基于UniSpeech-SDA80D51的车载音响声控系统

摘  要： 提出一种语音命令控制车载音响操作的设计方案，以德国Infineon公司新推出的具有DSP和单片机双核的SoC语音处理芯片UniSpeech-SDA80D51为核心组成非特定人车载音响语音控制系统，并实现了系统样机的研制。该系统在江淮同悦SL1102C1型车载音响上进行了语音控制实测，实测数据表明系统语音识别率可达到95%。
关键词： 非特定人语音识别；车载音响语音控制；UniSpeech-SDA80D51；隐马尔可夫模型
       现代电子技术的发展，使得越来越多的车载电器加入到汽车电子行列中，在改善汽车性能的同时，也增加了汽车驾驶操作的复杂度，给行车过程带来了不安全隐患。随着语音识别算法的改进和新一代专用语音处理芯片的问世，使得语音控制代替了手动控制车载电器，从而减轻了驾驶员手动操作负担，大大提高了行车安全性。
     目前我国的车身电子语音控制主要集中在汽车导航系统的应用上，语音识别技术在车身电子中的应用没有充分发挥。本文首次提出了一种以专用语音处理芯片UniSpeech-SDA80D51为核心组成的非特定人车载音响语音控制系统的设计方案，并实现了系统样机的研制。
1 车载音响语音控制系统
     系统由语音采集、语音识别、控制驱动和车载音响等模块构成，系统完成的主要功能是：语音采集模块用于采集驾驶员发出的语音命令信号，由语音识别模块实现信号的A/D转换, 并对转换的数字信号进行语音识别处理，最终输出与语音命令相对应的词条编码信号，控制模块对接收的词条编码信号进行逻辑分析与处理并产生对应的控制信号驱动车载音响动作，代替驾驶员的手动操作。
1.1 语音识别模块
     语音识别模块主要由UniSpeech-SDA80D51芯片及外围电路组成。
     SDA80D51是德国Infineon公司专为语音识别和语音处理应用领域新推出的高集成度SoC专用芯片，其基本结构如图1所示。
   
       由图1可知，SDA80D51片内集成了直接双访问快速SRAM、2路ADC和2路DAC、多种通信接口和通用GPIO等部件。SDA80D51工作方式以M8051为主控制芯片，主要完成系统配置和SPI、PWM、I2C、GPIO等接口的控制以及语音数据的传输工作； DSP核心OAK为协处理器，完成语音识别算法、语音编解码算法等语音处理工作。
     非特定人语音信号由定向拾音器输入，经过SDA80D51内部的数据采集模块进行A/D转换，再经过识别程序的预处理、端点检测、特征参数提取、模板匹配等处理，选择识别词表中最接近的词条序号作为识别结果，识别结果通过GPIO口输出。
1.2 控制驱动模块
     控制驱动模块由MCU和模拟开关及外围电路构成，模块主要用来接收语音识别结果，并对词条编码信号进行逻辑分析和处理，通过模拟开关电路产生对应功能的控制信号驱动音响动作。其中MCU选用美国ATMEL公司产品AT89S51，综合AT89S51输出I/O信号电压特性和SL1102C1音响控制面板电阻式分流键盘电路的特点，确定使用继电器模拟SL1102C1控制面板按键的闭合和断开动作。AT89S51和继电器模拟开关电路原理图如图2所示。