CN109189234A - 一种具有语音输入输出功能的机械键盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有语音输入输出功能的机械键盘，包括一键盘本体，在该键盘本体内设置有一PCB板，还包括设置于键盘本体内且电连接至PCB板的一电脑主板，在该键盘本体内设置有电连接至电脑主板的一语音输入输出模块。本发明提供的具有语音输入输出功能的机械键盘，其除了具有常规键盘的功能外，还集成了电脑主机与语音输入输出的功能，即只要一个机械键盘，即可完成正常电脑完成的所有工作，实现随时随地作为电脑使用，并可进行精确的语音输入与输出，给外出携带及使用带来很大的便利性，与常规电脑相比，降低了成本，减小了体积，提高了使用的便利性。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械键盘，尤其涉及一种具有语音输入输出功能的机械键盘。
背景技术
键盘是电脑输入操作的一种常用设备，不管是笔记本还是台式机均需要键盘来完成输入操作。因此，不管是在家中、办公室、还是外出，均需要配备键盘才能完成正常的操作输入需求。同时，需要搭配上电脑主机、显示器等，完成工作。然而，电脑主机、显示器及键盘相结合，不但购买成本高，而且体积与重量都较大，给设备的移动及携带均带来很大的不便。
因此，将电脑主机功能集成到键盘上，是目前较为重要的研究主题，由此，不但减小了常规电脑主机的体积与重量，而且给使用带来很大的便利性。
同时，在平时电脑的使用过程中，经常需要用到语音输入(例如语音聊天等)、及语音输出(例如视频播放、语音播放等)功能。因此，需要为电脑增加上相应的麦克风与扬声器。而当将电脑主机功能集成到键盘上后，如何为键盘增加上语音输入输出功能，是一个需要重点研究的问题。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于提供一种具有语音输入输出功能的机械键盘，其除了具有常规键盘的功能外，还集成了电脑主机与语音输入输出的功能，即只要一个机械键盘，即可完成正常电脑完成的所有工作，实现随时随地作为电脑使用，并可进行精确的语音输入与输出，给外出携带及使用带来很大的便利性，与常规电脑相比，降低了成本，减小了体积，提高了使用的便利性。
本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：
一种具有语音输入输出功能的机械键盘，包括一键盘本体，在该键盘本体内设置有一PCB板，其特征在于，还包括设置于键盘本体内且电连接至PCB板的一电脑主板，在该键盘本体内设置有电连接至电脑主板的一语音输入输出模块。
作为本发明的进一步改进，所述语音输入输出模块包括电连接至电脑主板的一语音基带处理单元、电连接至语音基带处理单元的一射频电路、电连接至语音基带处理单元的一存储器、电连接至语音基带处理单元的一麦克风、电连接至语音基带处理单元的一扬声器、连接于麦克风的一麦克风通路、及连接于扬声器的一扬声器通路。
作为本发明的进一步改进，所述语音基带处理单元包括：
DSP芯片，用于完成语音基带信号的处理，包括语音信号的信道编/译码、加入/提取信令、组/拆帧操作；
FPGA芯片，对DSP芯片输出码流的QPSK调制与解调，完成译码和逻辑控制；FPGA芯片电连接至射频电路，DSP芯片通过第二串行口与FPGA芯片连接；
语音编码模块，其电连接至麦克风，用于对语音信号进行连续可变斜率增量调制语音编码，DSP芯片通过第一串行口与语音编码模块连接；
语音译码模块，其电连接至扬声器，用于实现对数字信号的译码及语音信号的放大，DSP芯片通过第一串行口与语音译码模块连接；
Flash芯片，用来存放***程序；
SRAM芯片，作为DSP芯片扩展的外部数据存储器；
总线驱动器，用于连接DSP芯片与Flash芯片、及DSP芯片与SRAM芯片。
作为本发明的进一步改进，所述第一串行口与第二串行口均为McBSP通道。
