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誰能想到這個兒童玩具,成就了德州儀器的dsp王國
作者: 佚名 時間:2019-11-6文章來源:訪問量:1724

在speak & spell 問世之前,除了開發它的四位工程師之外,幾乎沒有人認為它應該被引入。德州儀器 管理層認為該項目沒有什么價值。當這四個人向全國頂尖的拼寫教育專家描述這個產品時,他們給出的建議是放棄它。當他們試圖去推銷它時,家長們不屑一顧。

但是保羅·布里德洛夫、吉恩·弗蘭茨、拉里·布蘭廷漢姆和理查德·威金斯在設計它時玩得很開心,根本不想停下來。陰差陽錯,他們忘了向德州儀器的管理層提及,他們的想法遇到了冷落,但幸運的是,在德州儀器的預算范圍內,speak & spell 是德州儀器中唯一面向消費者的項目(另外兩個是 cb 收音機和家庭計算機)。

器原型:德州儀器 的 speak & spell "通過合成單個字母的聲音,用戶可以嘗試使用小鍵盤拼寫單詞。最初的模型,發布于 1978 年,有一個爵士藍的真空熒光顯示屏,并使用 4 節 c 號電池。

幸虧在預算之內,在一次采訪中,弗蘭茨回憶說,團隊可能忽略了低成本要求而適當支出一些東西,結果這事就成了,不是嗎?

教育拼寫玩具的基本思路來自布里德洛夫,布里德洛夫坐擁了天時地利。

布里德洛夫和弗蘭茨曾參與 little professor 的開發,這是德州儀器在 1976 年推出的一種旋鈕計算器。當時教育者認為在課堂上使用計算器是作弊行為。德州儀器,當時和現在世界上最大的計算器制造商之一,試圖克服這一異議,并破解教育市場,該計算器可以用來創造一個缺解方程,學生有三次機會輸入正確答案。

布里德洛夫還有一個正在學習拼寫的女兒,他突然想到,教數學和教拼寫之間有著基本的相似性。數學,就是你提出一個方程,學生來解方程,拼寫,就是你說出一個單詞,學生把它拼寫出來。只是工具會有所不同,因為單詞必須大聲朗讀。這顯然需要將存儲的單詞轉換為可聽語音的技術。這種技術當時確實存在,但成本高昂,不適合消費市場。

但是,曾在德州儀器語音研究實驗室工作過的布里德洛夫知道,該實驗室的人,或許其他學者,即將創造不那么昂貴的語音合成技術。不過,還有另一個障礙,那就是這個拼寫工具的語音合成功能需要大量的存儲空間,這似乎非常荒謬。

他沒有被嚇住。相反,他開始組建一個團隊,招募弗蘭茨做系統設計師。布里德洛夫從語音處理實驗室認識了威金斯,威金斯是布蘭廷漢姆的好朋友,他是一名 ic 設計師,威金斯把布蘭廷漢姆也拉到了團隊里,然后布里德洛夫就去找德州儀器的管理層要研發資金。

弗蘭茨解釋道,這筆研發資金可沒那么好申請,因為擬議產品的風險太高,潛在回報太低。但是,德州儀器當時還有一個為“瘋狂的想法”提供資金的來源。拼寫設備的風險非常高,“瘋狂的想法”計劃是最后的選擇。他們需要做的就是說服一位高級德州儀器技術專家來支持它。幸運的是,布里德洛夫找到了這樣一個人來支持他的提議,團隊得到了 25,000 美元(在 2019 年大約值 10 萬美元)。

圖源:吉恩·弗蘭茨 / 德州儀器

[左起]吉恩·弗蘭茨、理查德·威金斯、保羅·布里德洛夫和拉里·布蘭廷漢姆。

他們于 1977 年初開始工作。他們的設計需要三個新的芯片:一個控制器,"巨大的"rom,和一個單芯片語音合成器,這當時并不存在。當時被命名為 tmc0281 的合成器芯片將是世界上第一個語音合成芯片。

speak & spell 最終將包含 2 個 128kb 的 rom 芯片,在當時最先進的是 16 kb。

該合成器基于一種稱為線性預測編碼(lpc)的語音編碼技術。lpc 允許設備從相對較少的數據中生成整個單詞的語音信號,這比僅存儲單詞本身的數字化錄音所需的數據要小得多。使用 lpc 的想法來自威金斯,這是當時最前沿的語音處理算法,威金斯擁有哈佛大學應用數學博士學位,并曾在 mitre 公司工作。威金斯認識幾個 lpc 的先驅,在 20 世紀 60 年代在新澤西州的貝爾實驗室以及日本的名古屋大學和 ntt 開發后,他們開始尋找商業應用。

合成器芯片運行數字信號處理邏輯,盡管它本身不是 dsp。弗蘭茨表示,威金斯和布蘭廷漢姆完全自己指定和設計了芯片,沒有任何人的批準。德州儀器發熱管理層沒有要求項目需要任何報告的“漏洞”,這正好適合四個團隊成員。在弗蘭茨看來,正是管理層的缺乏"幫助",才給了威金斯和布蘭廷漢姆找到成功設計所需的自由。他們做出了適當的妥協才能成就我們,弗蘭茨說。

團隊還可以選擇工藝技術。除了互補的金屬氧化物半導體(cmos)技術外,還有其前代產品。負通道金屬氧化物半導體(nmos)在當時仍然被廣泛應用。正通道金屬氧化物半導體(pmos)更不常見,也不快。

當時 nmos 是高性能的,弗蘭茨解釋道。但是我們在低性能的 pmos 中做了出來。因此,我們不僅設計了第一個語音合成設備,我們還在最差技術中做到了這一點。原因是,如果這些是消費品,那么 nmos 對于消費者來說是極其昂貴的。rom 也是用了 pmos 來制作。

當 speak & spell 在 1978 年上市時,它立即受到唯一真正重要的選民——孩子們的歡迎。它似乎是幫助年輕人學習拼寫的有效手段。最重要的是,speak & spell 有助于克服在教育中使用電子設備的阻力。

德州儀器公司直到 1983 年才生產出第一個數字信號處理器芯片,但是在 speak&spell 中實現 dsp 邏輯是一個非常重要的突破,它也幫助德州儀器在 dsp 領域取得了領先地位,公司在 40 多年后繼續保持領先地位。

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