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什么是語(yǔ)音芯片 / Voice IC是什么 / 語(yǔ)音芯片的定義


    語(yǔ)音芯片直觀(guān)的從名稱(chēng)上來(lái)看,就是與語(yǔ)音有關(guān)的芯片,語(yǔ)音就是存儲的電子聲音,凡是能發(fā)出聲音的芯片,就是語(yǔ)音芯片,俗稱(chēng)聲音芯片,英文準確些來(lái)說(shuō)應該是Voice IC.

    在語(yǔ)音芯片的大家庭中,根據聲音的類(lèi)型不同可分為語(yǔ)音IC(Speech IC)和音樂(lè )IC(Music IC)兩種.這兒應該算是語(yǔ)音芯片專(zhuān)業(yè)的區分方法.

    日常生活中,語(yǔ)音芯片應用場(chǎng)合和行業(yè)不同,又被大家分為玩具芯片(玩具行業(yè)使用的,如AC80E5),門(mén)鈴芯片(AC8DM32),OTP語(yǔ)音芯片(AC8040),兒歌IC(AC8DE12), 童車(chē)IC等等.當然這種分類(lèi)里面她也同時(shí)存在著(zhù)語(yǔ)音IC(Speech ic)和音樂(lè )IC(Music IC) .

語(yǔ)音芯片有根據IC本身的物理結構的多個(gè)通道(同時(shí)發(fā)出多個(gè)通道的聲音)可分為多種類(lèi)型:

一, 單通道的:
    1, 單通道的語(yǔ)音IC(Speech IC)(這種語(yǔ)音芯片不支持音樂(lè )IC音樂(lè )存儲方式); 常見(jiàn)的語(yǔ)音IC是單通道的語(yǔ)音芯片,AC8020-OTP20秒和AC83E12動(dòng)物叫聲是最典型的單通道語(yǔ)音芯片了,
    2, 單通道的音樂(lè )IC(Music IC),同一單位時(shí)間內只能發(fā)出一種音樂(lè )的音樂(lè )IC, 電子聲音文件是只有一個(gè)通道的.Mid后綴文件.
常說(shuō)的單音片,是一種最基本的音樂(lè )IC,由一定時(shí)間內音符輸出的多少,決定了單音片的效果,有64音符多,128音符等等. 單音片應用場(chǎng)合廣,價(jià)格極其低廉,最常見(jiàn)的有單音片有生日快樂(lè )賀卡單音片.典型的有AC8SE07等
嚴格的說(shuō),單通道的音樂(lè )IC和單音片的兩者結構是不相同的

二, 2通道:
    1, 2通道的語(yǔ)音IC, 2通道和多通道的語(yǔ)音芯片,實(shí)際應用中語(yǔ)音播放時(shí)一般會(huì )按規定固定在某一通道內進(jìn)行聲音的播放(等同于單通道),但是這類(lèi)產(chǎn)品比單通道的語(yǔ)音IC(Speech ic)成本要高,價(jià)格會(huì )高些,語(yǔ)音芯片廠(chǎng)家在設計時(shí)為了平衡產(chǎn)品價(jià)格和應用,一般來(lái)說(shuō),功能支持和聲音效果方面都會(huì )做得更完美一些.
這種結構也許是因為產(chǎn)品和方案實(shí)際應用領(lǐng)域和價(jià)格所決定的, 語(yǔ)音芯片輸出一般都是單通道的聲音輸出,支持立體聲的產(chǎn)品很少, 要高端一些的產(chǎn)品就要選MP3主控芯片之類(lèi)的方案了
    2, 2通道的音樂(lè )芯片, 通俗叫法是雙音片(Music With Dual Tone IC), 故名思義,同一單位時(shí)間內二個(gè)通道都可以發(fā)出音樂(lè )的音樂(lè )IC. 電子聲音源文件一般為.Mid的二通道文件.常見(jiàn)的圣誕系列音樂(lè )IC如:AC8DC12.
    這里得多補充兩句,市面上還有一個(gè)叫melody的音樂(lè )芯片,她是個(gè)什么定義呢?簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō),比單音片的效果要好比和弦音樂(lè )芯片的效果要差的一種音樂(lè )芯片,所以雙音片也有被叫成是melody音樂(lè )芯片,melody結構應該來(lái)說(shuō)是一種更高級的單音片,或者可以說(shuō)是二倍效果的單音片.

三, 4通道,8通道或以上:
    三通道以上的聲音.又稱(chēng)為和弦音樂(lè ).常說(shuō)的4和弦音樂(lè )IC就是指4通道的音樂(lè )IC...
一般多通道的語(yǔ)音芯片都是同時(shí)支持音樂(lè )IC(Music IC)和語(yǔ)音IC(Speech IC)功能的.