作为本发明的进一步改进，所述射频电路包括一射频芯片U1、电阻R1、电容C1～C15、电感L1～L4与晶振Y1，其中，该射频芯片U1的第4引脚分别连接至电容C1一端与3.3V电压，该电容C1另一端连接至电容C2一端，该电容C1另一端连接至射频芯片U1的第5引脚；该射频芯片U1的第8引脚分别连接至电容C4与晶振Y1一端，该晶振Y1另一端分别连接至电容C6与射频芯片U1的第10引脚，该射频芯片U1的第9引脚分别连接至电容C5与3.3V电压；该射频芯片U1的第11引脚分别连接至电容C7与3.3V电压；该射频芯片U1的第12引脚分别连接至电感L1一端与电容C8一端，该电感L1另一端连接至电容C9，该电容C8另一端分别连接至电感L2一端与电感L3一端，该电感L2另一端分别连接至电容C13与射频芯片U1的第13引脚，该电感L3另一端分别连接至电容C10一端与电感L4一端，该电感L4另一端分别连接至电容C11与电容C12；该射频芯片U1的第14引脚分别连接至电容C14与3.3V电压，该射频芯片U1的第15引脚分别连接至电容C15与3.3V电压；该射频芯片U1的第17引脚连接至电阻R1，该射频芯片U1的第18引脚分别连接至电容C3与3.3V电压。
作为本发明的进一步改进，所述语音输入输出模块还包括语音输入电路，该语音输入电路包括电阻R2～R6与电容C16～C20，其中，该麦克风的正极分别连接至电阻R3一端与电容C16一端，该电阻R3另一端分别连接至电容C20正极与电阻R2一端，该电容C20负极连接至模拟地端VSS，电阻R2另一端连接至麦克风电源VMIC；该电容C16另一端分别连接至电阻R5一端与语音基带处理单元，该电阻R5另一端分别连接至电阻R6一端、电容C18一端、电容C19一端、及参考电压VCM，该电容C18另一端分别连接至电容C19另一端与模拟地端VSS；该麦克风的负极分别连接至电阻R4一端与电容C17一端，该电容C17另一端分别连接至电阻R6另一端与语音基带处理单元，该电阻R4另一端连接至模拟地端VSS。
作为本发明的进一步改进，所述语音输入输出模块还包括语音输出电路，该语音输出电路包括音频功率放大器U2、电阻R7、音量电位器R8与电容C21～C25，其中，该电阻R7一端分别连接至语音基带处理单元、电容C22一端与音量电位器R8一端，该电阻R7另一端分别连接至电容C22另一端、音量电位器R8另一端、电容C23一端与音频功率放大器U2的第3引脚；该音量电位器R8的调节端连接至电容C24一端，该电容C24另一端连接至音频功率放大器U2的第5引脚；该电容C23另一端分别连接至音频功率放大器U2的第4引脚与第6引脚；该音频功率放大器U2的第7引脚分别连接至音频功率放大器U2的第8引脚、电容C25正极与电容C21一端，该电容C21另一端连接至电容C25负极；该音频功率放大器U2的第1引脚与第2引脚连接至扬声器。
作为本发明的进一步改进，所述语音编码模块采用CVSD实现语音编码，语音信号x(t)经采样得到数字信号x(n)，数字信号x(n)与积分器输出信号xp(n)比较后输出偏差信号d(n)，偏差信号经量化后得到输出数字编码c(n)，该信号同时作为积分器输出斜率的极性控制信号和积分器输出斜率大小逻辑的输入信号；在每个时钟周期内，若语音信号大于积分器输出信号，则判决输出为1，积分器输出上升一个量阶δ；若语音信号小于积分器输出信号，则判决输出为0，积分器输出下降一个量阶δ；
(1)当x(n)≥xp(n)时，比较器输出d(n)≥0，经量化器编码得到，c(n)＝1；
如果编码输出c(n)出现3个连“1”码，即c(n)＝c(n-1)＝c(n-2)＝1，则量阶δ(n)＝β×δ(n-1)+δ0，一阶预测编码值为xp(n)＝xp(n-1)+δ(n)；否则量阶δ(n)＝β×δ(n-1)，一阶预测编码值为xp(n)＝xp(n-1)+δ(n)；
(2)当x(n)<xp(n)时，比较器输出d(n)<0，经量化器编码得到，c(n)＝0；
