基于SPCE061A芯片和音頻編碼算法實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音遙控器的應(yīng)用方案

陽(yáng)科技公司的最新產(chǎn)品SPCE061A，不但具有微控制器的功能，還具有DSP運(yùn)算功能，可以用來(lái)進(jìn)行數(shù)字語(yǔ)音（音樂(lè)）信號(hào)處理。根據(jù)此特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款語(yǔ)音遙控器，她可以語(yǔ)音識(shí)別常用電臺(tái)及控制命令，如“開(kāi)機(jī)”、“關(guān)機(jī)”、“頻道增加”、“頻道減少”等遙控功能命令及“中央一臺(tái)”、“北京二臺(tái)”等電臺(tái)命令功能，對(duì)于這些電臺(tái)，用戶(hù)可以“直呼其名”切換到相應(yīng)電臺(tái)，不用每次搜索而煩惱；也方便用戶(hù)在晚上光線(xiàn)較暗的情況下的使用；更是視力較差、盲人的福音。

我們還加入了溫度采集、語(yǔ)音報(bào)溫的功能，通過(guò)按鍵控制，她采集當(dāng)前溫度，并用優(yōu)美的聲音播報(bào)“當(dāng)前溫度是xx攝氏度”。

在不增加成本的情況下，給語(yǔ)音遙控器加入了萬(wàn)年歷計(jì)算、語(yǔ)音報(bào)時(shí)功能，通過(guò)按鍵，她會(huì)播報(bào)“xxxx年xx月xx日”或“上午（下午、晚上）x點(diǎn)x分”。

1 系統(tǒng)組成

目前所設(shè)計(jì)的空調(diào)語(yǔ)音遙控器，主要由鍵盤(pán)輸入、MIC輸入、溫度采集、語(yǔ)音輸出、紅外發(fā)射電路組成。按鍵用來(lái)完成按鍵遙控功能------保留按鍵功能、語(yǔ)音報(bào)溫、報(bào)時(shí)； SPCE061A有一路專(zhuān)用于語(yǔ)音信號(hào)采集的A/D轉(zhuǎn)換電路（MIC輸入），可以用來(lái)進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別、錄音等的語(yǔ)音信號(hào)輸入，本遙控器用來(lái)采集語(yǔ)音信號(hào)，進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別；SPCE061A有7路A/D，選其中1路進(jìn)行溫度采集，由按鍵控制溫度播報(bào)；SPCE061A有豐富的時(shí)基信號(hào)，采用2Hz進(jìn)行計(jì)數(shù)，并進(jìn)行萬(wàn)年歷計(jì)算，由按鍵控制播報(bào)時(shí)間。系統(tǒng)組成如圖1所示。

2 硬件組成

硬件電路如圖2所示：

共設(shè)計(jì)了13個(gè)按鍵，采用4×4的行列式鍵盤(pán)輸入，IOA0---IOA3設(shè)置成輸入口，IOA8---IOA11設(shè)置成輸出口，預(yù)留3個(gè)按鍵作為備用。

語(yǔ)音識(shí)別的硬件電路比較簡(jiǎn)單，MIC選用駐極體話(huà)筒，駐極體話(huà)筒具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、無(wú)方向性、頻率響應(yīng)寬、保真度好等優(yōu)點(diǎn)。駐極體話(huà)筒的偏壓由SPCE500A的VMIC腳提供。

SPCE061A提供雙通道10位D/A輸出AUD1、AUD2，其中每個(gè)DAC通道的輸出能力為3mA，用于輸出語(yǔ)音信號(hào)，考慮功耗問(wèn)題，采用單通道AUD1輸出。

利用SPCE061A的IOB8輸出的PWM信號(hào)（IOB8、IOB9口的特殊功能）可以作為紅外載波信號(hào)，載波頻率由可編程定時(shí)器TimerA（或TimerB）的溢出頻率決定。本遙控器用IOB8產(chǎn)生紅外載波信號(hào)。

溫度傳感器采用普通負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，熱敏電阻靈敏度高、價(jià)格便宜。（‘nSP（tm）內(nèi)核是一個(gè)通用的核結(jié)構(gòu)。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構(gòu)，亦即這種結(jié)構(gòu)可大可小或可有可無(wú)。借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)成，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應(yīng)用場(chǎng)合。這樣做無(wú)疑會(huì)使每一種派生產(chǎn)品具有更強(qiáng)的功能和更低的成本。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，程序模塊包括初始化、鍵盤(pán)掃描、溫度采集、溫度播報(bào)、萬(wàn)年歷時(shí)間計(jì)算、萬(wàn)年歷播報(bào)、紅外發(fā)射、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音播放模塊等，程序流程見(jiàn)圖3所示：

