专利名称：计算机语音发声卡的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种计算机语音发声装置。
目前世界各国计算机已广泛进入各个应用领域，我国的汉字信息处理技术已经进入实用阶段，并开始步入“工业期”，汉字计算机系统已经建立，汉字进入数据库和网络已成现实。现有计算机从键盘上输入汉字及其它字符，只能在屏幕上显示出来，不能发生声音，而输入人员为提高输入速度，多是采用“盲打”，即在输入时只看所欲输入的文字而不看键盘和屏幕，因此在输入时经常容易发生错误而不察觉。
本发明的目的即在于提供一种计算机语音发声卡，其安插在计算机的扩展槽上，可使计算机在显示某一汉字或字符的同时，又发出该汉字或字符的语音，使计算机从无声变为有声，增加计算机的使用功能，便于操作人员通过声音检验正误，在不影响输入速度的情况下方便地发现输入错误，减少直至消灭错误，提高工作效率。
本发明的计算机语音发声卡，包括语音库，用于存贮可显字符的语音代码;
发音电路，用于将语音代码转化为模拟信号并产生可显字符的语音;
还原频率产生器，用于为发音过程提供一个基准还原频率;
接口电路，用于将发声卡各部分与计算机CPU相联接，该接口电路包括锁存器、总线驱动器及译码器;
语音库的内部地址总线经接口电路的锁存器与计算机数据总线相连接，而语音库的数据总线则通过接口电路的总线驱动器与计算机数据总线相连接，发音电路经过接口电路的锁存器与计算机数据总线相连，还原频率产生器则经过总线驱动器与计算机数据总线相连;所述接口电路的译码器的输入端连接于计算机的地址控制总线，而输出端则分别与上述各锁存器的打入端及总线驱动器的使能端相连。
该发声卡还包括一个驱动处理模块，其上固化有将可显字符的标准编码变换为语音库指针及语音代码字节数的程序，及将语音代码从语音库取出并对其进行还原及平滑处理的程序，其地址线通过一地址控制总线驱动器与计算机地址控制总线相连，而其数据线则通过一数据总线驱动器与计算机数据总线相连。
本发明发声卡所采用的发音机制是首先建立语音库，并通过专用仪器将语音库的数据代码固化到EPROM(或PROM)中去，将若干片固化好了的EPROM装到卡上去。当从键盘上敲入某一可显字符时，一方面该可显字符在显示器上显示出来，另一方面，根据该可显字符的标准编码(ASCⅡ码、国标码等)，通过卡上的接口到语音库中找到该可显字符的语音代码，并将其取出，进行一系列的数学处理(由相应的程序完成)，然后根据还原频率产生器产生的频率将处理过的语音代码，通过计算机接口送到发音电路，产生相应的声音。
语音库中存贮着一些代表一、二级汉字及英文字母等可显字符的语音代码，语音库的建立过程如
图10所示。
其中步骤(C)的数字处理过程包括对A/D得到的数字信号进行数字滤波，以去除A/D转换带来的量化噪音，数字滤波的具体方法可采用快速傅里叶变换(DFT)。数字滤波后的数字信号，即可作为语音代码固化到EPROM中，完成语音库的建立，但是考虑到语音库存贮容量的限制，也可以再对滤波后的数字信号进行数据压缩，可采用几种比较成熟的压缩技术，如线性预测性，增量调制法，自适应增量调制法等，将经过压缩得到的数字信号作为语音代码固化到EPROM或PROM中，完成语音库的建立。
本发明发声卡的整个发音流程如图11所示。
图11过程中的③，是对取出的语音代码进行还原和平滑处理。如果建立语音库时是直接将未经压缩的语音代码存入语音库中的，则在发音过程中此一步骤是不必要的。对语音代码的还原，所用的方法是根据建立语音库时采用的压缩方法进行逆运算，如线性预测法，增量调制法，自适应调制法等的逆运算。对用上述方法还原的数字信号再进行平滑处理(如采用中值平滑、加权平滑等)，以消除压缩时所带来的噪音。
上述发音过程中的①、②、③、④步是由相应的程序完成的，该程序可以固化到EPROM或PROM中而将该EPROM或PROM装置于本发明的语音发声卡上，也可以存贮于计算机内而不经固化。
以下结合附图及较佳实施例进一步说明本发明的特征及目的。
图1为本发明一较佳实施方案的电路框图。
图2是上述实施例中驱动处理模块的流程框图。
图3-9是本发明一实施例的具体电路图。
图10是本发明语音库的建立流程示意图。
图11是本发明发声卡的发音流程图。
如图1所示，本发明语音发声卡主要包括接口电路1、语音库2、发音电路3、还原频率产生器4及驱动处理模块5五大部分。
在本实施例中，语音库2由若干片EPROM21组成，每片EPROM通过语音库的内部总线联接在一起，与接口电路相连，EPROM中固化的是经过压缩处理的语音代码。语音库2中还包括EPROM译码器22，该译码器22的输入连接到语音库内部地址总线，而输出端则分别连接到各片EPROM21的使能端。
