紀(jì)春龍 鐘偉堅(jiān) 李天生 朱康錄 張 棟 劉華珠

（東莞理工學(xué)院 電子工程學(xué)院，廣東東莞 523808）

一種語(yǔ)音撥號(hào)手機(jī)通訊錄的設(shè)計(jì)

紀(jì)春龍 鐘偉堅(jiān) 李天生 朱康錄 張 棟 劉華珠

（東莞理工學(xué)院 電子工程學(xué)院，廣東東莞 523808）

以凌陽(yáng)16位單片機(jī)SPCE061A精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板為核心，外擴(kuò)SPLC501液晶顯示模組，SPR4096存儲(chǔ)芯片模組以及4x4矩陣鍵盤構(gòu)建語(yǔ)音撥號(hào)手機(jī)通訊錄模型，實(shí)現(xiàn)輸入法的鍵入以及通訊錄條目的瀏覽、新增和搜索，并通過(guò)SPCE061A特有的語(yǔ)音識(shí)別功能實(shí)現(xiàn)通訊錄條目的語(yǔ)音撥號(hào)。

語(yǔ)音撥號(hào)；手機(jī)，通訊錄；SPCE061A；輸入法

當(dāng)今時(shí)代，手機(jī)是人們生活必不可少的通訊工具，接打電話是手機(jī)最基本的功能。傳統(tǒng)的手機(jī)通訊錄設(shè)計(jì)，采用按鍵或觸摸屏進(jìn)行操作，在撥打電話時(shí)往往要在數(shù)目眾多的通訊錄中逐一查找指定的聯(lián)系人，十分繁瑣，耗費(fèi)很多時(shí)間。本系統(tǒng)采用的是語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，通過(guò)語(yǔ)音向手機(jī)直接發(fā)出命令，促使其做出相應(yīng)回應(yīng)，不但可以解決了手工操作的不便，同時(shí)也變得更為智能化和人性化。語(yǔ)音撥號(hào)是語(yǔ)音處理技術(shù)在結(jié)合手機(jī)應(yīng)用的過(guò)程中不斷深入的產(chǎn)物［1］。

本文使用凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)［2］，通過(guò)構(gòu)建手機(jī)通訊錄模型，采用特定發(fā)音人語(yǔ)音識(shí)別向系統(tǒng)錄入語(yǔ)音訓(xùn)練特征模型，系統(tǒng)匹配后得出識(shí)別結(jié)果，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音撥號(hào)功能。

1 音頻輸入原理

1.1 ADC轉(zhuǎn)換器類型

ADC轉(zhuǎn)換器根據(jù)其轉(zhuǎn)換的速度與精度的劃分，大概可以分成兩類:一類是應(yīng)用于中速或低速、中等精度的數(shù)據(jù)采集儀器中。主要有逐次逼近型、積分型、壓頻變換型等。另一類是適用于高速情況下瞬態(tài)信號(hào)處理領(lǐng)域中。主要有分級(jí)型和流水線型。這次所用的是逐次逼近型的ADC轉(zhuǎn)換器。

1.2 逐次逼近型ADC轉(zhuǎn)換器工作原理

SAR ADC包括采樣保持電路、比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器和邏輯控制單元。模擬輸入電壓VIM由采樣保持電路采樣并保持，為實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制搜索算法，首先由SAR LOGIC控制M位寄存器設(shè)置在中間刻度，即令最高有效位MSB為“1”電平而其余位均為“0”電平，此時(shí)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器DAC輸出電壓VDAC為0.5 VREF，其中VREF為提供給ADC的基準(zhǔn)電壓。由比較器對(duì)VIM和VDAC進(jìn)行比較，若VIM＞VDAC，則比較器輸出“1”電平，M位寄存器的MSB保持“1”電平；反之，若VIM＜VDAC，則比較器輸出“0”電平，M位寄存器的MSB被置為“0”電平。一次比較結(jié)束后，MSB被置為相應(yīng)的電平，同時(shí)邏輯控制單元移至次高位并將其置“1”，其余位置“0”，進(jìn)行下一次比較，直至最低有效位LSB比較完畢。整個(gè)過(guò)程結(jié)束，即完成了一次模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，M位轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)在寄存器內(nèi)，并由此最終輸出所轉(zhuǎn)化模擬量的數(shù)字碼。

