語音編譯器

Ⅰ 璇闊沖勭悊鐨勮闊崇悊瑙

璇闊崇悊瑙(speech understanding) 鍒╃敤鐭ヨ瘑琛ㄨ揪鍜岀粍緇囩瓑浜哄伐鏅鴻兘鎶鏈榪涜岃鍙ヨ嚜鍔ㄨ瘑鍒鍜岃鎰忕悊瑙ｃ傚悓璇闊寵瘑鍒鐨勪富瑕佷笉鍚岀偣鏄瀵硅娉曞拰璇涔夌煡璇嗙殑鍏呭垎鍒╃敤紼嬪害銆
璇闊崇悊瑙ｈ搗婧愪簬緹庡浗錛1971騫達紝緹庡浗榪滄櫙鐮旂┒璁″垝灞(ARPA)璧勫姪浜嗕竴涓搴炲ぇ鐨勭爺絀墮」鐩錛岃ラ」鐩瑕佽揪鍒扮殑鐩鏍囧彨鍋氳闊崇悊瑙ｇ郴緇熴傜敱浜庝漢瀵硅闊蟲湁騫挎硾鐨勭煡璇嗭紝鍙浠ュ硅佽寸殑璇濇湁涓瀹氱殑棰勮佹э紝鎵浠ヤ漢瀵硅闊沖叿鏈夋劅鐭ュ拰鍒嗘瀽鑳藉姏銆備緷闈犱漢瀵硅璦鍜岃皥璁虹殑鍐呭規墍鍏鋒湁鐨勫箍娉涚煡璇嗭紝鍒╃敤鐭ヨ瘑鎻愰珮璁＄畻鏈虹悊瑙ｈ璦鐨勮兘鍔涳紝灝辨槸璇闊崇悊瑙ｇ爺絀剁殑鏍稿績銆
鍒╃敤鐞嗚В鑳藉姏錛屽彲浠ヤ嬌緋葷粺鎻愰珮鎬ц兘錛氣憼鑳芥帓闄ゅ櫔澹板拰鍢堟潅澹幫紱鈶¤兘鐞嗚В涓婁笅鏂囩殑鎰忔濆苟鑳界敤瀹冩潵綰犳ｉ敊璇錛屾緞娓呬笉紜瀹氱殑璇涔夛紱鈶㈣兘澶熷勭悊涓嶅悎璇娉曟垨涓嶅畬鏁寸殑璇鍙ャ傚洜姝わ紝鐮旂┒璇闊崇悊瑙ｇ殑鐩鐨勶紝鍙浠ヨ存槸涓庡叾鐮旂┒緋葷粺浠旂粏鍦板幓璇嗗埆姣忎竴涓鍗曡瘝錛屽掍笉濡傚幓鐮旂┒緋葷粺鑳芥姄浣忚磋瘽鐨勮佹棬鏇翠負鏈夋晥銆
涓涓璇闊崇悊瑙ｇ郴緇熼櫎浜嗗寘鎷鍘熻闊寵瘑鍒鎵瑕佹眰鐨 閮ㄥ垎涔嬪栵紝榪橀』娣誨叆鐭ヨ瘑澶勭悊閮ㄥ垎銆傜煡璇嗗勭悊鍖呮嫭鐭ヨ瘑鐨勮嚜鍔ㄦ敹闆嗐佺煡璇嗗簱鐨勫艦鎴愶紝鐭ヨ瘑鐨勬帹鐞嗕笌媯楠岀瓑銆傚綋鐒惰繕甯屾湜鑳芥湁鑷鍔ㄥ湴浣滅煡璇嗕慨姝ｇ殑鑳藉姏銆傚洜姝よ闊崇悊瑙ｅ彲浠ヨや負鏄淇″彿澶勭悊涓庣煡璇嗗勭悊緇撳悎鐨勪駭鐗┿傝闊崇煡璇嗗寘鎷闊充綅鐭ヨ瘑銆侀煶鍙樼煡璇嗐侀煹寰嬬煡璇嗐佽瘝娉曠煡璇嗐佸彞娉曠煡璇嗭紝璇涔夌煡璇嗕互鍙婅鐢ㄧ煡璇嗐傝繖浜涚煡璇嗘秹鍙婂疄楠岃闊沖︺佹眽璇璇娉曘佽嚜鐒惰璦鐞嗚В銆佷互鍙婄煡璇嗘悳緔㈢瓑璁稿氫氦鍙夊︾戙
鍒濇ョ爺鍒舵垚鍔熺殑璇闊崇悊瑙ｇ郴緇熺О涓篐EARSAY緋葷粺銆傚畠鏄鍒╃敤涓縐嶅叕鐢ㄢ滈粦鏉誇綔涓虹煡璇嗗簱錛岀幆緇曟ら粦鏉跨殑鏄涓緋誨垪涓撳剁郴緇燂紝鍒嗗埆鎻愬彇鍙婃悳緔㈡湁鍏抽煶浣嶃侀煶鍙樷︹︾瓑鍚勭嶇煡璇嗐備互鍚庤兘榪涗竴姝ヨ揪鍒伴勮＄洰鏍囩殑緋葷粺鏄疕ARPY緋葷粺錛岃ョ郴緇熺敤璇璦鐨勬湁闄愮姸鎬佹ā鍨嬶紝閫氳繃鍞涓鐨勪竴涓緇熶竴鐨勭綉緇滄妸褰兼ゅ垎紱葷殑鍚勭嶇煡璇嗘簮闆嗕腑璧鋒潵錛岃繖涓緇熶竴鐨勭綉緇滐紝縐頒負鐭ヨ瘑緙栬瘧鍣ㄣ備笉鍚岀悊瑙ｇ郴緇熷湪鍒╃敤鐭ヨ瘑鐨勭瓥鐣ユ垨緇勭粐鏂歸潰鍚勬湁涓嶅悓鐨勭壒鐐廣
瀹屽杽鐨勮闊崇悊瑙ｇ郴緇熸槸浜轟滑姊﹀瘣浠ユ眰鐨勭爺絀剁悊鎯籌紝浣嗚繖騫墮潪鐭鏈熷唴鑳藉熷畬鍏ㄨВ鍐崇殑鐮旂┒璇鵑樸傜劧鑰岄潰鍚戠『瀹氫換鍔＄殑璇闊崇悊瑙ｇ郴緇燂紝渚嬪傚彧娑夊強鏈夐檺鐨勮瘝奼囬噺錛屾湁涓鑸姣旇緝閫氱敤鐨勮磋瘽鍙ュ瀷鐨勮闊崇悊瑙ｇ郴緇燂紝浠ュ強鍙渚涗竴瀹氳寖鍥寸殑宸ヤ綔浜哄憳浣跨敤鐨勮闊崇悊瑙ｇ郴緇燂紝鏄鍙浠ュ疄鐜扮殑銆傚洜姝わ紝瀹冨規煇浜涜嚜鍔ㄥ寲搴旂敤棰嗗煙宸叉湁瀹炵敤浠峰礆紝渚嬪傞炴満紲ㄩ勫敭緋葷粺銆侀摱琛屼笟鍔°佹棶棣嗕笟鍔＄殑鐧昏板強璇㈤棶緋葷粺絳夈

