基于语音芯片的单曲声音更换方案

WT588F34B语音芯片单曲更换语音功能的实现与应用

开发背景：

产品需要更换语音内容一直能存在于生产端，而不能够实现产品在使用终端更换语音，从而实现产品的迭代升级。

实现原理：

既然是要能够实现单曲声音的更换，那就需要规划一个文件系统去记录声音的信息，单曲更换在实际的情况下存放着不是连续的音频文件，这样就需要一个音频信息的存放区域。

WT588F34B是一款内置了32Mbit Flash的大容量语音芯片，可以通过Flash烧写器去更换语音文件。在唯创知音芯片Flash的操作中，一个扇区是4K，意味着是我们整个单曲更换的最小单位是4K，但是当客户的音频文件都是很小的时候，远远达不到4K，这样大大浪费了我们Flash的空间，空间利用率大大降低，于是提出划分为两个部分，一个是支持单曲更换的音频区域，一个是不支持单曲更换的音频区域，由客户来选择单曲存放的音频数量，这样也就提升了一个空间利用率，可以存放更大、更多的音频文件。为了保障这个扇区的可靠性，唯创知音还增加了一个Word，对这个扇区进行一个校验。

那么要怎样去播放这些离散的音频文件呢？

其实做法也很简单，创建一个扇区，里面记录的便是每一个扇区时那一个音频文件的数据，在播放时，需要到这个扇区中寻找想要播放的地址，找到对应地址再进行一个寻址的计算，找到音频存放的扇区，开始进行播放，当这个扇区播放结束时，进行下一个扇区的地址寻找，这样就能够实现离散扇区的连续播放。

当播放的问题解决了之后，就是一个数据的更换了。

在上面提出了播放的原理后，数据更换的方式比较直白，只需要在记录单曲音频的扇区找到想要更换的地址的对应的扇区，对该扇区的擦除和写入，如果现有的音频数据长度超过原来的，那便在记录单曲音频的扇区寻找一个无音频数据的扇区进行写入、不足原来的数据长度则需要对剩下的数据空间清空，这样就是数据更换的原理。

但是在更换的过程中，遇到一个问题，Flash的写入只能有一变为零，这就导致了无法随意对记录单曲音频的扇区进行修改，必须先将这个扇区进行一个备份一份，4K的一个数据量，也不可能利用芯片的寄存器去存放这些数据，于是有了一个新的想法，在FLASH中创造一个扇区去作为原来数据的一个备份区，在数据更换的时候起到暂存的作用。

那么这个备份区的作用是不是仅仅如此呢？

答案是不止如此的！当数据更换时，如果遇到突发的情况，更换失败了，那样音频数据必然是不完整的，按照原来的播放方式是不能正常播放，于是有了一个大胆的想法，在备份区备份的是不完整的扇区，不对要更换的地址进行保存，然后在更换过程备份区备份好之后，对原先扇区进行一个“破坏”，这样存在的数据校验就不能通过，在原先扇区校验通过不了的情况下，启用备份区，进行一个播放，这样便保证了芯片能够正常工作。

当然客户执行更换的操作时，并没有这么麻烦，当然下面会讲到这个。

芯片的功能和特点：

1. 16位DSP语音芯片、32Mhz内部振荡；

2. 工作电压2.4~3.6V；

3. 16bit的PWM/DAC输出、可直接驱动8R 0.5W喇叭；

4. 支持6K~32Khz的WAV文件；

5. 客户可以通过MCU或配套下载器在线更换芯片内部语音内容；

6. 支持模拟SPI通讯；

7. 支持最大4通道16K采样率混音；

8. 支持最高16通道midi播放（8K采样率）；

9. 具有硬件SPI接口、UART接口、IIC、内置比较器等接口。可以为客户定制各类功能。

10. 芯片主控程序和内置存储数据均可擦除再烧写。

引脚功能图：

SPI通信协议：

SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。MISO引脚和MOSI引脚上的数据的MSB位必须与SPSCK的第一个边沿同步，在SPI传输过程中，在同步时钟信号周期开始时（上升沿）数据上线，然后在同步时钟信号的下降沿时，SPI的接收方捕捉位信号，在时钟信号的一个周期结束时（上升沿），下一位数据信号上线，再重复上述过程，先发高位，直到一个字节的8位信号传输结束。由此可以实现控制语音播放、停止、循环等。详细说明可见下面介绍。

SPI控制模式由芯片CS、SCK和SI进行控制操作，每发一个字节数据前，CS先拉低4ms至20ms，推荐使用5ms，然后再发送CLK，接收数据高位在先，在时钟的下降接收数据。时钟周期介于160us～2ms之间，推荐周期使用200us。发数据时先发高位，再发低位。数据中的指令根据指令表来发送

1）播放命令码：

2）更换指令码

3）Flash控制码

应用电路：

更换协议说明：

bin文件制作或T3Z文件制作

制作bin文件：登陆网页上位机网址后，加载要播放的语音文件或使用文字转换音频功能加载语音后制作bin文件。WT588网页制作客户登录网址：http://WT588f.waytronic.com:8083/user/register。bin文件制作步骤可参考《WT588F网页上位机操作说明2020-8-31》或视频解说，可联系业务员提供。

访问API接口，可加载本地语音或采用文字转语音功能生成语音文件，将语音文件转换为bin文件或T3Z文件（可用于单段语音修改），可用于单段语音或全部语音的远程更换。

接口网址：http://api.wt588f.waytronic.com:8083/doc.html?plus=1&cache=1，以下是API接口的使用流程：

应用场景

唯创知音的WT588F34B，能够支持大容量的语音存放，并且能过更换语音，适用于需要频繁更改语音播报的产品，能够实现在线更新语音包，增加产品活力。

1、公交车到站提醒系统

使用WT588F34芯片去进行到站语音的播报，不仅可以存放更多的一个公交站地点语音，而且在不同的场景下，比如节日祝福、防疫宣传等等，可以通过MCU去进行语音更换，进行一个适应的语音播报。不需要繁琐的将整个设备拆除更新语音。

2、打卡设备

现在市面上存在的高端打卡设备往往具有播报打卡人的名字，而中低端设备更多的是使用文字显示，而我们的WT588F34B正好可以在中低端设备上增加语音播报，增加产品亮点，竞争力。录入、修改打卡人，MCU同步对我们WT588F34B芯片的语音更换，达到正常的打卡人播放。

审核编辑：汤梓红