数码语音电路是什么?

xiaotuzi 发表于 2005-5-13 12:32

一、数码语音电路是什么? 
 
自然的语音、声音是稍纵即逝的, 聪慧的人类想了很多办法来留存它们, 这样可以在任何需要的时候重复播放出来。这种保留原声的媒介曾有过钢丝、黑胶唱片、胶片、磁带、激光唱片等等，这些媒介都需要精密复杂的机械传动装置来配合，大多体积比较大，耗电大，控制不够灵活，有介质磨损，使用寿命有限。 
 
现在, 我们可以采用数码电子技术将纯的无任何机械的半导体集成电路(IC)去完成语音信号的存储和还原, 这样一类经过存储而还原播放的语言、声音，我们称为数码语音。 
 
这类保存着数码语音的集成电路我们称为数码语音电路，或语音IC。 
 
有了这些语音IC，声音就能保留和还原，而且能被选择性地反复播放，也就能让不会说话的各种物品发出声音或开口说话。 
 
语音IC具有体积小、耗电少、可控制性能好、永无磨损、永久寿命等特点。它是采用电子处理技术将复杂的语音信号“切分”成很多份，以最小的单位存储在自己内部的存储器里。当需要时，再把这些小份拼接成完整的语音信号播放出来。 
 
经由语音IC的处理、保存再回放出来的声音效果会比原声有一定的失真，现在还原声音最好的是激光唱片方式，它的声音取样频率是44.1kHz，取样位数是24位，简单的说就是把一秒钟的语音信号横着切24份，再竖着切4万4千多份，累计把一秒钟的信号切成了约100万份分别存储在激光唱片上，等播放时再拼在一起还原出来，因此有较好的还原度。而语音IC因为制造技术和成本问题，其能够使用的存储器容量比较小，大多数的语音IC都采用6kHz、5位采样，即大约把一秒种的信号切成3万份，因此还原效果就要差不少。但随着技术的发展，这一差距正在减少。 
 
语音IC的成本主要取决于内部电路的复杂程度和存储器的容量，在短时间语音长度的产品中，语音IC的性能价格比是非常高，有的种类的语音IC价格低廉到仅几分钱，这是任何其它数码语音还原设备无法比拟的。 
 
二、语音IC有哪些种类? 
 
语音IC有很多种类，大体可以分为以下几种： 
 
1、随录随放型和磁带机一样，可以自由地通过话筒或模拟音频线路来进行录音，通过驱动喇叭放音。这其中又分几种类型。 
 
(1)、怕断电的，语音保存需要比较大的电流，象复读机里的复读芯片, 这种电路以DRAM动态存储器IC为介质，一断电内部存储的语音就全部丢失了。要保存住其中的语音还需要比较大的电流消耗。特点是价格便宜。 
 
(2)、怕断电的，语音保存需要很小的电流，象一些录音贺卡，它以SRAM静态存储器IC为介质，断电声音丢失，保存电流很小。在录音贺卡等录音礼品中常将几粒扣式电池嵌入到产品中，这样可以保存录音几个月甚至一年多。特点是可以较长期保存语音。 
 
(3)、不怕断电的，象一些数码录音笔，它以FLASHRAM闪烁存储器IC为介质，完全断电后语音还能保存十年以上。特点是价格较高。 
 
★美国ISD公司的ISD系列就是这类产品。它生产从10秒至16分钟的一系列语音芯片产品。 
 
2、编程录入的只放型象MP3随身听播放机一样，它的语音（音乐歌曲）录入需通过电脑、软件和专用数字接口来完成，不能简单地通过话筒录入，因此其成本价格较前者低。这其中根据使用存储器的种类不同又分以下几种类型，性能有所不同，但其生产成本却相差不大。 
 
（1）一次编程OTP型, 芯片内部是PROM结构存储器, 可以通过外部数字接口将语音文件或程序文件烧录进去, 但只能烧录一次, 以后不能修改不能更换。 
 
★ISSI公司的22C012/022/040（台湾公司的编号分别为A8108A、8208A、840N），还有一些OTP型的语音单片机都是此类。 
 
(2)多次编程EPROM型，电路中用EPROM来存储语音数据，它需要专用的烧录工具把语音数据放置在芯片中，这种芯片可以反复烧录，寿命在几十次，次数多了以后就会有一定的单元损坏。 
 
