博物馆语音导览系统

2024-07-15

博物馆语音导览系统（共2篇）

博物馆语音导览系统篇1

浅析语音导览系统在博物馆中的应用

摘要：语音导览系统的出现，改变了博物馆传统的宣教模式，提高了宣教效率，增加了博物馆参览容量。随着信息技术的发展，人们的生活方式、思维方式不断变化，语音导览系统也在不断地更新换代。追寻语音导览系统的历史，预测其发展趋势，有利于更好发挥语音导览系统在博物馆宣教中的应用，满足人们日益增长的精神文化需求。

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关键词：语音导览系统;博物馆宣教;发展趋势

中图分类号：G25

文献标志码：A

文章编号：1002-2589（2015）32-0101-02

世界上第一代语音导览器是1957年由美国ACOUSTIGUIDE公司（爱可声）发明的。实际上，它是一部录制了讲解内容的磁带播放机，由美国凤凰城历史博物馆（Phoenix Museum of History）率先投入使用[1]。它的出现一定程度上解放了讲解员，满足了游览主体自主游览的需求。随着经济发展和信息技术地广泛应用，人们的生活方式发生了翻天覆地的变化。参览主体的变化和信息技术的发展，催生着语音导览系统不断地升级换代，以满足参览主体现实需求。

一、语音导览系统的发展历程

博物馆作为社会公共服务的重要机构，用藏品和宣教活动传递人类文明以满足各时期人们对精神文化的需求。不同时期人们物质生活水平不同，对精神文化的需求也有所不同。宣教活动作为博物馆传递精神文化的重要手段在不同时期也有着不同的样式。

1957年为解决人力匮乏与参览人数众多的矛盾，人们创造性地把录音技术运用到宣教活动中。把宣讲人的声音资料录入磁带，并通过播放器不间断播放。至此，人类的第一部语音导览系统正式出现。它的出现一定程度缓解了人力匮乏与参览人数众多之间的矛盾，同时也一定程度解决了宣讲人员精力有限的问题。科学技术的进步改变了人们的生活方式，富足的物质生活同时催生了人们对精神生活的需求，博物馆作为我国精神文明建设重要场所，得到了较快的发展。根据国家文物局发布的统计数字：截至2014年底，全国经各地文物部门年检注册的博物馆总数达到了4510家，比上年度增加了345家，呈现出高速增长的态势。2015年初，国务院总理李克强签署了第659号国务院令，公布《博物馆条例》，肯定了博物馆作为公共文化服务机构，在展示人类文明、促进文化交流、提高人民群众思想道德和科学文化素质等方面发挥的重要作用，同时针对亟待解决的问题做出规定。博物馆事业发展，紧跟经济发展和人们精神文化需求，在其飞速发展的同时，与之配套的设施也在不断改进、完善尤其是语音导览系统。

语音导览系统是在各类博物馆和美术馆中应用较多的导览形式，目前依然在大范围地为游客提供服务，语音导览系统在应用初期给游客提供了一定的帮助，让各个类型的游客在它的帮助下了解了更多的展品信息，但随着技术的快速发展，对信息技术的依赖和参览群体的个性需求，传统的语音导览系统显得力不从心，为解决这现实，人们将更多新的科学技术运用到导览系统中，推动语音导览系统的发展演变。语音导览设备第一次升级换代是从磁带播放机变为便携式CD随身听，之后MP3、MP4也应用其中，不仅录入资料简便，而且携带使用也更加方便。随着信息技术的发展，智能系统开始改变人们生活方式，也催生了语音导览系统的再次升级换代。基于RFID（radio frequency identification）技术的语音导览系统开始被运用导览系统中，并被广泛推广，目前我国一些大型博物馆的基本都使用了该导览系统[2]。该系统是通过增加自动位置识别模块形成的一种智能导览系统，需要在博物馆内安装无线发射装置来帮助导览设备完成对展品的定位，观众只需租借电子导览器、戴上耳机，便可获得自助式的语音及多媒体服务。

