李向軍

摘 要： 為了提高英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的智能水平，在互聯(lián)網(wǎng)和嵌入式環(huán)境下進(jìn)行學(xué)生英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。提出基于多?？刂频陌l(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，首先進(jìn)行發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的數(shù)字信號(hào)處理器選用的TMS320VC5509A作為核心控制芯片，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括A/D電路、外部存儲(chǔ)電路、上電加載電路、系統(tǒng)邏輯譯碼控制電路和液晶顯示器接口設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行系統(tǒng)的硬件裝配和軟件調(diào)試。結(jié)果表明，采用該系統(tǒng)進(jìn)行英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音對(duì)比的可靠性較好，對(duì)發(fā)音的實(shí)時(shí)糾正能力較強(qiáng)。

關(guān)鍵詞： 英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)； 發(fā)音對(duì)比系統(tǒng)； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 多?？刂?/p>

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34； TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）04?0070?04

Analysis on autometic contrast system for pronunciation accuracy in students′

English distance learning

LI Xiangjun

（Foreign Languages College， Guangxi University， Nanning 530004， China）

Abstract： In order to improve the intelligent level of English distance learning， the optimization design of an automatic comparison system for pronunciation accuracy is conducted for English distance learning of students in Internet and under the embedded condition. The design method of automatic pronunciation accuracy contrast system based on multimode control is proposed. The overall framework of automatic comparison system for pronunciation accuracy is designed. TMS320VC5509A is selected in the system design as the core control chip of the digital signal processor. In the hardware design of the system， the AD circuit， external storage circuit， power?on loaded circuit， logic decoding control circuit and liquid crystal display interface were designed. The hardware assembly and software debugging of the system were completed. The results show that the system has high reliability in pronunciation contrast and perfect real?time correction ability in English distance learning.

Keywords： English distance learning； pronunciation contrast system； system design； multi?mode control

0 引 言

在英語(yǔ)遠(yuǎn)程教育和學(xué)習(xí)中，由于教師不能在現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，對(duì)英語(yǔ)口語(yǔ)的發(fā)音糾正成為影響英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的最大難題[1?2]。采用聲音識(shí)別和語(yǔ)音處理方法進(jìn)行英語(yǔ)發(fā)音的準(zhǔn)確性分析和識(shí)別，對(duì)提高英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的口語(yǔ)教學(xué)智能化水平具有重要意義，進(jìn)行英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)設(shè)計(jì)，改善英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)和教育中的口語(yǔ)教學(xué)和發(fā)音糾正的難題。

研究相關(guān)的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在提高英語(yǔ)遠(yuǎn)程教學(xué)質(zhì)量和改善學(xué)生的學(xué)習(xí)效率方面具有較為廣闊的應(yīng)用前景[3]。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分

1.1 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)分析

本文采用的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)是多源聲頻的匹配檢測(cè)技術(shù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能技術(shù)指標(biāo)描述為[4]：

（1） 配置PXI?6713的語(yǔ)音回放通道，系統(tǒng)對(duì)英語(yǔ)發(fā)音的采樣頻率不低于12 MHz；

（2） 采用標(biāo)準(zhǔn)的VPP儀器驅(qū)動(dòng)程序中英語(yǔ)發(fā)音對(duì)比的遠(yuǎn)程控制，控制過(guò)程中對(duì)發(fā)音識(shí)別[5]的分辨率不低于8位；

（3） 信號(hào)輸入范圍盡量大，對(duì)英語(yǔ)發(fā)音信息采集和語(yǔ)音輸出采用8通道同步、異步輸入；

（4） 功耗盡量小，D/A轉(zhuǎn)換速率200 kHz；VME總線傳輸?shù)腁/D分辨率[6]為10位（至少）。

1.2 系統(tǒng)硬件部分的模塊化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

結(jié)合上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行系統(tǒng)的功能模塊化設(shè)計(jì)：

1.2.1 A/D電路

對(duì)英語(yǔ)發(fā)音信息的數(shù)據(jù)采集部分主要完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。英語(yǔ)發(fā)音聲源部分的最高采樣率不小于100 kHz，在遠(yuǎn)程教學(xué)學(xué)習(xí)的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)555多頻振蕩器進(jìn)行發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)的A/D采樣電路設(shè)計(jì)。A/D電路是實(shí)現(xiàn)對(duì)英語(yǔ)發(fā)音的語(yǔ)音信息的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)A/D電路采樣實(shí)現(xiàn)對(duì)原始的語(yǔ)音信息的采集和調(diào)制控制。設(shè)計(jì)STM32F10多頻振蕩器進(jìn)行英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)發(fā)音自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)集成智能控制信息的A/D采樣，將DSP板上的12 V電壓通過(guò)總線進(jìn)行電壓加載，采樣A/D設(shè)計(jì)中，一款高速、低功耗4通道16位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行并行和串行輸入控制，得到A/D轉(zhuǎn)換的輸入電壓為（單位：V）：