Ⅱ pcm編譯器系統實驗過程中發現的問題

1. 點到點PCM多路電話通信原理
脈沖編碼調制(PCM)技術與增量調制(ΔM)技術已經在數字通信系統中得到廣泛應用。當信道雜訊比較小時一般用PCM，否則一般用ΔM。目前速率在155MB以下的准同步數字系列(PDH)中，國際上存在A解和μ律兩種PCM編解碼標准系列，在155MB以上的同步數字系列(SDH)中，將這兩個系列統一起來，在同一個等級上兩個系列的碼速率相同。而ΔM在國際上無統一標准，但它在通信環境比較惡劣時顯示了巨大的優越性。
點到點PCM多路電話通信原理可用圖9-1表示。對於基帶通信系統，廣義信道包括傳輸媒質、收濾波器、發濾波器等。對於頻帶系統，廣義信道包括傳輸媒質、調制器、解調器、發濾波器、收濾波器等。
本實驗模塊可以傳輸兩路話音信號。採用TP3057編譯器，它包括了圖9-1中的收、發低通濾波器及PCM編解碼器。編碼器輸入信號可以是本實驗模塊內部產生的正弦信號，也可以是外部信號源的正弦信號或電話信號。本實驗模塊中不含電話機和混合電路，廣義信道是理想的，即將復接器輸出的PCM信號直接送給分接器。
2. PCM編解碼模塊原理
本模塊的原理方框圖圖9-2所示，電原理圖如圖9-3所示（見附錄），模塊內部使用+5V和-5V電壓，其中-5V電壓由-12V電源經7905變換得到。
圖9-2 PCM編解碼原理方框圖
該模塊上有以下測試點和輸入點：
• BS PCM基群時鍾信號(位同步信號)測試點
• SL0 PCM基群第0個時隙同步信號
• SLA 信號A的抽樣信號及時隙同步信號測試點
• SLB 信號B的抽樣信號及時隙同步信號測試點
• SRB 信號B解碼輸出信號測試點
• STA 輸入到編碼器A的信號測試點
• SRA 信號A解碼輸出信號測試點
• STB 輸入到編碼器B的信號測試點
• PCM PCM基群信號測試點
• PCM-A 信號A編碼結果測試點
• PCM-B 信號B編碼結果測試點
• STA-IN 外部音頻信號A輸入點
• STB-IN 外部音頻信號B輸入點
本模塊上有三個開關K5、K6和K8，K5、K6用來選擇兩個編碼器的輸入信號，開關手柄處於左邊(STA-IN、STB-IN)時選擇外部信號、處於右邊(STA-S、STB-S)時選擇模塊內部音頻正弦信號。K8用來選擇SLB信號為時隙同步信號SL1、SL2、SL5、SL7中的某一個。
圖9-2各單元與電路板上元器件之間的對應關系如下：
•晶振 U75：非門74LS04；CRY1：4096KHz晶體
•分頻器1 U78:A：U78:D：觸發器74LS74；U79：計數器74LS193
•分頻器2 U80：計數器74LS193；U78:B：U78:D：觸發器74LS74
•抽樣信號產生器 U81：單穩74LS123；U76：移位寄存器74LS164
•PCM編解碼器A U82：PCM編解碼集成電路TP3057（CD22357）
