揭秘DSP和HMM的語音識別系統(tǒng)電路模塊設(shè)計

　　當今社會是數(shù)字信息化時代，信用卡號碼、電話語音撥號、個人身份證號碼、電子密碼等都具有數(shù)字化特征。同時，隨著語音識別技術(shù)的發(fā)展，使得對數(shù)字的語音識別成為可能。數(shù)字語音識別可以識別用戶說出的數(shù)字，向用戶提供最自然、最靈活和最經(jīng)濟的人機接口界面，從而能有效解決軍用和民用領(lǐng)域中遇到的大量數(shù)據(jù)錄入問題。而且，由于電話網(wǎng)絡(luò)的同益普及，數(shù)字自動語音識別可用于電話人口統(tǒng)計、遠程股票交易號碼的遠程認證等。因此，數(shù)字語音識別具有非常高的實用價值。

　　硬件電路的連接

　　語音信號采集模塊主要包括語音信號的輸入輸出模擬通道、DSP和AD50的連接、DSP和AD50的周邊設(shè)備連接等。其中，DSP和AD50的周邊設(shè)備連接包括電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、存儲器擴展電路和去耦電路等，這些電路的連接可查看相關(guān)芯片資料。語音信號的前后端處理主要由輸入輸出模擬通道組成。這兩個電路的主要作用是將信號進行處理，盡量減少輸入輸出引入的噪聲。同時，還可以調(diào)整輸入輸出的放大系數(shù)，使語音信號適合各種不同的功放，得到最佳的語音效果。為了達到更好的效果，AD50的模擬信號輸入采用差分輸入方式，即使用兩個運算放大器，將單端輸入信號轉(zhuǎn)換成差分輸入信號，電路連接如圖3．5所示。使用差分信號，信號一J下一負同時進入采集系統(tǒng)，如果此時有隨機噪聲出現(xiàn)，通過『F負信號的加減，可以有效消除部分噪聲。

　　AD50差分輸入電路

　　AD50的D／A輸出為差分信號，可以直接驅(qū)動600歐姆的負載。

　　差分輸出電路

　　要使TLC320AD50正常工作，還需要進行電源供電及去耦電路以及一些功能引腳包括幀同步延遲輸出、電壓下拉、輸出監(jiān)控、參考電壓過濾輸出等的連接，具體連接如圖3．7所示。

　　TLC320AD50外圍電路

　　DSP通過多通道緩沖串口連接AD50。DSP最多可以使一個緩沖串口與3個AD50芯片連接。本系統(tǒng)采用DSP為主設(shè)備、AD50為從設(shè)備的連接方法。如圖3．8所示，AD50的時鐘信號MCLK由DSP的定時器0的輸出TOUT0提供，時鐘頻率可以通過設(shè)置定時器0來改變。AD50的移位時鐘輸出SCLK連接到DSP的緩沖串口0的接收時鐘引腳CLKR0，幀同步信號FS連接到DSP緩沖串口0的FRXO。AD50的FC引腳連接到DSP的通用I／O引腳XF，用于控制二次串行通信。圖3．8中DSP的DR0為輸入，其余均為輸出。
　----------------------
　　如何輕松跨越4G產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量難題？LTE測試幫你忙！
　　

　　程序存儲器電路

　　程序存儲器主要用于系統(tǒng)運行時，將采集的數(shù)字語音信號暫時存儲在RAM中以備后續(xù)的處理。由于采集的數(shù)據(jù)不是太大，擴展32k的程序存儲器即可滿足要求。因此本系統(tǒng)只用到CY7C1021的低32k字空間，將DSP的地址線的低15位與CY7C1021的地址線引腳相連，而地址線的1卜18位通過一個數(shù)字邏輯電路后用于尋址CY7C1021的低32k字空間。電路原理圖如圖3．9所示。

