民用航空通信語音識(shí)別回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳俊　張劍　葉浩邦　韓博文　陳杏

摘要：民用航空地空通信是民航通信系統(tǒng)中重要技術(shù)，針對(duì)地空通信可靠性問題，設(shè)計(jì)了一種語音回放文字轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，以STC89C516單片機(jī)為主控核心，采用ISD4004語音芯片實(shí)現(xiàn)語音錄放，通過LD3320芯片根據(jù)關(guān)鍵詞播放相應(yīng)的語句，實(shí)現(xiàn)語音的錄制、選擇播放以及文字顯示功能。

關(guān)鍵詞：地空通信;語音回放;語音識(shí)別

Design of Speech Recognition and Playback System for Radiotelephony Communication of Civil Aviation

Chen?JunZhang?JianYe?Haobang?Han?bowen?Chen?Xing

School?of?Air?Transportation，Shanghai?University?of?Engineering?ScienceShanghai?201620

Abstract：Radiotelephonycommunication is an important technology in civil aviation communication system. Aiming at the communication quality problem caused by signal attenuation in radiotelephony communication， a speech playback and text conversion system is designed. STC89C516 single chip microcomputer is used as the main control core， ISD4004 voice chip realizesspeech recording and playback， LD3320 chipplays the corresponding speech record according to the keyword. The system realizes the functions of speech recording， selective playback and text display.

Key words：Radiotelephonycommunication;speech playback;speech recognition

近年來，我國民航事業(yè)發(fā)展迅速，航空流量的持續(xù)增大對(duì)空中安全管制有了更高的要求。地空通信通話伴有噪音及語音失真現(xiàn)象，飛行員在語音通信時(shí)也會(huì)難免存在口音問題，會(huì)影響飛行員與空中管制人員的正常交流，可能導(dǎo)致理解錯(cuò)誤，另外在多語言環(huán)境以及飛行員承受巨大壓力下導(dǎo)致部分信息遺忘，這些都會(huì)制約著機(jī)組和管制人員的交流。

為方便機(jī)組人員理解查找，避免遺忘，實(shí)現(xiàn)更加可靠的與地空通信，本文設(shè)計(jì)了一種民航地空通信語音文字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)以STC89C516單片機(jī)為主控核心，采用ISD4004語音芯片實(shí)現(xiàn)語音錄放，通過按鍵控制啟動(dòng)LD3320芯片根據(jù)關(guān)鍵詞選擇播放需要的語句，文字顯示部分采用9648液晶屏。系統(tǒng)模塊包括中斷按鍵模塊、語音信號(hào)識(shí)別模塊等。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了語音的錄制、選擇播放以及文字顯示功能，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于增強(qiáng)飛行員空中信息交流有一定幫助。

1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通過控制核心單片機(jī)STC89C516來控制各個(gè)模塊，總體框架如圖1所示。

本設(shè)計(jì)選用的STC89C516單片機(jī)采用8051內(nèi)核，工作頻率范圍在 0 到 35 MHz 之間，有 5 個(gè)可處理的中斷源，中斷源還可以對(duì)外部進(jìn)行擴(kuò)展ROM^[3]。ISD4004片采用直接模擬量存儲(chǔ)，不需要A/D轉(zhuǎn)換和壓縮，開發(fā)應(yīng)用的外圍電路簡單^[1]。錄制時(shí)間長，可以達(dá)到16分鐘，并且采樣頻率層次豐富，可以從4.0、5.3、6.4到8.0kHz語音音質(zhì)高。LD3320芯片是基于非特定人語音識(shí)別專用芯片，可以識(shí)別多項(xiàng)候選識(shí)別句，每一個(gè)識(shí)別句可以為單詞、詞組以及短語，但長度有規(guī)定，不可以超過10個(gè)漢字或者79個(gè)字節(jié)的拼音串，本設(shè)計(jì)中LD3320接口采用串行方式^[2]，與外界模塊連接起來更方便。

系統(tǒng)主要有五個(gè)部分，語音輸入、控制處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、中斷按鍵和液晶顯示部分。語音輸入電路選用三極管對(duì)信號(hào)進(jìn)行功放電路，可以提高信號(hào)的信噪比，使得語音信號(hào)經(jīng)過駐極體話筒的電信號(hào)質(zhì)量更好。語音輸入電路如圖2所示。LM386音頻功放電路加強(qiáng)語音輸入電路輸出的語音信號(hào)，加入功率放大電路便于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，如圖3所示。按鍵電路采用四個(gè)按鍵的非編碼式鍵盤，分為錄音鍵、放音鍵、停止鍵以及啟動(dòng)LD3320芯片定時(shí)識(shí)別的觸發(fā)按鍵。

