民用航空通信语音识别回放系统设计

陈俊　张剑　叶浩邦　韩博文　陈杏

摘要：民用航空地空通信是民航通信系统中重要技术，针对地空通信可靠性问题，设计了一种语音回放文字转化系统，以STC89C516单片机为主控核心，采用ISD4004语音芯片实现语音录放，通过LD3320芯片根据关键词播放相应的语句，实现语音的录制、选择播放以及文字显示功能。

关键词：地空通信;语音回放;语音识别

Design of Speech Recognition and Playback System for Radiotelephony Communication of Civil Aviation

Chen JunZhang JianYe Haobang Han bowen Chen Xing

School of Air Transportation，Shanghai University of Engineering ScienceShanghai 201620

Abstract：Radiotelephonycommunication is an important technology in civil aviation communication system. Aiming at the communication quality problem caused by signal attenuation in radiotelephony communication， a speech playback and text conversion system is designed. STC89C516 single chip microcomputer is used as the main control core， ISD4004 voice chip realizesspeech recording and playback， LD3320 chipplays the corresponding speech record according to the keyword. The system realizes the functions of speech recording， selective playback and text display.

Key words：Radiotelephonycommunication;speech playback;speech recognition

近年來，我国民航事业发展迅速，航空流量的持续增大对空中安全管制有了更高的要求。地空通信通话伴有噪音及语音失真现象，飞行员在语音通信时也会难免存在口音问题，会影响飞行员与空中管制人员的正常交流，可能导致理解错误，另外在多语言环境以及飞行员承受巨大压力下导致部分信息遗忘，这些都会制约着机组和管制人员的交流。

为方便机组人员理解查找，避免遗忘，实现更加可靠的与地空通信，本文设计了一种民航地空通信语音文字转换系统。该系统设计以STC89C516单片机为主控核心，采用ISD4004语音芯片实现语音录放，通过按键控制启动LD3320芯片根据关键词选择播放需要的语句，文字显示部分采用9648液晶屏。系统模块包括中断按键模块、语音信号识别模块等。系统实现了语音的录制、选择播放以及文字显示功能，该系统设计对于增强飞行员空中信息交流有一定帮助。

1系统方案设计

系统通过控制核心单片机STC89C516来控制各个模块，总体框架如图1所示。

本设计选用的STC89C516单片机采用8051内核，工作频率范围在 0 到 35 MHz 之间，有 5 个可处理的中断源，中断源还可以对外部进行扩展ROM^[3]。ISD4004片采用直接模拟量存储，不需要A/D转换和压缩，开发应用的外围电路简单^[1]。录制时间长，可以达到16分钟，并且采样频率层次丰富，可以从4.0、5.3、6.4到8.0kHz语音音质高。LD3320芯片是基于非特定人语音识别专用芯片，可以识别多项候选识别句，每一个识别句可以为单词、词组以及短语，但长度有规定，不可以超过10个汉字或者79个字节的拼音串，本设计中LD3320接口采用串行方式^[2]，与外界模块连接起来更方便。

系统主要有五个部分，语音输入、控制处理、数据存储、中断按键和液晶显示部分。语音输入电路选用三极管对信号进行功放电路，可以提高信号的信噪比，使得语音信号经过驻极体话筒的电信号质量更好。语音输入电路如图2所示。LM386音频功放电路加强语音输入电路输出的语音信号，加入功率放大电路便于驱动扬声器，如图3所示。按键电路采用四个按键的非编码式键盘，分为录音键、放音键、停止键以及启动LD3320芯片定时识别的触发按键。

2 软件设计

该设计采用51单片机作为核心控制，语音芯片ISD4004实现语音录放，芯片LD3320语音识别关键词，选出关键句播放，文字显示部分采用9648液晶屏。软件调试部分采用Keil C51 ^[4]。图4为主程序流程图，图5为LD3320定时识别流程图。

录音子程序中最关键部分就是是找出存放录音子程序的地址，然后在存放地址的数组中找到对应的首地址，并且向ISD4004芯片发送SETREC指令，ISD4004收到指令后，开始录音。

LD3320是一种识别关键词的芯片，识别过程是主控MCU对LD3320寄存器读和写的过程^[5]。本设计采用中断模式对LD3320进行编程，MCU接收到外界的触发启动定时识别过程。语音识别的操作流程有四个步骤：首先就是要初始化每一个寄存器;接着对待识别的短语进行编号列表，列表规定每一个特定编号对应一个识别语句;然后开始识别，打开中断允许位，准备中断函数;最后是响应中断，麦克风采集到声音后产生中断信号，中断程序对寄存器中数值进行分析比较，读取寄存器数值，选出最可能的正确答案。

从录音语句中选取关键词，作为待识别的短语写入列表，要实现对存储在ISD芯片中语句的播放，在选择放音程序时，要读取程序存储器中对应内容的地址，然后进一步处理。

本系统设计通过实体测试实现如下功能：

1. 驻极体话筒实现了对语音信息的处理，语音信号经过功率放大电路后送入到芯片ISD4004中，并且存储相应的信息。
2. 主控核心单片机实现了对语音信息的处理，以及信息显示。
3. 按键模块实现了录音、放音和暂停功能。

3 结论

本文针对目前民航地空通信系统中通信质量问题，提出了一种语音文字转换系统设计，该系统以单片机STC89C516作为主控核心，语音芯片ISD4004实现语音录放，LD3320芯片实现定时识别，并根据关键词播放相应的语句，文字显示部分采用9648液晶屏。系统实现了语音的录制、选择播放以及文字显示功能，该系统设计对于增强飞行员空中信息交流有一定帮助。但由于时间关系和水平有限，设计中存在一些缺陷和不足，有待于今后的进一步设计和改善。

参考文献：

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