CN204031431U - 一种动态效果图存储与回放系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种动态效果图存储与回放系统，包括壳体和设置在壳体上的按键、显示屏、支架，其特征在于：壳体一侧设置有用于插入存储器的插槽，所述壳体内设置有控制电路板，控制电路板包括FPGA语音处理模块和与其相连接的立体声控制芯片，立体声控制芯片的输入端分别连接第一低通滤波器、第二低通滤波器，第一低通滤波器、第二低通滤波器输入端均分别连接前级放大模块，两个前级放大模块输入端分别连接耳机声道和语音信号；立体声控制芯片的输出端还与第三低通滤波器相连，第三低通滤波器通过音量控制电路与功率放大电路相连，功率放大电路连接扬声器；FPGA语音处理模块与所述存储器、显示屏、按键电连接，FPGA语音处理模块还与音量控制电路电连接。本实用新型的系统以FPGA为控制核心，实现了语音和效果图的存储回放系统，增强了效果图的亲和力和感染力；该系统功能多样，操作简单，可依据观赏者喜好自由操作按键。

Description

一种动态效果图存储与回放系统

技术领域

本实用新型涉及动画制作与显示控制技术领域，尤其是涉及一种动态效果图存储与回放系统。 

背景技术

人类天生有丰富的思想、感情，对自己的朋友、亲人、师长或者过往值得回忆的景物，时常思念于心，因此对人、物、事的照片就成为最佳的精神上的慰藉，也使得动态效果图成为普遍生活用品。随着科技发展，目前的效果图存储于录放的电子产品已经渐渐不能满足人们日益增长的对电子产品新功能的要求，如：高压缩比、高解析屏幕、影音相关应用、产品性能等，使得动态效果图电子产品无法有效推广而停顿，极其可惜。因此，如何改善动态效果图电子产品的性能，丰富其功能，优化其效果，成为本领域技术人员的努力方向。 

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种动态效果图存储与回放系统，系统以单片机和FPGA为控制核心，实现了语音和效果图的存储回放系统。该系统设计方案能够采集模拟语音信号以及耳机立体声信号，以ADPCM（自适应差分编码）的方式提高了存储器的利用率，语音存储时间可达2 min；基于短时傅里叶变换原理，实现了语音信号的频谱分析与实时显示。同时，利用立体声音频功放播放语音，每声道音量可调并具有静噪功能。此外，该方案还采用预加重、去加重、抗混叠滤波等措施，有效地提高了信噪比。 

    本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种动态效果图存储与回放系统，包括壳体和设置在壳体上的按键、显示屏、支架，其特征在于：所述壳体一侧设置有用于插入存储器的插槽，所述壳体内设置有控制电路板，所述控制电路板包括FPGA语音处理模块和与其相连接的立体声控制芯片，所述立体声控制芯片的输入端分别连接第一低通滤波器、第二低通滤波器，所述第一低通滤波器、第二低通滤波器输入端均分别连接前级放大模块，所述两个前级放大模块输入端分别连接耳机声道和语音信号；所述立体声控制芯片的输出端还与第三低通滤波器相连，所述第三低通滤波器通过音量控制电路与功率放大电路相连，所述功率放大电路连接扬声器；所述FPGA语音处理模块与所述存储器、显示屏、按键电连接，所述FPGA语音处理模块还与音量控制电路电连接。 

    上述的一种动态效果图存储与回放系统，其特征在于：所述立体声控制芯片为芯片PCM3010。 

    上述的一种动态效果图存储与回放系统，其特征在于：所述音量控制电路选用高性能立体声音频音量控制芯片PGA2310实现。 

    上述的一种动态效果图存储与回放系统，其特征在于：所述按键包括电源键、语音键、目录键、确定键和操作键。 

上述的一种动态效果图存储与回放系统，其特征在于：所述存储器可为flash卡、SD卡、CF卡、MS卡、XD卡和MMC卡中任意一种。 

上述的一种动态效果图存储与回放系统，其特征在于：所述第二低通滤波器为3.4Khz低通滤波器，所述第一低通滤波器、第三低通滤波器为20Khz低通滤波器。 

与现有技术相比，本实用新型有一下优点： 

1、本实用新型的系统以FPGA为控制核心，实现了语音和效果图的存储回放系统，增强了效果图的亲和力和感染力；该系统功能多样，操作简单，可依据观赏者喜好自由操作按键。

