專利名稱：多語種隨身聽式電子書讀書機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電腦，具體涉及一種專用于朗讀電子書、隨身聽式掌上型電腦。
背景技術(shù)：
與本實用新型類似的產(chǎn)品包括單放機、復讀機、MP3播放機、電子書瀏覽機、電子詞典機。單放機、復讀機、MP3播放機所播放的聲音都需要人預(yù)先錄音。電子書瀏覽機只能供人看書。具有發(fā)音功能的電子詞典機只能朗讀句子、詞，且發(fā)音質(zhì)量較差?；趥€人計算機和工作站的讀書系統(tǒng)，體積大、攜帶不方便，成本高。
語音合成技術(shù)，或者更準確地說是文本到語音的變換技術(shù)，即TTS(Text to Speech)技術(shù)，研究的是如何將文本數(shù)據(jù)變換成語音。該技術(shù)自從計算機誕生起，就開始被人們研究和應(yīng)用。例如，美國微軟公司的最新的操作系統(tǒng)Window XP運行在個人計算機上，就支持將英文或中文的文本數(shù)據(jù)變換成語音。申請?zhí)枮?6103478.X的“電腦閱讀機”專利實際上就是一種基于個人計算機平臺的TTS計算機。常見的TTS技術(shù)包括基于規(guī)則的合成技術(shù)、模擬發(fā)音器官的合成技術(shù)和語音元素聯(lián)結(jié)式合成技術(shù)。其中，語音元素聯(lián)結(jié)式合成技術(shù)是目前最接近人的發(fā)音質(zhì)量的技術(shù)，但是由于它需要巨大的存儲容量，在本實用新型實施例中所采用的WTS701處理器商品化之前，聯(lián)結(jié)式合成技術(shù)一直只能在個人計算機和服務(wù)器上應(yīng)用。但是目前的個人計算機(包括筆記本計算機)，體積大，成本高，不適合掌上移動環(huán)境和更廣泛地應(yīng)用TTS技術(shù)。目前的通用掌上電腦均不支持聯(lián)結(jié)式語音合成。在一個掌上型設(shè)備中，支持多語種的語音合成，也是目前未解決的問題。同時，TTS技術(shù)離完美還有較大的距離，它將會在變換的正確性、多語速及語速人性化、多音調(diào)及音調(diào)人性化、多語種、可靠性、設(shè)備微型化等方向不斷地發(fā)展。
通用的掌上型電腦一般采用單處理器和含有獨立的隨機存儲器的體系結(jié)構(gòu)，如何降低成本、減少體積、降低功耗、還要滿足系統(tǒng)功能需要，來選擇商品化的處理器和設(shè)計讀書機這種專用型掌上型電腦的體系結(jié)構(gòu)，是當前所要解決技術(shù)問題的關(guān)鍵之一。
電子書數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)的存儲以及存儲體系構(gòu)造技術(shù)，它涉及到如何選擇不同的存儲介質(zhì)來存儲不同類型的數(shù)據(jù)，從而構(gòu)造合理的存儲體系，同時建立有效的存儲電子書數(shù)據(jù)的文件系統(tǒng)來高速地檢索訪問數(shù)據(jù)。而硬盤、軟盤、各種光盤、ROM芯片、EEPROM芯片、紙張和卡片是以前人們主要選取的電子書數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。例如，申請?zhí)枮?6103478.X采用的是軟盤和CD盤。專利號為9220011.4的“文字語音閱讀機”采用的是編碼卡片。對于播放軌跡的保存，有的是根本不保存，有的是保存在隨機存儲器內(nèi)(缺點是掉電就丟失)，有的是存儲在硬盤上，如Window XP的TTS軟件，不適合掌上型設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題就是要使讀書機成為多語種的讀書機和掌上型設(shè)備，因此，必須解決以下的一些問題一是使讀書機具有小的體積和功耗，從而便于采用電池供電和攜帶使用；二是支持多語種的語音合成；三是具有高的發(fā)音質(zhì)量；四是具有掉電不丟失數(shù)據(jù)、并且有較大的存儲容量的存儲機制；五是能符合大多數(shù)用戶需要的讀書播放控制功能；六是能方便快速地對電子書數(shù)據(jù)進行更換。