怎樣區分有沒(méi)集成MCU的語(yǔ)音芯片

    先看MCU(Micro Controller Unit)的定義,又稱(chēng)單片微型計算機(Single Chip Microcomputer),是指隨著(zhù)大規模集成電路的出現及其發(fā)展,將計算機的CPU、RAM、ROM、定時(shí)數器和多種I/O接口集成在一片芯片上,形成芯片級的計算機。
    語(yǔ)音芯片有兩種,一種是集成MCU的,如AC4060,AC5080可編程O(píng)TP系列,功能比較強大,從物理結構上簡(jiǎn)單的說(shuō),它集成了RAM(隨機存儲器和定時(shí)計數器等)和ROM兩種存儲器。 而另一種是不集成MCU的,它內部只有一個(gè)ROM(不具體運算和隨機存儲計時(shí)器等一些功能),如AC9020,AC8040,AC3030系列芯片,但是價(jià)格會(huì )相當便宜一些.
    簡(jiǎn)單一些的說(shuō)吧,有RAM的OTP語(yǔ)音芯片是集成MCU的,由于RAM隨機存儲器的特性,讓芯片能完成更多復雜的功能。

 

根據語(yǔ)音芯片專(zhuān)業(yè)的物理特性的定義:

語(yǔ)音芯片是將語(yǔ)音信號通過(guò)聲音采樣轉化為數字信號,存儲在芯片的ROM中,再通過(guò)電路將ROM中的數字信號還原成語(yǔ)音信號的集成電路。

常規語(yǔ)音芯片的語(yǔ)音信號輸出方式有兩種:脈沖寬度調制(PWM)輸出和數模轉換輸出(DAC)。

脈沖寬度調制(PWM)輸出,是利用微處理器的數字輸出來(lái)對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。其相對于DAC輸出,其特點(diǎn)是應用廣、成本低。是玩具行業(yè)主要的聲音輸出應用方式! 

數模轉換輸出(DAC):普通語(yǔ)音芯片是指單獨具有放音功能的集成電路,實(shí)質(zhì)上是一個(gè)DAC過(guò)程,而ADC過(guò)程資料是由電腦完成,其中包括對語(yǔ)音信號的采樣、壓縮、EQ等處理。

ADC=Analog Digital Change 模數轉換

DAC= Digital Analog Change 數模轉換

音質(zhì)的優(yōu)劣取決于A(yíng)DC和DAC位數的多少。有的ADC和DAC均為32bit,接近真人音質(zhì)。而有的ADC和DAC為16bit,接近CD音質(zhì)。而一些普通的DAC為8bit,為普通音質(zhì)。

錄音芯片包括ADC和DAC兩個(gè)過(guò)程,都是由芯片本身完成的,包括語(yǔ)音數據的采集、分析、壓縮、存儲、播放等步驟。

2、語(yǔ)音信號的量化表述:(分類(lèi):語(yǔ)音IC 音樂(lè )IC

(a) 語(yǔ)音IC介紹:

(1)語(yǔ)音信號的量化

采樣率(f)、位數(n)、波特率(T)

采樣:將語(yǔ)音模擬信號轉化成數字信號。

采樣率:每秒采樣的個(gè)數(byte)。

波特率:每秒鐘采樣的位數(bit)。波特率直接決定音質(zhì)。Bps: bit per second

采樣位數指在二進(jìn)制條件下的位數。一般在沒(méi)有特別說(shuō)明的情況下,聲音的采樣位數指8位,由00H--FFH,靜音定為80H。深圳市環(huán)芯半導體有限公司

(2)采樣率

耐奎斯特抽樣定理:要從抽樣信號中無(wú)失真地恢復原信號,抽樣頻率應大于2倍信號最高頻率。抽樣頻率小于2倍頻譜最高頻率時(shí),信號的頻譜有混疊。抽樣頻率大于2倍頻譜最高頻率時(shí),信號的頻譜無(wú)混疊。

嗓音的頻帶寬度為20~20K HZ左右,普通的聲音大概在3KHZ以下。所以,一般CD取的音質(zhì)為44.1K和16bit,如果碰到某些特別的聲音,如樂(lè )器,音質(zhì)也有用48K和24bit的情況,但不是主流。

一般在我們處理針對普通語(yǔ)音IC的時(shí)候,采樣率最高達到16K就夠了、說(shuō)話(huà)聲一般取8K(如電話(huà)音質(zhì))、6K左右。低于6K效果比較差。

