語音通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理方案有哪些？

隨著科學(xué)技術(shù)和人工智能的不斷發(fā)展，智能生活已經(jīng)深入生活各個(gè)方面，而AI語音控制作為智能化的前驅(qū)，其智能化程度及準(zhǔn)確性將在很大程度上影響著人工智能的發(fā)展，本文將以某客戶智能語音控制空調(diào)應(yīng)用為例，分享啟英泰倫推出的第三代高性能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能語音芯片，以便給廣大工程師們提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路及產(chǎn)品解決方案。

傳統(tǒng)空調(diào)遙控器存在控制復(fù)雜，老人，孩子控制不便捷，以及容易找不到等不足，因此智能語音空調(diào)的核心功能就是通過AI語音控制取代傳統(tǒng)的遙控器控制，但是常用語音芯片存在語音識(shí)別準(zhǔn)確率低，識(shí)別速度慢，AI訓(xùn)練成本大，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，使用體驗(yàn)差，用戶體驗(yàn)感大大降低。

針對(duì)類似項(xiàng)目需求，可采用啟英泰倫推出的第三代高性能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能語音芯片，包括CI13XX和CI230X系列，芯片集成了啟英泰倫自研的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器BNPU V3，且CI230X系列芯片支持Wi-Fi及 BLE 5.1 無線通信協(xié)議。

如上圖所述，啟英泰倫第三代智能語音芯片集成度更高，外圍可擴(kuò)展更豐富應(yīng)用，通過串口可擴(kuò)展上位機(jī)MCU、WiFi、BLE、2.4G等射頻芯片; 通過通用ADC或I2C可輸入溫度、濕度等傳感器信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)AI控制操作;另外，通過PWM或其它GPIO可實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)控制、電機(jī)控制等，可極大提升系統(tǒng)功能性和設(shè)計(jì)靈活性;本方案最為突出的是CI230X系列芯片本身集成WIFI和BLE，形成“語音+WiFi+BLE”三合一單芯片，僅需少量電阻電容等外圍器件就可以實(shí)現(xiàn)各類智能語音離在線產(chǎn)品及IoT硬件方案，性價(jià)比極高。

如上圖所示，啟英泰倫第三代智能語音芯片采用行業(yè)首創(chuàng)的BNPU3.0語音算法，通過將不同方向人聲分離，抑制干擾人聲等技術(shù)，提高目標(biāo)人聲識(shí)別率，且能夠在低信噪比環(huán)境下，減小語音失真，提升目標(biāo)語音識(shí)別率，從而使得其語音識(shí)別效果優(yōu)于其它語音芯片，實(shí)測準(zhǔn)確度可達(dá)97%以上，用戶的空調(diào)控制指令能被準(zhǔn)確清晰地接收或響應(yīng)，不會(huì)因?yàn)橛脩糁車脑肼暬螂s音而影響設(shè)備控制;更不會(huì)被誤喚醒，以避免發(fā)生半夜”鬼音“控制，而嚴(yán)重影響用戶睡眠。

且方案支持離線自定義喚醒詞和命令詞，支持離線語義識(shí)別，支持本地聲紋識(shí)別和本地NLP(部分型號(hào))，能夠通過上下文關(guān)聯(lián)，多輪對(duì)話及意圖理解，識(shí)別相應(yīng)速度極快，采用此款方案設(shè)計(jì)的智能語音空調(diào)，使用離線喚醒指令，系統(tǒng)響應(yīng)可短至0.8s以內(nèi)(指從指令識(shí)別到設(shè)備動(dòng)作完成)，而傳統(tǒng)語音控制方案往往需要2-3s，做到隨時(shí)控制隨時(shí)響應(yīng)，極大地提升用戶的智能生活體驗(yàn)。

通常情況下，IP語音電話系統(tǒng)和IP電話系統(tǒng)可以視為同一概念，都是使用IP協(xié)議來進(jìn)行語音通信的系統(tǒng)。當(dāng)然，也要認(rèn)識(shí)到，具體術(shù)語的使用可能會(huì)因地區(qū)、行業(yè)或上下文而有所不同，所以，在特定情況下，可能需要更明確地了解具體的系統(tǒng)或解決方案是指哪種類型的IP通信。