其中，，滿足A/D轉(zhuǎn)換的輸入電壓要求，由此，A/D轉(zhuǎn)換芯片選用A/D公司的A/D7655，得到發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)A/D數(shù)據(jù)采集模塊電路如圖1所示。

在發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)A/D數(shù)據(jù)采集部分的電源設(shè)計(jì)中，將DSP板上的12 V電壓在78M05和79M05的兩端分別加電容進(jìn)行濾波，模擬輸入信號(hào)范圍為0～5 V，進(jìn)行同步采樣，并向CPU發(fā)出中斷，當(dāng)為低時(shí)，讀通道B的數(shù)據(jù)，完成學(xué)生英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音數(shù)據(jù)采集。

1.2.2 外部存儲(chǔ)電路

外部存儲(chǔ)電路完成對(duì)學(xué)生英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和對(duì)比功能，選用MAX706S構(gòu)建1.25 V門(mén)限檢測(cè)器作為外部存儲(chǔ)器電路的看門(mén)狗電路，DSP在1.6 s內(nèi)未改變看門(mén)狗輸入引腳WDI，發(fā)音對(duì)比系統(tǒng)的PFO管腳輸出低電平，從而觸發(fā)主復(fù)位，外擴(kuò)了靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）、FLASH存儲(chǔ)器和TMS320VC5509A外部存儲(chǔ)芯片構(gòu)建存儲(chǔ)器電路，選用的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器為CY7C1021CV33，它的存取速度為5 ns，英語(yǔ)發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比的信息存儲(chǔ)器分配在DSP的CE1空間，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中FLASH存儲(chǔ)器選用MBM29LV400BC，存儲(chǔ)容量為4 MB（256 K×16 b），共有11個(gè)扇區(qū)。設(shè)置好相應(yīng)的寄存器，對(duì)外部存儲(chǔ)器的工作進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)行學(xué)生英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音信息源的存儲(chǔ)和讀取。學(xué)生英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)的外部存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

1.2.3 上電加載電路

上電加載電路執(zhí)行英語(yǔ)發(fā)音語(yǔ)音識(shí)別和算法上電加載。發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中上電加載設(shè)計(jì)了I2C加載模式，存儲(chǔ)器必須和Philips的I2C總線匹配，上電加載電路所選用的芯片為CAT24WC256，引導(dǎo)加載的I2C，E2PROM執(zhí)行內(nèi)部地址計(jì)數(shù)，采用增強(qiáng)主機(jī)接口EHPI（Enhanced Host Port Interface）的加載方式進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別算法的上電加載和程序?qū)懭耄褂脙蓚€(gè)字節(jié)來(lái)進(jìn)行內(nèi)部尋址，輸入時(shí)鐘CLKIN的輸入頻率等于12 MHz來(lái)保證I2C總線執(zhí)行可靠的英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音對(duì)比識(shí)別，根據(jù)上述分析得到上電加載電路接口設(shè)計(jì)如圖3所示。

1.2.4 邏輯譯碼控制電路

邏輯譯碼控制電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，采用多?？刂品椒ㄟM(jìn)行學(xué)生英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音自動(dòng)對(duì)比的邏輯譯碼多模控制，故系統(tǒng)中采用Altera公司的CPLD EPM7128AET100來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)生英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)的邏輯與譯碼控制，EPM7128AET100需要外接2.5 V的參考電壓，啟動(dòng)定時(shí)器，開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換，讀通道A的英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音數(shù)據(jù)，當(dāng)為低時(shí)，轉(zhuǎn)換B通道，可開(kāi)始下一次A/D轉(zhuǎn)換，邏輯譯碼控制電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

1.2.5 液晶顯示器接口

液晶顯示器主要完成學(xué)生英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)參數(shù)的顯示和對(duì)比結(jié)果的輸出，采用的液晶顯示器DM74LS245WM為三態(tài)八位總線轉(zhuǎn)換器，液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)芯片接口如圖5所示。其中，DSP的外設(shè)電壓為3.3 V，通過(guò)DIR引腳來(lái)控制數(shù)據(jù)的傳輸方向，液晶顯示器接口配置有64 KB ROM，HY57V641620HG的刷新頻率為每64 ms 54 343次，根據(jù)公式：

