摘　 要: 汉语语音播放是许多嵌入式系统的重要功能 , 语音库的制作又是实现这一功能的重要
基础。阐述了制作 SPCE061A压缩格式 G B2312 汉字语音库的方法。此方法分生成语音库文件及
汉字读音序号索引表、裁剪语音库文件、压缩语音库文件等几个步骤。Abstract : Chinese speech broadcasting is an important function in embedded systems , and one of its important
foundations is producing speech library. This article introduces a method of producing G B2312 Chinese
characters’ speech library of SPCE061A compressed format . The major steps of the method are as follows :
generating G B2312 speech library and index table , tailoring speech library files , and compressing speech
library files.基金项目: 厦门大学985二期信息创新平台项目资

林洪艺

林聪仁

黄丽敏

汉语语音播放是许多嵌入式系统的重要功能,语音库的制作又是实现这一功能的重要基础。阐述了制作SPCE061A压缩格式GB2312汉字语音库的方法。此方法分生成语音库文件及汉字读音序号索引表、裁剪语音库文件、压缩语音库文件等几个步骤。Chinese speech broadcasting is an important function in embedded systems,and one of its important foundations is producing speech library.This article introduces a method of producing GB2312 Chinese characters'speech library of SPCE061A compressed format.The major steps of the method are as follows: generating GB2312 speech library and index table,tailoring speech library files,and compressing speech library files.厦门大学985二期信息创新平台项目资

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中图分类号:TP319 文献标识码: A 文章编号: 1009- 2552( 2008) 03- 0010- 03应用于 SPCE061A的 GB2312汉字语音库的制作林洪艺, 黄丽敏, 林聪仁(厦门大学信息科学与技术学院, 厦门 361005)摘 要: 汉语语音播放是许多嵌入式系统的重要功能, 语音库的制作又是实现这一功能的重要基础。阐述了制作 SPCE061A压缩格式 GB2312汉字语音库的方法。此方法分生成语音库文件及汉字读音序号索引表、裁剪语音库文件、压缩语音库文件等几个步骤。关键词: 汉字语音库; 语音播放; 嵌入式; SPCE061AProducing GB2312 Chinese speech library for SPCE061ALIN Hong yi, HUANG Li min, LIN Cong ren( School of Information Science and Technology, Xiamen University, Xiamen 361005, China)Abstract: Chinese speech broadcasting is an important function in embedded systems, and one of its importantfoundat ions is producing speech library. This article introduces a method of producing GB2312 Chinesecharacters speech library of SPCE061A compressed format. The major steps of the method are as follows:generating GB2312 speech library and index table, tailoring speech library files, and compressing speechlibrary files.Key words: Chinese characters speech library; speech broadcasting; embedded; SPCE061A0 引言近年来,随着嵌入式系统技术的不断发展,汉语语音播放应用越来越广泛。