博物馆解说词自动录播系统

石坚　刘华春　李湘文

摘 要：根據目前市面并无适合博物馆解说特点的自动录播系统的现状，介绍了一种博物馆解说词自动控制装置的研制技术，分析了项目研究的主要问题和自动录播系统的方案设计，阐述了系统多功能录音放音电路板和自动播放器电路板的设计过程，完成了一套解说词自动录播系统的样机研制，对系统进行了硬件和软件调试以及稳定性测试，结果表明该装置具备实际推广的价值。

关键词：博物馆；自动；录播系统

中图分类号：N33 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）16-0034-02

随着社会经济和文化发展需要，博物馆传统的人工解说模式在接待任务繁重的时候使博物馆工作人员不堪重负，简单的解决办法是采用扩音器和高功率喇叭等手段，但因场地空旷及音质不好，效果不甚明显。为此迫切需要研制出一套适合博物馆场地的解说词自动录播的智能控制系统，以解决目前的实际需要。

目前市面上最常见的声音录播器就是“广告录音播放器”，用于录放比较短的声音信息，随录随放，但这种播放器更多是用于“喊话”，必须随身携带且不具备遥控功能，因此并不适合于博物馆内使用；比较专业的录播系统是现在各大中院校的英语语音实验室使用的自动录播装置，其使用领域相对固定，需要专门安装和调试，因此价格昂贵，而且很多功能若用于博物馆的解说就显得过于浪费。

若有这样的一种录播装置，其适用场地比较适合于封闭且背景噪音较小的地方，比如各地的科技馆、博物馆、大型图书馆等地方，解说员在引导观者行至某处，根据其需要通过遥控方式打开置于此处的播放装置，即可实现无线控制解说词播放并能随时暂停和停止，该装置具有任意“裁剪”功能，即可以根据需要随时增加解说词时长，可以随时重新录制解说词内容，也可以根据场地条件增减“受控终端”，无疑这种装置是适合于博物馆这种特定场地条件的应用系统。而本文也正是基于这一设想而提出了该自动录播系统的开发研制[1]。

1 方案设计

系统的总体方案如图1所示。自动录播系统分为无线发送端和无线接收端两部分，无线发送端通过系统高度集成后置于一块具有8键的小型遥控器内，无线接收端用于根据接收遥控器键值命令进行不同位置的解说词播放。一块遥控器最多控制8个终端，如果终端增加，可以增加发送装置。如果遥控器终端少于8个，设计程序时可将遥控器上多出的按键作为暂停和重启键；如果遥控器控制8个终端，可将每个终端的按键按照其按下次数设置为启动、暂停、停止三种功能，使系统功能可根据实际情况调整和更改。

本系统的总体方案不难理解，其设计难度主要在接收端主控芯片和语音芯片的选型，芯片选型既要满足系统基本功能要求，又要最大程度实现最大性价比，需要设计者充分熟悉不同单片机和语音芯片的性能特点。

作为核心芯片的选型而言，应着重于性价比来考虑，本系统要实现彩屏液晶的控制，至少需要22根IO引脚，如果功能更强，需要用触摸屏控制，还得增加6根IO引脚，ISD4004模拟语音芯片的控制至少需要4根引脚，加上键盘和蜂鸣器的控制，具有42根IO引脚的型号STC15F2K60S2的单片机芯片是适合的，其最高运行频率经测试可以达到33.1776MHz，用于控制TFT彩屏液晶，编写复杂的菜单程序系统运行基本无阻塞。而语音芯片选择单片录放时间为8分钟的ISD4004芯片基本可以满足解说员在引导观者在某处停留的时间，该芯片内部还可以进行分段，方便解说员在播放解说词的同时通过停顿来进行适当口述而增强解说效果[2]。