近年来，随着信息化智能软件的出现和广泛运用，人们又开始将智能手机与导览相结合，语音导览系统又迈进了全新的时代。现在观众不再需要租用专门的导览设备，只要将随身携带的手机拿出，下载相应的APP软件或者扫描展品前放置的二维码，就能获得智能语音导览服务。借着信息技术发展的东风，语音导览从简单的语音录入输出，发展到现阶段的视听一体、自由选择的复杂智能系统。在一定程度上满足了参览人群的需求。

二、语音导览系统实际运用中的问题

目前，博物馆中常见的语音导览系统主要有：基于RFID技术的自动语音导览、基于RFID技术的手动语音导览和基于二维码技术的微信语音导览。自动语音导览是利用电子导览器接收展厅里识别模块和无线装置发来的信号完成对展品的定位，理论上观众只需要携带电子导览器、戴上耳机，就能走到哪里听到哪里，实现随心所欲的观展。但实际使用中，由于识别模块具有相应的辐射面积，设置时不是与展品一一对应而是按区域进行放置，因而会出现信号重叠或者缺失的情况，进而导致讲解内容与展品不符或者走到展品前却没有讲解。另外，导览内容的录制导入工作相对复杂，需要一定周期，因而遇到常设展览更换展品或者举办临时展览时，观众就无法听到相关内容，导致参观不尽兴、抱怨连连。

手动语音导览也是基于RFID技术，它的信号源和展品一一对应，观众只需要在导览器上输入相应的数字，就能听到相对应展品的介绍，实现了随心所欲、一物一讲，按理说应该广受欢迎。但实际上，观众尤其是年长和年幼的人并不喜欢这款语音导览，原因也很简单，输入的操作对于他们来说太复杂了。观众需要在博物馆提供的一份编号单上或者在展柜上找到相应展品的编号，然后输入导览器，按下播放键进行收听，如果语音讲解没结束却需要听另一件展品的介绍，就要暂停退出再输入，这对于老年人或者儿童来说太复杂，他们没办法单独操作，而其他家庭成员操作几次后也会因为麻烦而放弃使用。

微信语音导览是以观众随身携带的智能终端为载体，以二维码技术为核心，通过微信的扫一扫功能，扫描展品前提供的二维码图标获得相应的语音介绍，同时还能收发文字图片视频、即时互动等。微信语音导览是近年来刚刚兴起的一种全新的导览方式，它不再依赖于第三方设备，而且开发周期短、费用低、功能强大，使用时观众不会产生任何费用，具备其他语音导览方式无法匹敌的优势。但科技和经济上的优势并不能掩盖这一新兴事物的弊端――语音和信息的分享是基于无线网络，这就需要博物馆提供便利的网络连接，同时网络信号的好坏将直接影响到语音导览的效果;智能手机的使用和APP软件应用对于老年人或者儿童来说并不简单，受众群体仍会比较局限，一时间很难做到老少皆宜。

从实践来看相对于博物馆中的标识导览、人工导览等方式，语音导览有着其独特的优势：第一，可以替代人工导览，填补人工导览数量以及质量上的不足;第二，设备小巧，便于携带，无须跟着讲解员走固定展线，适宜观众个体自由观展;第三，可以提供多国语言、多种版本的语音导览内容，满足不同国籍、不同层次观众的需求;第四，经济实惠，价格比人工导览便宜很多，而且在一定时间内可以重复收听;第五，语音导览内容规范，不仅讲解内容字斟句酌、通俗易懂，而且外文翻译语句规范，录音人员水准也达到专业要求。

