基于語言表達(dá)障礙者的藏文語音輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

崔靜靜，肖 偉，次仁朗杰，邊巴旺堆，益西拉姆

（西藏大學(xué) 工學(xué)院 電子信息系，西藏 拉薩 850000）

當(dāng)今，嵌入式系統(tǒng)[1-2]已逐漸應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，給人民群眾的生活提供了極大的方便。但是基于藏語的嵌入式語音播放系統(tǒng)幾乎沒有，該項(xiàng)目的實(shí)施可以填補(bǔ)藏文文本語音播放系統(tǒng)的空白，同時(shí)對于推廣藏語，提高少數(shù)民族同胞的生活、工作質(zhì)量，促進(jìn)少數(shù)民族事業(yè)發(fā)展都起到了很大的推動(dòng)作用。

該系統(tǒng)包括藏文嵌入式輸入法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)和藏文語音資源的處理兩大部分，通過本項(xiàng)目的的實(shí)施，可以解決藏族同胞中有語言障礙者的交流問題，使其可以方便地將自己的想法通過鍵盤輸入的方式變成藏文文本，進(jìn)而可以通過該系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成聲音，達(dá)到與正常人進(jìn)行交流的目的，從而大大地改善和提高了他們的生活質(zhì)量。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)利用SPCE3200芯片進(jìn)行開發(fā)，硬件上以開發(fā)板作為開發(fā)平臺(tái)，利用PC機(jī)進(jìn)行軟件程序開發(fā)。SPCE3200嵌入式實(shí)驗(yàn)箱是凌陽科技大學(xué)計(jì)劃推出的一款全功能32位開發(fā)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，它基于S+Core架構(gòu)32位微處理器SPCE3200[3]，該處理器最大的特色是具有較強(qiáng)的多媒體處理能力。該核心板的設(shè)計(jì)基于開發(fā)考慮，配置簡單，布局簡潔明了，外設(shè)齊全，接口標(biāo)準(zhǔn)，擴(kuò)展方便，可以較容易的實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的字符輸入、顯示、語音播放功能，因此本設(shè)計(jì)采用SPCE3200作為主控芯片。根據(jù)各功能的需求，其系統(tǒng)硬件整體框圖如圖1所示。主要由SPCE3200主控板、TFT模塊、Touch Panel模塊、語音資源播放模塊組成。其中，TFT LCD即薄膜晶體管液晶顯示器。在驅(qū)動(dòng)方式上，與簡單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個(gè)像素上都設(shè)置有一個(gè)薄膜晶體管大大提高了圖像的質(zhì)量（尺寸、）含有行驅(qū)動(dòng)電路及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，可直接與多媒體處理器SPCE3200的LCD控制器接口相連；Touch Panel模塊利用SPCE3200獲取觸屏坐標(biāo)，SPCE3200具有12位的ADC具有8個(gè)通用的A/D轉(zhuǎn)換通道，通過電阻式獲取觸屏的標(biāo)值；使用UFAT文件系統(tǒng)對SD卡進(jìn)行讀寫文件操作，并通過AD和DA通道實(shí)現(xiàn)MP3的語音播放功能。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖Fig.1 The block diagram of the system hardware

1.1 TFT_LCD模組簡介

TFT LCD是Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display的縮寫，即薄膜晶體管液晶顯示器。在驅(qū)動(dòng)方式上，TFT LCD與無源TN LCD、STN LCD的簡單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個(gè)像素上都設(shè)置有一個(gè)薄膜晶體管（TFT），可有效地克服非選通時(shí)的串?dāng)_，使顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無關(guān)。大大提高了圖像質(zhì)量（尺寸、色彩），控制起來也比較容易。TFT LCD模塊的電路連接[4]方式如圖2所示。

TFT LCD主要由偏振片、濾色器基板、液晶、TFT基板、偏振片、背光源組成。通過改變R、G、B信號線上的電壓，可以控制LCD的透光，使每一個(gè)像素呈現(xiàn)不同的顏色。按照時(shí)序，控制整屏的所有像素點(diǎn)就可以控制LCD顯示。

內(nèi)置于SPCE3200的TFT LCD接口能夠支持對多種輸入格式的TFT型LCD顯示屏的控制，譬如DataEnable（DE）、Hsync/Vsync、16位并行RGB、8位delta RGB以及CCIR601/656等輸入。LCD顯示屏支持的分辨率為320（水平像素）×240（垂直像素），并支持NTSC/PAL顯示格式。由于同步信號的位置及寬度都是可配置的，故可以滿足各種規(guī)格的TFT LCD屏的要求。

本系統(tǒng)之所以選擇TFT LCD模組是根據(jù)系統(tǒng)對圖片顯示的的需求和模組接口簡單，應(yīng)用方便。此外TFT LCD內(nèi)置觸屏接口，可以直接用來做觸摸屏，是本系統(tǒng)的觸屏與顯示一體化。