2 系统主控及终端电路板设计

2.1 录放多功能主控板设计

本系统在实际应用时并不需要解说员现场自行录制解说词，只需要具备解说词播报功能，因此在设计的时候完全可以将系统的录制和播放功能分开设计，这样的好处是通过减少播放器的录制功能从而节省了播放器电路板的面积，使整个电路板安装后更为“小型”，当然也节省了成本从而提高了性价比。系统的录制功能就由一块录放多功能主控板来单独实现，后期录制时只需要在该主控板上进行声音录制即可，这样也最大程度地实现了电路优化，该主控板电路框图如图2所示[2]。

录放多功能主控板PCB图采用双层板走线，其PCB布线图如图3所示。线路布局布线遵从信号走线最短及模拟地和数字地严格分割原则，在主控芯片和录音芯片电源附近加入滤波电容使电路板达到最稳定的工作状态，经测试该电路板能在同时播放音乐并实现12屏菜单切换显示功能时，稳定工作于芯片最高工作频率33.1776MHz，证明电路板功能良好。

录放多功能主控板实际就是一个小型的“专业录音棚”，可以带上耳机，通过麦克风对解说词进行实录，能高保真地还原真人声音，编写一段可自动选择12段语音进行录放的程序，即可完成语音芯片8分钟语音永久存贮。实物照片如图4所示。

2.2 终端语音播放器电路板设计

终端语音播放器的电路设计相对录放多功能主控板的电路作了部分电路的简化，选用了PT2272带8键控制的无线接收模块用于接收8键遥控器发来的控制信号，确认接收后即通过单片机控制ISD4004芯片进行解说词的播放，经测试接收效果较好，在整个博物馆遥控无死角，电路框图如图5所示。

终端语音播放器因电路相对简化，采用单面线路板制作，可以达到最高的性价比。作为无线接收终端，语音播放器个数可“剪裁”，最多1个遥控板控制到8个终端，该电路板主要的成本消耗来源于主控芯片和语音芯片。如图6所示为其中1个接收终端的电路实物图。

3 系统稳定性测试及结果分析

系统分别通过硬件调试和软件调试后，编写了大量程序进行系统联合调试。调试和测试的结果及相关分析如下：

（1）系统录放多功能主控板电路调试正常，可以通过人机交互控制实现8分钟录音芯片内部12段任意一段的录音和放音功能；

（2）系统自动播放器控制电路调试正常，通过8键遥控，4个播放器可以通过Key1-Key4按序控制播放解说词；

（3）对系统录音放音多功能控制电路和自动播放器控制电路进行了系统稳定性测试，连续工作1周无程序跑飞、放音不正常情况；

（4）采用不同音质音箱对自动播放器进行了试音，劣质音箱会损坏播放器播出声音信号，证明劣质音箱对放音效果有较大影响；

（5）分别采用电脑和手机对系统录音放音多功能控制电路板上录音芯片进行录音，证明手机的录音效果优于电脑；

（6）系统仍受制于测试环境，如果博物馆未作吸声减噪的装修处理，在较大的回音情况下播放器音量加大对播放效果有影响。

图7所示为多功能主控板进行系统稳定性测试图。测试程序实现了“可循环音乐播放的知识测试机”功能，经测试连续工作1周系统能稳定运行。

4 结语

系统经过反复调试，电路设计方案最终得以实现，系统样机的研制基本成功，该样机具有一定的独创性，性能良好且成本低廉，可以完成解说词的录制和自动播放，通过博物馆的实地试音，在声音适度的条件下效果良好，但如果音量过大，就还要考虑场地混响对音质的影响以及吸声减噪的问题[3]，若场地“回音”问题较大，应对场地予以重新装修，利用装修材料弥补对建筑声学的缺陷。这样才能使系统的应用达到最佳的音质效果。总的来说，该系统的研制具有较好的推广价值。

参考文献

[1]林小平.浅谈全自动录播系统中的相关技术[J].陕西教育，高教版，2008，（2）：69-70.

[2]张常年，王振红，李洋.ISD4004语音芯片的工作原理及其在智能控制系统中的应用[J].电子元件与材料，2001，20（6）：79-83.

[3]谭武端，余志勇，宋建社，等.大型电磁混响室的场均匀性仿真[C].第二十届全国电磁兼容学术会议论文集，2010.endprint