•PCM編解碼器B U83：PCM編解碼集成電路TP3057（CD22357）
•幀同步信號產生器 U77：8位數據產生器74HC151；U86:A：與門7408
•正弦信號源A U87：運放UA741
•正弦信號源B U88：運放UA741
•復接器 U85：或門74LS32
晶振、分頻器1、分頻器2及抽樣信號（時隙同步信號）產生器構成一個定時器，為兩個PCM編解碼器提供2.048MHz的時鍾信號和8KHz的時隙同步信號。在實際通信系統中，解碼器的時鍾信號(即位同步信號)及時隙同步信號(即幀同步信號)應從接收到的數據流中提取，方法如實驗五及實驗六所述。此處將同步器產生的時鍾信號及時隙同步信號直接送給解碼器。
由於時鍾頻率為2.048MHz，抽樣信號頻率為8KHz，故PCM-A及PCM-B的碼速率都是2.048MB，一幀中有32個時隙，其中1個時隙為PCM編碼數據，另外31個時隙都是空時隙。
PCM信號碼速率也是2.048MB，一幀中的32個時隙中有29個是空時隙，第0時隙為幀同步碼(×1110010)時隙，第2時隙為信號A的時隙，第1(或第5、或第7 —由開關K8控制)時隙為信號B的時隙。
本實驗產生的PCM信號類似於PCM基群信號，但第16個時隙沒有信令信號，第0時隙中的信號與PCM基群的第0時隙的信號也不完全相同。
由於兩個PCM編解碼器用同一個時鍾信號，因而可以對它們進行同步復接(即不需要進行碼速調整)。又由於兩個編碼器輸出數據處於不同時隙，故可對PCM-A和PCM-B進行線或。本模塊中用或門74LS32對PCM-A、PCM-B及幀同步信號進行復接。在解碼之前，不需要對PCM進行分接處理，解碼器的時隙同步信號實際上起到了對信號分路的作用。
3. TP3057簡介
本模塊的核心器件是A律PCM編解碼集成電路TP3057，它是CMOS工藝製造的專用大規模集成電路，片內帶有輸出輸入話路濾波器，其引腳及內部框圖如圖9-4、圖9-5所示。引腳功能如下：
圖9-4 TP3057引腳圖
(1) V一 接-5V電源。
(2) GND 接地。
(3) VFRO 接收部分濾波器模擬信號輸出端。
(4) V+ 接+5V電源。
(5) FSR 接收部分幀同信號輸入端，此信號為8KHz脈沖序列。
(6) DR 接收部分PCM碼流輸入端。
(7) BCLKR/CLKSEL 接收部分位時鍾(同步)信號輸入端，此信號將PCM碼流在FSR上升沿後逐位移入DR端。位時鍾可以為64KHz到2.048MHz的任意頻率，或者輸入邏輯「1」或「0」電平器以選擇1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz用作同步模式的主時鍾，此時發時鍾信號BCLKX同時作為發時鍾和收時鍾。
(8) MCLKR/PDN 接收部分主時鍾信號輸入端，此信號頻率必須為1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。可以和MCLKX非同步，但是同步工作時可達到最佳狀態。當此端接低電平時，所有的內部定時信號都選擇MCLKX信號，當此端接高電平時，器件處於省電狀態。