訊美時(shí)代將基于兩者的同一性，以近20年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，給出答案，希望有助于行業(yè)內(nèi)外人士，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)IP電話系統(tǒng)，為IP融合通訊行業(yè)的發(fā)展，共同努力。

1.什么是IP電話系統(tǒng)

1.1 定義和概念

IP電話系統(tǒng)(IP Telephony System)是一種利用IP語音電話技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電話功能的系統(tǒng)。IP電話系統(tǒng)可以將語音信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)包，通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，然后再轉(zhuǎn)換為語音信號(hào)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多點(diǎn)之間的通話。IP電話系統(tǒng)可以與傳統(tǒng)的電話系統(tǒng)互聯(lián)互通，也可以與其他的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用如電子郵件、即時(shí)通訊、視頻會(huì)議等集成，提供更多的功能和服務(wù)。

1.2 歷史和發(fā)展

IP電話系統(tǒng)的起源可以追溯到20世紀(jì)90年代初，當(dāng)時(shí)一些研究人員和愛好者開始嘗試?yán)没ヂ?lián)網(wǎng)來進(jìn)行語音通信。1995年，一家名為VocalTec的公司推出了第一個(gè)商用的IP語音電話軟件，名為Internet Phone。該軟件允許用戶通過撥號(hào)上網(wǎng)和麥克風(fēng)、耳機(jī)等設(shè)備，在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)時(shí)的語音對(duì)話。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和寬帶技術(shù)的發(fā)展，IP語音電話技術(shù)逐漸成為一種主流的通信方式，不僅在個(gè)人用戶之間，也在企業(yè)和政府機(jī)構(gòu)之間得到了廣泛的應(yīng)用?；贗P語音電話技術(shù)的各種IP電話系統(tǒng)也相繼出現(xiàn)，如基于H.323協(xié)議的Avaya、基于SIP協(xié)議的Cisco、基于云計(jì)算的Skype等。目前，IP電話系統(tǒng)已經(jīng)成為一種成熟和穩(wěn)定的技術(shù)，擁有多種標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，如H.323、SIP、MGCP、MEGACO等。IP電話系統(tǒng)也在不斷地創(chuàng)新和發(fā)展，與云計(jì)算、人工智能、5G網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)相結(jié)合，提供更高效、更智能、更便捷的通信體驗(yàn)。

2.IP電話系統(tǒng)的主要設(shè)備

IP電話系統(tǒng)的主要設(shè)備和軟件包括：

IP電話：IP電話是一種可以直接接入IP網(wǎng)絡(luò)的電話設(shè)備，具有語音編解碼、數(shù)據(jù)包封裝、信號(hào)處理等功能。IP電話可以是硬件設(shè)備，如專用的IP電話機(jī)、智能手機(jī)等，也可以是軟件設(shè)備，如安裝在電腦或移動(dòng)設(shè)備上的IP語音電話軟件。

網(wǎng)關(guān)：網(wǎng)關(guān)是一種可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通的設(shè)備，如IP網(wǎng)絡(luò)和PSTN(公共交換電話網(wǎng))。網(wǎng)關(guān)可以將IP語音電話系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為PSTN的模擬或數(shù)字信號(hào)，或者反之，從而實(shí)現(xiàn)IP語音電話系統(tǒng)和傳統(tǒng)電話系統(tǒng)之間的通話。

服務(wù)器：服務(wù)器是一種可以提供各種服務(wù)和功能的設(shè)備，如注冊(cè)、認(rèn)證、路由、計(jì)費(fèi)、錄音、會(huì)議、語音郵件等。服務(wù)器可以根據(jù)不同的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工作，如H.323服務(wù)器、SIP服務(wù)器等。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是一種可以實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和管理的設(shè)備，如路由器、交換機(jī)、防火墻等。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以對(duì)IP語音電話系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)、優(yōu)化、保護(hù)等操作，提高通話質(zhì)量和安全性。

