SPCE061A在語音遙控器中的應用

凌陽科技公司的最新產(chǎn)品SPCE061A，不但具有微控制器的功能，還具有DSP運算功能，可以用來進行數(shù)字語音（音樂）信號處理。根據(jù)此特點，我們設(shè)計了一款語音遙控器，她可以語音識別常用電臺及控制命令，如“開機”、“關(guān)機”、“頻道增加”、“頻道減少”等遙控功能命令及“中央一臺”、“北京二臺”等電臺命令功能，對于這些電臺，用戶可以“直呼其名”切換到相應電臺，不用每次搜索而煩惱；也方便用戶在晚上光線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、語音報溫的功能，通過按鍵控制，她采集當前溫度，并用優(yōu)美的聲音播報“當前溫度是xx攝氏度”。

在不增加成本的情況下，給語音遙控器加入了萬年歷計算、語音報時功能，通過按鍵，她會播報“xxxx年xx月xx日”或“上午（下午、晚上）x點x分”。

1 系統(tǒng)組成

目前所設(shè)計的空調(diào)語音遙控器，主要由鍵盤輸入、MIC輸入、溫度采集、語音輸出、紅外發(fā)射電路組成。按鍵用來完成按鍵遙控功能------保留按鍵功能、語音報溫、報時； SPCE061A有一路專用于語音信號采集的A/D轉(zhuǎn)換電路（MIC輸入），可以用來進行語音識別、錄音等的語音信號輸入，本遙控器用來采集語音信號，進行語音識別；SPCE061A有7路A/D，選其中1路進行溫度采集，由按鍵控制溫度播報；SPCE061A有豐富的時基信號，采用2Hz進行計數(shù)，并進行萬年歷計算，由按鍵控制播報時間。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)計了13個按鍵，采用4×4的行列式鍵盤輸入，IOA0---IOA3設(shè)置成輸入口，IOA8---IOA11設(shè)置成輸出口,預留3個按鍵作為備用。

語音識別的硬件電路比較簡單，MIC選用駐極體話筒，駐極體話筒具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、無方向性、頻率響應寬、保真度好等優(yōu)點。駐極體話筒的偏壓由SPCE500A的VMIC腳提供。

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

利用SPCE061A的IOB8輸出的PWM信號（IOB8、IOB9口的特殊功能）可以作為紅外載波信號,載波頻率由可編程定時器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。

溫度傳感器采用普通負溫度系數(shù)熱敏電阻，熱敏電阻靈敏度高、價格便宜。('nSP(tm)內(nèi)核是一個通用的核結(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。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，以適合不同的應用場合。這樣做無疑會使每一種派生產(chǎn)品具有更強的功能和更低的成本。

3 軟件設(shè)計

軟件采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，程序模塊包括初始化、鍵盤掃描、溫度采集、溫度播報、萬年歷時間計算、萬年歷播報、紅外發(fā)射、語音識別、語音播放模塊等，程序流程見圖3所示：

圖3 流程圖

系統(tǒng)初始化包括系統(tǒng)時鐘、IO口、萬年歷初始值、中斷（打開按鍵喚醒和2Hz中斷），然后掃描按鍵，有按鍵進行相應處理，無按鍵進入睡眠，萬年歷計算在2Hz中斷服務程序中進行。

語音播放采用凌陽科技公司提供的音頻編碼算法，先在PC機上錄好提示語音文件（WAV文件），并經(jīng)凌陽公司提供的壓縮工具壓縮處理成二進制文件加載到用戶程序，編譯鏈接后存儲到單片機FLASH中，播放時再解壓縮送D/A還原出語音。用于u'nSPTM內(nèi)核的SPCE系列芯片，凌陽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及編碼率類型。

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壓縮率相對較小，音質(zhì)較好，相應的資源占用較多。SACM_S240的壓縮率最大，音質(zhì)相對較差。SACM_S480介于這兩者之間。每種算法都有完整的庫函數(shù)供程序調(diào)用，軟件編寫非常方便。本語音遙控器采用SACM_S480算法。

語音識別分為特定發(fā)音人識別（Speaker Dependent）和非特定發(fā)音人識別（Speaker Independent）兩種方式。

特定發(fā)音人識別是指語音樣板由單個人訓練，對訓練人的語音命令識別準確率較高，而其他人的語音命令識別準確率較低或不識別。非特定發(fā)音人識別是指語音樣板由不同年齡、不同性別、不同口音的人進行訓練，可以識別一群人的命令。語音樣板的提取非常重要。語音遙控器就是采用非特定發(fā)音人識別方式。

語音識別分為語音樣板訓練和語音識別兩個過程。我們將標準模式的存儲空間稱之為“詞庫”，而把標準模式稱之為“樣板”。所謂語音樣板訓練，就是將待識別的命令進行頻譜分析，提取特征參數(shù)作為識別的標準模式。語音識別的過程就是提取語音命令的特征參數(shù)，與詞庫中的樣板比較，取相似度最好的樣板命令序號作為識別結(jié)果。凌陽科技公司提供語音樣板訓練工具和語音識別庫函數(shù)，每次可以識別30條語音命令，命令較多的話可以分多組進行，語音識別流程見圖4所示：

上面介紹了采用SPCE061A來完成紅外遙控、語音識別、語音報溫、報時等綜合功能的語音遙控器，系統(tǒng)只用了單顆芯片來完成語音處理和控制功能，與專用的語音處理芯片相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易實現(xiàn)的特點，并且凌陽科技公司提供了豐富的C函數(shù)庫和語音處理函數(shù)庫，供用戶調(diào)用，縮短了開發(fā)周期。本品稍作改動，就可用來控制空調(diào)機、錄像機等電器；利用SPCE061A的語音處理優(yōu)勢可組成語音應答系統(tǒng)、語音合成系統(tǒng)、互動式玩具等，具有廣闊的市場前景。