基于TMS320C6713的語音識別系統(tǒng)設計

摘要：通過選用德州儀器公司帶浮點功能的TMS320C6713DSP芯片作為系統(tǒng)核心處理器，結合MSP430單片機作為外圍控制器，給出了一種實時語音識別系統(tǒng)的設計方法。該系統(tǒng)核心算法采用美爾頻率倒譜系數(shù)作為特征參數(shù)進行特征提取和動態(tài)時間規(guī)整(DTW)算法進行模式匹配。通過編程調(diào)試，該系統(tǒng)具有良好的靈活性和實時性，在抗噪聲、魯棒性和識別率等方面有明顯的提高。該系統(tǒng)在許多領域可作為實用化的一種參考。
關鍵詞：語音識別；數(shù)字信號處理器；美爾頻率倒譜系數(shù)；動態(tài)時間規(guī)整

0 引言
語音識別是一種最為理想的人機通信方式。隨著計算機技術的進步，語音識別技術已經(jīng)逐漸應用于控制、通信、消費等行業(yè)。但是，語音識別系統(tǒng)在商品化的進程中還存在著諸如識別速度、系統(tǒng)魯棒性以及更高的識別率等具體問題。如何提高語音識別系統(tǒng)的這些性能，使系統(tǒng)更快、更穩(wěn)定地工作是目前研究的重點。本文正是基于這種思想，通過選用德州儀器公司帶浮點功能的DSP芯片TMS320C6713(主頻為200 MHz)作為語音信號處理的核心處理器，同時結合MSP430單片機作為外圍控制器共同構建硬件系統(tǒng)，以美爾頻率倒譜系數(shù)作為語音信號特征參數(shù)，結合動態(tài)時間規(guī)整孤立詞識別算法進行模式匹配，設計了一種具有良好實時性和高識別率及魯棒性的語音識別系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設計
本設計的整個硬件系統(tǒng)是以DSP為核心電路對語音信號進行采集和處理，再經(jīng)過A／D轉換電路把模擬語音信號轉換成數(shù)字語音信號，然后送入DSP芯片進行匹配識別，最后將識別后的結果通過單片機控制模塊外接的兩個紅綠顏色的二極管進行處理表示，其中紅色表示拒絕命令，綠色表示接受命令。系統(tǒng)的硬件平臺主要由DSP系統(tǒng)核心處理模塊、語音信號采集模塊、單片機控制模塊、外擴存儲器模塊和外圍電路等幾個模塊構成。系統(tǒng)的硬件設計總體方案框圖如圖1所示。

1．1 DSP系統(tǒng)核心處理模塊
作為系統(tǒng)的核心模塊DSP芯片采用TMS320C6713，該芯片的主頻可達200 MHz。這是TI公司推出的一種新型的浮點DSP芯片，是繼定點DSP芯片TMS320C62X系列后開發(fā)的。該芯片的內(nèi)部結構在TMS320C62X的基礎上進行了改進，內(nèi)部同樣集成了多個功能單元，可同時執(zhí)行8條指令，其運算能力可達1G FLOPS。片內(nèi)具有豐富的外設，如EDMA、EMIF、McBSP、HPI、GPIO等。
TMS320C6713以其出色的運算能力、高效的指令集、智能外設、大容量的片內(nèi)存儲器和大范圍的尋址能力，十分適合對運算能力和存儲量有高要求的應用場合。
1．2 語音信號采集模塊
本設計中，語音的采集處理選用TI公司生產(chǎn)的一種高性能立體聲音頻編解碼器TLV320AIC23。該芯片能夠與C6713的MCBSP接口實現(xiàn)無縫連接，接口設計簡單而且功耗低，因此可大大簡化系統(tǒng)設計。TLV320AIC23芯片與數(shù)字系統(tǒng)的接口有右判斷模式、左判斷模式、I2S模式和DSP模式四種。本系統(tǒng)中采用DSP模式，與C6713的McBSP0、McBSP1連接，其中McBSP0負責收發(fā)數(shù)據(jù)，MCBSP1負責對AIC23芯片進行控制。
1．3 外擴存儲器模塊
一般的DSP芯片內(nèi)部都有內(nèi)置的存儲器RAM和ROM，但對許多DSP應用來說，這些存儲空間是遠遠不夠的。掉電后程序和數(shù)據(jù)無法保存，而需要從外部加載程序。所以，一般都要在片外進行存儲器擴展。TMS320C6713的EMIF具有很強的接口能力，幾乎對所有的存儲器都能夠?qū)崿F(xiàn)無縫連接。EMIF的外部空間容量為64 MB，分為4個空間CE0～CE3，每個CE空間彼此獨立，可以進行不同的訪問控制。本系統(tǒng)通過EMIF擴展了兩個存儲空間：其中數(shù)據(jù)存儲空間(SDRAM)分配在CE0；程序存儲空間(FLASHROM)分配在CE1。而語庫存儲空間SD卡則是通過MCBSPI的SPI總線擴展的。