具有語(yǔ)音合成功能的嵌入式車(chē)載通訊終端的設計

1 引言

據廣州市公布的《2005年廣州市交通發(fā)展年度報告》統計，2005年廣州市機動(dòng)車(chē)擁有量為177.4萬(wàn)輛;據《法制晚報》報道2006年5月份北京機動(dòng)車(chē)保有量可突破300萬(wàn)輛。奧運時(shí)將突破330萬(wàn)輛;而據2006年GSM協(xié)會(huì )公布的一組數據稱(chēng)：GSM手機用戶(hù)數量超過(guò)20億，中國市場(chǎng)最大。以上三組不同的數據顯示：越來(lái)越多的人在駕駛著(zhù)機動(dòng)車(chē)并通過(guò)GSM終端與外界進(jìn)行通訊。

現階段，許多機動(dòng)車(chē)輛都安裝了車(chē)載終端。它主要用于車(chē)載導航、車(chē)輛調度、車(chē)載監控等。而許多終端設備是依靠手工操作顯示終端來(lái)完成的，如駕駛員查看車(chē)輛調度中心或朋友發(fā)來(lái)的重要短消息。查看導航終端的地圖等。這樣就導致司機開(kāi)車(chē)時(shí)不能專(zhuān)心，其直接后果可能導致嚴重的交通事故。

語(yǔ)音交流是人類(lèi)最自然的交流方式，如果車(chē)載終端的很多操作可由實(shí)時(shí)的語(yǔ)音來(lái)代替的話(huà)，將有利于減少交通事故的發(fā)生率。例如，GSM Modem收到短消息，司機不用手動(dòng)查看。語(yǔ)音合成系統可以自動(dòng)播報出來(lái);可以實(shí)時(shí)地提示司機行駛的方向與路名;可以實(shí)時(shí)地將交通狀況播報出來(lái)。讓駕駛員了解當前交通狀況，通過(guò)了解道路交通擁堵的實(shí)時(shí)信息，從而避開(kāi)擁堵路段，更快到達目的地等。語(yǔ)音合功能成的車(chē)載終端可提高車(chē)載終端的智能性、車(chē)輛駕駛的安全性和舒適性，使用戶(hù)使用起來(lái)更加方便，更具有人性化。

2 語(yǔ)音合成及GSM M0dem

2.1 語(yǔ)音合成技術(shù)

語(yǔ)音合成技術(shù)是利用計算機、智能系統等設備，按預定的程序和指令，人為產(chǎn)生音素、音節、詞和句子的技術(shù)。

目前,語(yǔ)音合成技術(shù)已發(fā)展到能實(shí)時(shí)地將任意文本轉換成連續可懂的自然語(yǔ)句輸出,相應技術(shù)通常稱(chēng)為文語(yǔ)合成或文語(yǔ)轉換(Text To Speech，簡(jiǎn)稱(chēng)TTS)，涉及到聲學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、語(yǔ)音數字信號處理技術(shù)、多媒體技術(shù)等多個(gè)學(xué)科。文語(yǔ)合成的原理：根據韻律建模的結果,從原始語(yǔ)音庫中取出相應的語(yǔ)音基元,利用特定的語(yǔ)音合成技術(shù)對語(yǔ)音基元進(jìn)行韻律特性的調整和修改，最終合成出符合實(shí)際的語(yǔ)音。

2.2 語(yǔ)音合成模塊

本設計采用安徽中科大訊飛信息科技有限公司研發(fā)的一款高端中文語(yǔ)音合成模塊XF-S4240。該模塊可通過(guò)UART、SPI和12C三種接口接收待合成的文本，直接合成為語(yǔ)音輸出(Line out)。

該模塊采用。InterSound4.0 KT系統作為模塊內核，一個(gè)是輕量級中文連續語(yǔ)音合成系統。

XF-S4240模塊的特點(diǎn)如下：支持任意中文文本的合成。支持英文字母的合成,遇到英文單詞時(shí)按字母方式發(fā)音;支持四種內碼格式：GB2312(簡(jiǎn)體中文編碼)、GBK(國家標準擴展編碼)、Unicode(字符編碼)、Big5(繁體中文編碼);具有雙發(fā)音人：男聲、女聲;具有智能的文本分析處理算法，可正確識別和處理數值、號碼、時(shí)間日期及一些常用的度量衡符號，具備較強多音字處理和中文姓氏處理能力;支持軟件調節語(yǔ)速、語(yǔ)調、音量等。 2.3 GSM Modem

GSM Modem是繼GSM手機后又一種非常重要的GSM移動(dòng)通信系統的終端設備。GSM Modem作為一種主要的GSM網(wǎng)絡(luò )接入設備，它是傳統調制解調器與GSM無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統相結合的一種數據終端設備，因此也叫無(wú)線(xiàn)調制解調器。它的出現打開(kāi)了GSM網(wǎng)絡(luò )數據通信及其應用的大門(mén)。本設計采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的第三代GSM雙頻ModemTC35i,該模塊可廣泛應用于POS終端、手持式設備、移動(dòng)電腦、無(wú)線(xiàn)電話(huà)、交通控制和導航系統、快速管理安全系統、遠程監視、遠程抄表、自動(dòng)售賣(mài)機等系統。

