嵌入式語音識別處理ISD-SR3000的特性及應(yīng)用
出處:datouyuan 發(fā)布于:2007-09-20 10:45:27
摘要:ISD-SR3000是Winbond公司推出的新型嵌入式語音識別處理器,它由語音識別引擎、語音壓縮引擎和錄間功能組成。并帶有指令系統(tǒng)為的PISC/PSP、靈活的CODEC接口和串行主控制器接口,文中介紹了ISD-SR3000的特點(diǎn)、引腳排列和功能。給出了一個(gè)用SR3000組成的語音識別系統(tǒng)電路。
關(guān)鍵詞:語音識別 微處理器 CODEC SR3000
1 概述
ISD-SR3000是Winbond公司推出的新型嵌入式語音識別處理器,它由語音識別引擎、語音壓縮引擎和錄音功能部分組成。芯片內(nèi)包含一個(gè)以指令系統(tǒng)為的并行PISC/DSP、靈活的CODEC接口和一個(gè)串行主控制器接口。
ISD-SR3000中的語音識別引擎使用成熟的Hidden Markov模型(HMMS),因而能夠識別連續(xù)的語音信號,并可與數(shù)字信號相連。同時(shí)可以由用戶選擇單語音用戶命令、連接數(shù)字信號命令和定義說話者命令。
定義說話者命令允許用戶分類和辨識聲音標(biāo)簽。聲音標(biāo)簽可作為用戶命令進(jìn)行姓名目錄管理。單用戶命令、語音提示符和被定義的說話者的聲音標(biāo)簽可儲存在外部存儲器中。
該芯片可支持單語音用戶連續(xù)輸入語音,并支持用戶定義的語音標(biāo)簽,還可為特性抽取實(shí)時(shí)音質(zhì)模型查找提供化的識別引擎。該芯片提供有μ律、A律或線形CODEC接口以及到主控制器的串行接口。在3.3~5V供電時(shí),其語音識別的電流為40mA,而在低功耗模式時(shí)僅為12mA。SR3000語音識別處理器可廣泛應(yīng)用在可存儲的儀器儀表、自動化控制系統(tǒng)、無線電話、蜂窩電話、家庭網(wǎng)絡(luò)、英特網(wǎng)設(shè)備等系統(tǒng)。
2 ISD-SR3000的引腳功能
ISD-SR3000采用100引腳QFP封裝,其引腳分布如圖1所示,各引腳功能如表1所列。
表1 ISD-SR3000引腳信號排列說明
ISD-SR3000采用100引腳QFP封裝,其引腳分布如圖1所示,各引腳功能如表1所列。
表1 ISD-SR3000引腳信號排列說明
| 引腳名稱 | 信號名稱 | 信號類型 | 說 明 |
| A(0:15) | A(0:16) | 輸出 | 0到16的地址位 |
| CCLK | CCLK | 輸入/輸出 | CODEC主從時(shí)鐘接口 |
| BMCS | BMCS | 輸出 | 基存儲器芯片選擇 |
| BMCS/ENV1 | BMCS | 輸入/輸出 | 基存儲器芯片選擇或環(huán)境選擇 |
| CDIN | CDIN | 輸入 | 從CODEC數(shù)據(jù)輸入 |
| CDOUT | CDOUT | 輸出 | 從CODEC數(shù)據(jù)輸出 |
| CFS0 | CFS0 | 輸入/輸出 | CODEC0幀同步 |
| CFS1 | CFS1 | 輸出 | CODEC1幀同步 |
| D(0:7) | D(0:7) | 輸入/輸出 | 0到7的數(shù)據(jù)位 |
| EMCS/ENV0 | EMCS | 輸出 | 擴(kuò)充存儲器芯片選擇 |
| EMCS/ENV0 | ENV0 | 輸入 | 環(huán)境選擇 |
| MWCLK | MWCLK | 輸入 | 與微處理器連接的時(shí)鐘 |
| MWCS | MWCS | 輸入 | 與微處理器連接的芯片選擇 |
| MWDIN | MWDIN | 輸入 | 與微處理器連接的數(shù)據(jù)輸入 |
| MWDOUT | MWDOUT | 輸出 | 與微處理器連接的數(shù)據(jù)輸出 |
| MWRDY | MWRDY | 輸出 | 微處理器準(zhǔn)備信號 |
| MWRQST | MWRQST | 輸出 | 微處理器請求信號 |
| RESET | RESET | 輸入 | 復(fù)位 |
| TST | TST | 輸入 | 測試腳 |
| Vcc | Vcc | 電源 | 3.3V電源引腳 |
| VccA | VccA | 電源 | 3.3V模擬電源引腳 |
| VccHI | VccHI | 電源 | 5V電源引腳 |
| Vss | Vss | 電源 | 片內(nèi)邏輯和輸出驅(qū)動器地 |
| VssA | VssA | 電源 | 片內(nèi)模擬電路地 |
| X1 | X1 | 振蕩器 | 晶振接口 |
| X2/CLKIN | X2 | 振蕩器 | 晶振接口 |
3 基于SR3000的語音識別系統(tǒng)
由ISD-SR3000構(gòu)成的語音識別系統(tǒng)由電路如圖2所示。以下分別介紹電路中各部分的功能。
3.1 復(fù)位
RESET端為芯片復(fù)位端。加電時(shí)RESET必須保持在低電平,時(shí)間至少應(yīng)持續(xù)30ms。TST端必須利用上拉電阻以便其處于高電平狀態(tài)。MWRDY端的值在復(fù)位期間沒有定義。但在復(fù)位100ms后,微處理器將首先等待這個(gè)信號或者在這期間此信號被拉高。