本實用新型采用的技術(shù)方案是多語種隨身聽式電子書讀書機采用以異構(gòu)多處理器與閃存存儲器為核心的體系結(jié)構(gòu)，即含有一個主處理器和一個或多個進行文本到語音轉(zhuǎn)換的語音處理器，以及專設(shè)一個用來存儲電子書文本數(shù)據(jù)、電子書文件索引系統(tǒng)的閃存存儲器，主處理器采用通信接口，與語音處理器聯(lián)結(jié)，每個語音處理器又與發(fā)音裝置聯(lián)結(jié)，本實用新型還含有與個人計算機通信的接口、訪問存儲器控制電路、鍵盤、電源電路，鍵盤聯(lián)結(jié)在主處理器上，主處理器和個人計算機通信接口的控制信號首先聯(lián)結(jié)到訪問存儲器控制電路，形成新的控制信號，再聯(lián)結(jié)到閃存存儲器，主處理器和個人計算機通信接口的數(shù)據(jù)與地址信號，也聯(lián)結(jié)到閃存存儲器。
上述技術(shù)方案中，主處理器采用通信接口，還可經(jīng)過信號電平轉(zhuǎn)換器再與語音處理器聯(lián)結(jié)。
上述技術(shù)方案中，主處理器和個人計算機通信接口的控制信號、數(shù)據(jù)與地址信號還可經(jīng)過信號電平轉(zhuǎn)換器后再聯(lián)結(jié)到閃存存儲器。
上述技術(shù)方案中，用來存儲播放軌跡的數(shù)據(jù)存儲器可內(nèi)設(shè)在主處理器內(nèi)，也可獨立于主處理器外。
上述技術(shù)方案中，主處理器采用微芯公司的PIC系列處理器，語音處理器采用WTS701處理器。
典型工作過程一個電子書文本數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成語音的工作過程如下首先，主處理器通過鍵盤接收到用戶發(fā)來的讀書命令；接著，主處理器在閃存存儲器找到和打開該文件，并且以一句話為一個單位，確定該句話的語種后，選擇活躍該對應(yīng)語種的語音處理器，再發(fā)“轉(zhuǎn)換”命令給該對應(yīng)語種的語音處理器；然后，主處理器從閃存存儲器，讀設(shè)定數(shù)量的文本數(shù)據(jù)到主處理器的數(shù)據(jù)存儲器，在做停頓和語音預(yù)處理后，將數(shù)據(jù)發(fā)往語音處理器；主處理器反復這個過程，一直將整個文件發(fā)送給語音處理器后，就發(fā)送一個“轉(zhuǎn)換完成”的命令。語音處理器在接收到“轉(zhuǎn)換”命令后，就開始工作，邊接收數(shù)據(jù)，邊分析每個字或單詞所對應(yīng)的語音元素，然后在自己的多級存儲器中找到該語音元素，輸出到喇叭和耳機；當它收到“轉(zhuǎn)換完成”的命令后，就停止工作，處于“休閑”狀態(tài)。
個人計算機訪問閃存存儲器的工作過程分成“直接訪問”和“中轉(zhuǎn)訪問”兩種模式。“直接訪問”模式是讓主處理器處于“休閑”狀態(tài)，個人計算機直接訪問閃存存儲器；“中轉(zhuǎn)訪問”模式是讓主處理器處于“中轉(zhuǎn)”狀態(tài)，個人計算機將數(shù)據(jù)和命令首先發(fā)給主處理器，主處理器然后訪問閃存存儲器，再將訪問結(jié)果回傳給主處理器。依照不同的接口類型，可以選擇其中一種模式，或者兩種都選。