语音导览系统在独具优势的同时也有自身难以克服的硬伤：一是信号源分布会出现重叠或缺失，因而造成讲解内容与展陈实物不符的情况;二是有些语音导览需要操作电子导览器或智能手机，这对于年长或年幼的人来说过于复杂，限制了这类人群的实际使用;三是观众遇到问题没办法提问，也得不到及时答疑解惑，难以取代人与人、面对面沟通所带来的舒适感;四是语音内容的录制导入工作相对复杂，需要一定周期，更换展品或开设临展时会出现没有相应介绍的情况;五是有些语音导览需要电子导览器的支持，整套设备的购入成本比较大，损耗比较快，日常维护工作烦琐，使用的成本比较高。

由此可见，语音导览系统已经遇到了基础技术影响持续发展、使用人群受到限制、难以超越人工导览的亲切感等发展瓶颈。

三、语音导览系统的未来发展

语音导览作为博物馆一种重要的导览方式，与标识导览、人工导览一起在观众和博物馆文化内核之间架起了一座沟通的桥梁，让人们能更好地了解馆藏文物所承载的厚重历史和丰富的文化内涵。当然，科技的发展会带来无数的可能，未来语音导览系统又会走向何方呢？笔者认为语音导览系统会朝着以下两个方向发展。

1.幻影导览系统

未来语音导览系统或许会升级为“幻影导览系统”。观众只要将手机或者平板电脑的摄像头对准展品，这件文物的背景资料、出土情况、修复处理过程等影像信息就会配合着解说影像呈现在观众面前。展陈的文物有缺损也没关系，幻影系统会运用信息技术进行文物修复，会使观众看到一个多角度呈现的完好无缺的模样，一旦移开摄像头，眼前又会是那个最本真、最朴拙的展品实物。当摄像头对准展厅或者过道时，观众可以看到一些并没有实际陈列在此的文物或者设计，它们有的是为了帮助观众更好地了解一段历史或者解读文物，有的则是过去或者未来在这里展出的文物，这样，观众可以在有限的空间内欣赏到更多的展品，并能展现当时的历史环境和生活环境。

2.智能导览管家

未来语音导览系统会提供全能管家式服务。一走进博物馆，展览信息、馆内活动等情况就会通过导览器或者手机传达给观众;导览系统会根据当前参观人数和分布情况为观众提供最优观展路线;观众在参观时有任何疑问可以向导览系统发问，它会给予解答或者将问题提交馆方，观众在走出博物馆前会得到相应答复;观众可以将问题、建议、观感等告诉导览系统，它会自动生成文件传递给馆方，博物馆也可以通过该系统将问卷调查、应急指南、官方宣传等传送给观众，形成互动;导览系统还可以帮助观众找到特定展品、休息区域、纪念商店等，成为观众在博物馆观展时的贴心管家。

当今社会是一个资讯膨胀、科技飞速发展的时代，越来越多受过良好教育的观众走进博物馆，他们的接受能力强，信息需求量大，对随心所欲观展的期待值较高，对展品的深度解析要求较严。语音导览系统作为博物馆展陈和宣教工作中重要的辅助手段，为观众高要求、个性化观展提供了便利，也因为高速发展的科技而具有更多的可能，需要我们博物馆人用自己的聪明才智将其充分地开发利用。

参考文献：

[1]叶葳.语单导览：服务中的“角色扮演”[N].中国文物报，2011-07-20.[2]郑文君，任小飞.浅议微信导览的应用及利弊[J].科技展望，2014（8）.

博物馆语音导览系统篇2

随着我国经济快速发展、城乡居民收入不断提高和闲暇时间大量增加, 旅游消费进入一个快速发展的新阶段。为了解决旅游发展过程中交通的问题, 基于固定轨道的旅游列车应景而生。本文研究设计了一种景点旅游列车辅助语音自动导览系统。