1.2 Touch Pannel模組簡介

觸摸屏（Touch Panel）是一種直接以觸碰方式來達(dá)成輸入指令的透明面板。SPCE3200具有12位的ADC具有 8個(gè)通用的A/D轉(zhuǎn)換通道，通過X2或者X1把接觸點(diǎn)到Y(jié)1的電壓輸入SPCE3200的其中一個(gè)A/D通道，就可以計(jì)算獲得縱坐標(biāo)值，同樣，通過Y1或者Y2把 接觸點(diǎn)到X2的電壓輸入其中一個(gè)A/D通過，就可以獲得橫坐標(biāo)值。

實(shí)驗(yàn)箱上LCD大小為640×480，最左端橫坐標(biāo)為0，最右端橫坐標(biāo)為639，最上端縱坐標(biāo)為0，最下端縱坐標(biāo)為479。假設(shè)屏上任意坐標(biāo)點(diǎn)（x，y）的橫向電壓測得為Vx，縱向電壓測得為

Vy，其中：0≤x<640，0≤y<480，0≤Vx≤3.3 V，0≤Vy≤3.3 V。此時(shí)計(jì)算得到：

圖2 TFT LCD模組的連接電路圖Fig.2 The connecting circuit diagram of TFT LCD module

本系統(tǒng)是針對特殊人群設(shè)計(jì)的，考慮到操作的方便性和容易性，所以利用Touch Panel模組可以讓使用者通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)各種功能。

1.3 語音播放模塊——DAC

本系統(tǒng)語音的實(shí)現(xiàn)選擇SPCE3200的MP3文件播放。硬件上依賴DAC進(jìn)行輸出播放；軟件上主要通過MP3庫解碼器的API函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，保證了語音輸出的質(zhì)量同時(shí)軟件操作上也較容易。

SPCE3200有兩路16位高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可以進(jìn)行普通的D/A轉(zhuǎn)換，也可以進(jìn)行立體聲語音播放。SPCE3200的DAC模塊共有3個(gè)引腳：其中DAC_VREF為DAC參考電壓輸入引腳；DAC_CH0為DAC通道0信號輸出引腳；DAC_CH1為DAC通道1信號輸出引腳。SPCE3200的DAC模塊有兩路DAC通道（通道0和通道1），具有4級深度的FIFO Buffer（Buffer的大小可設(shè)置），可以編程設(shè)置DAC采樣率，其中斷機(jī)制和緩存區(qū)支持可使得語音播放更方便。其特性如下：

1）電壓型輸出；

2）16位精度；

3）共有兩路DAC通道（通道0和通道1）；

4）具有4級深度的FIFO Buffer，Buffer的大小可設(shè)置；

5）終端機(jī)制和緩沖區(qū)的支持使得利用DAC進(jìn)行語音播放更方便。

2 輸入鍵盤

本項(xiàng)目考慮到應(yīng)用的復(fù)雜程度和系統(tǒng)資源分配，充分利用SPCE3200的多媒體特性，采用含37個(gè)按鍵的鍵盤來實(shí)現(xiàn)藏文字符以及數(shù)字和特殊符號的輸入，界面直觀，操作方便。

鍵盤的布局見圖3所示，本實(shí)驗(yàn)將LCD液晶屏通過坐標(biāo)測試分為主窗口、字符選擇窗口和字符顯示窗口。在鍵盤以圖片形式在鍵盤主窗口顯示，通過掃描函數(shù)以1～30號鍵作為藏文基本基字的存儲(chǔ)鍵，然后利用軟件將常用藏文字符存儲(chǔ)到每個(gè)鍵下，從而實(shí)現(xiàn)藏文的觸鍵輸入。本設(shè)計(jì)以*號鍵作為藏文分隔符，以←鍵作為取消鍵，以←┘鍵作為確認(rèn)鍵，以↑鍵作為上翻鍵，以↓鍵作為下翻鍵，從而實(shí)現(xiàn)了上翻、下翻、確認(rèn)、刪除、輸入等功能。以34鍵作為#鍵用來存儲(chǔ)數(shù)字符號和特殊的藏文符號，簡單地實(shí)現(xiàn)數(shù)字特殊符號的輸入。

圖3 測試界面Fig.3 Testing interface

3 軟件部分設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目是在充分利用SPCE3200嵌入式系統(tǒng)多媒體特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合藏族同胞的實(shí)際情況特別是藏族語言表達(dá)障礙人員設(shè)計(jì)的一款集藏文輸入法與藏文語音播報(bào)為一體的系統(tǒng)，為藏語在嵌入式系統(tǒng)中的開發(fā)提供了思路，具有很強(qiáng)的使用價(jià)值和一定的推廣前景。