本實用新型的有益效果是不需要人預(yù)先錄音讀物就可朗讀電子書；由于采取了以異構(gòu)多處理器與閃存存儲器為核心的體系結(jié)構(gòu)，使得讀書機可以支持單語種，也可支持多語種，并且讀書機體積小、功耗低，適合掌上型應(yīng)用；由于采取的是語音元素聯(lián)結(jié)式合成方法，發(fā)音自然、質(zhì)量高；由于應(yīng)用了閃存技術(shù)，存儲電子書的數(shù)據(jù)容量大；通過與個人計算機相聯(lián)，能方便快速地對電子書數(shù)據(jù)進行更換；可以數(shù)字調(diào)音量、調(diào)語速、調(diào)音調(diào)，讀書播放控制方便易用。


圖1為本實用新型電原理框圖。
圖2與圖3合起來為本實用新型實施電路圖。
具體實施方式
讀書機體系結(jié)構(gòu)參見圖1，為了使讀書機具有良好的性能，讀書機采用了以異構(gòu)多處理器與閃存(FLASH)存儲器為核心的體系結(jié)構(gòu)。讀書機含有一個主處理器和多個進行文本到語音轉(zhuǎn)換的語音處理器，語音處理器的數(shù)量按照每一個語種就設(shè)一個獨立語音處理器的方法進行設(shè)置。例如，如果讀書機要支持中文和英文，就設(shè)一個中文語音處理器和一個英文語音處理器。讀書機最少要設(shè)一個語音處理器。讀書機還含有與個人計算機通信的接口、訪問存儲器控制電路、鍵盤、電源電路和在3.3V信號與5V信號之間進行電平轉(zhuǎn)換的電平轉(zhuǎn)換器。
讀書機內(nèi)專設(shè)一個閃存存儲器，用來存儲電子書文本數(shù)據(jù)和電子書文件索引系統(tǒng)。主處理器內(nèi)設(shè)一個EEPROM類存儲器，用來存儲播放軌跡數(shù)據(jù)。這兩個存儲器都具在有掉電情況下不丟失數(shù)據(jù)的特點。主處理器和語音處理器均有程序存儲器和隨機數(shù)據(jù)存儲器。
圖1是本實用新型的電原理框圖。讀書機中，電源電路提供直流3.3V和直流5V供電，語音處理器和閃存存儲器采用直流3.3V供電，電平轉(zhuǎn)換器采用直流3.3V和直流5V供電，主處理器和訪問存儲器的控制電路采用直流5V供電。主處理器，經(jīng)過信號電平轉(zhuǎn)換器，采取某種工業(yè)標準的通信接口與語音處理器聯(lián)結(jié)。例如I2C接口、(SPI)串行外設(shè)接口等。在每一時刻，只有一個語音處理器處于工作狀態(tài)，由主處理器通過“語音處理器選擇控制信號”進行選擇，相應(yīng)此時就朗讀該語種的電子書。
發(fā)音裝置(喇叭和耳機)與每個語音處理器聯(lián)結(jié)。鍵盤聯(lián)結(jié)在主處理器上。訪問存儲器的信號分成控制信號、地址與數(shù)據(jù)信號兩類。主處理器和個人計算機通信接口的控制信號首先聯(lián)結(jié)到訪問存儲器控制電路，形成的新的控制信號，經(jīng)過信號電平轉(zhuǎn)換器，聯(lián)結(jié)到閃存存儲器。主處理器和個人計算機通信接口的地址與數(shù)據(jù)信號，直接經(jīng)過信號電平轉(zhuǎn)換器，聯(lián)結(jié)到閃存存儲器。
主處理器的功能主處理器擔任，訪問存儲了電子書數(shù)據(jù)的閃存存儲器、進行停頓等語音預(yù)處理、與語音處理器通信、響應(yīng)鍵盤、進行讀書播放運行控制等任務(wù)。
語音處理器與高的發(fā)音質(zhì)量語音處理器將主處理器送來的文本數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成為語音送到發(fā)音裝置。高的發(fā)音質(zhì)量主要依賴語音處理器采取好的語音合成方法。目前語音元素聯(lián)結(jié)式合成方法是工業(yè)界最好的方法。另外語音處理器必須功耗小和體積小。
存儲體系讀書機采用了大容量的閃存芯片，可以根據(jù)容量的需要，不斷升級。它與兩個處理器內(nèi)嵌的各種存儲器構(gòu)成讀書機存儲體系的基礎(chǔ)平臺。