汉语语音播放主要有录音芯片法、语音合成芯片法及汉字语音库法等方法。语音库法将不同读音的单字读音文件存储在系统空余的Flash空间或外扩 Flash芯片上, 降低了系统成本。在 PC机上用微软的 Visual C++ 6. 0 及 SpeechSDK开发环境可以得到每个汉字语音的WAV文件。本文阐述了 GB2312汉字标准语音库的生成、汉字语音序号索引表的生成, 汉字语音库的裁剪及压缩。该汉字语音库由 1220个不同读音文件组成,可实现不同汉字内容的组合播放。将此汉字语音库应用于SPCE061A硬件平台,可开发出多种通用汉语语音播放系统。SPCE061A 是凌阳公司的 16 位单片机, 具有DSP指令、可编程音频处理功能,配合凌阳压缩算法及音频播放函数,在进行其它操作的同时可很好地完成语音播放功能。限于文章篇幅, 本文仅介绍语音库的制作。1 汉字语音库及索引表生成GB2312一、二级汉字有 6763个,但只有 1306个读音, 对少数在特定词组中有特殊发音的单字,Speech SDK只支持整个词组的发音, 所以实际提取1220个不同读音文件,可以满足应用需要。汉字语音库若由 6763 个汉字读音文件组成, 容量较大, 但汉字与读音一一对应,易于查找; 若由 1220个不同单字读音文件组成,容量较小,需建立一个汉字与语音对应的汉字读音序号索引表。为节省存储芯片成本, 本文采用第二种方法。本文以微软的Visual C++ 6. 0及Speech SDK5. 1为开发环境, 按GB2312汉字的内码顺序, 生成汉字的读音文件, 并对读音文件的内容进行比较,提取不同单字读音文件,与此同时生成 6763个汉字与 1220读音文件对应的汉字读音序号索引表。微软的 Speech SDK 5. 1 是基于 COM 组件的收稿日期: 2007- 09- 14基金项目: 厦门大学 985二期信息创新平台项目资助作者简介: 林洪艺( 1982- ) , 男, 硕士研究生,研究方向为水声通信技术。 10 Windows软件开发包, 供桌面语音程序开发者进行二次开发。本文通过调用 Speech SDK 中 SAPI(语音应用程序接口)的两个 COM 接口: ISpVoice 和 ISpStream,间接调用 Speech SDK的 TTS发音引擎, 提取汉字的读音。ISpVoice和 ISpStream两个接口函数的详细说明请参阅 Speech SDK 5. 1的帮助文档 sapi.chm。1. 1 主程序流程图生成汉字语音库的主程序流程如图 1所示,首先初始化对话框的属性, 然后准备调用 SAPI。由于SAPI是以 COM 为基础,所以调用前须初始化 COM,代码如下:if( FAILED( CoInit ialize( NULL) ) ) return FALSE;同样,在程序结束前,亦须释放COM,代码如下:CoUninitialize( ) ;程序的两个主要按钮为 IDC GenChars及 IDCStandardize。初始化 COM 后, 程序等待按钮单击事件。若单击按钮为 IDC GenChars,则进入语音库素材提取模块,根据汉字内码顺序, 生成 GB2312 汉字1220个读音文件及汉字读音序号索引表; 若单击按钮为 IDC Standardize, 则进入语音库裁剪模块, 将1220个不同单字读音文件统一裁剪为 6. 5kB; 若单击按钮为 IDCANCEL,则释放主程序所用资源, 退出程序。图 1 主程序流程图1. 2 IDC GenChars按钮处理函数IDC GenChars 按钮处理函数完成汉字语音库及汉字读音序号索引表生成功能。将 6763 个汉字的读音文件存到! TTS∀文件夹; 比较文件内容, 选出不同的读音文件, 复制到! TTSD∀文件夹;将 6763个汉字在TTSD下读音文件列表中的序号写入汉字读音序号索引表 table. asm 文件。索引表中每行的格式为! . dw xxxx∀,图 2列出部分内容。