1.3 音頻輸入原理

利用硬件電路上8個(gè)10位ADC通道中一個(gè)專用于語(yǔ)音的輸入通道MIC-IM。模擬信號(hào)（輸入的語(yǔ)音信號(hào)）先通過(guò)自動(dòng)增益控制器和放大器放大后，再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)換得出的數(shù)據(jù)將通過(guò)MIC-IM通道存儲(chǔ)到特定的儲(chǔ)存區(qū)中。

2 系統(tǒng)硬件方案簡(jiǎn)介

系統(tǒng)以SPCE061A為主控芯片，通過(guò)構(gòu)建數(shù)組通信結(jié)構(gòu)，在其內(nèi)部FLASH中保存通訊錄內(nèi)容，同時(shí)還保存了語(yǔ)音識(shí)別模型，如圖1所示。SPCE061A通過(guò)掃描4*4獨(dú)立按鍵，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液晶屏幕SPLC501操作界面的控制和顯示。同時(shí)，SPR4096模組中保存了液晶所需顯示的字體，字符，數(shù)字及輸入法數(shù)據(jù)。主板上集成輸入電路模塊，通過(guò)該模塊實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音撥號(hào)的功能。

圖1 系統(tǒng)硬件接口

3 操作界面的設(shè)計(jì)

構(gòu)建一個(gè)操作系統(tǒng)，需要有一個(gè)可視化的人機(jī)互動(dòng)界面，這個(gè)界面可以通過(guò)菜單來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖2所示，系統(tǒng)初始化后進(jìn)入菜單，菜單中有4個(gè)選項(xiàng)，分別對(duì)應(yīng)瀏覽通訊錄條目、新增通訊錄、搜索通訊錄和語(yǔ)音撥號(hào)四個(gè)主要功能函數(shù)，而瀏覽通訊錄條目又對(duì)應(yīng)一個(gè)子菜單，選擇當(dāng)中某一存入的聯(lián)系人便可進(jìn)入該聯(lián)系人的管理界面，分別有查看信息、刪除條目和設(shè)定語(yǔ)音撥號(hào)或者取消語(yǔ)音撥號(hào)三個(gè)選項(xiàng)，如果語(yǔ)音撥號(hào)最大數(shù)量已滿，則只顯示前面兩個(gè)選項(xiàng)。同理，其他選項(xiàng)當(dāng)按鍵進(jìn)入時(shí)，便可相應(yīng)地調(diào)用其子函數(shù)，通過(guò)菜單的指引，使得系統(tǒng)的操作及功能的實(shí)現(xiàn)變得靈活方便。

圖2 菜單構(gòu)建

4 手機(jī)通訊錄模型的構(gòu)建

本設(shè)計(jì)中的通訊錄模型有兩大主體，一是通訊錄條目數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建［3］，采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的雙鏈表構(gòu)建［4］，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)的插入、刪除和查詢等操作很方便，可以有效提高程序遍歷通訊錄的效率，容易實(shí)現(xiàn)條目按姓名排序存儲(chǔ)；二是通訊錄索引的構(gòu)建，用來(lái)保存通訊錄的概要信息，便于定位通訊錄條目鏈表的首尾，以及快速查找語(yǔ)音撥號(hào)項(xiàng)目。如下:

通訊錄條目數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):

Typedef struct STR-PB｛

Unsigned int Flag-Del；

Unsigned char Mame［16］；

Unsigned char Tel-1［16］；

Unsigned char Tel-2［16］；

Unsigned char Email［25］；

Unsigned char Other［20］；

Unsigned int VoiceIdx；

sruct STR-PB*PrdItem；

struct STR-P B*MextItem；

｝PHOMEBOOK；

通訊錄索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Typedef struct STR-PBIDX｛

Unsigned int ItemMum；

PHOMEBOOK*FirstItem；

PHOMEBOOK*Las tItem；

Unsigned int Voice-Mum；

PHOMEBOOK*Voice-PBAddr［PB-MAX-VOICE］；

｝PHO MEBOOK-IDX；

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以節(jié)點(diǎn)的方式編排在雙鏈表當(dāng)中，每個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)都有兩個(gè)指針，分別指向直接前驅(qū)（對(duì)應(yīng)上面的struct STR-P B*PreItem和PHOMEBOOK*FirstItem）和直接后繼（對(duì)應(yīng)上面的struct STR-P B*MextItem和PHOMEBOOK*Las tItem），通訊錄條目數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保存了相關(guān)聯(lián)系人的重要信息，而通訊錄索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為快速地進(jìn)行語(yǔ)音撥號(hào)提供方便的指引。

5 語(yǔ)音撥號(hào)