2、该系统设计方案能够采集模拟语音信号以及耳机立体声信号，以ADPCM（自适应差分编码）的方式提高了存储器的利用率，语音存储时间可达2 min；基于短时傅里叶变换原理，实现了语音信号的频谱分析与实时显示。 

3、同时，利用立体声音频功放播放语音，每声道音量可调并具有静噪功能。此外，该方案还采用预加重、去加重、抗混叠滤波等措施，有效地提高了信噪比。 

附图说明

图1本实用新型的整体结构框图； 

图2本实用新型的外部结构示意图；

图3本实用新型的ADPCM编码原理图；

图4本实用新型的ADPCM解码原理图；

图5本实用新型的语音信号放大电路图；

图6本实用新型的耳机声道信号放大电路图；

图7本实用新型的A/D采样和D/A输出电路图；

图8本实用新型的音量控制及功放电路图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的具体实施方式： 

如图1和图2所示，一种动态效果图存储与回放系统，包括壳体和设置在壳体上的按键14、显示屏13、支架16，其特征在于：所述壳体一侧设置有用于插入存储器12的插槽15，所述壳体内设置有控制电路板，所述控制电路板包括FPGA语音处理模块1和与其相连接的立体声控制芯片2，所述立体声控制芯片2的输入端分别连接第一低通滤波器6、第二低通滤波器7，所述第一低通滤波器6、第二低通滤波器7输入端均分别连接前级放大模块5，所述两个前级放大模块5输入端分别连接耳机声道3和语音信号4；所述立体声控制芯片2的输出端还与第三低通滤波器8相连，所述第三低通滤波器8通过音量控制电路9与功率放大电路10相连，所述功率放大电路10连接扬声器11；所述FPGA语音处理模块1与所述存储器12、显示屏13、按键14电连接，所述FPGA语音处理模块1还与音量控制电路9电连接。

具体地，上述的系统主要包括采集、处理与语音回放模块叁个部分。对于采集模块，一般由麦克风或者耳机输入的语音通过前置放大和低通滤波等预处理之后，完成A/D 转化。对于语音处理模块来说，进行ADPCM 的编码以及FFT运算，可将数字化的语音存储于外部介质。对于回放模块来说，可提取存储的语音内容，并且通过解码、D/A转换，最后驱动扬声器来完成回放功能。其中的立体声ADC和立体声DAC组成部分都集成在芯片PCM3010 内部。通过立体声音量控制芯片PGA3010实现立体声音量的调节，最后由功率放大器驱动扬声器完成语音播放功能。同时，通过在FPGA内部对采样数据进行短时傅里叶变换，可在示波器上实时显示语音信号的频谱。 

ADPCM 的塬理是对相邻两采样值的差值进行编码，利用自适应的思想改变量化阶的大小。ADPCM 编码法结合了DCM 与ADM，其实是差分算法塬理的自适应方向改进。对于输入的信号Si 与自适应输出值Sp 存在差值，根据自适应量化步长d 对此差值进行量化，输出ADPCM 四位量化码I.对于量化码I 又重新计算量化步长d 。其原理图如图3所示。 

另外一方面对于量化码I，又要送入反量化器，根据计算的步长d 进行差别断定，生成新的解码值，进行下一轮的语音编码。其原理图如图4所示。 

通过ADPCM的编码，可以达到1/6的压缩比率。也就是说，对于24 b的采样数据，4 b的存储率即可达成要求，可以大大延长存储的时间。当采样速率为46 kHz时，数据传输速率为184 Kb/s，由于外部存储器BQ4015大小为512×8 Kb，故能够存储的最长时间为22 s.当采样速率为8 kHz时，能够存储的最长时间为128 s。 

一般认为，通话的语音频率一般不超过3.4 kHz，所以低通滤波器选取3.4 kHz作为其截至频率，同时保证A/D采样频率高于8 kHz，根据奈奎斯特定律，即可满足语音量化不损失。对于耳机声道声音，其频率范围为20 Hz~20 kHz，所以对于上述的滤波器以及A/D 采样频率也能满足其要求。根据如下信噪比（单位：dB）公式： 

若假定语音信号服从拉普拉斯分布，则xmax = 4σx 。

所以可以计算出： 

表明量化器中每个比特字长对信噪比的贡献大约为6 dB.选用24 b A/D 转换器PCM3010，理论上可以达到137 dB的信噪比。

为了提升语音质量，一般都会对采集的语音进行预加重处理。使得信号的高频部分进行提升，同时信号更平坦。处理的时候一般在高频段按照-6 dB/倍频程跌落，在FPGA内部实现具有6 dB/倍频程提升高频特性的预加重数字滤波器。选取一阶高通滤波器，其特性函数为： 