圖3 流程圖

系統(tǒng)初始化包括系統(tǒng)時(shí)鐘、IO口、萬(wàn)年歷初始值、中斷（打開(kāi)按鍵喚醒和2Hz中斷），然后掃描按鍵，有按鍵進(jìn)行相應(yīng)處理，無(wú)按鍵進(jìn)入睡眠，萬(wàn)年歷計(jì)算在2Hz中斷服務(wù)程序中進(jìn)行。

語(yǔ)音播放采用凌陽(yáng)科技公司提供的音頻編碼算法，先在PC機(jī)上錄好提示語(yǔ)音文件（WAV文件），并經(jīng)凌陽(yáng)公司提供的壓縮工具壓縮處理成二進(jìn)制文件加載到用戶(hù)程序，編譯鏈接后存儲(chǔ)到單片機(jī)FLASH中，播放時(shí)再解壓縮送D/A還原出語(yǔ)音。用于u’nSPTM內(nèi)核的SPCE系列芯片，凌陽(yáng)科技公司提供三種不同壓縮率的算法，下表是各種壓縮算法名稱(chēng)及編碼率類(lèi)型。

這三種壓縮算法的區(qū)別在于壓縮率不同、音質(zhì)也不同。SACM_A2000壓縮率相對(duì)較小，音質(zhì)較好，相應(yīng)的資源占用較多。SACM_S240的壓縮率最大，音質(zhì)相對(duì)較差。SACM_S480介于這兩者之間。每種算法都有完整的庫(kù)函數(shù)供程序調(diào)用，軟件編寫(xiě)非常方便。本語(yǔ)音遙控器采用SACM_S480算法。

語(yǔ)音識(shí)別分為特定發(fā)音人識(shí)別（Speaker Dependent）和非特定發(fā)音人識(shí)別（Speaker Independent）兩種方式。

特定發(fā)音人識(shí)別是指語(yǔ)音樣板由單個(gè)人訓(xùn)練，對(duì)訓(xùn)練人的語(yǔ)音命令識(shí)別準(zhǔn)確率較高，而其他人的語(yǔ)音命令識(shí)別準(zhǔn)確率較低或不識(shí)別。非特定發(fā)音人識(shí)別是指語(yǔ)音樣板由不同年齡、不同性別、不同口音的人進(jìn)行訓(xùn)練，可以識(shí)別一群人的命令。語(yǔ)音樣板的提取非常重要。語(yǔ)音遙控器就是采用非特定發(fā)音人識(shí)別方式。

語(yǔ)音識(shí)別分為語(yǔ)音樣板訓(xùn)練和語(yǔ)音識(shí)別兩個(gè)過(guò)程。我們將標(biāo)準(zhǔn)模式的存儲(chǔ)空間稱(chēng)之為“詞庫(kù)”，而把標(biāo)準(zhǔn)模式稱(chēng)之為“樣板”。所謂語(yǔ)音樣板訓(xùn)練，就是將待識(shí)別的命令進(jìn)行頻譜分析，提取特征參數(shù)作為識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)模式。語(yǔ)音識(shí)別的過(guò)程就是提取語(yǔ)音命令的特征參數(shù)，與詞庫(kù)中的樣板比較，取相似度最好的樣板命令序號(hào)作為識(shí)別結(jié)果。凌陽(yáng)科技公司提供語(yǔ)音樣板訓(xùn)練工具和語(yǔ)音識(shí)別庫(kù)函數(shù)，每次可以識(shí)別30條語(yǔ)音命令，命令較多的話(huà)可以分多組進(jìn)行，語(yǔ)音識(shí)別流程見(jiàn)圖4所示：

上面介紹了采用SPCE061A來(lái)完成紅外遙控、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音報(bào)溫、報(bào)時(shí)等綜合功能的語(yǔ)音遙控器，系統(tǒng)只用了單顆芯片來(lái)完成語(yǔ)音處理和控制功能，與專(zhuān)用的語(yǔ)音處理芯片相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，并且凌陽(yáng)科技公司提供了豐富的C函數(shù)庫(kù)和語(yǔ)音處理函數(shù)庫(kù)，供用戶(hù)調(diào)用，縮短了開(kāi)發(fā)周期。本品稍作改動(dòng)，就可用來(lái)控制空調(diào)機(jī)、錄像機(jī)等電器；利用SPCE061A的語(yǔ)音處理優(yōu)勢(shì)可組成語(yǔ)音應(yīng)答系統(tǒng)、語(yǔ)音合成系統(tǒng)、互動(dòng)式玩具等，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

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