驱动处理模块5的流程图如图2所示，其是在EPROM上固化了图2所示的程序。
发音电路3用于将经过还原及平滑处理的语音代码转换成声音，其包括D/A转换器31，该D/A转换器31输出电流型模拟信号，该信号经信号转换器32转换成电压信号，再经过低通滤波器33，将声音信号送到功率放大器34放大，进而推动扬声器35发出声音。
还原频率产生器4用于为发音过程提供一个基准还原频率。振荡器41产生一个交流信号(正弦波)，送到整形器42整形得到方波，该方波作为分频器的基准时钟，该时钟信号送到分频器43进行分频，得到一定频率的脉冲信号(该信号的频率即还原的基准频率)，该脉冲信号送到频率采样器44进行采样，一旦该脉冲信号有效，频率采样器就保持其状态，等待CPU来读取。
接口电路1包括锁存器11，用于连接计算机数据总线及语音库2的内部地址总线;总线驱动器12，用于连接语音库2的数据总线及计算机的数据总线;锁存器13，用于连接计算机数据总线及发音电路3的D/A转换器31;总线驱动器14，用于连接频率采样器44及计算机数据总线;数据总线驱动器15，用于连接计算机数据总线及驱动处理模块5的数据线;地址控制总线驱动器16，用于连接计算机地址控制总线及驱动处理模块5的地址线;以及译码器17，其输入端连接计算机地址控制总线，而各输出端则分别连接各锁存器及总线驱动器的打入端或使能端。
锁存器11及总线驱动器12用于CPU访问语音库2，其过程是CPU将前述发音流程图中第①步得到的指针作为语音代码在EPROM中的地址写到锁存器11中，然后CPU再通过总线驱动器12读取语音代码的第一个字节，CPU将指针加一，重复上述过程，得到语音代码的第二个字节，直到将某一可显字符的完整的语音代码读完为止。
锁存器13及总线驱动器14用于CPU访问发音电路3及还原频率产生器4，其过程是CPU将发音流程图中第③步得到的语音代码的第一字节写到锁存器13，然后CPU再通过总线驱动器14读取频率采样器44的状态，一直读到频率采样器44的状态有效，CPU再向锁存器13写语音代码的第二个字节，上述过程重复，直到某一可显字符的完整语音代码写完为止。
数据总线驱动器15及地址控制总线驱动器16用于CPU访问驱动处理模块5，从中读取完成发音流程图中①、②、③、④步工作的程序。
锁存器11、总线驱动器12、锁存器13、总线驱动器14、数据总线驱动器15、地址控制总线驱动器16要占用CPU输入/输出(I/O)空间的若干地址，CPU对这几个地址的访问硬件上由译码器17来完成，译码器17的各输出端分别控制上述各存锁器及总线驱动器的打入端或使能端，而其控制锁存器13的输出端同时连接到频率采样器44的清除端，以便当CPU向发音电路3写一个数字代码时，频率采样器44的有效状态同时被清除。该译码器17采用最新的GAL技术实现。
图3-9给出了本发明语音发声卡的一个实施例的具体电路图，该实施例与前述实施例的唯一区别在于，该实施例的发音卡没有设置驱动处理模块5，其功能由存贮在计算机内的软件完成，而其它各部分与前述实施例是相互一致的，因此也可以认为图3-9是对图1框图的具体化。以下就该实施例作一说明。
图3对应于图1中的接口电路1。图1中的锁存器11采用3片74系列的集成芯片(74LS374，74S374等)。锁存器11对应于附图3中的D11、D12、D13。D11、D12、D13分别占用CPU的输出地址210H、212H、214H，它们的8位输入分别与CPU的低8位数据总线直接相连。当CPU向D11、D12、D13写语音代码的地址时，译码器产生相应的译码信号，由该信号的上升沿将CPU数据总线上的数据打入到D11、D12、D13之一中去。D11、D12及D13的第一、二位分别与EPROM(图7-9中的D1-D10)的A0-A17相连，D13的第二、三、四、五位与EPROM译码器D24、D25相连。
图1中的总线驱动器12采用74LS244(或74S244，54S244等)芯片来实现，对应于图3中的D14，占用CPU的输入地址214H，当CPU读取语音代码时，译码器产生相应的译码信号，该信号(低电平有效)使得D14的三态控制端使能，从而语音库内部数据总线与CPU的数据总线接通，CPU能正确读取语音代码。
图1中的锁存器13(参看图4)也采用74LS374芯片，对应于图4中的D15。D15占用CPU的输出地址216H。它的8位输入分别与CPU的低8位数据总线直接相连，其输出作为图1中D/A转换器44的输入。
图1中的总线驱动器14采用74LS240芯片，它对应于图6中的D21。