IDC GenChars 按钮单击处理函数流程如图 3所示。首先初始化函数中的变量, 然后进入提取汉字语音的循环。以 index 为循环计数,次数为 6768,按汉字内码顺序, 每次生成一个汉字的读音文件,同时将汉字读音序号写入索引表。汉字内码的高、低字节与区位码对应, 关系为: 内码高字节= 区码+A0H,内码低字节= 位码+ A0H, 且每区有 94 个汉字。因此,每次循环开始时, 若 index 为 94的整数倍, 即待处理汉字为新一区的首字,则将汉字内码高字节加 1,低字节恢复为 0xA1。内码计算后,创建发音辅助对象, 调用 Speech SDK 的发音引擎, 生成当前汉字的读音文件(这里用 a. wav 表示) , 并存至TTS文件夹。然后将 a. wav 与 TTSD 文件夹内的读音文件一一进行对比,若找到相同文件,则将序号写入 table. asm; 若未找到相同文件, 则说明 a. wav 为新读音, 将其复制到 TTSD文件夹, 将序号写入 table.asm。最后,汉字内码低字节加 1, 释放发音辅助对象, 若 index 未达到 6768, 则继续下一次循环; 否则,结束提取汉字语音的循环。读音相同的汉字在Speech SDK发音引擎生成的读音文件大小相同, 即文件大小不同则读音必不同,所以读音文件比较时,先比较大小, 若大小相同再比较内容, 这样可以节省程序运行时间。图 2 汉字读音序号索引表2 汉字语音库的裁剪用本文方法生成 1220个语音库读音文件,音频格式为 PCM 8kHz 16Bit Mono。用音频编辑软件 CoolEdit对读音文件波形进行分析时, 发现文件长度都在 1. 3秒左右, 而实际发音部分约 0. 35 秒, 余下部分为静音。为减小语音库的大小, 将每个汉字的读音文件统一裁减为 6. 5kB, 实验表明, 这个长度可以 11 图 3 IDC GenChars按钮处理函数流程图基本保留完整发音波形。在程序中用 IDC Standardize 按钮的单击处理函数来实现这个裁剪功能。由于裁剪改变了WAV文件大小, 故须对WAV 文件中文件大小信息进行修改。WAV读音文件由文件头和数据体两部分组成,前 38字节为文件头, 其中第 5至 8 字节内容为文件长度减 8, 数据体前 8字节为数据头, 其中第 5至8字节为实际语音数据长度。对 6. 5kB 的WAV文件, 这两个大小信息分别为 6656 - 8= 6648 和6656- 38- 8= 6610, 按 Intel小端模式存储为 F8, 19,00, 00和 D2, 19, 00, 00。相同长度的WAV文件,前 46字节内容相同, 程序中先将前 46字节内容存至字节数组 buffer1, 然后进入while循环, 每次打开TTSD文件夹下一个读音文件,将该文件第 47至 6656字节的语音数据存至字节数组 buffer2,用 buffer1、buffer2内容创建一个新的WAV读音文件。裁剪处理后的语音库总大小从24. 1MB缩小为 7. 74MB,为原来的 32. 1%。3 应用于 SPCE061A汉字语音库的压缩剪裁后的 7. 74M 语音文件对嵌入式应用来说还略显过大, 用凌阳提供的音频压缩算法, 可对语音文件进一步压缩, 节省存储空间和成本。凌阳音频压缩软件 Compress Tool的压缩比范围为 8#1 到80#1. 5。采用压缩比为80#3的 SACM S480算法对WAV文件进行压缩,每个文件由WAV格式的6. 5kB压缩为大小 306字节。48k 凌阳音频文件, 缩减为原来的 4. 6%。1220个凌阳压缩音频格式的语音文件总大小为 364. 6kB,用 ResWriter工具将其烧写进 Flash芯片后, 会自动生成一个语音资源索引表, 大小为14. 3kB,每个文件在表中占12字节:起始地址 4字节、文件长度 4字节、结束地址 4字节。语音库文件与语音资源索引表总大小为 378. 9kB, 若用 512kB 的凌阳SPR4096 Flash芯片存储,则烧写后仍有 133. 1kB的剩余空间。汉字读音序号索引表编译后大小为13. 21kB,可存至同一芯片,节省系统的资源与成本。实验表明,用此压缩的语音库文件播放,语音基本清晰自然,能适用于大部分嵌入式语音播放系统。若对音质要求较高, 可采用较低压缩比的算法,当然要用更大容量的 FLASH。4 结束语本文所开发的软件在 PC上制作了凌阳压缩音频格式的汉字语音库。实验表明, 用此语音库播放的语音具有较好的清晰度与可懂度,可以构建基于SPCE061A的廉价实用的汉语语音播放系统。