下面描述讀書機中各部分的存儲任務(wù)分配●語音元素語音處理器的語音元素存儲器
●語音合成程序語音處理器程序存儲器●主控程序主處理器程序存儲器●電子書數(shù)據(jù)與文件系統(tǒng)閃存存儲器●靜態(tài)播放控制參數(shù)閃存存儲器●動態(tài)播放控制參數(shù)與播放軌跡主處理器數(shù)據(jù)存儲器存儲文本的編碼標準中文電子書文本基于UNICODE或者BIG5編碼；英文電子書數(shù)據(jù)基于ASCII編碼。其它語種的電子書文本基于UNICODE編碼。
讀書播放控制與控制鍵盤使用者通過鍵盤設(shè)置多種播放方式，控制語速、音量、音調(diào)。
與個人計算機的接口用來更換電子書數(shù)據(jù)、設(shè)置播放方式及各種控制參數(shù)，采取從個人計算機下載的方式進行。與個人計算機的接口可以采用并口、USB接口、以太網(wǎng)絡(luò)接口等。實施方案給出的是采用增強型并口(EPP)，具有成本低、傳輸速率高的特點。
參見圖2、圖3本實用新型的實施電路圖。它是一個支持中文、(和/或)英文的讀書機電路圖。
主處理器采用微芯公司的PIC系列處理器。PIC系列處理器具有成本低、封裝類型多和產(chǎn)品線豐富等特點，是作為讀書機的主處理器的理想選擇。
中文語音處理器采用華邦公司的WTS701M類處理器。英文語音處理器采用華邦公司的WTS701E類處理器。
WTS701處理器采取語音元素聯(lián)結(jié)式合成技術(shù)，且發(fā)音元素的音頻存儲采用未壓縮的模擬波形，無壓縮損耗，具有高的和自然的發(fā)音質(zhì)量。WTS701處理器典型工作電流為35mA，支持節(jié)電方式管理(典型閑態(tài)電流1uA)，功耗小。采取TSOP56封裝。
主處理器通過(SPI)串行外設(shè)接口與語音處理器聯(lián)結(jié)。
在圖2中，主處理器U3采用PIC16F874A。中文語音處理器UC1采用WTS701M類芯片；在圖3中，英文語音處理器UE1采用WTS701E類芯片。在圖2中，閃存存儲器U2采用K9F2808Q0B芯片，存儲容量為16MB。U8、U9、U10和U11為電平轉(zhuǎn)換器，采用74LVXC3245。U4為74HC374，U5為7404，U7為7432，它們組成了訪問存儲器控制電路。J1為并口插座，它提供了與與個人計算機的接口。喇叭規(guī)格為8歐姆、0.25W。耳機規(guī)格為8歐姆。
在圖3中，讀書機采取DC6V供電輸入，SW-P為電源開關(guān)。UP1為1117M3-3.3，它從3腳輸入直流6V，從2腳輸出直流3.3V，1腳接地。UP2為MIC2920A-5，它從1腳輸入直流6V，從3腳輸出直流5V。2腳接地。圖3還給出了一個四乘四的矩陣鍵盤，RK0至RK7為限流電阻，它們的一端聯(lián)結(jié)矩陣鍵盤，另一端聯(lián)結(jié)主處理器U3的RB端口(從34腳至40腳)，U3的RB0-RB1為輸出、RB4-RB7為輸入。
主處理器U3的RC端口(從15腳至18腳、從23腳至26腳)，以SPI接口的形式，經(jīng)過U10和U9進行3.3V信號與5V信號之間的電平變換，與UC1和UE1語音處理器WTS701相聯(lián)。U3的RC1、RC3、RC5為輸出，RC2、RC4、RC6為輸入，RC4、RC6腳未用。相對應(yīng)，與U3接口的語音處理器UC1和UE1的26、6、13腳為輸出，14、15、16腳為輸入。主處理器U3的RE端口的RE0(8腳)和RE1(9腳)，輸出到U11的21腳和20腳，電平變換后由U11的3腳和4腳輸出，分別作為芯片選擇信號，控制UC1和UE1語音處理器(25腳)。在某一時刻，RE0和RE1最多只能一個為“低”選擇合適的語音處理器。