軟件設(shè)計(jì)[5-6]如圖4所示，程序運(yùn)行后先初始化各變量和顯示初始界面，然后進(jìn)入主循環(huán)，顯示選擇菜單，通過掃描觸鍵，并調(diào)用鍵值判斷函數(shù)獲得鍵值，當(dāng)取消鍵被選擇時(shí)，LCD界面顯示取消本次操作，返回鍵盤掃描函數(shù)等待下一次操作。當(dāng)確認(rèn)鍵按下時(shí)，開始輸入信息，通過觸鍵、判斷鍵值，然后選擇調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)實(shí)現(xiàn)其功能。

圖4 主程序流程圖Fig.4 Flow chart of main program

3.1 藏文輸入法的設(shè)計(jì)

自古以來，藏語言文字在藏族社會(huì)生活中占有很重要的地位。然而當(dāng)今高科技電子時(shí)代藏文信息化處理技術(shù)的研發(fā)也越來越深入，藏文輸入法對藏文信息化起著非常重要的作用，本系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的藏文輸入法[7]。藏文輸入法的具體軟件實(shí)現(xiàn)方法如下：

進(jìn)入藏文輸入函數(shù)后，首先將藏文信息數(shù)組和藏文存儲(chǔ)數(shù)組清空，通過掃描按鍵，判斷鍵值，通過測量按鍵下的藏文字符個(gè)數(shù)，獲取相應(yīng)按鍵下的藏文字符并復(fù)制到藏文存儲(chǔ)數(shù)組中，然后調(diào)用藏文字符選擇函數(shù)。當(dāng)進(jìn)入藏文字符選擇函數(shù)后，首先測量存儲(chǔ)數(shù)組的長度，依據(jù)測量調(diào)用數(shù)組顯示函數(shù)，將該按鍵下的字符每頁8個(gè)字在字符選擇窗口的依次顯示出來，通過上翻鍵和下翻鍵找到所需字符所在行時(shí)，按下確認(rèn)鍵進(jìn)行行鎖定，選擇光標(biāo)會(huì)默認(rèn)的指到該行的第一個(gè)藏文字符，然后通過上、下翻鍵對字符進(jìn)行選擇，當(dāng)按下確認(rèn)鍵時(shí)，即選中了光標(biāo)所指的字符，按下確認(rèn)鍵顯示選中字符，計(jì)數(shù)器加1，藏文信息數(shù)組元素個(gè)數(shù)加1，同時(shí)光標(biāo)后移一個(gè)字符，一個(gè)藏文字符的輸入完成，程序返回輸入循環(huán)開始，然后等待下一次按鍵按下，若確認(rèn)鍵連續(xù)被按下兩次則結(jié)束輸入。在本系統(tǒng)中按下取消鍵就可直接結(jié)束本次輸入。

4 藏文字符顯示原理

在SPCE3200嵌入式系統(tǒng)中沒有涉及藏文字符的顯示，而且字模工具中也不能直接輸入藏文，基于此，本系統(tǒng)利用凌陽的DM Tool工具制作了非標(biāo)準(zhǔn)大小的字模數(shù)據(jù)。獨(dú)立的設(shè)計(jì)了藏文字符的顯示原理。在本系統(tǒng)中，以點(diǎn)陣掃描原理來實(shí)現(xiàn)藏文字符的顯示；先將組成藏文字符的所有基字在字模工具中轉(zhuǎn)換成非標(biāo)準(zhǔn)大小的合適的字模數(shù)據(jù)（見圖5）。然后轉(zhuǎn)換成代碼，通過相應(yīng)的函數(shù)實(shí)現(xiàn)藏文的顯示。字符在液晶顯示器上的顯示與字模工具中的顯示相同，都是通過點(diǎn)陣實(shí)現(xiàn)的每一個(gè)小方格代表一個(gè)點(diǎn)白色為1，綠色為0；每一個(gè)點(diǎn)看作一個(gè)位。據(jù)此可以繪出符的位信息，采用列掃描的方式，每8位為一個(gè)字節(jié)，這樣就得到了字模數(shù)據(jù)。

圖5 藏文字符點(diǎn)陣Fig.5 Tibetan code dot matrix

5 作品測試與展望

本系統(tǒng)在正常模式下工作性能穩(wěn)定，觸摸屏靈敏，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，藏文顯示和播音符合藏族同胞的習(xí)慣，最終各項(xiàng)功能都能滿足實(shí)際需要。通過觸摸屏鍵盤實(shí)現(xiàn) “西藏大學(xué)工學(xué)院實(shí)驗(yàn)室”的藏語輸入演示。

本項(xiàng)目結(jié)合西藏藏語言的特點(diǎn)和藏族同胞中殘障者的實(shí)際生活情況，成功地完成了藏語嵌入式語音播放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。對藏語的推廣、藏族同胞生活的改善起到了積極的作用。更為重要的是可以解決藏族同胞中有語言障礙者的交流問題，徹底地改變他們的生活。所以在西藏推廣本設(shè)計(jì)具有很大的使用價(jià)值和市場前景。

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