当然系统应用中有一些问题待解决, 如汉语中的多音字在不同词组中的辨别处理, 多个汉字读音在拼接中的平滑过渡等。参 考 文 献:[ 1] M icrosoft Corporat ion. Text To Speech Tutorial [ Z] . Speech SDK5. 1sapi. chm.[2] Microsoft Corporat ion. Simple TTS Applicat ion [EB/ OL] .MSDN http:www. msdn.microsoft . com.[ 3] 李晶皎.嵌入式语音技术及凌阳 16位单片机应用[ M] . 北京:北京航空航天大学出版社, 2003.[ 4] 肖玮.使用 SAPI 实现语音识别与合成[ J] .现代计算机, 2005(2)(总第 205期) : 91- 94.[ 5] 袁嵩.一个TTS系统的实现方案[ J ] .计算机工程与应用, 2004( 21) : 121- 122.责任编辑:么丽苹 12 

Producing GB2312 Chinese speech library for SPCE061A

　　中图分类号 :TP319 　　文献标识码 :A 　　文章编号 :1009 - 2552 (2008) 03 - 0010 - 03应用于 SPCE061A 的 GB2312 汉字语音库的制作林洪艺 , 黄丽敏 , 林聪仁(厦门大学信息科学与技术学院 , 厦门 361005)摘　要 : 汉语语音播放是许多嵌入式系统的重要功能 , 语音库的制作又是实现这一功能的重要基础。阐述了制作 SPCE061A 压缩格式 GB2312 汉字语音库的方法。此方法分生成语音库文件及汉字读音序号索引表、裁剪语音库文件、压缩语音库文件等几个步骤。关键词 : 汉字语音库 ; 语音播放 ; 嵌入式 ; SPCE061AProducing GB2312 Chinese speech library for SPCE061ALIN Hong2yi , HUANGLi2min , LIN Cong2ren(School of Information Science and Technology , Xiamen University , Xiamen 361005 , China)Abstract : Chinese speech broadcasting is an important function in embedded systems , and one of its importantfoundations is producing speech library. This article introduces a method of producing GB2312 Chinesecharacters’speech library of SPCE061A compressed format . The major steps of the method are as follows :generating GB2312 speech library and index table , tailoring speech library files , and compressing speechlibrary files.Key words : Chinese characters’speech library ; speech broadcasting ; embedded ; SPCE061A0 　引言近年来 ,随着嵌入式系统技术的不断发展 ,汉语语音播放应用越来越广泛。汉语语音播放主要有录音芯片法、语音合成芯片法及汉字语音库法等方法。语音库法将不同读音的单字读音文件存储在系统空余的 Flash 空间或外扩 Flash 芯片上 ,降低了系统成本。在 PC 机上用微软的 Visual C ++ 6. 0 及 SpeechSDK开发环境可以得到每个汉字语音的 WAV 文件。本文阐述了 GB2312 汉字标准语音库的生成、汉字语音序号索引表的生成 ,汉字语音库的裁剪及压缩。该汉字语音库由 1220 个不同读音文件组成 ,可实现不同汉字内容的组合播放。将此汉字语音库应用于SPCE061A 硬件平台 ,可开发出多种通用汉语语音播放系统。SPCE061A 是凌阳公司的 16 位单片机 ,具有DSP 指令、可编程音频处理功能 ,配合凌阳压缩算法及音频播放函数 ,在进行其它操作的同时可很好地完成语音播放功能。限于文章篇幅 ,本文仅介绍语音库的制作。