語(yǔ)音撥號(hào)是由語(yǔ)音識(shí)別函數(shù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。語(yǔ)音識(shí)別是一種多維模式識(shí)別系統(tǒng)，可分為特定發(fā)音人識(shí)別和非特定發(fā)音人識(shí)別兩種［5］?？紤]到特定發(fā)音人識(shí)別原理較為簡(jiǎn)單，且識(shí)別率高，容易在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)，故選擇前者。與非特定發(fā)音人識(shí)別不同的是，特定發(fā)音人識(shí)別必須先有一個(gè)“訓(xùn)練”的過(guò)程，如圖3所示。在訓(xùn)練階段，特定發(fā)音人對(duì)61單片機(jī)錄入一定語(yǔ)音，單片機(jī)對(duì)采集到的語(yǔ)音樣本進(jìn)行分析和處理，從中提取出語(yǔ)音特征信息，建立一個(gè)語(yǔ)音特征模型。其次是識(shí)別階段，單片機(jī)仍然對(duì)采集到的語(yǔ)音樣本進(jìn)行同樣的分析和處理，提取出語(yǔ)音的特征信息，然后將這個(gè)特征信息與已有的語(yǔ)音特征模型進(jìn)行對(duì)比，如果二者達(dá)到了一定的匹配度，則輸入的語(yǔ)音被識(shí)別，反之，不能識(shí)別。

凌陽(yáng)語(yǔ)音識(shí)別函數(shù)庫(kù)包含訓(xùn)練、識(shí)別、語(yǔ)音特征模型的導(dǎo)入、導(dǎo)出等功能函數(shù)。

圖3 語(yǔ)音識(shí)別過(guò)程示意圖

語(yǔ)音撥號(hào)模塊由訓(xùn)練和識(shí)別兩部分組成。訓(xùn)練部分和識(shí)別部分的程序流程如下（如圖4，圖5所示）:

6 系統(tǒng)其他模塊的說(shuō)明及聯(lián)系

本方案的軟件系統(tǒng)還包含下列模塊:

按鍵掃描:掃描4×4鍵盤，以逐行掃描方式，在TMB-12 8Hz中斷服務(wù)程序中進(jìn)行，用于獲取鍵值。

SPLC501液晶模塊［6］:包括LCD顯示驅(qū)動(dòng)和漢字顯示兩部分。驅(qū)動(dòng)程序是為了方便液晶與SPCE061A的接口配置、基本的數(shù)據(jù)傳輸和提供數(shù)據(jù)處理子函數(shù)等，而漢字顯示則是在驅(qū)動(dòng)程序的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)漢字的位圖顯示，當(dāng)然也可實(shí)現(xiàn)圖形顯示功能，使用凌陽(yáng)提供的DM Tool字模提取工具，可以進(jìn)行文字取模和圖片取模。

SPR4096模塊［7］:存儲(chǔ)LCD顯示字庫(kù)和輸入法數(shù)據(jù)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行讀取、擦除和寫入訪問(wèn)。

內(nèi)部Flash擦寫模塊:用于存儲(chǔ)通訊錄條目、索引等，當(dāng)對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)修改時(shí)，以頁(yè)為單位進(jìn)行擦除操作。

文字輸入模塊:通過(guò)4×4鍵盤輸入漢字（拼音輸入法）、字符、數(shù)字和英文等，并在LCD上顯示出來(lái)，以便于用戶編輯通訊錄條目和搜索條目。

上述功能模塊組成了單向調(diào)用結(jié)構(gòu)，各模塊之間的相互關(guān)系如圖6所示。

圖4 語(yǔ)音訓(xùn)練流程

圖5 語(yǔ)音識(shí)別流程

圖6 各模塊之間的調(diào)用關(guān)系

7 實(shí)驗(yàn)調(diào)試與結(jié)果分析

首先，使用Rewriter軟件向SPR4096模組燒寫漢字庫(kù)和輸入法數(shù)據(jù)，注意模組需提供3V穩(wěn)壓電源，燒寫方式可選用在線調(diào)試器PROBE接口或者EZ-PROBE接口；其次，使用u'nSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE完成各模塊的編譯與綜合，生成工程文件，并下載到向SPCE061A芯片中，連接系統(tǒng)各模塊硬件；最后檢查無(wú)誤后，上電開(kāi)機(jī)，系統(tǒng)運(yùn)行后會(huì)相應(yīng)地在SPLC501液晶上顯示操作菜單，使用4x4矩陣按鍵可方便地對(duì)菜單實(shí)行操作。