目前, 景点语音导览主要有以下几种方式:一种是通过全球定位系统 (GPS) 的用户终端接收工作卫星的导航信息, 从而解算出车辆的经纬度信息, 进而计算出实时坐标, 将其与景点坐标相比较, 当车辆驶入景点一定距离范围内时, 不用人工干预, 系统自动播报景点语音信息;另一种是对车轮轴的转角脉冲进行计数, 将计数值和预置值对比, 即可确定播放时刻, 达到准确播放景点语音信息的目的;第三种方案是利用无线射频识别技术, 在每一个景点范围内设置一个具有惟一ID的射频发射器, 采用间歇工作方式发射信号, 当旅游列车即将到达景点时, 车载系统接收到射频发射器信号并解码出景点的ID号, 由系统控制自动播放对应编号的景点语音信息。由于景点自然环境的复杂性, 第一种方式难以满足系统要求;第二种方式简单可靠, 但旅游轨道车辆运行方向存在不确定性, 其相对位置往返变化, 系统的自动化程度较低且复杂度较高。本文采用第三种方案实现景点语音自动导览系统。

本文首先介绍了系统总体结构, 然后, 给出了系统各主要功能模块的具体设计, 并重点研究了基于ARM3核的STM32F103RBT6芯片与语音芯片ISD4004之间的SPI通信控制和实现技术, 给出了系统设计实现结果。最后, 给出了有一定工程应用参考价值的结论。

1系统总体设计

本系统结构原理设计如图1所示。本设计利用旅游列车轨道固定的特点, 在轨道沿线景点预先安装固定ID的RFID, 综合考虑到作用距离、数据通信方式、可靠性、使用寿命和维护成本, 选用产品433 MHz有源标签GAO C124061[1]。其存储ID字长32 b。由于在野外自然环境中, 出现碰撞的可能性极低, 所以, RFID阅读器只需要正确可靠地获得RFID的ID值, 与固定景点所对应, 用以触发中断, 开始播放该景点的语音信息。

图1中, MCU采用STM32F103RBT6芯片[2], 该芯片是基于ARM Cortex-M3内核高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用MCU。本设计选择这款的原因是看重其性价比:128 KB FLASH、20 KB SRAM、2个SPI、3个串口、 1个USB、1个CAN、2个12位的ADC、RTC、51个可用I/O脚等一系列性能特征, 能完全满足本系统性能要求。总结下来, STM32具有价格低、功能强、使用简单、开发方便等几个很有利的优势。ISD4004为语音录放存储芯片[3], 根据外部控制和外围电路辅助, 可随机对其进行语音录入和语音播放。系统MCU通过RFID阅读器获得旅游列车沿途RFID的固定ID, 根据ID号所对应的预设语音数据存储位置的起始地址信息, 通过对ISD4004内置的SPI端口进行控制, 实现景点语音选段自动播放。

2主要模块电路设计

2.1 ISD4004控制电路设计

ISD4004系列语音芯片工作电压为+3 V, 单片录放时间8~16 min, 音质好。芯片采用CMOS技术, 内含时钟、抗混叠滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平非易失性存储器阵列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制, 操作命令可通过串行通信接口 (SPI) 送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存储在片内非易失性存储器中, 因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声, 避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声[4,5]。芯片ISD4004内部结构和主要引脚功能如图2所示。

ISD4004内部器件控制单元设置非常便于其与STM32序列芯片的SPI进行通信设置。增设STM32多个I/O口来作为对应语音芯片的片选端, 即可实现多片ISD4004扩展。STM32与多片ISD4004的接口电路如图3所示。

STM32和ISD4004通过SPI模块进行通信, 两者MOSI、MISO脚对应相互连接, 实现STM32和ISD4004之间数据串行传输 (MSB位在前) 。通信总是由主设备STM32发起。 STM32通过MOSI脚把数据发送给ISD4004, ISD4004通过MISO引脚回传数据给STM32。全双工通信的数据输出和数据输入是用同一个时钟信号同步的;时钟信号由主设备STM32通过SCK脚提供[6,7]。扩展为多片语音芯片后, 语音信息的存储空间大大增加, 便于扩充景点的语音信息量。

