基于DSP的聲控電子記事本的設計與實(shí)現

摘要：一種基于DSP芯片的語(yǔ)音識別和數字錄音系統。在該系統中，DSP（單片ADSP2185）完成語(yǔ)音識別和數字錄音功能，MCU完成用戶(hù)界面處理。該系統可以實(shí)現語(yǔ)音名片（電路號碼、工作單位、地址等）存儲及聲控查詢(xún)、記事錄音及聲控回放、日歷、簡(jiǎn)單計算器等功能。

語(yǔ)音識別及語(yǔ)音編解碼技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)日趨成熟，步入實(shí)用化階段。語(yǔ)音識別技術(shù)已開(kāi)始應用于電話(huà)查詢(xún)服務(wù)、智能玩具、PDA、家用電器、通信、工業(yè)控制、語(yǔ)言學(xué)習等應用領(lǐng)域；其于碼激勵線(xiàn)性預測（CELP）技術(shù)的語(yǔ)音編解碼算法也因其音質(zhì)好，壓縮比大而在通信和數字錄音設備中獲得了廣泛應用。

語(yǔ)音輸入方式與手寫(xiě)輸入方式相比，具有操作簡(jiǎn)便、查找方便、識別準確率高等優(yōu)點(diǎn)。省去了大量的輸入時(shí)間，降低了信息檢索的復雜度。本文所介紹的聲控電子記事本系統將語(yǔ)音識別和語(yǔ)音編解碼在同一片DSP芯片上實(shí)現，用語(yǔ)音方式代替其它方式進(jìn)行信息輸入，提高了系統的靈活性。

1 系統功能

·可存200張語(yǔ)音名片，每張語(yǔ)音名片包含四條信息：姓名、電話(huà)號碼、工作單位、備注；聲控查找語(yǔ)音名片信息，用戶(hù)只需口述所要查找人的姓名，即可獲得電話(huà)號碼、工作單位、備注等信息，同時(shí)電話(huà)號碼顯示在液晶顯示屏上。

·具有雙音多頻（DTMF）撥號功能，用戶(hù)用聲控查找到電話(huà)號碼并顯示在液晶屏上之后，只需輕觸一個(gè)撥號鍵，即可通過(guò)普通電話(huà)機的話(huà)筒實(shí)現快速自動(dòng)撥號。

·數字錄音，每段錄音加語(yǔ)音標識；聲控放音，在放音時(shí)只需口述所要語(yǔ)音段的語(yǔ)音標識即可自動(dòng)找到該段錄音并加放，累計錄音時(shí)間達兩個(gè)半小時(shí)以上。

·具有方便的編輯功能，增加、刪除語(yǔ)音名片，增加、刪除數字錄音段。

2 系統構成

本文所介紹的聲控電子記事本系統，是在定點(diǎn)16位DSP芯片上實(shí)現的，它包含特定人孤立詞語(yǔ)音識別算法和代數碼本激勵線(xiàn)性預測（ACELP）語(yǔ)音編解碼算法數（MFCC）為語(yǔ)音特征、以動(dòng)態(tài)時(shí)間規劃（DTW）為模板匹配算法，對于普通詞條，識別率達到了99%以上。用于“錄音”功能的ACELP算法是該碼率下性能優(yōu)異的編解碼算法，雖然算法復雜度較高，但共重建語(yǔ)音質(zhì)量的平均主觀(guān)評測分數（MOS分）達到了4.0，非常接近于壓縮前的分數4.3。

如圖1所示，系統由MCU實(shí)現總線(xiàn)控制，接受外部鍵盤(pán)輸入，并在液晶屏上顯示信息。在本系統中，語(yǔ)音充當大部分人機界面的角色，盡量省去復雜的鍵盤(pán)操作，而且用語(yǔ)音提示或語(yǔ)音回放代替一部門(mén)液晶文字提示。由于語(yǔ)音要經(jīng)過(guò)DSP處理，所以MCU需要與DSP經(jīng)常交換信息，以便實(shí)現友好的操作界面。

2.1 DSP

DSP（ADSP2185）是整個(gè)硬件系統的信號處理中心，完成語(yǔ)音識別、訓練、編解碼，進(jìn)行片內RAM及外部FLASH存儲芯片的數據管理與調度，并向主控芯片MCU提供簡(jiǎn)潔的命令與反饋信息。ADSP2185是Analog Devices公司的產(chǎn)品，其主要性能如下：

·運算速度為50MIPS，且均為高效的單周期指令。

·提供了80Kbyte的片內RAM，其中32Kbyte為數據RAM，48Kbyte為程序RAM。

·最大可支持4Mbyte的外部存儲區，用于存儲數據或程序。

·提供對字節存儲區（BM）與片內RAM區之間的DMA方式支持。

·提供兩上可編程、全雙工、自動(dòng)進(jìn)行收發(fā)緩沖區操作的串行口。

2.2 MCU

MCU（KS57C2316）是SAMSUNG公司生產(chǎn)的性?xún)r(jià)比較高的一種CMOS四位單片機，可以一次性編程，適于小批量生產(chǎn)，被廣泛地應用于家用電器的控制，它具有強大的I/O功能。其主要性能如下：

·ROM為16K×8 bit；RAM為512×4 bit

·40個(gè)I/O引腳

·多至16位數字LCD顯示

——32個(gè)段，4個(gè)公共端引腳

這些性能保證了系統主控能力，而且能夠提供靈活的外部接口，適于做進(jìn)一步的改進(jìn)和改造。計算器等附加功能可以直接由MCU完成。

2.3 數據FLASH存儲器

數據FLASH存儲器KM29U64000是SAMSUNG公司的產(chǎn)品，它可在3伏電壓下低功耗工作，存貯量大、價(jià)位低、速度快、存儲數據掉電后可保持而不會(huì )丟失。其主要性能指標如下：

·存儲單元陣列為（8M 256K）×8bit；數據寄存器（512 16）×8bit

·頁(yè)寫(xiě)入為（512 16）Byte；塊擦除為（8K 256）Byte

·命令/地址/數據復用I/O端口

·可靠的CMOS Floating-Gate技術(shù)，耐受一百萬(wàn)次寫(xiě)入/擦除，數據維持時(shí)間為10年

·命令寄存器操作

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