2 軟件設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)采用51單片機(jī)作為核心控制，語音芯片ISD4004實(shí)現(xiàn)語音錄放，芯片LD3320語音識(shí)別關(guān)鍵詞，選出關(guān)鍵句播放，文字顯示部分采用9648液晶屏。軟件調(diào)試部分采用Keil C51 ^[4]。圖4為主程序流程圖，圖5為LD3320定時(shí)識(shí)別流程圖。

錄音子程序中最關(guān)鍵部分就是是找出存放錄音子程序的地址，然后在存放地址的數(shù)組中找到對(duì)應(yīng)的首地址，并且向ISD4004芯片發(fā)送SETREC指令，ISD4004收到指令后，開始錄音。

LD3320是一種識(shí)別關(guān)鍵詞的芯片，識(shí)別過程是主控MCU對(duì)LD3320寄存器讀和寫的過程^[5]。本設(shè)計(jì)采用中斷模式對(duì)LD3320進(jìn)行編程，MCU接收到外界的觸發(fā)啟動(dòng)定時(shí)識(shí)別過程。語音識(shí)別的操作流程有四個(gè)步驟：首先就是要初始化每一個(gè)寄存器;接著對(duì)待識(shí)別的短語進(jìn)行編號(hào)列表，列表規(guī)定每一個(gè)特定編號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)識(shí)別語句;然后開始識(shí)別，打開中斷允許位，準(zhǔn)備中斷函數(shù);最后是響應(yīng)中斷，麥克風(fēng)采集到聲音后產(chǎn)生中斷信號(hào)，中斷程序?qū)拇嫫髦袛?shù)值進(jìn)行分析比較，讀取寄存器數(shù)值，選出最可能的正確答案。

從錄音語句中選取關(guān)鍵詞，作為待識(shí)別的短語寫入列表，要實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)在ISD芯片中語句的播放，在選擇放音程序時(shí)，要讀取程序存儲(chǔ)器中對(duì)應(yīng)內(nèi)容的地址，然后進(jìn)一步處理。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過實(shí)體測(cè)試實(shí)現(xiàn)如下功能：

1. 駐極體話筒實(shí)現(xiàn)了對(duì)語音信息的處理，語音信號(hào)經(jīng)過功率放大電路后送入到芯片ISD4004中，并且存儲(chǔ)相應(yīng)的信息。
2. 主控核心單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)語音信息的處理，以及信息顯示。
3. 按鍵模塊實(shí)現(xiàn)了錄音、放音和暫停功能。

3 結(jié)論

本文針對(duì)目前民航地空通信系統(tǒng)中通信質(zhì)量問題，提出了一種語音文字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)以單片機(jī)STC89C516作為主控核心，語音芯片ISD4004實(shí)現(xiàn)語音錄放，LD3320芯片實(shí)現(xiàn)定時(shí)識(shí)別，并根據(jù)關(guān)鍵詞播放相應(yīng)的語句，文字顯示部分采用9648液晶屏。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了語音的錄制、選擇播放以及文字顯示功能，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于增強(qiáng)飛行員空中信息交流有一定幫助。但由于時(shí)間關(guān)系和水平有限，設(shè)計(jì)中存在一些缺陷和不足，有待于今后的進(jìn)一步設(shè)計(jì)和改善。

參考文獻(xiàn)：

[1]洪家平.LD3320的嵌入式語音識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2012，12（02）：47-49+53.

[2]易群，李彩麗.基于單片機(jī)的語音錄放硬件電路設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)電信息，2015（36）：130-131+134.

[3]羅敏，劉嵩，彭剛彬.基于STC89C516的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，32（02）：193-195.

[4]耿濤，趙光，陶志勇.基于STC89C516單片機(jī)的數(shù)字光功率計(jì)設(shè)計(jì)[J].電子元器件應(yīng)用，2008（11）：8-10.

[5]陳喜春.基于LD3320語音識(shí)別專用芯片實(shí)現(xiàn)的語音控制[J].電子技術(shù)，2011，38（11）：20-21.