摘? 要： 基于ISD單片語音錄放集成電路和大容量" title="大容量">大容量IC卡，給出了IC卡電子語音書的設(shè)計方法。這種電子語音書具有體積小,、重量輕、用電省和成本低的特點,。

　　關(guān)鍵詞: IC卡? 語音錄放? 文本轉(zhuǎn)換

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　　所謂“IC卡電子語音書”，即讀取IC卡中的信息,，再將其轉(zhuǎn)換成聲音信息,，用以取代現(xiàn)有的書籍的電子裝置，可供不便于視覺閱讀的人群(如老年人,、盲人或患者等)使用,。

??? 目前，國內(nèi)市場銷售的IC卡的容量可達500K字節(jié),，如直接存儲語音信號(以8K/秒采樣率計),，可存儲約62.5秒的直接語音信息。雖然所存儲的音質(zhì)比較好,，但顯然還不能滿足一般書籍大量信息存儲的要求,。筆者以漢字的語音編碼(自定義)形式存儲，存儲一個漢字只占用1.5個字節(jié)(12位),，則500K字節(jié)的IC卡可存儲的漢字不少于33.3萬個,，可連續(xù)播放近30小時，足以滿足實用要求,。

　　本文給出的設(shè)計方案以AT89LV51單片機為微處理機,，配以ISD4004作語音支持，采用AT45D041型IC卡作為電子書籍信息存儲載體,。AT45D041型IC卡是由美國ATMEL公司于近年推出的大容量存儲卡" title="存儲卡">存儲卡(4M位),，是目前市場上易于購得的容量最大" title="最大">最大的IC卡。隨著技術(shù)的進步,，改用容量更大的其它類型IC卡時,，只要通訊方式不變，本設(shè)計方案仍然適用,。即便是通訊方式有所改變,，亦只需對本設(shè)計方案稍作修改即可。

　　該裝置的基本工作過程如下:首先將漢字文本文件(如《三國演義》)轉(zhuǎn)換成語音編碼文件存儲于IC卡中(這一工作由PC機完成);然后,，當IC卡電子語音書工作時,，播放裝置中的CPU將從IC卡中讀出語音編碼;最后，CPU再按此編碼控制ISD單片語音錄放電路,，播放出相應的語音,。

　　本設(shè)計方案是一個經(jīng)濟實用型電子語言書基本設(shè)計方案，雖然在音質(zhì)方面不如語音直接存儲的方案,，但具有裝置成本低廉,、體積小巧、用電省和連續(xù)播放時間長的優(yōu)勢,。

1 硬件設(shè)計

　　播放裝置的電氣原理圖如圖1所示,。

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　　本設(shè)計中設(shè)有6個按鍵,，分別為“播放”(BUTTON0)、“快進”(BUTTON1),、“慢進”(BUTTON2),、“快退”(BUTTON3)、“慢退”(BUTTON4)和“停止”(BUTTON5),。

　　為了能夠在下一次開機時從上一次中止處繼續(xù)播放,，需要一個掉電保持的數(shù)據(jù)存儲器，本文中使用了AT24C01A,。

為使播放裝置的體積和重量盡可能減小,，本裝置僅使用一節(jié)AA型(即5號)電池，因此需采用升壓式開關(guān)型穩(wěn)壓電源,，本文采用的是MAX856,。為了節(jié)省電池消耗，本裝置應具有自動斷電的功能,。按下“播放”鍵時,，MAX856芯片1腳將抬高為高電平" title="高電平">高電平，裝置上電,。以后每隔16秒由單片機向MAX856芯片1腳發(fā)送一個高電平脈沖,，讓裝置繼續(xù)被供電。當定時時間(60分鐘)到時,，裝置停止向MAX856芯片發(fā)送高電平脈沖,，則裝置自動斷電。

　　本設(shè)計中采用的AT45D041型大容量IC存儲卡的主要功能和技術(shù)參數(shù)如下:

　　(1)具有與SPI兼容的串行接口;

　　(2)4325376位;

　　(3)低功耗,，動態(tài)電流為15mA,，靜態(tài)待機電流為20μA;

