基于TMS320C6713的語音識別系統(tǒng)設(shè)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(jié)合MSP430單片機(jī)作為外圍控制器，給出了一種實時語音識別系統(tǒng)的設(shè)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(jìn)行特征提取和動態(tài)時間規(guī)整(DTW)算法進(jìn)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(lǐng)域可作為實用化的一種參考。
關(guān)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(jī)通信方式。隨著計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，語音識別技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于控制、通信、消費(fèi)等行業(yè)。但是，語音識別系統(tǒng)在商品化的進(jìn)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(jié)合MSP430單片機(jī)作為外圍控制器共同構(gòu)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(jié)合動態(tài)時間規(guī)整孤立詞識別算法進(jìn)行模式匹配，設(shè)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(shè)計
本設(shè)計的整個硬件系統(tǒng)是以DSP為核心電路對語音信號進(jìn)行采集和處理，再經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換電路把模擬語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字語音信號，然后送入DSP芯片進(jìn)行匹配識別，最后將識別后的結(jié)果通過單片機(jī)控制模塊外接的兩個紅綠顏色的二極管進(jìn)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(jī)控制模塊、外擴(kuò)存儲器模塊和外圍電路等幾個模塊構(gòu)成。系統(tǒng)的硬件設(shè)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(dá)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(jié)構(gòu)在TMS320C62X的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，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(yùn)算能力可達(dá)1G FLOPS。片內(nèi)具有豐富的外設(shè)，如EDMA、EMIF、McBSP、HPI、GPIO等。
TMS320C6713以其出色的運(yùn)算能力、高效的指令集、智能外設(shè)、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(yùn)算能力和存儲量有高要求的應(yīng)用場合。
1．2 語音信號采集模塊
本設(shè)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(shè)計簡單而且功耗低，因此可大大簡化系統(tǒng)設(shè)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(fù)責(zé)收發(fā)數(shù)據(jù)，MCBSP1負(fù)責(zé)對AIC23芯片進(jìn)行控制。
1．3 外擴(kuò)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(yīng)用來說，這些存儲空間是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jìn)行存儲器擴(kuò)展。TMS320C6713的EMIF具有很強(qiáng)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(jìn)行不同的訪問控制。本系統(tǒng)通過EMIF擴(kuò)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(kuò)展的。