在復(fù)位時(shí),電路將對ENV0和ENV1的輸入端進(jìn)行采樣以決定操作環(huán)境。而EMCS/ENV0和BMCS/ENV1端則在復(fù)位時(shí)用來決定ENV0和ENV1輸入信號。利用芯片內(nèi)的上拉電阻可將ENV0和ENV1置1。而利用一個(gè)連接于Vss端上的5.1kΩ的外接電阻則可對ENV0和ENV1置0。
3.2 時(shí)鐘
SR3000內(nèi)含片內(nèi)振蕩器,但應(yīng)用時(shí)也可通過X1和X2/CLKIN端的外接晶振或外部時(shí)鐘源來產(chǎn)生時(shí)鐘信號。外部時(shí)鐘源信號應(yīng)通過X2/CLKIN端輸入。要注意的是,外部時(shí)鐘源電平與CLKIN的輸入電平要相符(3.3V或5V)。
外接晶振可通過X1和X2/CLKIN端與芯片內(nèi)的振蕩電路相連。為減少寄生電容和電感對振蕩頻率的影響,外接的晶振和電容應(yīng)盡量靠近X1和X2/CLKIN端。
3.3 電源
ISD-SR3000可工作在3.3V±10%和5V±10%兩種電壓,不同電壓的接線方式不同。圖3是采用3.3V電源時(shí)的接線圖,圖4為采用5V電源時(shí)的接線圖。
ISD-SR3000具有低功耗模式,在低功耗模式時(shí)的電流消耗僅12mA,此時(shí)芯片中的一些功能模塊處于未激活狀態(tài),因而不能進(jìn)行語音識別。低功耗模式時(shí)的引腳CS0和CS1必須置1,這時(shí),MWCLK、MWDIN信號將保持在Vss+0.5V,而RESET、MWCS信號則將保持在Vcc-0.5V。
表2 ISD-SR3000擴(kuò)展地址線接口信號
| 信號名稱 | 類 型 | 信號單元 | 說 明 |
| D[7:0] | 輸入/輸出 | ISD-SR3000 | 數(shù)據(jù)總線 |
| A[7:1] | 輸入 | ISD-SR3000 | 地址總線 |
| IOCS | 輸入 | ISD-SR3000 | I/O擴(kuò)展芯片選擇,訪問I/O寄存器 |
| EMCS | 輸入 | ISD-SR3000 | 擴(kuò)展存儲器選擇 |
| DDIN/A16 | 輸入 | ISD-SR3000 | I/O操作方向或16位地址總線 |
| A15 | 輸入 | ISD-SR3000 | 地址線 |
| WR[0:1] | 輸入 | ISD-SR3000 | 外部存儲器的寫信號 |
| AF[4:0] | 輸出 | 到外部擴(kuò)展存儲器 | 擴(kuò)展地址總線 |
| CEFN | 輸出 | 到外部擴(kuò)展存儲器 | 外存片遷,用于Flash片選 |
| CREN | 輸出 | 到外部擴(kuò)展存儲器 | 外存片選,用于ROM片選 |
| CSEN | 輸出 | 到外部擴(kuò)展存儲器 | 外存片選,用于RAM片選 |
| EMWR | 輸出 | 到外部擴(kuò)展存儲器 | 外部SRAM寫信號 |
| CSINTROM | 輸出 | 到內(nèi)部的ROM | 內(nèi)部ROM片選 |
表2 SR3000支持的典型的CODEC器件
| 生產(chǎn)商 | CODEC設(shè)備名稱 | 特 征 | 工作電壓 | 轉(zhuǎn)換類型 |
| National Semiconductor | TP3054 | 單CODEC | 5V | μ律 |
| OKI | MSM7533V | 雙CODEC | 5V | μ律,A律 |
| Macronix | MX93002FC | 雙CODEC | 5V | μ律 |
| Lucent | T7503 | 雙CODEC | 5V | μ律 |
| Motorola | MC145481 | 單CODEC | 3V | μ律 |
3.4 存儲器接口
ISD-SR3000利用擴(kuò)展的Flash(閃存)和RO來存儲聲音標(biāo)簽、詞匯、提示符和音質(zhì)模型。建議選用16M以上存儲容量的擴(kuò)展Flash存儲器,如Am29LA160D等。外接64kB的SRAM可實(shí)現(xiàn)HMM算法。表2給出了擴(kuò)展地址線的接口信號。
3.5 CODEC接口
ISD-SR3000可為模擬和數(shù)字電話提供一個(gè)支持主和從CODEC接口模式的CODEC接口,該接口具有8位和16位的信道寬度,能支持可變和固定格式的通信協(xié)議。在主模式下,可利用SR3000來控制CODEC的運(yùn)行以滿足模擬電話和獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用;在從模式下,CODEC接口由外接信號控制,此模式可用于數(shù)字電話,如ISDN或DECT線等。CODEC接口使用的5個(gè)信號分別為CDIN、CODUT、CCLK、CFS0和CSF1。其中CDIN、CDOUT、CCLK和CFS0被連接到個(gè)CODEC。CDIN、CDOUT、CCLK和CFS1被連接到第二個(gè)CODEC接口。數(shù)據(jù)通過CDOUT輸出端傳送給CODEC接口,并通過CDIN輸入端從CODEC讀出。CCLK和CFS0端在主模式下為輸出狀態(tài),而在從模式下為輸入狀態(tài)。CFS1是一個(gè)輸出端。SR3000支持的典型CODEC器件見表3所列。
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