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。
關鍵詞: IC卡? 語音錄放? 文本轉換
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所謂“IC卡電子語音書”，即讀取IC卡中的信息，再將其轉換成聲音信息，用以取代現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，國內市場銷售的IC卡的容量可達500K字節，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(12位)，則500K字節的IC卡可存儲的漢字不少于33.3萬個，可連續播放近30小時，足以滿足實用要求。
本文給出的設計方案以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，本設計方案仍然適用。即便是通訊方式有所改變，亦只需對本設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。
本設計方案是一個經濟實用型電子語言書基本設計方案，雖然在音質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、用電省和連續播放時間長的優勢。
1 硬件設計
播放裝置的電氣原理圖如圖1所示。
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本設計中設有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播放，需要一個掉電保持的數據存儲器，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AA型(即5號)電池，因此需采用升壓式開關型穩壓電源，本文采用的是MAX856。為了節省電池消耗，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腳發送一個高電平脈沖，讓裝置繼續被供電。當定時時間(60分鐘)到時，裝置停止向MAX856芯片發送高電平脈沖，則裝置自動斷電。
本設計中采用的AT45D041型大容量IC存儲卡的主要功能和技術參數如下:
(1)具有與SPI兼容的串行接口;
(2)4325376位;
(3)低功耗，動態電流為15mA，靜態待機電流為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參數如下:
(1)16分鐘語音錄放，最小段長200~400ms(本設計采用300ms);
(2)最大段數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據放到本端。MISO——串行輸出端。SCLK——串行時鐘輸入端，由主控制器產生，用于同步MOSI和MISO的數據傳輸。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音(如ye3:也、冶、野);而有些發音并無漢字(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。漢字現有發音共計1311個。設計時，把所有不同的音按英文字母和發聲順序排列，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寫入ISD4004語音芯片中。
首先按GB2312-80給出兩級漢字的內碼與語音碼的轉換表，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(不發聲)。值得注意的是，有些漢字(如:和，he2、he4、huo2、huo4、hu2)有多種發音，對于這些漢字將有多個語音碼與之對應。究竟轉換為哪個語音碼，則需參考該漢字的前一漢字或后一漢字。仍不能確定時，應取出現概率為最大的音(如和，取he2)。
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????采用VB程序將電腦中的文本文件轉換成本文的語音碼，并將其寫入IC卡中，從而形成了“電子語音書”。不同IC卡裝有不同的內容，即不同的“書”。注意到IC卡的內容是可以改寫的，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。
按照本文給出方案所設計的IC卡電子語音書播放裝置的體積約為120mm×80mm×14mm。本裝置的語音發音略顯生硬。如能進一步引入智能處理算法，使各漢字發音之間的連接變得柔和一些，發聲效果將得到改善。
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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計與應用匯編.北京中青世紀科技發展公司，2000