在應用單片機的過(guò)程中,采樣越高,定時(shí)器中斷速度越快,會(huì )影響到其他信號的監控和檢測,所以要綜合考慮。

(3)語(yǔ)音壓縮技術(shù)。

由于語(yǔ)音數據量龐大,對語(yǔ)音數據進(jìn)行有效壓縮是很必要的,能夠使我們在有限的ROM空間里錄入更多的語(yǔ)音內容。有以下幾種方式:

語(yǔ)音分段:將語(yǔ)音中可以重復的部分截取出來(lái),通過(guò)排列組合將內容完整地回放出來(lái)。

語(yǔ)音采樣:一般我們使用的喇叭頻響曲線(xiàn)在中頻部分,較少用到高頻,所以,在喇叭音質(zhì)可以接受的情況下,適當降低采樣頻率,達到壓縮效果,這種過(guò)程是不可逆的,無(wú)法恢復原貌,叫有損壓縮。

數學(xué)壓縮:主要是針對采樣位數進(jìn)行壓縮,這種方式也是有損壓縮。例如,我們經(jīng)常采用的ADPCM壓縮格式,是將語(yǔ)音數據從16bit壓縮到4bit,壓縮率是4倍。MP3是對數據流進(jìn)行壓縮,涉及到數據預測問(wèn)題,它的波特率壓縮倍率為10倍左右。

通常,以上幾種壓縮方式都是綜合起來(lái)使用的。

(4)常用語(yǔ)音格式

PCM格式: Pulse Code Modulation 脈沖編碼調制,它將聲音模擬信號采樣后得到量化后的語(yǔ)音數據,是最基本最原始的一種語(yǔ)音格式。同它極為類(lèi)似的還有RAW格式和SND格式。它們都是純語(yǔ)音格式。

WAV格式:Wave Audio Files 是微軟公司開(kāi)發(fā)的一種聲音文件格式,也叫波形聲音文件,被Windows平臺及其應用程序廣泛支持。WAV格式支持許多壓縮算法,支持多種音頻位數、采樣頻率和聲道,但WAV格式對存儲空間需求太大不便于交流和傳播。WAV文件里面存放的每一塊數據都有自己獨立的標識,通過(guò)這些標識可以告訴用戶(hù)究竟這是什么數據,這些數據包括采樣頻率和位數,單聲道(mono)還是立體聲(stero)等。環(huán)芯語(yǔ)音芯片IC

ADPCM格式:是利用對過(guò)去的幾個(gè)抽樣值來(lái)預測當前輸入的樣值,并使其具有自適應的預測功能與實(shí)際檢測值進(jìn)行比較,隨時(shí)對測得的差值自動(dòng)進(jìn)行量化級差的處理,使之始終保持與信號同步變化。它適用于語(yǔ)音變化率適中的情況,而且聲音回放過(guò)程簡(jiǎn)短。它的優(yōu)點(diǎn)是對于人聲的處理比較逼真,一般達到90%以上,已廣泛地應用于電話(huà)通信領(lǐng)域。

MP3格式: Moving Picture Experts Group Audio Layer III,簡(jiǎn)稱(chēng)為MP3。它是利用 MPEG Audio Layer 3 的技術(shù),采取了名為“感官編碼技術(shù)”的編碼算法:編碼時(shí)先對音頻文件進(jìn)行頻譜分析,然后用過(guò)濾器濾掉噪音電平,接著(zhù)通過(guò)量化的方式將剩下的每一位打散排列,最后形成具有較高壓縮比的mp3文件,并使壓縮后的文件在回放時(shí)能夠達到較接近原音源的聲音效果。它的實(shí)質(zhì)是vbr(Variant Bitrate 可變波特率)可以根據編碼的內容動(dòng)態(tài)地選擇合適的波特率,因此編碼的結果是在保證了音質(zhì)的同時(shí)又照顧了文件的大小。

mp3壓縮率10倍甚至12倍。是最初出現的一種高壓縮率的語(yǔ)音格式。

Linear Scale格式:根據聲音的變化率大小,把聲音分成若干段,對每段用線(xiàn)性比例進(jìn)行壓縮,但是它的比例是可變的。SUNLINK公司和ALPHA公司的Linear Scale格式為5bit。

Logpcm格式:基本上對整個(gè)聲音進(jìn)行線(xiàn)性壓縮,將最后若干位去掉。這種壓縮方式在硬件上很容易實(shí)現,但音質(zhì)比Linear Scale差一些,特別是音量較小聲音比較細膩的情況下效果較差。主要用于pure speech方面。