图1中的译码器17采用最新门阵列(GAL)技术来实现。具体是选用GAL16V8系列来实现对D11、D12、D13、D14、D15、D21的地址译码，其输入是CPU的地址信号A1-A9，控制信号AEA、IOR、IOW，输出作为D11、D12、D13、D14、D15、D21的锁存或控制信号，它对应于图3中的D23。
图4、5对应于图1中的发音电路3部分，图中同时还画出了图1中的锁存器13(D15)。图1中的发音电路3中的D/A转换器31对应于图4中的D16，采用DAC0832芯片实现，其输入是一组有序的数字代码，输出是电流型的模拟信号;信号转换器32采用TL084中的一个运放来实现，对应于图4中的D26A。
图1中的滤波器33用TL084中的三个运放来实现，对应于图4中的D26B，D26C，D26D及相关的电阻、电容，其是一个二阶切比雪夫低通滤波器。
图1中的功率放大器34采用DG4100集成芯片及一些电阻、电容、电位器组成，对应于图5中的D22、R4、W1、W2、C2-C4。
图6对应于图1中的还原频率产生器4及接口电路的总线驱动器14(D21)。振荡器41由6MHEZ晶体G1、D21中的两个反相器、R2、R3、C15、C16组成;整形器42由触发D17A、D17B组成;分频器43由两片74LS161组成，对应于附图6中的D18、D19;频率采样器44由触发器D20A来实现，D20A的输出与D21的输入(17脚)相连。
图7、8、9对应于图1中的语音库2。语音库采用10片1兆位(或5片2兆位)的EPROM来实现，可采用27010、27101、272001等芯片。图7、8、9中的D1-D10对应于图1中的EPROM 21，D1-D10的地址线、数据线分别与语音库的内部地址总线及数据总线相连。D1-D10的内容是预先在专用仪器上固化好的语音代码。
图1中的EPROM译码器采用二片74LS138来实现，对应于图7中的D24、D25。
本发明的优点在于使计算机从无声到有声，能够正确地发出汉字其及它可显字符的语音，增加了计算机的功能，便于操作人发现错误，减轻了操作人员的眼睛负担，减少甚至消灭输入错误，提高工作效率。
权利要求
1.一种计算机语音发声卡，包括语音库，用于存贮可显字符的语音代码；发音电路，用于将语音代码转化为模拟信号并产生可显字符的语音；还原频率产生器，用于为发音过程提供一个基准还原频率；接口电路，用于将发声卡各部分与计算机CPU相联接，该接口电路包括锁存器、总线驱动器及译码器；语音库的内部地址总线经接口电路的锁存器与计算机数据总线相连接，而语音库的数据总线则通过接口电路的总线驱动器与计算机数据总线相连接，发音电路经过接口电路的锁存器与计算机数据总线相连，还原频率产生器则经过总线驱动器与计算机数据总线相连；所述接口电路的译码器的输入端连接于计算机的地址控制总线，而输出端则分别与上述各锁存器的打入端及总线驱动器的使能端相连。
2.如权利要求1所述的计算机语音发声卡，其特征在于，该发声卡还包括一个驱动处理模块，其上固化有将可显字符的标准编码变换为语音库指针及语音代码字节数的程序，及将语音代码从语音库取出并对其进行还原及平滑处理的程序，其地址线通过一地址控制总线驱动器与计算机地址控制总线相连，而其数据线则通过一数据总线驱动器与计算机数据总线相连。
3.如权利要求1或2所述的计算机语音发声卡，其特征在于，所述语音库包括一个以上的存贮器芯片，各芯片的使能端与一个存贮器芯片译码器的输出端连接，而该译码器的输入端则连接于语音库内部地址总线。
4.如权利要求1或2所述的计算机语音发声卡，其特征在于，所述发音电路包括一D/A转换器，该D/A转换器的输出端连接于一低通滤波器，该低通滤波器的输出端连接于一功率放大器，该功率放大器的输出端连接于一扬声器。
5.如权利要求1或2所述的计算机语音发生卡，其特征在于，所述原频率产生器包括一振荡器，该振荡器的输出连接到一整形器以产生方波，该整形器输出端连接到一分频器，分频器的输出再送至一频率采样器，该频率采样器的清除端与所述接口电路的译码器的一个输出端连接，而该译码器输出端同时连接于接口电路与所述发音电路相连接的锁存器的打入端。
全文摘要
本发明涉及一种计算机语音发声卡，其包括接口电路、语音库、发音电路、还原频率产生器及驱动处理模块，语音库中存贮有可显字符的语音代码，上述各部分都经过接口电路与计算机总线插座连接。本发明可使计算操作人员输入的字符在屏幕显示出来的同时，由本发明的发音卡发出该字符的语音，使操作人员在不影响输入速度的情况下及时发现输入中的错误，提高工作效率。
文档编号G06F3/16GK1076289SQ9210158
公开日1993年9月15日 申请日期1992年3月12日 优先权日1992年3月12日
发明者范洪明, 田斌, 陈崇明, 王佩峰 申请人:地方国营滨海县无线电厂