2.2语音录放控制电路设计

语音录放控制电路如图4所示。通过MCU的I/O控制端来控制串联调整管Q3或开关管Q1, 实现系统放音或者录音。I/O端输出高电平时实现录音, 输出低电平时实现放音。

2.3 RFID读卡器接口电路

RFID读卡器模块使用了Philips的高集成ISO14443A读卡芯片MFRC500[8]。RFID读卡器是一个相对独立的功能模块, 其输出可通过中断状态信息和串口与外部连接。因此, 系统利用STM32F103RBT6的SPI2接口实现与RFID读卡器接口之间的数据通信, 从而自动获得景点位置信息, 以控制选择对应景点导览语音的播放。读卡器中断状态直接与STM32F103的PD口I/O引脚连接;SPI2接口电路形式同图3类似。

3主要功能软件设计

3.1软件初始化

3.1.1外设时钟的使能

本设计中涉及的外设时钟可以通过APB2外设时钟使能寄存器来使能。当外设时钟没有启用时, 软件无法读出外设寄存器的值, 返回的数值始终为0。设计中用到的PA口、PB口、PD口的时钟分别通过APB2ENR寄存器的第2、3、5位来设置, SPI1的时钟通过APB2ENR的第12位来设置。

3.1.2 I/O口的初始化

本设计涉及的I/O口包括:用于控制片选扩展的PA.3、PB.0口, 需设置成开端输出模式;用于实现按键控制的PA.15 (录音键) 、PA.0 (强制停止键) 等需设置为上拉输入模式;用于实现SPI通信的PA.5、PA.6、PA.7口, 它们分别对应SPI1的SCK、MISO、MOSI口, 应由软件设置这三个口为复用I/O口即第二功能;用于检测放音结束时语音芯片INT端低电平输出的PA.8和PD.2设置为上拉输入模式。

3.1.3外部中断的初始化

外部中断初始化中主要完成的工作是设置I/O口与中断线的对应关系、开启与该I/O口对应的线上中断/事件以及设置中断的触发条件、配置中断分组并使能中断。本设计中, 将强制停止键连接到的PA.0口对应的中断触发条件设置为上升沿触发, 对应的中断优先级最高;其余按键连接的I/O口对应的中断触发条件都设置为下降沿触发。把所有的中断都分配到第二组, 把所有按键的次优先级设置成一样, 而抢占优先级不同。其中, 几个放音键连接的I/O口对应的中断共用一个中断服务程序, 也就是多个中断线上的中断共用一个中断服务函数, 在该中断服务程序里先对进入中断的信号进行区分 (通过中断输入I/O口上的电平判断) , 再分别处理。

3.1.4 SPI模块的初始化

本设计中, 通过对CR1寄存器的设置, 将SPI1模块设置成全双工模式、软件NSS管理、主机模式、8 b MSB数据格式, 并且把SPI1的波特率设置成了最低 (281.25 k Hz, 为系统时钟的256分频) , 其中最重要的是SPI模块输出串行同步时钟极性和相位的配置, SPI主模块和与之通信的外设备时钟相位和极性应该一致[7]。最后, 发送0xff启动传输。

根据ISD4004不同相位下的SPI总线传输时序和SPI操作时序关系[3,4], 要想实现STM32和ISD4004之间的SPI通信, 须将其控制位CPHA和CPOL都设置为[4]1。

3.2 SPI控制功能软件实现

3.2.1 SPI1读写字节函数

在读数据时, 接收到的数据被存放在一个内部的接收缓冲器中;在写数据时, 在被发送之前, 数据将首先被存放在一个内部的发送缓冲器中。对SPI_DR寄存器的读操作, 将返回接收缓冲器的内容;写入SPI_DR寄存器的数据将被写入发送缓冲器中。