　　Y7C1021主要電路原理圖

　　圖3．10是CY7C1021讀和寫信號數(shù)字邏輯電路。圖中，DSP的DSP—R／W和DSP—MSTRB引腳通過或門后的輸出作為SRAM的寫信號，DSP—R／W的非和DSP—MSTRB引腳通過或門后輸出作為SRAM的讀信號。

　　圖3．1l是CY7C1021的第16位地址引腳數(shù)字邏輯電路。圖中，DSP A15經(jīng)過一個非門作為二四譯碼器SN74LSl39AD的使能信號，DSP A16和DSP A17經(jīng)過譯碼器后輸出端Yl與Y2的非通過一個與門后的輸出作為SRAM的第16位地址線。因此，低32k的SRAM映射到DSP程序空間的0X1 8000__oXlFFFF。

　　數(shù)據(jù)存儲器電路

　　數(shù)據(jù)存儲器主要用于存儲編譯后的系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)，用于語音識別系統(tǒng)板上電自舉。選用flash芯片，是因為flash芯片是電可擦可寫芯片，可以在線對flash進行操作，修改應(yīng)用程序方便。地址緩沖器和數(shù)據(jù)緩沖器電路連接分別如圖3．12和3．13所示：

　　SN74LVTHl6244外圍電路

　　SN74LVTHl6245外圍電路原理圖

　　SST39VFl60有1M*16bit的容量，但擴展數(shù)據(jù)存儲器只需64K空間足以，所以電路SST39VFl60的地址線的高4位接地。電路原理圖如圖3．14所示：

　　SST39VFl60外圍電路

　　LED顯示電路

　　LED顯示電路在此系統(tǒng)中用于顯示語音識別的結(jié)果，與輸入的語音比較可知系統(tǒng)識別率的高低。電路中用SN74LS373作為暫存器，通過DSP的I／O端口選擇引腳IS和DSP的第17個地址引腳來控制SN74LS373的輸出使能端，用一個共陰極七段數(shù)碼管來顯示識別結(jié)果【241。電路圖如圖3．15所示：

　　LED顯示電路原理圖

　　J-TAG電路

　　JTAG標準是IEEEl990年公布的1 149．1標準的又一稱呼，是針對現(xiàn)代超大規(guī)模集成電路測試、檢驗困難而提出的、基于邊界掃描機制和標準測試存儲口的國際標準。JTAG標準公布以后，TI公司為其以后的DSP器件均設(shè)置符合國際標準的JTAG邏輯測試口，通過JTAG測試口訪問和調(diào)試TI DSP芯片。電路設(shè)計中需要注意的問題：當仿真器與DSP距離大于15．24cm時，JTAG仿真頭與DSP之間的EMUO、EMUl、TMS、TDI引腳互聯(lián)時應(yīng)通過上拉電阻接高電平，而TMS、TDI、TDO、TCK之問互聯(lián)時還要加緩沖器，只在距離小于15．24cm時它們之間不用通過緩沖器連接。

　　JTAG在線仿真電路原理圖

　　電源電路

　　此系統(tǒng)中，有兩類電壓，一類是DSP芯片的內(nèi)核電壓，為1．8V，另一類是DSP的外圍電路供電電壓，為3．3V。為了能夠滿足雙電壓供電，本系統(tǒng)選用TPS767D318電源芯片供電。根據(jù)芯片推薦電路搭建電路原理圖如圖3．17所示：

　　系統(tǒng)電源供電電路原理圖

　　簡述了與硬件相關(guān)的驅(qū)動程序的設(shè)計，將硬件驅(qū)動程序與語音識別程序綜合，編譯通過后載入目標板即對語音信號進行識別。介紹了一個基于DSP的非特定人漢語孤立數(shù)字語音識別系統(tǒng)的設(shè)計過程，系統(tǒng)通過AD50芯片將模擬語音信號采集到DSP芯片中，再采用語音識別算法對采集到的信號進行處理，并將識別的結(jié)果用LED輸出完成了整個系統(tǒng)設(shè)計。