基于W90P710的智能音樂播放器系統(tǒng)設(shè)計(jì)
隨著多媒體的發(fā)展,音樂播放器作為消費(fèi)類電子產(chǎn)品,其不斷增長(zhǎng)的消費(fèi)要求促使生產(chǎn)廠家采用更先進(jìn)的技術(shù)來提高自己產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。近幾年來語音識(shí)別技術(shù)迅速發(fā)展,專門用于語音識(shí)別的芯片層出不窮,如凌陽大學(xué)計(jì)劃推出的SPCE061A單片機(jī),性價(jià)比高,應(yīng)用廣泛。結(jié)合語音識(shí)別技術(shù)與當(dāng)前盛行的嵌入式技術(shù),設(shè)計(jì)一款不僅具有傳統(tǒng)的按鍵控制功能且能控制語音的音樂播放器,具有一定的市場(chǎng)前景。
1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)
音頻解碼方式分為硬件解碼和軟件解碼,硬件解碼根據(jù)在系統(tǒng)硬件的安排又有單芯片和雙芯片形式之分。雙芯片形式在于分離解碼芯片與控制芯片,解碼效果出色,但價(jià)格昂貴;單芯片形式為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)犧牲了音質(zhì),但性價(jià)比高。軟件解碼功能實(shí)現(xiàn)起來比較靈活,成本低,但對(duì)微控制器的運(yùn)行速度和內(nèi)存要求較高。兩種解碼方式皆有利弊。本文提出了一個(gè)比較折中的方案,即采用ARM7微處理器的單芯片形式和軟件解碼方式,使性能優(yōu)化,同時(shí)符合市場(chǎng)需求。此外考慮到語音識(shí)別需實(shí)時(shí)響應(yīng),可采用語音識(shí)別專用芯片來完成,同時(shí)也保證了識(shí)別率?;谝陨戏治觯鳈C(jī)采用華邦公司生產(chǎn)的W90P710套件,從機(jī)采用凌陽公司的 SPCE061A作為語音識(shí)別芯片?;赪90P710的智能音樂播放器框架如圖1所示。播放器的運(yùn)行流程是:用戶打開機(jī)器首先進(jìn)入功能界面,功能界面分音樂模式、錄音模式、訓(xùn)練模式和文件管理。若打開機(jī)器時(shí)用戶沒有語音庫,則只能用按鍵控制機(jī)器,同時(shí)LCD屏提示用戶進(jìn)入訓(xùn)練模式訓(xùn)練語音命令而獲得自己的語音庫;若訓(xùn)練成功則可以語音控制播放器進(jìn)入各個(gè)模式。進(jìn)入音樂模式,在播放音樂時(shí),LCD屏顯示歌曲的基本信息,如歌名、演唱者、專輯名等,同時(shí)可以按鍵和語音控制音樂的播放,如上一首、下一首、暫停、播放、退出等。在其他3種模式下,只能靠按鍵控制。
本文引用地址:http://2s4d.com/article/201706/351475.htm
2 硬件設(shè)計(jì)
按照模塊化設(shè)計(jì)原則,將整個(gè)智能音樂播放器分成主控模塊、語音識(shí)別模塊、音頻模塊、顯示模塊和鍵盤。
2.1 主、從機(jī)控制器
W90P710主機(jī)是系統(tǒng)控制和管理的核心,實(shí)現(xiàn)音樂播放,錄音,音樂文件和錄音文件的存儲(chǔ)、刪除、顯示,以及與單片機(jī)的串口通信等功能。該處理器以ARM7TDMI為內(nèi)核,具有以下特性:
①片內(nèi)集成LCD控制器,方便實(shí)現(xiàn)顯示功能;
②外部總線接口具有豐富的片選資源,可擴(kuò)展NAND Flash等大容量存儲(chǔ)設(shè)備;
③具有4個(gè)串口,可方便實(shí)現(xiàn)與凌陽單片機(jī)的串口通信及程序調(diào)試。
同時(shí),W90P710主頻能達(dá)到80 MHz,功耗低,有著十分優(yōu)秀的性價(jià)比,特別適用于系統(tǒng)控制領(lǐng)域。
