STM32F101xx 和 STM32F103xx 微控制器上使用 Speex 音频编解码器进行语音合成器演示

前言

/ j% k& B/ s$ r3 e" l' e0 H本应用笔记说明了如何在STM32F101xx 和 STM32F103xx微控制器上利用编码解码器Speex软件实现语音合成器应用。
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Speex 是一款免费的音频编解码器，用于语音编码和解码。它能够对语音进行高度压缩同时保持良好音质。这让它成为那些使用留言回放或录音功能的应用的高性能解决方案，例如电话应答机、建筑和家庭安全系统、对讲机、智能家电、录音机或无绳电话等。
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& A; V3 b1 {1 P) |1 Speex 编解码器概述
5 a$ K; w3 J3 N' Y- {( N6 C+ w
/ L' O1 f: `- E' I6 ]1 U% ZSpeex 编解码器是一款开源的、取得专利并免版税的软件，用于语音压缩和解压缩。
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% ]4 K5 X6 }3 ^' DSpeex 基于 CELP（码激励线性预测），针对 2 至 44 kbps 比特率范围内的语音压缩而设计。
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9 W1 {& M& B  P; }3 BSpeex 具有以下特点：
– 以相同的比特流进行窄带 （8 kHz）、宽带 （16 kHz）和超宽带 （32 kHz) 压缩
( R& R! Y% n' |2 @7 |7 k2 e- G– 强度立体声编码
6 m7 c" Z2 V5 b* u1 @– 数据包丢失隐藏
1 e# q# R5 V& E, C" L5 o( k1 X- G( D– 可变比特率操作 （VBR）
– 语音活动检测 （VAD）
– 非连续传输 （DTX）
– 定点端口
– 回音消除器
4 u2 {% g0 P* v8 W/ c, v" _& V  W: X– 噪声抑制
. V" B/ s, c4 S
Speex 具有很多其他编解码器所不具备的特点，例如可以进行强度立体声编码、在同一比特流中集成多种采样率以及具有 VBR 模式。

关于 Speex 编解码器的更多信息，请参考 Speex 网站：www.speex.org。

注： 本应用笔记适用于 Speex 编解码器的 1.2rc1 版本。

2 语音合成器应用

! M% B8 t9 }7 p; e( P4 e2.1 语音合成器概述

语音合成器是一种语音处理应用，提供语音处理功能，如编码、解码、过滤和放大。

典型的语音合成器应用包括一个语音处理模块和音频输入 / 输出接口。

本应用笔记中， Speex 编解码器固件充当了语音处理模块，音频输入 / 输出接口则利用STM32F101xx 和 STM32F103xx 的内嵌资源 （ADC 作为输入， PWM 作为输出）集成。
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STM32F101xx 和 STM32F103xx 微控制器系列产品具有 12 位分辨率的多通道 ADC 和 1 µs的转换时间，以及 16 位定时器并能产生 PWM。这些特点使其能够实现低成本且高性能的音频应用。

2.2 硬件说明

硬件由两个音频级组成：一个输入和一个输出，分别进行采集和播放语音 （请参看图 1）。
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本应用笔记中，语音采集由微控制器的内部 ADC 实现，该 ADC 必须通过一个前置放大器连接到麦克风上。

语音合成由微控制器的内部定时器实现，该定时器为 PWM 模式。PWM 输出信号进行低通滤波，消除了高频分量，然后经过放大并发送到扬声器。

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