經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和改進(jìn)，本語(yǔ)音撥號(hào)通訊錄系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能源損耗低，語(yǔ)音識(shí)別快速，準(zhǔn)確率高，在嘈雜的環(huán)境中依然有比較好的識(shí)別效果。當(dāng)然，理想的語(yǔ)音撥號(hào)效果需在語(yǔ)音訓(xùn)練的過(guò)程中，注意以下三方面:

1）在語(yǔ)音訓(xùn)練的過(guò)程中，需要把握聲音的強(qiáng)度，聲音過(guò)小，不易提取語(yǔ)音特征模型，聲音過(guò)大，則易導(dǎo)致失真；

2）語(yǔ)音訓(xùn)練每次的時(shí)間限制在5秒內(nèi)，超出則無(wú)法錄入，或記為下一次語(yǔ)音輸入，最好在訓(xùn)練時(shí)的前后預(yù)留一段時(shí)間，有助于準(zhǔn)確提取語(yǔ)音特征模型；

3）語(yǔ)音訓(xùn)練需在安靜的環(huán)境中實(shí)行，并且兩次訓(xùn)練聲音應(yīng)大體一致，否則會(huì)出現(xiàn)語(yǔ)音訓(xùn)練失敗。

圖7 實(shí)物調(diào)試和成品展示

基于凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)的強(qiáng)大處理能力，利用其豐富的庫(kù)函數(shù)［8］，構(gòu)造出一個(gè)手機(jī)通訊錄模型，實(shí)現(xiàn)基本的通訊錄操作及語(yǔ)音撥號(hào)功能，如圖7所示。該系統(tǒng)菜單界面友好，操作簡(jiǎn)單，可特定發(fā)音人語(yǔ)音識(shí)別，多次試驗(yàn)證明其識(shí)別結(jié)果較好，雖然測(cè)試過(guò)程中發(fā)音人的語(yǔ)氣強(qiáng)弱和環(huán)境干擾會(huì)影響系統(tǒng)的靈敏度，但其依然具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力和穩(wěn)定性，并且特定人發(fā)音具有較強(qiáng)的保密性，能有效防止他人說(shuō)話的干擾或者控制，這在未來(lái)將會(huì)有一定地應(yīng)用前景。

［1］ 沙占友，唱春來(lái)，李春明.語(yǔ)音處理技術(shù)及其應(yīng)用［J］.電子測(cè)量技術(shù)，2000（2）:35-37.

［2］ 陳海宴，呂江濤，李瑞.凌陽(yáng)16位單片機(jī)經(jīng)典實(shí)戰(zhàn)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

［3］ 車愛(ài)靜，文環(huán)明，張艷.基于凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)的語(yǔ)音控制系統(tǒng)［J］.電腦開(kāi)放與應(yīng)用，2006，19（10）:49-51.

［4］ 王立柱.C/C++與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2003.

［5］ 鄧中亮.韋志瑜.一種名片式手機(jī)通訊錄的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.科技咨詢導(dǎo)報(bào)，2007（7）:85.

［6］ 凌陽(yáng)大學(xué)計(jì)劃網(wǎng)站.SPLC501液晶模組產(chǎn)品說(shuō)明［EB/OL］.［2012-9-2］http://www.unsp.com.cn.

［7］ 凌陽(yáng)大學(xué)計(jì)劃網(wǎng)站.SPR模組產(chǎn)品說(shuō)明［EB/OL］.［2012-9-2］http://www.unsp.com.cn.

［8］ 何欽銘，顏暉.C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)［M］.北京:高等教育出版社，2007.

Design of a Voice Dialing Mobile Address Book

JIChun.long ZHONG Wei.jian LITian.shen ZHU Kuan.lu ZHANG Dong LIU Hua.zhu
（College of Electronic Engineering，Dongguan University of Technology，Dongguan 523808，China）

Based on 16-bitMCU，SPCE061A of Sunplus，a voice dialingmobile address book is designed，which includes SPLC501 LCD，SPR4096 memory and 4*4 keyboard.Input type and browse，add and search address book entry are realized，by the special voice recognition function of SPCE061A，address book entry can be also changed by voice dialing.

voice dialing；mobile phone；address book；SPCE061A；input method

TP368

A

1009-0312（2014）01-0012-05

2013-10-23

2012年度東莞理工學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（1181912014）。

紀(jì)春龍（1993—），男，廣東揭陽(yáng)人，主要從事電子信息工程研究。