如果编码输出c(n)出现3个连“0”码，即c(n)＝c(n-1)＝c(n-2)＝0，则量阶δ(n)＝β×δ(n-1)+δ0，一阶预测编码值为xp(n)＝xp(n-1)-δ(n)；否则量阶δ(n)＝β×δ(n-1)，一阶预测编码值为xp(n)＝xp(n-1)-δ(n)；
其中，β为控制量阶衰减的因子，满足τ＝T/(1-β)，即β＝1-T/τ，T表示语音信号的周期，τ表示音节时间常数。
作为本发明的进一步改进，所述语音译码模块采用CVSD实现语音译码，其为编码过程的一个逆过程，在积分器之后增加了一个低通滤波器，用于平滑积分器的输出波形；
(1)当c(n)＝1，积分器的输出：
xQD(n)＝xQD(n-1)+δ(n)
xQDF(n)＝xQD(n)*h(n)；
(2)当c(n)＝0，则积分器的输出：
xQD(n)＝xQD(n-1)-δ(n)
xQDF(n)＝xQD(n)*h(n)；
其中，低通滤波器的冲激响应为h(n)。
作为本发明的进一步改进，在所述键盘本体侧边设置有电连接至电脑主板的若干USB接口，该麦克风通路与扬声器通路分别通过旁路信号线与USB接口相连。
本发明的有益效果为：通过在机械键盘内增设电脑主板与语音输入输出模块，机械键盘除了具有常规键盘的功能，还集成了电脑主机与语音输入输出功能，可作为具有语音输入输出功能的电脑主机使用，通过USB接口可直接连接显示器或者投影仪就可以作为电脑操作，而无需额外增加电脑主机使用，赋予了机械键盘更多的功能。当外出时，只要携带机械键盘，就可以随时随地作为电脑使用，还可以进行精确的语音输入、及语音播放，与常规电脑相比，降低了成本，减小了体积与重量，提高了使用的便利性。
上述是发明技术方案的概述，以下结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为本发明机械键盘的外部结构示意图；
图2为本发明机械键盘的内部结构示意图；
图3为本发明语音输入输出模块的结构框图；
图4为本发明语音基带处理单元的结构框图；
图5为本发明射频电路的原理图；
图6为本发明语音输入电路的原理图；
图7为本发明语音输出电路的原理图；
图8为本发明CVSD语音编码的框图；
图9为本发明CVSD编码算法流程图；
图10为本发明CVSD译码算法流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达到预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式详细说明。
请参照图1与图2，本发明实施例提供一种具有语音输入输出功能的机械键盘，包括一键盘本体1，在该键盘本体1内设置有一PCB板2。本实施例机械键盘还包括设置于键盘本体1内且电连接至PCB板2的一电脑主板3，在该键盘本体1内设置有电连接至电脑主板3的一语音输入输出模块4。同时，在该键盘本体1侧边设置有电连接至电脑主板3的若干USB接口5，由USB接口5可连接至其他设备，例如显示器、投影仪等。
本实施例通过在机械键盘内部增设电脑主板3，电脑主板3为常用电脑中使用的主板，具有常规电脑主机中主板的所有功能，使机械键盘具有其原有功能的同时，可作为电脑主机使用，通过USB接口5直接连接显示器等设备就可以作为电脑操作，而无需额外增加电脑主机使用。
同时，在机械键盘上增设了语音输入输出模块4，使机械键盘具有语音输入与语音输出功能，具体的，语音输入最常用的用途为语音聊天时的语音输入，当然还包括其他通过输入语音转化为文字，进行保存等用途；语音输出最常用的用途为语音的播放，例如语音聊天中播放对方的语音，当然还有视频播放、音乐播放等等。
由此，本实施例提供的机械键盘除了具有常规键盘功能的基础外，还集成了电脑主机与语音输入输出功能，赋予了机械键盘更多的功能。当外出时，只要携带机械键盘，就可以随时随地作为电脑使用，还可以进行语音输入、及语音播放，给使用者带来很大的便利性。