SPI_SR是16位状态寄存器, 它的最低位为RXNE, 该位为0则接收缓冲为空, 为1则接收缓冲非空;SPI_SR的次低位为TXE, 该位为0说明发送缓冲非空, 为1则发送缓冲为空。不断地查询发送/接收缓冲区是否为空, 进而实现数据的有序发送和接收。

3.2.2发送指令函数

首先, 语音芯片ISD4004有如下操作规则[4]:

(1) 串行外设接口, SPI协议设定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK下降沿动作, 在时钟上升沿锁存MOSI引脚数据, 在下降沿将数据送至MISO引脚。

(2) 上电顺序, 器件延时TPUD (8 k Hz采样时, 约为25 ms) 后才能开始操作。因此, 用户发完上电指令后, 必须等待TPUD, 才能发出下一条操作指令。

例如, 从00处放音, 应遵循如下时序:

1发POWER UP命令; 2 TPUD

2等待TPUD (上电延时) ;

发地址值为的命令;

4发PLAY命令。

器件会从00地址开始放音, 当出现EOM时, 立即中断, 停止放音。

如果从处录音, 则按以下时序:

发指令;

2等待TPUD (上电延时) ;

3发POWER UP命令;

4等待2倍TPUD;

5发地址值为00的SET REC命令;

6发REC命令。

器件便从00地址开始录音, 一直到出现OVF (存储器末尾) 时, 录音停止。

3.3中断服务程序

录音中断服务程序流程如图5所示。它实现的功能是在一次长按录音键时, 将一个景点的语音信息录入ISD4004中以预先设定的起始地址存储空间中, 松开录音键后, 本景点语音内容录音停止。每个景点的导览语音存储的位置, 以其起始地址为标示。起始地址的安排根据每段语音的长度决定。每个景点语音录音时需保持录音按键锁下不松开, 直至本段景点语音录音结束。

景点语音播放中断服务程序流程如图6所示。系统在获得RFID读卡器的中断申请之后, 根据读卡器接口协议[8], MCU经SPI2接口接收到读卡器传来的数据信息, 分析出RFID所含的ID信息内容, 并根据ID所对应的景点位置, 即原设置的景点语音首地址, 将此首地址发送到ISD4004芯片组, 并发送放音命令, 即可实现对应景点事先录制好的导览语音自动播放。开始播放语音信息期间, ISD4004的端连接到了STM32的I/O口上, 不断查询它的状态。当这段语音信息放完时, 语音芯片ISD4004的端会置低, 由此发送停止播放指令, 则实现播音结束, 并等待下一个RFID信息的输入和读卡器中断申请。

4系统调试测试结果

4.1录放音模块调试

对于录音模块功能的测试, 采用如下的办法:对着麦克风进行放音, 用示波器观察语音芯片的输入引脚是否有信号。在语音芯片输入引脚检测到信号, 如图7 (a) 所示。

在成功录入语音后, 发送放音指令在语音芯片输出引脚得到如图7 (b) 所示波形。

4.2 SPI模块调试

在录音电路正确后, 发送放音指令, 在芯片对应SPI1模块功能的引脚端, 可以在示波器上看到正确的时序, 如图8所示。

图8 (a) 是片选和时钟信号输出;图8 (b) 和 (c) 分别是不停地发送0x55, 在STM32 SPI1的数据发送端MOSI和数据接收端MISO得到的波形, 与实际相符。

5结论

本文提出了一种可用于复杂环境下的语音导览系统实现结构, 详细介绍了系统主要功能模块的实现技术和调试实验结果。该系统结构简单、实用可靠, 特别适用于山区自然景点的有轨旅游列车项目等, 因而该系统具有很好的实用价值。

参考文献

[1]GAO集团.433 MHz有源RFID产品GAO C124061[EB/OL].[2012-06-11].http://www.czgaote.com/gao_pdf/C124061.pdf.

[2]王永虹, 徐炜, 郝立平.STM32序列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2008.