(9) MCLKX 發送部分主時鍾信號輸入端，此信號頻率必須為1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。可以和MCLKR非同步，但是同步工作時可達到最佳狀態。
(10) BCLKX 發送部分位時鍾輸入端，此信號將PCM碼流在FSX信號上升沿後逐位移出DX端，頻率可以為64KHz到2.04MHz的任意頻率，但必須與MCLKX同步。
圖9-5 TP3057內部方框圖
(11) DX 發送部分PCM碼流三態門輸出端。
(12) FSX 發送部分幀同步信號輸入端，此信號為8KHz脈沖序列。
(13) TSX 漏極開路輸出端，在編碼時隙輸出低電平。
(14) GSX 發送部分增益調整信號輸入端。
(15) VFXi- 發送部分放大器反向輸入端。
(16) VFXi＋ 發送部分放大器正向輸入端。
TP3057由發送和接收兩部分組成，其功能簡述如下。
發送部分：
包括可調增益放大器、抗混淆濾波器、低通濾波器、高通濾波器、壓縮A/D轉換器。抗混淆濾波器對采樣頻率提供30dB以上的衰減從而避免了任何片外濾波器的加入。低通濾波器是5階的、時鍾頻率為128MHz。高通濾波器是3階的、時鍾頻率為32KHz。高通濾波器的輸出信號送給階梯波產生器(采樣頻率為8KHz)。階梯波產生器、逐次逼近寄存器（S•A•R）、比較器以及符號比特提取單元等4個部分共同組成一個壓縮式A/D轉換器。S•A•R輸出的並行碼經並/串轉換後成PCM信號。參考信號源提供各種精確的基準電壓，允許編碼輸入電壓最大幅度為5VP-P。
發幀同步信號FSX為采樣信號。每個采樣脈沖都使編碼器進行兩項工作：在8比特位同步信號BCLKX的作用下，將采樣值進行8位編碼並存入逐次逼近寄存器；將前一采樣值的編碼結果通過輸出端DX輸出。在8比特位同步信號以後，DX端處於高阻狀態。
接收部分：
包括擴張D/A轉換器和低通濾波器。低通濾波器符合AT&T D3/D4標准和CCITT建議。D/A轉換器由串/並變換、D/A寄存器組成、D/A階梯波形成等部分構成。在收幀同步脈沖FSR上升沿及其之後的8個位同步脈沖BCLKR作用下，8比特PCM數據進入接收數據寄存器(即D/A寄存器)，D/A階梯波單元對8比特PCM數據進行D/A變換並保持變換後的信號形成階梯波信號。此信號被送到時鍾頻率為128KHz的開關電容低通濾波器，此低通濾波器對階梯波進行平滑濾波並對孔徑失真(sinx)/x進行補嘗。
在通信工程中，主要用動態范圍和頻率特性來說明PCM編解碼器的性能。
動態范圍的定義是解碼器輸出信噪比大於25dB時允許編碼器輸入信號幅度的變化范圍。PCM編解碼器的動態范圍應大於圖9-6所示的CCITT建議框架（樣板值）。
當編碼器輸入信號幅度超過其動態范圍時，出現過載雜訊，故編碼輸入信號幅度過大時量化信噪比急劇下降。TP3057編解碼系統不過載輸入信號的最大幅度為5VP-P。