在本实施例中，具体的，如图3所示，所述语音输入输出模块包括电连接至电脑主板的一语音基带处理单元、电连接至语音基带处理单元的一射频电路、电连接至语音基带处理单元的一存储器、电连接至语音基带处理单元的一麦克风、电连接至语音基带处理单元的一扬声器、连接于麦克风的一麦克风通路、及连接于扬声器的一扬声器通路，其中，该麦克风通路与扬声器通路分别通过旁路信号线与USB接口相连，通过麦克风接收到的语音信号，可以传到电脑主板上，当然也可以将语音信号通过旁路信号线经过USB接口传到其他设备上。
在本实施例中，如图4所示，所述语音基带处理单元包括：
DSP芯片，用于完成语音基带信号的处理，包括语音信号的信道编/译码、加入/提取信令、组/拆帧操作；
FPGA芯片，对DSP芯片输出码流的QPSK调制与解调，完成译码和逻辑控制；FPGA芯片电连接至射频电路，DSP芯片通过第二串行口与FPGA芯片连接；
语音编码模块，其电连接至麦克风，用于对语音信号进行连续可变斜率增量调制语音编码，DSP芯片通过第一串行口与语音编码模块连接；
语音译码模块，其电连接至扬声器，用于实现对数字信号的译码及语音信号的放大，DSP芯片通过第一串行口与语音译码模块连接；
Flash芯片，用来存放***程序，***上电时，在引导程序的控制下，Flash芯片中的数据自动加载到DSP芯片的片内RAM中，并自动运行；
SRAM芯片，作为DSP芯片扩展的外部数据存储器；
总线驱动器，用于连接DSP芯片与Flash芯片、及DSP芯片与SRAM芯片，总线驱动器可采用SN74LVTH16245，提高了DSP总线的驱动能力。
在本实施例中，所述第一串行口与第二串行口均为McBSP通道，DSP芯片通过McBSP通道，分别与语音编码模块、语音译码模块、及下级FPGA芯片进行通信，实现数据的接收和发送。
本实施例DSP芯片选用TMS320VC5409，其指令速度最快能达到100MIPS，能够实现该模块对实时处理的要求。片内ROM容量为16K×16位，片内双寻址RAM容量位32K×16位，可以减少片外存储器的容量。TMS320VC5409片内外设丰富，有软件等待状态发生器、主机接口HPI、时钟发生器、3个多通道缓冲串行口McBSP等，可以满足该模块数据传输的需求。McBSP具有灵活的接口能力，既可实现全双工通信，直接与数字信号编解码器的工业标准接口，也可以通过串行口与ADC/DAC实现连接。TMS320VC5409的接口能方便地进行***电路的设计，当用低速的片外存储器时，可以自动***等待周期，以解决速度的匹配。
FPGA芯片选用低成本CycloneII系列的EP2C20F256C8器件，该芯片总引脚数为256根，其中用户I/O引脚为152根，RAM总量为239616bit(29.25KB)，逻辑单元(LE)18752个。其IO接口数量及内部资源完全可以满足本***的需求。
语音编码模块包括信号放大滤波器和语音编码器，信号放大滤波电路选用LM356运算放大器，可用于采样和同步电路、快速ADC和DAC、宽带放大器、低噪声放大器等。
语音译码模块包括语音译码器和语音接收放大滤波电路，语音译码芯片仍采用MC3418，语音接收放大滤波电路选用低功率音频放大器LM386，电压增益范围为20～200V。
Flash芯片采用AT29LV020芯片，构成256K×8位的存储空间作为DSP芯片的扩展存储器，用来保存DSP芯片运行的程序和数据。
SRAM芯片采用CY7C1006D芯片，容量是64K×16，作为DSP芯片扩展的外部数据存储器。
总线驱动器采用16位总线驱动器SN74LVTH16245，用于提高总线的驱动能力，以便扩展外设。SN74LVTH16245可与DSP的地址、数据总线匹配，工作电压3.3V，可以承受0～7V输入电压，能与3.3V的DSP和5V的TTL设备兼容。
由本实施例提供语音基带处理单元，可实现语音信号的发送与接收过程，分别为：
1、语音信号发送过程：