1 　汉字语音库及索引表生成GB2312 一、二级汉字有 6763 个 ,但只有 1306 个读音 ,对少数在特定词组中有特殊发音的单字 ,Speech SDK只支持整个词组的发音 ,所以实际提取1220 个不同读音文件 ,可以满足应用需要。汉字语音库若由 6763 个汉字读音文件组成 ,容量较大 ,但汉字与读音一一对应 ,易于查找 ;若由 1220 个不同单字读音文件组成 ,容量较小 ,需建立一个汉字与语音对应的汉字读音序号索引表。为节省存储芯片成本 ,本文采用第二种方法。本文以微软的 Visual C ++ 6. 0 及 Speech SDK5. 1为开发环境 ,按 GB2312 汉字的内码顺序 ,生成汉字的读音文件 ,并对读音文件的内容进行比较 ,提取不同单字读音文件 ,与此同时生成 6763 个汉字与 1220读音文件对应的汉字读音序号索引表。微软的 Speech SDK 5. 1 是基于 COM 组件的收稿日期 : 2007 - 09 - 14基金项目 : 厦门大学 985 二期信息创新平台项目资助作者简介 : 林洪艺 (1982 - ) ,男 ,硕士研究生 ,研究方向为水声通信技术。—01—Windows 软件开发包 ,供桌面语音程序开发者进行二次开发。本文通过调用 Speech SDK中 SAPI(语音应用程序接口) 的两个 COM 接口 : ISpVoice 和 ISp2Stream ,间接调用 Speech SDK的 TTS 发音引擎 ,提取汉字的读音。ISpVoice 和 ISpStream 两个接口函数的详细说明请参阅 Speech SDK 5. 1 的帮助文档 sapi .chm。1. 1 　主程序流程图生成汉字语音库的主程序流程如图 1 所示 ,首先初始化对话框的属性 ,然后准备调用 SAPI。由于SAPI是以 COM 为基础 ,所以调用前须初始化 COM ,代码如下 :if (FAILED(CoInitialize (NULL) ) ) return FALSE ;同样 ,在程序结束前 ,亦须释放 COM ,代码如下 :CoUninitialize () ;程序的两个主要按钮为 IDC GenChars 及 IDCStandardize。初始化 COM 后 ,程序等待按钮单击事件。若单击按钮为 IDC GenChars ,则进入语音库素材提取模块 ,根据汉字内码顺序 ,生成 GB2312 汉字1220 个读音文件及汉字读音序号索引表 ;若单击按钮为 IDC Standardize ,则进入语音库裁剪模块 ,将1220 个不同单字读音文件统一裁剪为 6. 5kB ;若单击按钮为 IDCANCEL ,则释放主程序所用资源 ,退出程序。图 1 　主程序流程图1. 2 　IDC GenChars 按钮处理函数IDC GenChars 按钮处理函数完成汉字语音库及汉字读音序号索引表生成功能。将 6763 个汉字的读音文件存到“TTS”文件夹 ;比较文件内容 ,选出不同的读音文件 ,复制到“TTSD”文件夹 ;将 6763 个汉字在 TTSD 下读音文件列表中的序号写入汉字读音序号索引表 table. asm 文件。索引表中每行的格式为“. dw xxxx”,图 2 列出部分内容。IDC GenChars 按钮单击处理函数流程如图 3所示。首先初始化函数中的变量 ,然后进入提取汉字语音的循环。以 index 为循环计数 ,次数为 6768 ,按汉字内码顺序 ,每次生成一个汉字的读音文件 ,同时将汉字读音序号写入索引表。汉字内码的高、低字节与区位码对应 ,关系为 :内码高字节 = 区码 +A0H ,内码低字节 = 位码 + A0H ,且每区有 94 个汉字。因此 ,每次循环开始时 ,若 index 为 94 的整数倍 ,即待处理汉字为新一区的首字 ,则将汉字内码高字节加 1 ,低字节恢复为 0xA1。内码计算后 ,创建发音辅助对象 ,调用 Speech SDK的发音引擎 ,生成当前汉字的读音文件 (这里用 a. wav 表示) ,并存至TTS文件夹。然后将 a. wav 与 TTSD 文件夹内的读音文件一一进行对比 ,若找到相同文件 ,则将序号写入 table. asm ;若未找到相同文件 ,则说明 a. wav 为新读音 ,将其复制到 TTSD 文件夹 ,将序号写入 table.asm。最后 ,汉字内码低字节加 1 ,释放发音辅助对象 ,若 index 未达到 6768 ,则继续下一次循环 ;否则 ,结束提取汉字语音的循环。读音相同的汉字在Speech SDK发音引擎生成的读音文件大小相同 ,即文件大小不同则读音必不同 ,所以读音文件比较时 ,先比较大小 ,若大小相同再比较内容 ,这样可以节省程序运行时间。