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基于C語言的設(shè)計(jì)流優(yōu)化語音識(shí)別芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

據(jù)預(yù)測(cè)，市場(chǎng)對(duì)語音控制應(yīng)用設(shè)備的需求將急劇增長(zhǎng)，其推動(dòng)力來自電話機(jī)市場(chǎng)。電話機(jī)將更多地采用語音命令進(jìn)行控制。其他應(yīng)用領(lǐng)域包括玩具和手持設(shè)備如計(jì)算器、語音控制的安全系統(tǒng)、家用電器及車載設(shè)備(立體聲、視窗、環(huán)境控制、車燈和導(dǎo)航控制)。本文從可復(fù)用和優(yōu)化芯片空間的角度出發(fā)介紹語音識(shí)別芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的種種考慮，其思路有利于開發(fā)一系列其它語音識(shí)別芯片。



新加坡Columns公司在便攜式語音控制產(chǎn)品應(yīng)用中起步較早，其中一個(gè)產(chǎn)品是執(zhí)行歐元與其他歐洲貨幣之間進(jìn)行兌換的“語音控制歐洲貨幣兌換器”。歐元兌換器的設(shè)計(jì)要求包括：1.功率小，電池壽命至少為1年；2.價(jià)格低廉，產(chǎn)品零售價(jià)不超過9美元；3.具有很強(qiáng)的靈活性，能用多種語言精確地識(shí)別并合成與說話人相關(guān)的語音；4.整個(gè)語音控制核產(chǎn)品應(yīng)具備可復(fù)用的特性。

本文介紹利用FrontierDesign公司設(shè)計(jì)工具來開發(fā)歐元兌換器ASIC產(chǎn)品的全過程。在ASIC中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜DSP算法的要求通常極為苛刻，但采用Frontier的結(jié)構(gòu)合成工具A|RTDesigner工具能迅速優(yōu)化RTL描述，該工具還允許自由選擇備用結(jié)構(gòu)以優(yōu)化應(yīng)用設(shè)計(jì)。

通過應(yīng)用基于C語言的設(shè)計(jì)流，能在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段對(duì)新特性進(jìn)行設(shè)計(jì)和硬件優(yōu)化，這能降低50％的硅片面積，通過加快C語言原型硬件的設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步擴(kuò)展設(shè)計(jì)的性能以滿足用戶對(duì)產(chǎn)品規(guī)格的嚴(yán)格要求。

算法研究

歐元兌換器的效率在一定程度上取決于語音命令與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫的比較以及執(zhí)行命令的能力。開發(fā)出滿足最終產(chǎn)品要求的算法對(duì)設(shè)計(jì)的成功至關(guān)重要，因?yàn)闆]有人希望看到語音控制設(shè)備不能始終如一地識(shí)別命令，人們需要算法自始至終達(dá)到98％以上的識(shí)別精度。因此，目前面臨的難題包括檢測(cè)并清除背景噪聲、區(qū)分真實(shí)的命令字和其他噪聲(呼吸聲、微小靜電干擾聲及麥克風(fēng)聲響)、確定命令字的起始和終止以及將輸入與存儲(chǔ)的“聲紋譜”數(shù)據(jù)庫及隨后的命令字識(shí)別(圖1)進(jìn)行比較。

以下幾種先進(jìn)的計(jì)算密集DSP算法適用于解決上述問題：1.Mel頻率聲譜(cepstral)系數(shù)(MFCC)算法，MFCC算法由快速傅立葉變換(FFT)功能譜、Mel定標(biāo)和logii構(gòu)成；2.反離散余弦變換(iDCT)；3.應(yīng)用多重估計(jì)和選擇算法連續(xù)識(shí)別并估計(jì)背景聲音和語音噪聲的連續(xù)噪聲電平估計(jì)程序；4.在命令字有效期間及其