系統(tǒng)的語音識(shí)別芯片為SPCE061A,是凌陽科技公司推出的針對(duì)語音識(shí)別領(lǐng)域的16位單片機(jī),具有體積小、功耗低、性能好且易于開發(fā)等特點(diǎn)。該芯片使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4 kbps),能容納210 s的語音數(shù)據(jù);具備串行設(shè)備接口;7通道10位電壓A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)和1個(gè)單通道的聲音專用A/D轉(zhuǎn)換器。聲音A/D轉(zhuǎn)換器輸入通道,內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)電路。語音模式成功啟動(dòng)或處于訓(xùn)練模式下,單片機(jī)自行采集語音信號(hào)并進(jìn)行識(shí)別,識(shí)別結(jié)果通過串行接口傳給主機(jī)。
2.2 音頻模塊
音頻模塊在整個(gè)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用,不但要實(shí)現(xiàn)錄音功能,而且還需播放MP3音樂、提示音和錄音文件。本系統(tǒng)的音頻接口由AC97音頻接口總線接口和ALC203音頻編解碼器組成。ALC203是Realtek公司推出的一款經(jīng)濟(jì)型音頻編解碼器,它通過AC97數(shù)字音頻接口實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的數(shù)字化處理。圖2是關(guān)于音頻編解碼的具體實(shí)現(xiàn)電路,ALC203的2、3腳接1個(gè)24.576 MHz的晶振;5、6、7、10腳和華邦W90P710的AC97數(shù)字音頻接口AC97-DATO、AC97-BCLK、AC97-DATI、AC97- SYNC相連;MIC1和MIC2接麥克風(fēng)兩端;HP-OUT-L和HP-OUT-R腳分別通過一個(gè)有極電容接到耳機(jī)插口處;GPIO1和GPIO0可以硬件調(diào)節(jié)音量,但本設(shè)計(jì)采用軟件進(jìn)行音量調(diào)節(jié)。
2.3 其他模塊設(shè)計(jì)
LCD顯示屏選用的是AUO公司的A030DL01(320×240)工業(yè)級(jí)液晶屏。該液晶屏的彩色格式為RGB656格式,彩色色深可達(dá)到64K色,顯示文件名和歌曲基本信,同時(shí)因屏幕空間較大,可添加彩色背景畫面。漢字顯示是通過添加字庫軟件實(shí)現(xiàn)的。鍵盤有4×1個(gè)按鍵,方便用戶控制播放器,同時(shí)也保證在語音模式不能正確工作時(shí)可以按鍵控制機(jī)器。
MPEGDEC_STREAM*MPEGDEC_open(char*filename,MPEGDEC_CTRL*ctrl);
功能描述:打開MPEG音頻文件。
參數(shù):filename為待打開的音頻文件,ctrl為控制數(shù)據(jù)解碼信息的結(jié)構(gòu)體。
返回值:打開成功,則返回包含數(shù)據(jù)流信息和解碼信息的結(jié)構(gòu)體指針;失敗,則返回NULL。
void MPEGDEC_dose(MPEGDEC_STREAM*mpds);
功能描述:關(guān)閉MPEG音頻文件。
參數(shù):mpds指向待關(guān)閉的音頻文件。
無返回值。
unsigned long MPEGDEC_decode_frame(MPEGDEC_STREAM*mpds,short*pcm[MPEGDEC_MAX_CHANNELS]);;
功能描述:為當(dāng)前打開的音頻文件的一幀解碼。
輸入:mpds指向打開的音頻文件。
輸出:pcm[]存放解碼后的16位音頻數(shù)據(jù);pcm[0]中存放單聲道或左聲道或聲道1的數(shù)據(jù);pcm[1]中存放右聲道或聲道2的數(shù)據(jù)。
返回值:返回解碼一幀的音頻數(shù)據(jù)數(shù)目;返回MPEG-DEC_ERR_EOF,則說明當(dāng)前幀是最后一幀;返回MPEG-DEC_ERR_BADFRAME,則說明該幀已損壞。
3.2.2 歌曲基本信息結(jié)構(gòu)體