图 2 　汉字读音序号索引表2 　汉字语音库的裁剪用本文方法生成 1220 个语音库读音文件 ,音频格式为 PCM 8kHz 16Bit Mono。用音频编辑软件 CoolEdit 对读音文件波形进行分析时 ,发现文件长度都在 1. 3 秒左右 ,而实际发音部分约 0. 35 秒 ,余下部分为静音。为减小语音库的大小 ,将每个汉字的读音文件统一裁减为 6. 5kB ,实验表明 ,这个长度可以—11—图 3 　IDC GenChars 按钮处理函数流程图基本保留完整发音波形。在程序中用 IDC Standardize 按钮的单击处理函数来实现这个裁剪功能。由于裁剪改变了 WAV文件大小 ,故须对 WAV 文件中文件大小信息进行修改。WAV 读音文件由文件头和数据体两部分组成 ,前 38 字节为文件头 ,其中第 5 至 8 字节内容为文件长度减 8 ,数据体前 8 字节为数据头 ,其中第 5至 8 字节为实际语音数据长度。对 6. 5kB 的 WAV文件 ,这两个大小信息分别为 6656 - 8 = 6648 和6656 - 38 - 8 = 6610 ,按 Intel 小端模式存储为 F8 ,19 ,00 ,00 和 D2 ,19 ,00 ,00。相同长度的 WAV 文件 ,前 46 字节内容相同 ,程序中先将前 46 字节内容存至字节数组 buffer1 ,然后进入 while 循环 ,每次打开 TTSD 文件夹下一个读音文件 ,将该文件第 47 至 6656 字节的语音数据存至字节数组 buffer2 ,用 buffer1、buffer2 内容创建一个新的 WAV 读音文件。裁剪处理后的语音库总大小从24. 1MB 缩小为 7. 74MB ,为原来的 32. 1 %。3 　应用于 SPCE061A 汉字语音库的压缩剪裁后的 7. 74M 语音文件对嵌入式应用来说还略显过大 , 用凌阳提供的音频压缩算法 ,可对语音文件进一步压缩 ,节省存储空间和成本。凌阳音频压缩软件 Compress Tool 的压缩比范围为 8∶1 到80∶1. 5。采用压缩比为 80∶3 的 SACM S480 算法对WAV 文件进行压缩 ,每个文件由 WAV 格式的6. 5kB压缩为大小 306 字节。48k 凌阳音频文件 ,缩减为原来的 4. 6 %。1220 个凌阳压缩音频格式的语音文件总大小为 364. 6kB ,用 ResWriter 工具将其烧写进 Flash 芯片后 ,会自动生成一个语音资源索引表 ,大小为14. 3kB ,每个文件在表中占 12 字节 :起始地址 4 字节、文件长度 4 字节、结束地址 4 字节。语音库文件与语音资源索引表总大小为 378. 9kB ,若用 512kB 的凌阳 SPR4096 Flash 芯片存储 ,则烧写后仍有 133. 1kB的剩余空间。汉字读音序号索引表编译后大小为13. 21kB ,可存至同一芯片 ,节省系统的资源与成本。实验表明 ,用此压缩的语音库文件播放 ,语音基本清晰自然 ,能适用于大部分嵌入式语音播放系统。若对音质要求较高 ,可采用较低压缩比的算法 ,当然要用更大容量的 FLASH。4 　结束语本文所开发的软件在 PC 上制作了凌阳压缩音频格式的汉字语音库。实验表明 ,用此语音库播放的语音具有较好的清晰度与可懂度 ,可以构建基于SPCE061A 的廉价实用的汉语语音播放系统。当然系统应用中有一些问题待解决 ,如汉语中的多音字在不同词组中的辨别处理 ,多个汉字读音在拼接中的平滑过渡等。参 考 文 献 :[ 1 ] 　Microsoft Corporation. Text2To2Speech Tutorial [ Z] . Speech SDK5. 1sapi . chm.[2 ] 　Microsoft Corporation. Simple TTS Application [ EB/ OL ]. MSDN http :ΠΠwww. msdn. microsoft . com.[3 ] 　李晶皎. 嵌入式语音技术及凌阳 16 位单片机应用 [ M] . 北京 :北京航空航天大学出版社 ,2003.[4 ] 　肖玮. 使用 SAPI 实现语音识别与合成[J ] . 现代计算机 ,2005 (2)(总第 205 期) :91 - 94.[5 ] 　袁嵩. 一个 TTS系统的实现方案 [J ] . 计算机工程与应用 ,2004(21) :121 - 122.责任编辑 :么丽苹—21—

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