U3的RA端口(從2腳至6腳)是訪問閃存存儲器U2的控制端口，RA3為輸入。RA0、RA1和RA2為輸出，RA4腳未用。U3的RA0、RA1和RA2腳為U5或U7的輸入，U7的輸出3腳與U3的RA3相聯(lián)。U3的RD端口(從19腳至22腳、從27腳至30腳)是多向端口，它是訪問閃存存儲器U2的數(shù)據(jù)與地址端口。U3的1腳為輸入腳，它起電源加電復位功能。U3的13、14腳聯(lián)結(jié)外置晶振。
閃存存儲器U2的IO端口(從29腳至32腳、從41腳至44腳)是多向端口，它接收來自個人計算機或者主處理器的命令、地址和數(shù)據(jù)，也輸出數(shù)據(jù)?？刂品答佇盘朥2的7腳為輸出，受控信號U2的8、9、16、17、18、19腳為輸入。13、36、6腳接地。U2的7、8腳聯(lián)結(jié)外置晶振。
J2為耳機插座。語音處理器U1的42、46、54腳為輸出，42腳直接聯(lián)結(jié)喇叭，46腳聯(lián)結(jié)耳機插座，54腳經(jīng)過電容C14后聯(lián)結(jié)耳機插座。
U8在2腳的控制下，起3.3V信號與5V信號之間的多向變換，它的A端口(從3腳至10腳)和B端口(從14腳至21腳)均為多向端口。U9起3.3V信號到5V信號的變換，它的A端口(從3腳至10腳)為輸入端口，B端口(從14腳至21腳)為輸出端口。U10和U11主要起5V信號到3.3V信號之間的變換，它的A端口(從3腳至10腳)為輸出端口，B端口(從14腳至21腳)為輸入端口。
J1是聯(lián)結(jié)個人計算機并口的電纜插座，2腳至9腳為多向地址和數(shù)據(jù)信號腳，1、14、15、16、17腳為輸出控制信號腳，11和12為輸入信號腳，從18腳至25腳接地。
主處理器采用微芯公司的PIC系列中具有4個輸入/輸出接口以上、且具有EEPROM數(shù)據(jù)存儲器的處理器，例如，PIC16F874A。工作主頻4MHz至20MHz。
在語音處理器上，中文語音處理器采用WTS701M類處理器。英文語音處理器采用WTS701E類處理器。WTS701處理器典型工作電流為35mA，采用直流3.3V供電，支持節(jié)電方式管理(典型閑態(tài)電流1uA)，功耗小。采取TSOP56封裝。工作主頻23.576MHz。
閃存存儲器芯片，可以根據(jù)容量的需要，選用三星公司或者東芝公司的“與非”型閃存芯片。
存儲文本的編碼標準中文電子書文本基于UNICODE或者BIG5編碼；英文電子書數(shù)據(jù)基于ASCII編碼。
在讀書播放控制上，播放的方式可以設(shè)置為，循環(huán)播放/非循環(huán)播放、連續(xù)播放多個文件/只播單個文件，分類播放，斷點續(xù)播/起點播放等組合形式。語速分成4級，第1級最慢，第4級最快。音量分成8級，第1級為0db，第8級為28db，級與級之間相差4db。音調(diào)分成7級，缺省值為1級。
設(shè)置如下控制按鍵●播放(S0鍵)●暫停/重播為同1鍵，在播放狀態(tài)下，將暫停播放。在暫停狀態(tài)下，將恢復播放。(S1鍵)
●停止播放(S2鍵)●模式1/模式2(S3鍵)●上1個文件(S8鍵)●下1個文件(S4鍵)●上1個字(S9鍵)●下1個字(S5鍵)●音量增大(S6鍵)●音量減小(S10鍵)●語速增快/音調(diào)增高在模式1時，是語速增快功能；在模式2時，是音調(diào)增高功能。(S7鍵)●語速降低/音調(diào)降低在模式1時，是語速降低功能；在模式2時，是音調(diào)降低功能。(S11鍵)●類型1播放類型1的第1個文件，否則如果沒有該類型文件，就播放第1號文件。(S12鍵)●類型2播放類型2的第1個文件，否則如果沒有該類型文件，就播放第1號文件。(S13鍵)●類型3播放類型3的第1個文件，否則如果沒有該類型文件，就播放第1號文件。(S14鍵)●類型4播放類型4的第1個文件，否則如果沒有該類型文件，就播放第1號文件。(S15鍵)●電源開/關(guān)在讀書機體積設(shè)計方面，當印制電路板設(shè)計為單面放置元器件、多層布線的印制電路板時，整機體積(長×寬×厚)小于12.7cm×8.2cm×3.2cm。當印制電路板設(shè)計為多面放置元器件、多層布線的印制電路板后，體積會更小。在讀書機功耗設(shè)計方面，讀書機采取直流6V供電，典型工作電流為150mA。