按照MP3的ID3 V1.0標(biāo)準(zhǔn)定義,MP3文件的最后128字節(jié)用來存放標(biāo)簽頭、歌曲名、演唱者等信息。為了在LCD屏上顯示當(dāng)前播放歌曲的基本信息,給出了一個(gè)結(jié)構(gòu)體來讀取并存放這些信息。這個(gè)結(jié)構(gòu)體定義如下:
3.2.3 播放主流程
當(dāng)用戶選中歌曲進(jìn)入播放界面時(shí),ARM7主機(jī)首先通過串口給單片機(jī)發(fā)一個(gè)命令字0x01,通知從機(jī)進(jìn)入識(shí)別“播放器”這組命令的函數(shù)。從機(jī)接收到命令后,首先判斷“播放器”這組命令是否已經(jīng)訓(xùn)練。若訓(xùn)練,則返回0x04,同時(shí)播放器的語音模式啟動(dòng)成功;若未訓(xùn)練,則返回0x06,LCD屏顯示提醒用戶訓(xùn)練該庫;若從機(jī)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)(因?qū)崟r(shí)性要求,這里“規(guī)定時(shí)間”指200 ms)返回其他值或未返回值,則播放器的語音模式啟動(dòng)失敗。若成功啟動(dòng)語音模式,音樂是分幀解碼后播放,在幀一幀循環(huán)中,主機(jī)需查詢鍵盤和串口,來實(shí)現(xiàn)“ 上一首”、“下一首”、“播放”、“暫停”、“退出”和調(diào)節(jié)音量的功能。若語音模式啟動(dòng)失敗,則只需查詢鍵盤。每次接收到“退出”命令時(shí),主機(jī)在退出音樂模式前需通過串口發(fā)送0x05給單片機(jī),通知單片機(jī)同步退出該模式;單片機(jī)接收到命令后,需返回0x04告知主機(jī)已退出。播放的主流程如圖4所示。關(guān)于語音命令如何訓(xùn)練,可見參考文獻(xiàn)[5],這里不再贅述。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
以W90P710開發(fā)套件+凌陽SPCE061A為硬件,采用嵌入式操作系統(tǒng)μClinux,在實(shí)驗(yàn)室安靜和嘈雜的情況下(安靜時(shí)室內(nèi)噪聲為50 dB,嘈雜時(shí)為60 dB),測(cè)試播放器語音模式的工作效率。在測(cè)試語音模式的工作效率前,先進(jìn)行了按鍵測(cè)試,測(cè)試通過率為100%,且音樂播放流暢,響應(yīng)滿足實(shí)時(shí)性要求。
要使語音模式有效工作,首先需訓(xùn)練“播放器”的語音命令,即“播放”、“暫停”、“上一首”、“下一首”、“退出”這5個(gè)命令。訓(xùn)練時(shí)環(huán)境至關(guān)重要,必須處于實(shí)驗(yàn)室安靜環(huán)境下。訓(xùn)練的5個(gè)命令并不一定是上述5個(gè)詞,只要表達(dá)出相應(yīng)意思即可,如“上一首”、“下一首”命令直接訓(xùn)練成“上”、“下”。筆者在實(shí)驗(yàn)室安靜環(huán)境下訓(xùn)練后,分別在安靜、嘈雜的環(huán)境下進(jìn)行語音測(cè)試,結(jié)果分別為96.8%、77.8%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在安靜環(huán)境下,語音通過率很高;在嘈雜環(huán)境下,語音通過率稍微低些,但可以和按鍵同時(shí)使用。
結(jié) 語
本文設(shè)計(jì)了一款由主機(jī)W90P710、從機(jī)凌陽SPCE061A單片機(jī)及其外圍電路組成的智能音樂播放器。硬件上重點(diǎn)介紹了音頻模塊;軟件上簡(jiǎn)單說明了 MP3解碼過程及給出了相關(guān)接口函數(shù),并詳細(xì)講述了播放主流程。最后在測(cè)試了按鍵能夠?qū)崟r(shí)、正確響應(yīng)的基礎(chǔ)上,又分別在安靜、嘈雜的環(huán)境下,進(jìn)行了語音模式的響應(yīng)測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,該播放器不僅能按鍵控制也能語音控制,且語音控制效果良好。 (編輯:呂勇)
評(píng)論