PERIOD =

即每隔15.454 刷新一次學(xué)生英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音信息，選擇引腳BOOTM[0：3]來(lái)設(shè)置加載模式，并通過(guò)液晶顯示接口輸出英語(yǔ)發(fā)音的準(zhǔn)確性對(duì)比結(jié)果。

綜上分析，完成了學(xué)生英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)的硬件模塊化集成設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行的軟件開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)硬件及軟件的聯(lián)調(diào)測(cè)試。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)建立在嵌入式Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)上。軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)為External Memory Interface開(kāi)發(fā)平臺(tái)。引導(dǎo)程序要調(diào)入的語(yǔ)音識(shí)別的代碼如下：

Generates Settings ???>

PPI CAT24WC256 andCMOS EEPROMr ???>

[*]downloaded I2C bus transmission protocol

//引導(dǎo)程序負(fù)責(zé)上電時(shí)初始化

DSP input clock CLKIN （PPI_Philips memory） ???>

（/home/Documents/f automatically increase）XFR_TYPE loading I2C EEPROM

[*]Lash（DMAx_256 Kb serial EEPROM CMOS）

//lib目錄下提供內(nèi)核

在程序加載的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)用request_irq（）函數(shù)來(lái)申請(qǐng)英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)發(fā)音自動(dòng)對(duì)比的多模控制中斷，調(diào)用free_irq（）函數(shù)來(lái)自動(dòng)增加內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器，I2C總線標(biāo)準(zhǔn)控制指令為：

#define MISC_I2C bus transmission protoco 255

//主設(shè)備號(hào)

#define data transmission rate_pwm "pwm"

//正確配置DMA寄存器

int I2C bus standard_MAP （）；

ret =CAT24WC256_pwm_open（&misc）；

采用s3c2440_aCAT24WC256_release（）控制指令負(fù)責(zé)控制發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)中嵌入式進(jìn)程。通過(guò)S3C2440內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)的打開(kāi)和關(guān)閉，輸入命令source install?qt?emrtgbbd?x86.sh保證I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸率。A/D轉(zhuǎn)換完成時(shí)，A/D7655的BUSY信號(hào)由高變低，即DMA0，開(kāi)始進(jìn)行控制平臺(tái)的可視化程序的編譯、安裝。由此實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)的液晶遠(yuǎn)程控制和語(yǔ)音對(duì)比分析。

3 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果分析

在學(xué)生英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)的調(diào)試測(cè)試中，在語(yǔ)音信號(hào)發(fā)生器中產(chǎn)生一信噪比為-10 dB的英語(yǔ)發(fā)音信號(hào)，如圖6所示，采用本文系統(tǒng)的A/D電路進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和發(fā)音準(zhǔn)確性對(duì)比分析，把信號(hào)輸入到本文設(shè)計(jì)的語(yǔ)音發(fā)音對(duì)比系統(tǒng)中，測(cè)試信號(hào)的輸出，得到結(jié)果如圖7所示。

從圖6、圖7可見(jiàn)，采用本文方法進(jìn)行學(xué)生英語(yǔ)學(xué)習(xí)中的發(fā)音準(zhǔn)確性測(cè)試，能準(zhǔn)確分析語(yǔ)音信號(hào)中的特征點(diǎn)，結(jié)合專(zhuān)家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行語(yǔ)音發(fā)音的標(biāo)準(zhǔn)性分析，具有較好的輸入/輸出性能，測(cè)試結(jié)果可靠穩(wěn)定。

4 結(jié) 語(yǔ)

為了提高英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中英語(yǔ)口語(yǔ)教學(xué)的效率和智能水平，提出基于多?？刂频陌l(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行發(fā)音準(zhǔn)確性自動(dòng)對(duì)比系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架。系統(tǒng)選擇DSP作為核心控制的信息處理芯片，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行系統(tǒng)的硬件裝配和軟件調(diào)試。測(cè)試結(jié)果表明，采用該系統(tǒng)進(jìn)行英語(yǔ)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的發(fā)音對(duì)比的可靠性較好，對(duì)發(fā)音的實(shí)時(shí)糾正能力較強(qiáng)，具有實(shí)用價(jià)值。

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