式中u 值取为0.94~0.97.当然，在信号处理之后，还需要通过去加重来还塬塬本的语音信号。

一般来说，语音的输入能量不大，为了完成A/D 操作，就需要对输入的信号进行放大。对于简单的电路放大设计，选用最基本的AD620、INA129.对于调制电阻RG ，通过增益计算公式G = 49.4 kΩ/RG + 1 可以计算得到， RG 使用50 kΩ可调电位器来达到2.5 倍的增益放大，电路设计图如图5，图6所示。 

PCM3010 为24 b 立体声音频编码器，其内部包含Σ-Δ 型ADC和DAC.其中立体声ADC输入信号峰峰值为3 V，内置抗混叠滤波器和高通滤波器，采样速率为16~96 kHz可调，立体声DAC输出信号峰峰值为3 V，内置去加重滤波器，转换速率为16~192 kHz可调。DAC输出信号接后置低通滤波器，可实现较好的波形输出。 

该芯片将ADC、DAC集成一体，极大地简化了硬件电路规模，并且价格便宜，具有极高的性价比。这里在某些数据线与控制线上串接了一个小电阻，以降低信号上下边沿的跳变速率。其电路图如图7所示。 

音量调节选用高性能立体声音频音量控制芯片PGA2310实现。通过数字方法控制模拟音量，每声道音量单独可调，并具有静噪功能。它具有极宽的增益衰减范围，-95.5~31.5 dB 以0.5 dB 步进可调，失真度仅为0.000 4%.其输出两路信号送入高效D 类音频功率放大器TPA2000D4，+5 V 供电驱动4 Ω负载时功率可达2 W.其静态功耗低，外接电路简单，无需外接LC输出滤波器，即可直接驱动扬声器。电路图如图8所示。 

本实施例中，所述按键14包括电源键、语音键、目录键、确定键和操作键。 

本实施例中，所述存储器12可为flash卡、SD卡、CF卡、MS卡、XD卡和MMC卡中任意一种。 

本系统当进行语音录制时，先将存储器12插入插槽15中，通过显示器13浏览图片，并操作语音键，将预备录制的语音备份，从而启动系统录音装置，并将录音信号经过放大滤波后转化为电子讯号存储在存储器12中。当要进行语音和效果图播放时，存储于存储器12中的电子讯号经过FPGA语音处理模块等一系列上述电路处理后在扬声器11伴随存储的效果图一同播放，增强了效果图的亲和力和感染力，活化了效果图的生命力。 

本实用新型不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种动态效果图存储与回放系统，包括壳体和设置在壳体上的按键（14）、显示屏（13）、支架（16），其特征在于：所述壳体一侧设置有用于插入存储器（12）的插槽（15），所述壳体内设置有控制电路板，所述控制电路板包括FPGA语音处理模块（1）和与其相连接的立体声控制芯片（2），所述立体声控制芯片（2）的输入端分别连接第一低通滤波器（6）、第二低通滤波器（7），所述第一低通滤波器（6）、第二低通滤波器（7）输入端均分别连接前级放大模块（5），所述两个前级放大模块（5）输入端分别连接耳机声道（3）和语音信号（4）；所述立体声控制芯片（2）的输出端还与第三低通滤波器（8）相连，所述第三低通滤波器（8）通过音量控制电路（9）与功率放大电路（10）相连，所述功率放大电路（10）连接扬声器（11）；所述FPGA语音处理模块（1）与所述存储器（12）、显示屏（13）、按键（14）电连接，所述FPGA语音处理模块（1）还与音量控制电路（9）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种动态效果图存储与回放系统，其特征在于：所述立体声控制芯片（2）为芯片PCM3010。

3.根据权利要求1所述的一种动态效果图存储与回放系统，其特征在于：所述音量控制电路（9）选用高性能立体声音频音量控制芯片PGA2310实现。

4.根据权利要求1所述的一种动态效果图存储与回放系统，其特征在于：所述按键（14）包括电源键、语音键、目录键、确定键和操作键。

5.根据权利要求1所述的一种动态效果图存储与回放系统，其特征在于：所述存储器（12）可为flash卡、SD卡、CF卡、MS卡、XD卡和MMC卡中任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种动态效果图存储与回放系统，其特征在于：所述第二低通滤波器（7）为3.4Khz低通滤波器，所述第一低通滤波器（6）、第三低通滤波器（8）为20Khz低通滤波器。