(b)音樂(lè )IC”介紹

(1)音樂(lè )的通道與音色:

包絡(luò )(envelope)方波(patch) 通道(channel)

包絡(luò ):合成音色的一部分,單位時(shí)間內音符輸出的變化,常見(jiàn)有“ADSR”

方波:合成音色的一部分,單位時(shí)間內音符方波電流的變化。(另見(jiàn)三角波等)

通道:在同一時(shí)間內,IC輸出的最多音符個(gè)數,即“單音樂(lè )器”的個(gè)數。

PCT:模擬音色的一種,通過(guò)采樣256個(gè)點(diǎn)的樂(lè )器聲音來(lái)模擬出各個(gè)音符的音高。(音色柔和,占空間小,但不夠真實(shí))

FULL WAVE:通過(guò)采集一種樂(lè )器聲音來(lái)模擬各個(gè)音符音高。(樂(lè )器聲真實(shí),但占用空間大,且采集音色音質(zhì)要求高)

(2)音樂(lè )的壓縮:

由于音樂(lè )數據量龐大,對音樂(lè )數據進(jìn)行有效壓縮是很必要的,能夠使我們在有限的ROM空間里錄入更多的音樂(lè )內容。有以下幾種方式:

音樂(lè )分段:將音樂(lè )中可以重復的部分截取出來(lái),通過(guò)排列組合將內容完整地回放出來(lái)。

音色:根據音樂(lè )的豐滿(mǎn)程度、需求程度,來(lái)確定Full wave,PCT、dual tone的選擇,各個(gè)音色占用空間不同,音色質(zhì)量也不同。。

數學(xué)壓縮:主要是針對采樣的音色(Full wave)進(jìn)行壓縮,這種方式也是有損壓縮,對于要采集的音色進(jìn)行降采樣、處理等減小采集音色的大。ㄍZ(yǔ)音類(lèi)的修音)。

(3)常用音樂(lè )格式:

MID格式:MIDI(Musical Instrument Digital Interface)樂(lè )器數字接口 ,是20 世紀80 年代初為解決電聲樂(lè )器之間的通信問(wèn)題而提出的。MIDI 傳輸的不是聲音信號, 而是音符、控制參數等指令。

WAV格式:(相見(jiàn)語(yǔ)音IC類(lèi)介紹)采集音色的格式。

3、語(yǔ)音ROM空間的表述

語(yǔ)音芯片為表述的形象化,由語(yǔ)音長(cháng)度來(lái)表示

a)普通語(yǔ)音芯片以6K采樣率為語(yǔ)音長(cháng)度計算標準。

b)錄音IC以4K采樣率為語(yǔ)音長(cháng)度計算標準(以AC6006,AC6009,AC6012為例)。

即:以6k(4k)采樣率芯片可以播放的長(cháng)度。

4、語(yǔ)音芯片的要素

相同品種的芯片成本與芯片的大小成正比。

a)I/O口的分配和ROM的大。ㄕZ(yǔ)音秒數)決定芯片成本。低秒數語(yǔ)音芯片其I/O口較少。

b)音質(zhì)提高,采樣提高,語(yǔ)音秒數縮短。

音質(zhì)降低,采樣降低,語(yǔ)音秒數變長(cháng)

c) 語(yǔ)音秒數的計算方法:M/(n*f)

M---ROM大。╞it) n*f---波特率

實(shí)用的計算語(yǔ)音芯片傻瓜計算方式, 音樂(lè )IC和語(yǔ)音IC是不同的哦 : -_-

語(yǔ)音IC的秒數=ROM(bit)除以/10(工業(yè)算法標準)=Byte(理論上是除以8)/再除以3=語(yǔ)音芯片的秒數,比如512kbitROM/8/3=21秒左右,芯片的內部壓縮比不同,秒數長(cháng)短稍有偏差,以上算法是以6K采樣率為基準的。

音樂(lè )IC的秒數=ROM(bit)除以/除以3=音樂(lè )IC的秒數,比如512kbitROM/3=210秒左右,芯片的內部壓縮比不同,秒數長(cháng)短稍有偏差。

 

5、常見(jiàn)聲音處理軟件:

1)SoundForge , 功能強大的聲音處理軟件,上手稍難一些

2)Cooledit,功能強大的畫(huà)圖聲音處理軟件,上手容易

3)goldwave,功能強大的聲音處理軟件

4)Cakewalk,用于MID音樂(lè )文件圖形化編輯的處理軟件

以上資料有環(huán)芯公司整理提供,轉載請注明出處

 

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如有錯誤的地方,還請各路朋友不吝指教,先行謝過(guò).

 
 
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