　　(4)最大時鐘頻率為10MHz。

　　AT45D041型大容量IC存儲卡的引腳及命令請參閱參考文獻[1],。圖1中IC_CARD的1~8腳對應于AT45D041的1~8引腳;9和10為IC卡座的輔助觸點,，用于檢測IC卡是否已插入。

　　本設(shè)計中采用的ISD4004語音芯片" title="語音芯片">語音芯片的主要功能和技術(shù)參數(shù)如下:

　　(1)16分鐘語音錄放,，最小段長200~400ms(本設(shè)計采用300ms);

　　(2)最大段數(shù)2400段;

　　(3)SPI接口方式。

　　ISD4004語音芯片的主要引腳及與單片機的連接方法描述如下:AUD OUT——輸出音頻信號,，為了得到較大的輸出,，采用功率放大器LM386進行放大再提供給耳機或喇叭。SS——片選,，低電平有效,，兩條指令之間為高電平。MOSI——串行輸入端,，主控制器應在串行時鐘上升沿之前半個周期將數(shù)據(jù)放到本端,。MISO——串行輸出端,。SCLK——串行時鐘輸入端，由主控制器產(chǎn)生,，用于同步MOSI和MISO的數(shù)據(jù)傳輸,。上述4個端子分別接單片機的P1.7～P1.4。/INT——中斷,，本端為漏極開路輸出,，在任何操作中檢測到EOM或OVF時，本端變低并保持;接單片機的INT0,。RAC——行地址時鐘,，漏極開路輸出，用于存儲管理,，接單片機的P1.3,。

2 語音碼文件的形成

　　ISD4004語音芯片是按段存放聲音的，每段一個音,，每個音300ms,。但應注意到有許多字具有相同的發(fā)音(如ye3:也、冶,、野);而有些發(fā)音并無漢字(如:wai2,、sai3、ka2等),。對于每一個不同的音,，又有5個基本的發(fā)聲(即陰平1、陽平2,、上聲3,、去聲4和輕聲5)順序。只要有漢字與之對應(相同發(fā)音只取一個),，則賦予其一個編碼,，如此即可得到全部語音碼。漢字現(xiàn)有發(fā)音共計1311個,。設(shè)計時,，把所有不同的音按英文字母和發(fā)聲順序排列，共有1337個(1311漢字+26英文字母)語音碼,，亦即1337個語音,。用1.5個字節(jié)可存儲一個語音碼(亦即1個漢字讀音)，則4M位的IC卡可存儲近349500個漢字讀音,。語音碼確定后,，即可將1337個語音按語音碼的順序?qū)懭隝SD4004語音芯片中。

　　首先按GB2312-80給出兩級漢字的內(nèi)碼與語音碼的轉(zhuǎn)換表，參見表1,。對于給定的文本文件中的每個漢字,，只需查出其區(qū)位碼，然后通過查表即可得到其拼音碼,，最后將拼音碼寫入大容量IC卡,。對于標點符號，將其處理為停頓(不發(fā)聲),。值得注意的是,，有些漢字(如:和，he2,、he4,、huo2、huo4,、hu2)有多種發(fā)音,，對于這些漢字將有多個語音碼與之對應。究竟轉(zhuǎn)換為哪個語音碼,，則需參考該漢字的前一漢字或后一漢字,。仍不能確定時，應取出現(xiàn)概率為最大的音(如和,，取he2),。

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????采用VB程序?qū)㈦娔X中的文本文件轉(zhuǎn)換成本文的語音碼，并將其寫入IC卡中,，從而形成了“電子語音書”,。不同IC卡裝有不同的內(nèi)容，即不同的“書”,。注意到IC卡的內(nèi)容是可以改寫的,，一本書聽過之后，還可以到特約的服務點換一本新的“書”來聽,?！?/P>

　　按照本文給出方案所設(shè)計的IC卡電子語音書播放裝置的體積約為120mm×80mm×14mm。本裝置的語音發(fā)音略顯生硬,。如能進一步引入智能處理算法,，使各漢字發(fā)音之間的連接變得柔和一些，發(fā)聲效果將得到改善,。

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參考文獻

1 周 軍,，張瑞蘭.大容量IC卡AT45D041及其應用.電測與儀表，1999(8)

2 ISD全系列單片語音錄放電路設(shè)計與應用匯編.北京中青世紀科技發(fā)展公司,，2000