★这是比较早期的数码语音电路构成方式，通常是语音处理器UM5100加上外挂的EPROM，老式的公交车语音报站系统多采用这种方式。 
 
(3)反复编程FLASHRAM型，电路中用FLASHRAM来存储语音数据，它需要专用的烧录工具或专用数字接口把语音数据放置在芯片中，这种芯片可以反复烧录，寿命可达到1万次以上。 
 
★这是最新的数码语音电路构成方式, 现在流行的MP3播放器就是这种方式。中青世纪公司新开发的PM50、PM64系列也是这一类。 
 
3、掩膜生产的只放型和CD机一样，拿到手的就是定制好的语音，自己不能更改，只能播放。这类产品的成本最低。在客户需求方面可以分两类： 
 
（1）标准声源型, 这是指在电子市场上可以买到的通用语音芯片，例如各种警报声、“倒车倒车请注意”、“这张是假币”等等。它们是大批量生产出来的标准品，价格非常便宜。如果用户能确认可用，将是投资最少、见效最快的选择，只是不能根据自己的情况做任何变动，包括语音的音调、音质、触发控制方式等。 
 
（2）定制声源型，这是用户有自己的特殊要求而专门制作生产的，需要经过设计开发，制作样片，确认样品，几万片起做的芯片投单，确认芯片，交货等几个过程，制作和生产周期约45天，一次投资一般大约在15万元(人民币)以上，投资均摊在每个芯片上，数量越大价格越低。 
 
★一直以来，这类芯片的开发和投产对用户和开发商都存在比较大的风险，因为它不能小量快速生产，没有一个小批量的生产测试和市场投放的过程，而且开发商提供的实验样品和最后交付的产品有一定的差别（音质、管脚、电性能等），因而容易出现用户拒绝收货的情况。给双方都造成很大损失。 
 
三、现在市场上的主流语音IC有哪些？ 
 
最近的十五年是电子行业突飞猛进的时期，语音IC的发展也见证了这一过程，十几年前的产品几乎都被淘汰出局了，期间也曾有几十种语音IC不断被开发出来，总的方向是集成度越来越高、功能越来越强大、音质效果越来越好、成本越来越低。最后，经得住市场考验的，目前在通用市场上几乎只有三颗星星在闪耀。 
 
一是OTP芯片A8108A、8208A、840N系列。这款芯片是美国ISSI公司大约在1992年开发的，内部有PROM存储器，只能烧写一次。原设计只是掩膜语音芯片的开发工程样片。过去用户在要求投产MASKROM语音芯片前，都希望厂家提供实验用的工程样片，但大多数厂家都是提供一个由很复杂的分立器件电路搭建的开发评估板——直到今天大多数厂家仍然如此。这板子很大，只能和用户的电路接口模拟使用，不能装入用户的产品中，更不能让用户小批量生产试投产，而且投产出来的掩膜片与评估板的音质、管脚、电性能都有所不同，令用户风险很高。ISSI公司就开发了这一款芯片，而且设计了该芯片的开发工具，可以一起卖给用户做实验和小批量生产，等试验成熟后再投大量而便宜的掩膜芯片。可以说它只是作为推销ISSI公司掩膜芯片的一个促销手段来设计的，但是OTP芯片的快速开发、简单易控制等特性引起很多设计工程师的青睐，一直使用至今。 
 
另外，随着个性化时代的到来，产品的设计日益多样化，生产也朝着多品种、少数量的方向发展，再加上市场的风云变幻加快，一般厂家用户越来越不敢动辄几万、几十万地投产掩膜芯片，几乎都是先拿OTP片试打市场，看市场反应和接受程度再来定夺。因此该系列产品的销量近年来反而增大了很多。 
 
