摘 要： 以數字信號處理器" title="數字信號處理器">數字信號處理器ADSP2186L為核心，通過單片機進行系統控制，設計語音撥號器，實現語音控制的自動撥號功能。
關鍵詞： DSP 語音識別 雙音多頻
隨著語音信號處理理論以及超大規模集成電路的發展，語音識別、語音編碼以及語音合成技術逐步走向實用化。國外已有相應的應用電子產品問世(如美國Sensory公司的產品)，國內市場上也出現了具備語音識別功能的手機(如PHILIPS，SAMSUNG等公司的產品)。本文介紹的基于ADSP2186L的語音撥號器集語音識別、語音編解碼、語音提示、語音合成以及雙音多頻撥號功能于一體，與現有產品相比具有容量大，識別率高，使用方便的優點。
1 系統功能
·可存儲200個用戶詞條，800個電話號碼。
· 支持語音查詢方式，用戶只需口述詞條，即可獲得相應的電話號碼。同時兼容手動查詢方式。
· 具有方便的編輯功能(增加、刪除、修改用戶記錄)。
· 具有雙音多頻撥號功能，使用普通電話機便可實現自動撥號。
2 系統整體模塊設計
整個系統可分為信號處理單元，系統控制單元和用戶界面單元共三個功能模塊。
2.1 信號處理單元
本單元包括數字信號處理器，編解碼器" title="編解碼器">編解碼器和存儲器。
作為系統語音信號處理核心的ADSP2186L是ANALOG DEVICES公司生產的低電壓16位定點數字信號處理器。該芯片具有以下特點：
· 運算速度33MIPS；
· 片內含40K Byte RAM，分為16K Byte的程序RAM及24K Byte的數據RAM；
· 兩路獨立可編程全雙工串行通信接口，支持A律/μ律的硬件語音解壓擴，支持自動緩沖區操作；
· 4M Byte的外部尋址空間；
· 支持內外存之間的DMA操作；
· 13個可編程的I/O" title="I/O">I/O口。
DSP在系統中主要完成語音信號的特征提取，端點檢測和模板匹配，同時負責用戶記錄的管理。
與ADSP2186L配套使用的是ANALOG DEVICES公司最新生產的低電壓16位編解碼器AD73311L，該芯片通過設置相應的寄存器可實現8～64kHz的多種采樣頻率，具有可編程的輸入輸出增益控制。該芯片在系統中完成語音信號的A/D，D/A轉換。
系統存儲器選用SILICON STORAGE TECHNOLOGY公司生產的8M位快閃存儲器(Flash Memory)SST39VF080Q，主要存儲兩部分內容，DSP的應用程序和用戶的語音記錄" title="語音記錄">語音記錄數據。該芯片具有軟件寫保護功能，可以防止應用程序的意外更改，全片分為256個4KByte的扇區，適于語音記錄的存取。
2.2 系統控制單元
選用SAMSUNG公司生產的4位單片機KS57C2308，該芯片主要負責系統整體流程控制以及用戶界面控制。KS57C2308具有較寬的工作電壓，同時提供段式液晶的驅動，具有較強的I/O操作能力，適合應用于要求多個I/O口以及液晶顯示的工作環境。采用KS57C2308可以簡化系統，并使系統具有較好的外部接口擴展能力。
2.3 用戶界面單元
包括鍵盤、液晶、駐極話筒和揚聲器四部分。
系統硬件模塊結構如圖1所示。
2.4數字信號處理器與編解碼器之間的通信
數字信號處理器ADSP2186L與編解碼器之間的通信通過獨立的串行口完成。具體連線如圖2所示，信號說明如表1所示。
由于AD73311L采取自接外部晶振，通過內部設置分頻寄存器確定采樣率的工作方式，ADSP2186L的SCLK、TFS，RFS均設為外部輸入。采用DSP的串口時序進行通信。
2.5 數字信號處理其余單片機間的通信
ADSP2186L與單片機的接口與此類似，區別在于ADSP2186L的SCLK、TFS、RFS均設為內部輸出。單片機通過通用的I/O口模擬DSP的串口時序，通信協議采用自定義的數據包格式，速度快，可靠性高。單片機同時控制DSP的復位引腳，進一步保證系統工作的可靠性。
2.6 數字信號處理器與外部存儲器的接口
DSP與外部存儲器之間通過地址和數據總線連接，利用DSP的BMS、WR、RD引腳實現對外部存儲器存的片選及讀寫控制。系統復位時，DSP由外部存儲器中自動加載程序，系統運行過程中的數據通過DMA方式進行傳輸。
單片機通過專用的液晶驅動引腳控制液晶，通過通用的I/O引腳完成鍵盤掃描。
3 系統軟件實現
系統軟件采取模塊化設計，根據功能將DSP的程序分為10個基本模塊。
(1)系統初始化
初始化內容包括算法參數，狀態變量，端口設置。
(2)通信接口
主要功能是接收單片機指令，并在完成相應的操作序列后回送操作結果。
(3)語音記錄
使用DSP的自動緩沖區技術，在用戶口述詞條的過程中，實時提取用于識別和回放的特征參數" title="特征參數">特征參數，利用高性能的端點檢測算法去除靜音段及噪聲段，將實際語音段的特征數據保存在數據RAM中。
(4)語音識別
使用模式識別方法將數據RAM中的特征參數與外部存儲器中保存的現有用戶記錄相比較，找出最相近的記錄作為識別結果，獲得相應的記錄指針。
(5)語音提示
利用預先編碼的數據合成語音，用于對用戶的相應操作進行提示，方便用戶使用，減少誤操作的可能性。編解碼采用多脈沖線性預測編碼(Multi－Pulse Linear Predict Code)算法，能以較低的碼率獲得較高質量的合成語音。
(6)語音回放
利用“語音記錄”過程中提取的回放特征參數合成語音，用于用戶檢驗記錄結果或識別結果。根據參數提取的實時性要求，此處采取速度快，合成質量好的編解碼算法。
(7)增加記錄
將“語音記錄”中提取的特征參數連同相應的用戶電話號碼存入外部存儲器。同時修改記錄指針。
(8)修改記錄
保持記錄的特征參數不變，只修改電話號碼。
(9)刪除記錄
刪除整個用戶記錄，包括特征參數和電話號碼，同時清除相應指針。
(10)雙音多頻撥號
利用級數展開的方法合成正弦信號，經編解碼器進行D/A轉換后至揚聲器輸出，實現自動撥號功能。
單片機利用鍵盤接收用戶指令，通過功能模塊的不同組合方式，可以形成多種控制流程，以適應不同應用場合的需要。
系統軟件框圖如圖3所示。
4 系統性能測試
本系統具有較高的識別率，對于普通詞條，識別率超過99%，對于發音相近的易混淆詞條，如“李平，李寧，李丁”，識別率也可達到90%以上。同時，本系統具有良好的用戶界面，用戶在語音提示下完成相應操作，方便快捷。
本系統具備語音撥號器的基本功能，由于它的軟件和硬件設計都具有模塊化特性，很容易改造成適用于其他應用場合的語音控制系統。因此，本系統具有較為廣泛的應用前景。
參考文獻
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