嵌入式語(yǔ)音識(shí)別處理ISD-SR3000的特性及應(yīng)用

摘要：ISD-SR3000是Winbond公司推出的新型嵌入式語(yǔ)音識(shí)別處理器，它由語(yǔ)音識(shí)別引擎、語(yǔ)音壓縮引擎和錄間功能組成。并帶有最優(yōu)指令系統(tǒng)為核心的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(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)電路。

關(guān)鍵詞：語(yǔ)音識(shí)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(yǔ)音識(shí)別處理器，它由語(yǔ)音識(shí)別引擎、語(yǔ)音壓縮引擎和錄音功能部分組成。芯片內(nèi)包含一個(gè)以最優(yōu)指令系統(tǒng)為核心的并行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(yǔ)音識(shí)別引擎使用成熟的Hidden Markov模型（HMMS），因而能夠識(shí)別連續(xù)的語(yǔ)音信號(hào)，并可與數(shù)字信號(hào)相連。同時(shí)可以由用戶選擇單語(yǔ)音用戶命令、連接數(shù)字信號(hào)命令和定義說(shuō)話者命令。

定義說(shuō)話者命令允許用戶分類和辨識(shí)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(yǔ)音提示符和被定義的說(shuō)話者的聲音標(biāo)簽可儲(chǔ)存在外部存儲(chǔ)器中。

該芯片可支持單語(yǔ)音用戶連續(xù)輸入語(yǔ)音，并支持用戶定義的語(yǔ)音標(biāo)簽，還可為特性抽取實(shí)時(shí)音質(zhì)模型查找提供最優(yōu)化的識(shí)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(yǔ)音識(shí)別的電流為40mA，而在低功耗模式時(shí)僅為12mA。SR3000語(yǔ)音識(shí)別處理器可廣泛應(yīng)用在可存儲(chǔ)的儀器儀表、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、無(wú)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(hào)排列說(shuō)明

3 基于SR3000的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)

由ISD-SR3000構(gòu)成的語(yǔ)音識(shí)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(méi)有定義。但在復(fù)位100ms后，微處理器將首先等待這個(gè)信號(hào)或者在這期間此信號(hào)被拉高。

在復(fù)位時(shí)，電路將對(duì)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(lái)決定ENV0和ENV1輸入信號(hào)。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(duì)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(guò)X1和X2/CLKIN端的外接晶振或外部時(shí)鐘源來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。外部時(shí)鐘源信號(hào)應(yīng)通過(guò)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(guò)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(duì)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(yǔ)音識(shí)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(hào)將保持在Vss+0.5V，而RESET、MWCS信號(hào)則將保持在Vcc-0.5V。

表2 ISD-SR3000擴(kuò)展地址線接口信號(hào)

表2 SR3000支持的典型的CODEC器件

3.4 存儲(chǔ)器接口

ISD-SR3000利用擴(kuò)展的Flash（閃存）和RO來(lái)存儲(chǔ)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(chǔ)容量的擴(kuò)展Flash存儲(chǔ)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(hào)。

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(lái)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(hào)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(hào)分別為CDIN、CODUT、CCLK、CFS0和CSF1。其中CDIN、CDOUT、CCLK和CFS0被連接到第一個(gè)CODEC。CDIN、CDOUT、CCLK和CFS1被連接到第二個(gè)CODEC接口。數(shù)據(jù)通過(guò)CDOUT輸出端傳送給CODEC接口，并通過(guò)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(jiàn)表3所列。