由於採用對數壓擴技術，PCM編解碼系統可以改善小信號的量化信噪比，TP3057採用A律13折線對信號進行壓擴。當信號處於某一段落時，量化雜訊不變(因在此段落內對信號進行均勻量化)，因此在同一段落內量化信噪比隨信號幅度減小而下降。13折線壓擴特性曲線將正負信號各分為8段，第1段信號最小，第8段信號最大。當信號處於第一、二段時，量化雜訊不隨信號幅度變化，因此當信號太小時，量化信噪比會小於25dB，這就是動態范圍的下限。TP3057編解碼系統動態范圍內的輸入信號最小幅度約為0.025Vp-p。
常用1KHz的正弦信號作為輸入信號來測量PCM編解碼器的動態范圍。
圖9-6 PCM編解碼系統動態范圍樣板值
語音信號的抽樣信號頻率為8KHz，為了不發生頻譜混疊，常將語音信號經截止頻率為3.4KHz的低通濾波器處理後再進行A/D處理。語音信號的最低頻率一般為300Hz。TP3057編碼器的低通濾波器和高通濾波器決定了編解碼系統的頻率特性，當輸入信號頻率超過這兩個濾波器的頻率范圍時，解碼輸出信號幅度迅速下降。這就是PCM編解碼系統頻率特性的含義。
四、實驗步驟
1. 熟悉PCM編解碼單元工作原理，開關K9接通8KHz(置為1000狀態)，開關K8置為SL1(或SL5、SL7)，開關K5、K6分別置於STA-S、STB-S端，接通實驗箱電源。
2. 用示波器觀察STA、STB，調節電位器R19(對應STA)、R20(對應STB)，使正弦信號STA、STB波形不失真(峰峰值小於5V)。
3. 用示波器觀察PCM編碼輸出信號。
示波器CH1接SL0，（調整示波器掃描周期以顯示至少兩個SL0脈沖，從而可以觀察完整的一幀信號）CH2分別接SLA、PCM-A、SLB、PCM-B以及PCM，觀察編碼後的數據所處時隙位置與時隙同步信號的關系以及PCM信號的幀結構（注意：本實驗的幀結構中有29個時隙是空時隙，SL0、SLA及SLB的脈沖寬度等於一個時隙寬度）。
開關K8分別接通SL1、SL2、SL5、SL7，觀察PCM基群幀結構的變化情況。
4. 用示波器觀察PCM解碼輸出信號
示波器的CH1接STA，CH2接SRA，觀察這兩個信號波形是否相同(有相位差)。
5. 用示波器定性觀察PCM編解碼器的動態范圍。
開關K5置於STA-IN端，將低失真低頻信號發生器輸出的1KHz正弦信號從STA-IN輸入到TP3057(U82)編碼器。示波器的CH1接STA（編碼輸入），CH2接SRA（解碼輸出）。將信號幅度分別調至大於5VP-P、等於5VP-P，觀察過載和滿載時的解碼輸出波形。再將信號幅度分別衰減10dB、20dB、30dB、40dB、45dB、50dB，觀察解碼輸出波形(當衰減45dB以上時，解碼輸出信號波形上疊加有較明顯的雜訊)。
也可以用本模塊上的正弦信號源來觀察PCM編解碼系統的過載雜訊(只要將STA-S或STB-S信號幅度調至5VP-P以上即可)，但必須用專門的信號源才能較方便地觀察到動態范圍。