3 車(chē)載終端的硬件設計

系統硬件是以廣州周立功單片機發(fā)展有限公司的ARM7系列Smart ARM2200嵌入式平臺為基礎。平臺主控制器采用飛利浦公司生產(chǎn)的16/32位ARM7TDMI-S微控制器IPC2210，它具有豐富的外部接口，例如工業(yè)標準的UART、高速的I2C接口(400 kb/s)、SPI接口、A/D轉換接口等，可以方便地與其他外設互連。

系統底層軟件采用μCliunx內核，該內核是針對微控制領(lǐng)域而設計的Linux系統，適合無(wú)內存管理單元(MMU)的微控制器。

XF-S4240模塊可通過(guò)UART、SPI和I2C接口實(shí)現與其他終端設備的通訊。本系統設計利用SmartARM2200嵌入式平臺的I2C接口與XF-S4240的12C接口進(jìn)行通訊。XF-S4240設置為從設備，默認地址為0x80，Smart ARM2200設置為主設備。GSM Modem則通過(guò)標準UART口與SmartARM2200嵌入式系統的通用串口2連接。

4 軟件設計

4.1 語(yǔ)音模塊合成的通訊協(xié)議

無(wú)論XF-S4240采用UART、SPI還是I2C與其他智能系統連接,語(yǔ)音合成模塊的上層通訊協(xié)議是相同的，下面將介紹語(yǔ)音合成的控制命令。

發(fā)送給XF-S4240的所有命令與數據均采用幀的方式進(jìn)行數據封裝后傳輸。

其中，幀頭長(cháng)度為一個(gè)字節，定義為16進(jìn)制0xFD;數據區長(cháng)度占兩個(gè)字節，高字節在前，低字節在后。數據區長(cháng)度不定，但須小于1 024個(gè)字節。數據區包含命令字、命令參數和合成的語(yǔ)音信息。

此幀的含義：0xFD表示幀頭,0x00 0x0A表示數據區長(cháng)度為10個(gè)字節。0x01表示語(yǔ)音合成命令，0x00表示文本格式為GB2312，剩余的16進(jìn)制編碼為中山大學(xué)的GB2312編碼[3]。

4.2 TC35i GSM Modem的通訊協(xié)議

TC35i GSM Modem與其他終端采用通用串行接口進(jìn)行通訊，通訊協(xié)議采用AT指令集。本設計主要讀取GSM Modem的短消息。而與短消息收發(fā)有關(guān)的規范主要包括GSM 03.38，GSM 03.40和GSM07.05。前兩者重點(diǎn)描述的是SMS技術(shù)實(shí)現(編碼方式),后者規定了SMS的DTE-DCE接口標準(AT命令集)。AT指令是以AT為開(kāi)頭，如AT+CMGL=0(GSM 07.05版本)表示讀取最新收到的短消息，AT+CMGC表示發(fā)出一條短消息等。

短消息共有3種接收與發(fā)送模式：Block Mode(塊模式)，Text Mode(文本模式)和PDU Mode(PDU模式)。PDU模式最常用，支持所有手機，可以使用任何字符集。下面給出一個(gè)PDU模式下的ASCII串，其短消息中心號碼(SMSC)是+8613800200500，發(fā)送者號碼是13826468897.消息內容是中山大學(xué)，則通過(guò)讀取它的PDU串是：08 9l 68 3l 0820 00 05 F0 04 0D 91 68 31 28 46 86 98 F7 00 0860 30 02 11 82 21 80 08 D0 D6 BD C9 F3 B4 A7D1。通過(guò)以上這個(gè)PDU串得知.要得到需要的用戶(hù)信息就必須對PDU串進(jìn)行解碼。下面給出PDU串解碼的數據結構。

4.3 應用程序的設計與流程

嵌入式平臺SmartARM220的應用程序是運行于μCliunx內核之上，應用程序不能直接對硬件操作。為了實(shí)現硬件與外部設備通訊，必須調用相應的設備驅動(dòng)程序。本文主要涉及UART驅動(dòng)、I2C驅動(dòng)，嵌入式驅動(dòng)程序的設計方法在這里省略。

5 結束語(yǔ)

基于語(yǔ)音合成技術(shù)和語(yǔ)音模塊XF-S4240的車(chē)載終端可廣泛應用于導航系統、車(chē)載調度、車(chē)載監控等。由于該技術(shù)的通用性，它還可應用于其他需要語(yǔ)音合成技術(shù)的場(chǎng)合，如排隊叫號系統，公交報站器等。目前語(yǔ)音識別技術(shù)雖已取得很大的成績(jì)，但效果不如語(yǔ)音合成技術(shù)，相信不久人們就可利用更加先進(jìn)的語(yǔ)音技術(shù)自然地與機器進(jìn)行交流!