(1)***上电复位后进行DSP芯片程序的加载、FPGA芯片配置等的初始化工作；
(2)语音经过麦克风变成音频信号，再经过语音编码模块的CVSD编码，变换成16kb/s的串行语音数据流；
(3)语音数据流经过DSP芯片的McBSP通道输入到DSP芯片，DSP芯片进行信道编码，加入信令和组帧信息，以增强纠错能力；然后通过McBSP通道输出至FPGA芯片进行后续处理。
(4)为了增强纠错能力，FPGA芯片将对输出码流进行QPSK调制，之后通过射频电路发射，实现数字语音的发送。
2、语音信号接收过程：
(1)FPGA芯片通过射频电路接收到数字语音信号，进行QPSK解调。
(2)经QPSK解调后的信号通过DSP芯片的McBSP通道进入DSP芯片，DSP芯片完成信号的信道译码、提取信令和拆帧，然后经过McBSP通道输出至语音译码模块。
(3)语音译码模块将数据进行CVSD译码，转换成音频信号，并送至扬声器还原语音，至此完成语音信号的接收。
本实施例提供的语音基带处理单元，以DSP芯片与FPGA芯片为控制核心，实现了语音信号的数字化和编/解码、数据传输等功能。对语音的数字化和编/解码采用了连续可变斜率增量编码调制CVSD。DSP芯片用来实现语音基带处理的功能，FPGA芯片完成数字信号的QPSK调制/解调。本实施例提供的语音基带处理单元，可以把待传输的模拟语音信号转换为数字基带信号，从而使用固定的频率在信道上传输。
在本实施例中，如图5所示，所述射频电路包括一射频芯片U1、电阻R1、电容C1～C15、电感L1～L4与晶振Y1，本实施例射频芯片U1选用射频芯片CC1100。该射频芯片U1的第4引脚分别连接至电容C1一端与3.3V电压，该电容C1另一端连接至电容C2一端，该电容C1另一端连接至射频芯片U1的第5引脚；该射频芯片U1的第8引脚分别连接至电容C4与晶振Y1一端，该晶振Y1另一端分别连接至电容C6与射频芯片U1的第10引脚，该射频芯片U1的第9引脚分别连接至电容C5与3.3V电压；该射频芯片U1的第11引脚分别连接至电容C7与3.3V电压；该射频芯片U1的第12引脚分别连接至电感L1一端与电容C8一端，该电感L1另一端连接至电容C9，该电容C8另一端分别连接至电感L2一端与电感L3一端，该电感L2另一端分别连接至电容C13与射频芯片U1的第13引脚，该电感L3另一端分别连接至电容C10一端与电感L4一端，该电感L4另一端分别连接至电容C11与电容C12；该射频芯片U1的第14引脚分别连接至电容C14与3.3V电压，该射频芯片U1的第15引脚分别连接至电容C15与3.3V电压；该射频芯片U1的第17引脚连接至电阻R1，该射频芯片U1的第18引脚分别连接至电容C3与3.3V电压。
在本实施例中，如图6所示，所述语音输入输出模块还包括语音输入电路，该语音输入电路包括电阻R2～R6与电容C16～C20，其中，该麦克风的正极分别连接至电阻R3一端与电容C16一端，该电阻R3另一端分别连接至电容C20正极与电阻R2一端，该电容C20负极连接至模拟地端VSS，电阻R2另一端连接至麦克风电源VMIC；该电容C16另一端分别连接至电阻R5一端与语音基带处理单元，该电阻R5另一端分别连接至电阻R6一端、电容C18一端、电容C19一端、及参考电压VCM，该电容C18另一端分别连接至电容C19另一端与模拟地端VSS；该麦克风的负极分别连接至电阻R4一端与电容C17一端，该电容C17另一端分别连接至电阻R6另一端与语音基带处理单元，该电阻R4另一端连接至模拟地端VSS。
当对着麦克风讲话时，电路图中的1脚和2脚将随着麦克风输入的声音产生变化的波形，并在语音基带处理单元形成两路反相的波形，进行音频放大后的音频信号，通过语音基带处理单元转化为数字量，保存到存储器中，然后对这些数字音频信号进行后期的处理。