權(quán)利要求1.一種多語種隨身聽式電子書讀書機，其特征在于采用以異構(gòu)多處理器與閃存存儲器為核心的體系結(jié)構(gòu)，即含有一個主處理器和一個或多個進行文本到語音轉(zhuǎn)換的語音處理器，以及專設(shè)一個用來存儲電子書文本數(shù)據(jù)、電子書文件索引系統(tǒng)的閃存存儲器，主處理器采用通信接口，與語音處理器聯(lián)結(jié)，每個語音處理器又與發(fā)音裝置聯(lián)結(jié)，本實用新型還含有與個人計算機通信的接口、訪問存儲器控制電路、鍵盤、電源電路，鍵盤聯(lián)結(jié)在主處理器上，主處理器和個人計算機通信接口的控制信號首先聯(lián)結(jié)到訪問存儲器控制電路，形成新的控制信號，再聯(lián)結(jié)到閃存存儲器，主處理器和個人計算機通信接口的數(shù)據(jù)與地址信號，也聯(lián)結(jié)到閃存存儲器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多語種隨身聽式電子書讀書機，其特征在于主處理器采用微芯公司的PIC系列處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多語種隨身聽式電子書讀書機，其特征在于語音處理器采用WTS701處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多語種隨身聽式電子書讀書機，其特征在于主處理器采用通信接口，還可經(jīng)過信號電平轉(zhuǎn)換器再與語音處理器聯(lián)結(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多語種隨身聽式電子書讀書機，其特征在于主處理器和個人計算機通信接口的控制信號、數(shù)據(jù)與地址信號還可經(jīng)過信號電平轉(zhuǎn)換器后，再聯(lián)結(jié)到閃存存儲器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多語種隨身聽式電子書讀書機，其特征在于用來存儲播放軌跡的數(shù)據(jù)存儲器可內(nèi)設(shè)在主處理器內(nèi)，也可獨立于主處理器外。
專利摘要本實用新型提供的是多語種隨身聽式電子書讀書機。該讀書機包括一個主處理器、多個進行文本到語音轉(zhuǎn)換的語音處理器、存儲電子書的閃存存儲器、與個人計算機的通信接口、鍵盤、電源、發(fā)音裝置等。主處理器采用通信接口，與多個語音處理器聯(lián)結(jié)，語音處理器再聯(lián)結(jié)發(fā)音裝置，鍵盤聯(lián)結(jié)在主處理器上，主處理器和個人計算機通信接口的控制信號和數(shù)據(jù)與地址信號聯(lián)結(jié)到閃存存儲器。該讀書機通過與個人計算機通信可以方便地更換讀書機上的電子書數(shù)據(jù)。該讀書機具有多語種、體積小、存儲容量大、發(fā)音質(zhì)量高、保存讀書軌跡數(shù)據(jù)、數(shù)字調(diào)音量、調(diào)語速、調(diào)音調(diào)等特點，應(yīng)用廣泛。
文檔編號G09B17/00GK2653601SQ03248318
公開日2004年11月3日 申請日期2003年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月21日
發(fā)明者胡忠東 申請人:胡忠東