基于ARM微处理器的智能语音记录仪设计

　　0　引言

　　语音记录仪是记录语音信息的电子装置,广泛应用于车辆、会议室、通讯服务中心和军事指挥所等场合的语音记录和监控。

　　传统的语音记录仪采用磁带作为存储介质,但磁头易磨损、体积大、定位难等问题限制了其使用范围。基于单片机控制的数字语音记录仪,采用硬盘或闪存作为语音存储介质,具有体积小、使用方便等优点,但受单片机硬件限制,该类记录仪存在处理速度低、功能简单、升级困难等缺陷,而且与上位机的数据传输普遍采用单一的串行口方式,使得传输速率和距离受到限制。随着嵌入式微处理器技术的快速发展,多种ARM、PowerPC微处理器内核支持嵌入式操作系统,使研制高性能的语音记录装置成为可能,并具有微型化、多功能化、网络化的特点[1]。

　　1　音频录放实现原理

　　声波在时间和幅度上都是连续的模拟信号。由于数字信号的抗干扰性和精度等方面都比模拟信号优越,在现代信号处理中,一般将模拟信号采样、量化、编码成为数字信号之后,再由处理器对信号进行存储和处理。采样是将连续变化的模拟音频信号变成离散化的数字音频信号,即在某些特定时刻对模拟信号进行测量,得到时间离散、幅度连续的音频信号。

　　正常人耳听觉的频率范围大约在20 Hz~20 kHz之间,根据Nyquist采样原理,为了保证声音不失真地进行还原,采样频率应该是最高频率的2倍,即应为40 kHz左右。量化是将连续幅度信号进一步转换成离散幅度信号,量化位数的大小反映了采样值精度。

　　采样和量化后,模拟信号变成了时间离散、幅度离散的数字信号,但是该信号取值仍然很多,造成信号传输、复制比较困难。通常将各个量化值用二进制码组表示,且选取量化级N=2n以便于把量化值用n位二进制码来表示。离散数值的二进制表示过程称为编码,其逆过程称为解码。音频信号数字化过程如图1所示。假设音频信号采用4位二进制编码来表示,采样点的取值采用四舍五入的方式,则图中所示的连续音频信号在处理器中的数字表示为: 0001 01000110 0111 0110…1001 0001 0000。

　　音频录放过程实际上是模拟音频和数字音频相互转换的过程。采用IIS音频总线接口和UDA1341TS音频编解码器可实现音频录放功能。该芯片作为音源的控制器,把采集到的音频模拟信号通过配置其寄存器,转换成IIS格式的数字信号,送给ARM处理器的IIS控制器,然后使用DMA控制器把得到的数字信号存放到一块内存空间,当存完之后, DMA控制器把已存的数字数据通过IIS总线发送给UDA1341TS控制芯片,由该芯片转换成音频模拟信号送出。该DMA控制器能实现循环播放和实时播放[2]。