在本实施例中，如图7所示，所述语音输入输出模块还包括语音输出电路，该语音输出电路包括音频功率放大器U2、电阻R7、音量电位器R8与电容C21～C25，其中，该电阻R7一端分别连接至语音基带处理单元、电容C22一端与音量电位器R8一端，该电阻R7另一端分别连接至电容C22另一端、音量电位器R8另一端、电容C23一端与音频功率放大器U2的第3引脚；该音量电位器R8的调节端连接至电容C24一端，该电容C24另一端连接至音频功率放大器U2的第5引脚；该电容C23另一端分别连接至音频功率放大器U2的第4引脚与第6引脚；该音频功率放大器U2的第7引脚分别连接至音频功率放大器U2的第8引脚、电容C25正极与电容C21一端，该电容C21另一端连接至电容C25负极；该音频功率放大器U2的第1引脚与第2引脚连接至扬声器。
音频信号由语音基带处理单元输出送到电路图中的9端，通过音量电位器R8的调节端送到音频功率放大器U2(SPY0030)，经音频放大后，音频信号从音频功率放大器U2输出经J2端口外接扬声器播放声音。
在本实施例中，如图8所示，所述语音编码模块采用CVSD实现语音编码，语音信号x(t)经采样得到数字信号x(n)，数字信号x(n)与积分器输出信号xp(n)比较后输出偏差信号d(n)，偏差信号经量化后得到输出数字编码c(n)，该信号同时作为积分器输出斜率的极性控制信号和积分器输出斜率大小逻辑的输入信号；在每个时钟周期内，若语音信号大于积分器输出信号，则判决输出为1，积分器输出上升一个量阶δ；若语音信号小于积分器输出信号，则判决输出为0，积分器输出下降一个量阶δ。
如图9所示，整个过程都是抽样之后的数字信号，x(n)表示输入语音信号的抽样值，xp(n)为x(n)的一阶预测值，d(n)为x(n)和xp(n)之间的误差信号，模块Q为量化器，对d(n)进行量化得到输出编码信号c(n)，模块Q-1主要是根据c(n)来动态调整量阶δ的大小。模块L是一个简单的电平转换器，当c(n)＝1时，则L输出为1，当c(n)＝0时，则L输出为0。
(1)当x(n)≥xp(n)时，比较器输出d(n)≥0，经量化器编码得到，c(n)＝1；
如果编码输出c(n)出现3个连“1”码，即c(n)＝c(n-1)＝c(n-2)＝1，则量阶δ(n)＝β×δ(n-1)+δ0，一阶预测编码值为xp(n)＝xp(n-1)+δ(n)；否则量阶δ(n)＝β×δ(n-1)，一阶预测编码值为xp(n)＝xp(n-1)+δ(n)；
(2)当x(n)<xp(n)时，比较器输出d(n)<0，经量化器编码得到，c(n)＝0；
如果编码输出c(n)出现3个连“0”码，即c(n)＝c(n-1)＝c(n-2)＝0，则量阶δ(n)＝β×δ(n-1)+δ0，一阶预测编码值为xp(n)＝xp(n-1)-δ(n)；否则量阶δ(n)＝β×δ(n-1)，一阶预测编码值为xp(n)＝xp(n-1)-δ(n)；
其中，β为控制量阶衰减的因子，满足τ＝T/(1-β)，即β＝1-T/τ，T表示语音信号的周期，τ表示音节时间常数，一般情况下，τ＝5～10ms，T＝0.33～3.3ms。
同时，所述语音译码模块采用CVSD实现语音译码，其为编码过程的一个逆过程，如图10所示，在积分器之后增加了一个低通滤波器，用于平滑积分器的输出波形；
(1)当c(n)＝1，积分器的输出：
xQD(n)＝xQD(n-1)+δ(n)
xQDF(n)＝xQD(n)*h(n)；
(2)当c(n)＝0，则积分器的输出：
xQD(n)＝xQD(n-1)-δ(n)
xQDF(n)＝xQD(n)*h(n)；
其中，低通滤波器的冲激响应为h(n)。
CVSD最大的特点就是量阶δ能够实时跟踪输入语音信号波形的斜率。当输出码出现连“1”码或者连“0”码，则说明信号波形的斜率较大，因此量阶δ需要适当增加，否则量阶δ保持较小的值。通常对于数据速度高于32kb/s，则量阶δ的调整是基于前4位的连“1”或者连“0”码；对于数据速度低于32kb/s，则量阶δ的调整是基于前3位的连“1”或者连“0”码。当不出现上述码型时，量阶则相应地减少。
