiàn)調試器PROBE實(shí)現的，如圖2所示。它利用了SPCE061A內置的在線(xiàn)仿真電路ICE和凌陽(yáng)公司的在線(xiàn)串行編程技術(shù)。如果讀者想要使用該芯片及開(kāi)發(fā)系統，可上網(wǎng).cn查詢(xún)，并尋求大學(xué)計劃的免費支持。
1.3 語(yǔ)音采集的硬件電路
語(yǔ)音采集的硬件電路如圖3所示。MIC采用駐極體電容話(huà)筒，這種話(huà)筒具有靈敏度高、無(wú)方向性、重量輕、體積小、頻率響應寬、保真度好等優(yōu)點(diǎn)。
與PC機的串行通信用SPCE061A的UART接口，用MAX232芯片進(jìn)行電平轉換，即可實(shí)現RS232通信。
2 軟件設計與實(shí)現
2.1 語(yǔ)音信號的采集壓縮與數據傳輸
（1）語(yǔ)音信號的采集壓縮
語(yǔ)音信號處理的基礎是對語(yǔ)音信號進(jìn)行數字化，并采樣存儲。SRCE061A內置專(zhuān)門(mén)用于語(yǔ)音信號采集的自動(dòng)增益控制放大器（AGC）的麥克風(fēng)輸入通道（MIC_IN）。語(yǔ)音信號經(jīng)麥克轉換成電信號，由隔離電容隔掉直流成分，然后輸入至內部前置放大器。SPCE061A內部自動(dòng)增益控制電路AGC能隨時(shí)跟蹤、監視前置放大器輸出的音頻信號電平，當輸入信號增器時(shí)，AGC電路自動(dòng)減小放大器的增益；當輸入信號減小時(shí)，AGC電路自動(dòng)增大放大器的增益，以便使進(jìn)入A/D的信號保持在最佳電平，又可使諧波減至最小。
ADC初始化程序如下：
INT OFF；
R1=0x0030；
[P_TimerA_Ctrl]=R1；
//時(shí)鐘頻率為CLKA的fosc/2
R1=0xfa00；
[P_TimerA_Data]=R1；
//采樣率為16kHz
R1=0x003d;
[P_ADC_Ctrl]=R1； //設置AGC功能
R1=0x00A8;
[P_DAC_Ctrl]=R1; //采用自動(dòng)方式且通過(guò)MIC_IN通道輸入，通過(guò)定時(shí)器A的溢出鎖存數據，ADC為自動(dòng)方式
R1=0x1000;
[P_INT_Ctrl]=R1； //開(kāi)中斷IRQ1_TM
INT IRQ；
圖3 語(yǔ)音采集的硬件連接圖
采樣后的數字語(yǔ)音信號數據量非常大，且由于語(yǔ)音信號采樣點(diǎn)幅度分布的非均勻性和樣本間的相關(guān)性等原因，使語(yǔ)音信號中含有大量的冗余信息。因此，在實(shí)際應用中采用各種信源編碼技術(shù)來(lái)消除語(yǔ)音信號的冗余度。語(yǔ)音編碼方法主要有波形編碼、參數編碼和混合編碼。
*波形編碼的基本原理是以波形逼近為原則，在時(shí)域上把幅度樣本分層量化并用代碼表示；特點(diǎn)是語(yǔ)音質(zhì)量高、抗噪性強編碼率高，適于語(yǔ)音及高保真音樂(lè )。
*參數編碼是基于某種語(yǔ)音產(chǎn)生模型，在編程端分析出該模型參數選擇適當的方式進(jìn)行編碼；特點(diǎn)是語(yǔ)音質(zhì)量差、抗噪抗弱和編碼率低。
*混合編碼綜合了波形和參數編碼之優(yōu)點(diǎn)。
凌陽(yáng)SPCE061A提供了壓縮算法庫——SACMLIB（見(jiàn)表1），其處理的語(yǔ)音信號范圍是200Hz～3.4kHz的電話(huà)語(yǔ)音，并將A/D、編/解碼、存儲及D/A做成相應的模塊，對于每個(gè)模塊都有其應用程序接口A(yíng)PI。
表1 SACM-LIB庫中模塊及其算法
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