美国ISSI公司在2002年停止了该系列产品的生产，目前由台湾的一家公司提供兼容的产品。 
 
二是ISD系列产品。这款是美国ISD公司大约在1994年开发的，内部有EEPROM存储器，可以反复擦写。ISD的这款产品具有划时代的意义，因为它采用所谓“模拟存储技术”实现了极好的语音还原效果，而且能录能放，控制简单灵活，同时有很强的智能控制，令人耳目一新。该系列芯片经过原珠海特思高公司、原深圳矽源公司、原北京泰思特研究所、北京中青世纪公司近十年的努力推广，目前已经是通用语音产品市场的主流。其中值得一提的是，由于ISD芯片的控制有一定的复杂性，在1996年前有两项比较大的难点阻碍其应用发展。一是ISD的技术资料一直只有很厚的英文资料和很简单的中文资料；二是美国ISD公司提供的编程开发系统价格贵达1. 8万元/套，都令开发技术人员寸步难行。1996年上述几家公司联合起来翻译、编写、出版了《ISD全系列单片语音录放电路设计与应用汇编》。同年北京中青世纪公司自行开发成功了ISD1425、ISD3340K编程拷贝系统，价格降低到不足2000元/套，而且操作非常简单方便。这两项工作的完成对ISD在国内的应用和推广起了关键性的作用。另外上述几家公司都开发了很多围绕ISD设计的开发实验板、功能板等配套产品，也为技术人员快速开发ISD语音产品提供了很大的帮助。 
 
美国ISD公司大约在1999年被台湾的华邦公司收购，成为其一个子公司。这几年ISD公司还推出了一些长时间的新产品，但在现在看来都不太成功。其原开发的ISD1100、1400、2500、4000系列产品，语音长度涵盖10秒至16分钟，非常经典。2002年ISD公司又开发完成ISD1800系列产品，语音长度在6~20秒，以高音质、低价格主打礼品玩具等低端市场，销售成绩非常显著。 
 
第三颗星是2003年底刚诞生的PM50系列产品。这是北京中青世纪公司委托台湾设计公司开发的新款语音IC系列。该公司一直是ISD产品在国内的最大技术支持单位，非常熟悉电子市场和技术人员的需求，根据大量客户对OTP芯片和ISD芯片的需求反应专门开发了这款新的语音芯片。其特点是采用单片机+语音处理器+FLASHRAM结构，能反复擦写，控制较ISD简单方便，有20秒~200秒一系列产品较OTP芯片齐全等，更重要的是开发人员用编程好的文件既能够烧写FLASHRAM版本的PM50产品，也能交给厂家原样生产几个极为低廉的掩膜版本的PM50产品，两者完全互换性能一致，这意味着国内的任何普通技术人员也能自己设计、开发掩膜语音芯片。这也是数码语音电路发展历史上划时代的事件。 
 
目前，中青世纪公司开发并投放市场的PM50系列20/50/100秒几种和ISD芯片一样也是标准28脚双列封装，系列的其余品种将视客户需要设计，另外还有PM64系列是3分钟~27分钟的品种也正在开发实验中。 
 
 
 
电子产品都进入了智能化阶段，如果多一颗语音IC就能实现产品自己开口说话，会令产品的人性化、智能化更加提高，语音IC的应用已成为很多产品先声夺人、出其制胜的法宝。 
 
不同产品的功能设计和市场需求就要求采用不同的语音IC相适应。 
 
首先要明确产品定单的情况如何。这里分几种情况： 
 
（1） 2万件以上的生产定单，可以直接选用掩膜芯片； 
 
（2）大笔定单的样品，可以选用PM50系列芯片。客户想怎么改语音都可以，等客户封样、定单、打信用证后再投PM50的掩膜单； 
 
（3） 5000件/批的生产定单，可以选用OTP、PM50芯片。语音内容可以调整。 
 
（4） 1000件/批以下的生产定单，可以选用OTP、ISD、PM50芯片。 
 
第二就是看产品设计中是否有单片机。如果有，几种芯片都可以选择；如果没有，就只能选择OTP和PM50。 
 
第三就是看产品的市场需求潜力如何。需求潜力大的产品宜选择PM50，前期少量生产时用PM50的FLASHRAM版本，一旦上大批量、客户压低价格时可以直接去投产PM50的MASKROM掩膜片，产品电路结构、性能、音质完全不变，而成本隐性下降一半以上，虽然售价低了，利润反而高了。如果选用ISD，一旦上大批量客户压低价格就会出现两个痛苦的选择，一是继续使用ISD芯片，但利润被挤得非常薄；二是换用掩膜芯片，但电路的硬件软件都要重新改换，而且音质都没有ISD好，令客户有质量下降的感觉，定单可能都危险。 
 
第四才是看产品的实际性能需求，如语音时间需要多长、分多少段、是否要用户自己录音或修改、可靠性要求如何、单片机预留的口线有多少等，再在几个产品系列中寻找合适的一款。

AURA 发表于 2014-5-25 16:31

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