在CVSD编码调制中，其量阶δ随着语音信号平均斜率变化而自动调整，从而实现更好地跟踪输入语音信号。同时，在数字语音编码调制中，CVSD具有诸多优点，只需要采用1bit信息就可以表示相邻抽样信号的差值；而且CVSD具有很好的鲁棒性，即使由于信道条件不好导致接收端存在一定的误比特率，编码的语音信号还是可懂的，最终在FPGA芯片中实现CVSD调制功能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故采用与本发明上述实施例相同或近似的技术特征，而得到的其他结构，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有语音输入输出功能的机械键盘，包括一键盘本体，在该键盘本体内设置有一PCB板，其特征在于，还包括设置于键盘本体内且电连接至PCB板的一电脑主板，在该键盘本体内设置有电连接至电脑主板的一语音输入输出模块。
2.根据权利要求1所述的具有语音输入输出功能的机械键盘，其特征在于，所述语音输入输出模块包括电连接至电脑主板的一语音基带处理单元、电连接至语音基带处理单元的一射频电路、电连接至语音基带处理单元的一存储器、电连接至语音基带处理单元的一麦克风、电连接至语音基带处理单元的一扬声器、连接于麦克风的一麦克风通路、及连接于扬声器的一扬声器通路。
3.根据权利要求2所述的具有语音输入输出功能的机械键盘，其特征在于，所述语音基带处理单元包括：
DSP芯片，用于完成语音基带信号的处理，包括语音信号的信道编/译码、加入/提取信令、组/拆帧操作；
FPGA芯片，对DSP芯片输出码流的QPSK调制与解调，完成译码和逻辑控制；FPGA芯片电连接至射频电路，DSP芯片通过第二串行口与FPGA芯片连接；
语音编码模块，其电连接至麦克风，用于对语音信号进行连续可变斜率增量调制语音编码，DSP芯片通过第一串行口与语音编码模块连接；
语音译码模块，其电连接至扬声器，用于实现对数字信号的译码及语音信号的放大，DSP芯片通过第一串行口与语音译码模块连接；
Flash芯片，用来存放***程序；
SRAM芯片，作为DSP芯片扩展的外部数据存储器；
总线驱动器，用于连接DSP芯片与Flash芯片、及DSP芯片与SRAM芯片。
4.根据权利要求3所述的具有语音输入输出功能的机械键盘，其特征在于，所述第一串行口与第二串行口均为McBSP通道。
5.根据权利要求2所述的具有语音输入输出功能的机械键盘，其特征在于，所述射频电路包括一射频芯片U1、电阻R1、电容C1～C15、电感L1～L4与晶振Y1，其中，该射频芯片U1的第4引脚分别连接至电容C1一端与3.3V电压，该电容C1另一端连接至电容C2一端，该电容C1另一端连接至射频芯片U1的第5引脚；该射频芯片U1的第8引脚分别连接至电容C4与晶振Y1一端，该晶振Y1另一端分别连接至电容C6与射频芯片U1的第10引脚，该射频芯片U1的第9引脚分别连接至电容C5与3.3V电压；该射频芯片U1的第11引脚分别连接至电容C7与3.3V电压；该射频芯片U1的第12引脚分别连接至电感L1一端与电容C8一端，该电感L1另一端连接至电容C9，该电容C8另一端分别连接至电感L2一端与电感L3一端，该电感L2另一端分别连接至电容C13与射频芯片U1的第13引脚，该电感L3另一端分别连接至电容C10一端与电感L4一端，该电感L4另一端分别连接至电容C11与电容C12；该射频芯片U1的第14引脚分别连接至电容C14与3.3V电压，该射频芯片U1的第15引脚分别连接至电容C15与3.3V电压；该射频芯片U1的第17引脚连接至电阻R1，该射频芯片U1的第18引脚分别连接至电容C3与3.3V电压。