3.IP電話系統(tǒng)的優(yōu)勢

相比傳統(tǒng)電話系統(tǒng)，IP電話系統(tǒng)具有以下幾個(gè)優(yōu)勢：

3.1 通話質(zhì)量

IP電話系統(tǒng)可以利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行壓縮、編碼、加密、過濾等操作，提高通話質(zhì)量和安全性。IP電話系統(tǒng)也可以利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行優(yōu)先級(jí)分配、負(fù)載均衡、擁塞控制等操作，減少延遲、丟包、抖動(dòng)等問題，提高通話穩(wěn)定性和可靠性。

3.2 成本節(jié)省

IP電話系統(tǒng)可以利用現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，無需額外建設(shè)專用的電話線路和交換機(jī)，降低基礎(chǔ)設(shè)施投資和維護(hù)成本。IP電話系統(tǒng)也可以利用互聯(lián)網(wǎng)提供的低廉或免費(fèi)的通信服務(wù)，無需支付昂貴的長途或國際電話費(fèi)用，降低通信開支。

3.3 功能豐富

IP電話系統(tǒng)可以利用IP網(wǎng)絡(luò)提供的多種應(yīng)用和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)更多的功能和價(jià)值，如視頻會(huì)議、即時(shí)通訊、語音郵件、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待、呼叫保持、呼叫錄音等。IP電話系統(tǒng)也可以與其他信息系統(tǒng)進(jìn)行集成和協(xié)作，如電子郵件、數(shù)據(jù)庫、客戶關(guān)系管理(CRM)等，提高工作效率和客戶滿意度。

4.IP電話系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

由于IP電話系統(tǒng)具有的三大優(yōu)勢，IP電話系統(tǒng)得到行業(yè)用戶認(rèn)可，應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，正如訊美時(shí)代的客戶，也廣泛分布于各行各業(yè)。

4.1 企業(yè)

IP電話系統(tǒng)可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、低成本、多功能的內(nèi)部和外部通信，提高企業(yè)的競爭力和盈利能力。IP電話系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的分支機(jī)構(gòu)、部門、員工之間的無縫連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程辦公、移動(dòng)辦公、協(xié)同辦公等模式。IP電話系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)外部的客戶、供應(yīng)商、合作伙伴之間的高質(zhì)量通信，提高客戶服務(wù)、供應(yīng)鏈管理、商務(wù)談判等效果。

4.2 教育

IP電話系統(tǒng)可以幫助教育機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效、低成本、多功能的教學(xué)和管理，提高教育質(zhì)量和水平。IP電話系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)教育機(jī)構(gòu)內(nèi)部的教師、學(xué)生、管理員之間的無縫連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)、在線學(xué)習(xí)、協(xié)同學(xué)習(xí)等模式。IP電話系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)教育機(jī)構(gòu)外部的其他學(xué)校、專家、社會(huì)資源之間的高質(zhì)量通信，提高教育交流、教育合作、教育創(chuàng)新等效果。

4.3 醫(yī)療

IP電話系統(tǒng)可以幫助醫(yī)療機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效、低成本、多功能的診療和管理，提高醫(yī)療質(zhì)量和水平。IP電話系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)部的醫(yī)生、護(hù)士、患者、管理員之間的無縫連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)、遠(yuǎn)程會(huì)診等模式。IP電話系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)醫(yī)療機(jī)構(gòu)外部的其他醫(yī)院、專家、社會(huì)資源之間的高質(zhì)量通信，提高醫(yī)療交流、醫(yī)療合作、醫(yī)療創(chuàng)新等效果。

4.4 政府

IP電話系統(tǒng)可以幫助政府機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效、低成本、多功能的執(zhí)政和管理，提高政府效能和形象。IP電話系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)政府機(jī)構(gòu)內(nèi)部的領(lǐng)導(dǎo)、干部、公務(wù)員之間的無縫連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程辦公、移動(dòng)辦公、協(xié)同辦公等模式。IP電話系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)政府機(jī)構(gòu)外部的民眾、企業(yè)、社會(huì)組織之間的高質(zhì)量通信，提高民意征集、民事服務(wù)、民主參與等效果。