6.根据权利要求2所述的具有语音输入输出功能的机械键盘，其特征在于，所述语音输入输出模块还包括语音输入电路，该语音输入电路包括电阻R2～R6与电容C16～C20，其中，该麦克风的正极分别连接至电阻R3一端与电容C16一端，该电阻R3另一端分别连接至电容C20正极与电阻R2一端，该电容C20负极连接至模拟地端VSS，电阻R2另一端连接至麦克风电源VMIC；该电容C16另一端分别连接至电阻R5一端与语音基带处理单元，该电阻R5另一端分别连接至电阻R6一端、电容C18一端、电容C19一端、及参考电压VCM，该电容C18另一端分别连接至电容C19另一端与模拟地端VSS；该麦克风的负极分别连接至电阻R4一端与电容C17一端，该电容C17另一端分别连接至电阻R6另一端与语音基带处理单元，该电阻R4另一端连接至模拟地端VSS。
7.根据权利要求2所述的具有语音输入输出功能的机械键盘，其特征在于，所述语音输入输出模块还包括语音输出电路，该语音输出电路包括音频功率放大器U2、电阻R7、音量电位器R8与电容C21～C25，其中，该电阻R7一端分别连接至语音基带处理单元、电容C22一端与音量电位器R8一端，该电阻R7另一端分别连接至电容C22另一端、音量电位器R8另一端、电容C23一端与音频功率放大器U2的第3引脚；该音量电位器R8的调节端连接至电容C24一端，该电容C24另一端连接至音频功率放大器U2的第5引脚；该电容C23另一端分别连接至音频功率放大器U2的第4引脚与第6引脚；该音频功率放大器U2的第7引脚分别连接至音频功率放大器U2的第8引脚、电容C25正极与电容C21一端，该电容C21另一端连接至电容C25负极；该音频功率放大器U2的第1引脚与第2引脚连接至扬声器。
8.根据权利要求3所述的具有语音输入输出功能的机械键盘，其特征在于，所述语音编码模块采用CVSD实现语音编码，语音信号x(t)经采样得到数字信号x(n)，数字信号x(n)与积分器输出信号xp(n)比较后输出偏差信号d(n)，偏差信号经量化后得到输出数字编码c(n)，该信号同时作为积分器输出斜率的极性控制信号和积分器输出斜率大小逻辑的输入信号；在每个时钟周期内，若语音信号大于积分器输出信号，则判决输出为1，积分器输出上升一个量阶δ；若语音信号小于积分器输出信号，则判决输出为0，积分器输出下降一个量阶δ；
(1)当x(n)≥xp(n)时，比较器输出d(n)≥0，经量化器编码得到，c(n)＝1；
如果编码输出c(n)出现3个连“1”码，即c(n)＝c(n-1)＝c(n-2)＝1，则量阶δ(n)＝β×δ(n-1)+δ0，一阶预测编码值为xp(n)＝xp(n-1)+δ(n)；否则量阶δ(n)＝β×δ(n-1)，一阶预测编码值为xp(n)＝xp(n-1)+δ(n)；
(2)当x(n)<xp(n)时，比较器输出d(n)<0，经量化器编码得到，c(n)＝0；
如果编码输出c(n)出现3个连“0”码，即c(n)＝c(n-1)＝c(n-2)＝0，则量阶δ(n)＝β×δ(n-1)+δ0，一阶预测编码值为xp(n)＝xp(n-1)-δ(n)；否则量阶δ(n)＝β×δ(n-1)，一阶预测编码值为xp(n)＝xp(n-1)-δ(n)；
其中，β为控制量阶衰减的因子，满足τ＝T/(1-β)，即β＝1-T/τ，T表示语音信号的周期，τ表示音节时间常数。
9.根据权利要求8所述的具有语音输入输出功能的机械键盘，其特征在于，所述语音译码模块采用CVSD实现语音译码，其为编码过程的一个逆过程，在积分器之后增加了一个低通滤波器，用于平滑积分器的输出波形；
(1)当c(n)＝1，积分器的输出：
xQD(n)＝xQD(n-1)+δ(n)
xQDF(n)＝xQD(n)*h(n)；
(2)当c(n)＝0，则积分器的输出：
xQD(n)＝xQD(n-1)-δ(n)
xQDF(n)＝xQD(n)*h(n)；
其中，低通滤波器的冲激响应为h(n)。
10.根据权利要求2所述的具有语音输入输出功能的机械键盘，其特征在于，在所述键盘本体侧边设置有电连接至电脑主板的若干USB接口，该麦克风通路与扬声器通路分别通过旁路信号线与USB接口相连。
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