基于TMS320C6713的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：通過(guò)選用德州儀器公司帶浮點(diǎn)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(shí)時(shí)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整(DTW)算法進(jìn)行模式匹配。通過(guò)編程調(diào)試，該系統(tǒng)具有良好的靈活性和實(shí)時(shí)性，在抗噪聲、魯棒性和識(shí)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(shí)用化的一種參考。
關(guān)鍵詞：語(yǔ)音識(shí)別；數(shù)字信號(hào)處理器；美爾頻率倒譜系數(shù)；動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整

0 引言
語(yǔ)音識(shí)別是一種最為理想的人機(jī)通信方式。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，語(yǔ)音識(shí)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(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)在商品化的進(jìn)程中還存在著諸如識(shí)別速度、系統(tǒng)魯棒性以及更高的識(shí)別率等具體問(wèn)題。如何提高語(yǔ)音識(shí)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(diǎn)。本文正是基于這種思想，通過(guò)選用德州儀器公司帶浮點(diǎn)功能的DSP芯片TMS320C6713(主頻為200 MHz)作為語(yǔ)音信號(hào)處理的核心處理器，同時(shí)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(yǔ)音信號(hào)特征參數(shù)，結(jié)合動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整孤立詞識(shí)別算法進(jìn)行模式匹配，設(shè)計(jì)了一種具有良好實(shí)時(shí)性和高識(shí)別率及魯棒性的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)的整個(gè)硬件系統(tǒng)是以DSP為核心電路對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采集和處理，再經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換電路把模擬語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，然后送入DSP芯片進(jìn)行匹配識(shí)別，最后將識(shí)別后的結(jié)果通過(guò)單片機(jī)控制模塊外接的兩個(gè)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(tái)主要由DSP系統(tǒng)核心處理模塊、語(yǔ)音信號(hào)采集模塊、單片機(jī)控制模塊、外擴(kuò)存儲(chǔ)器模塊和外圍電路等幾個(gè)模塊構(gòu)成。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)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(diǎn)DSP芯片，是繼定點(diǎn)DSP芯片TMS320C62X系列后開(kāi)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(gè)功能單元，可同時(shí)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(chǔ)器和大范圍的尋址能力，十分適合對(duì)運(yùn)算能力和存儲(chǔ)量有高要求的應(yīng)用場(chǎng)合。
1．2 語(yǔ)音信號(hào)采集模塊
本設(shè)計(jì)中，語(yǔ)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(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，接口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單而且功耗低，因此可大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。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(duì)AIC23芯片進(jìn)行控制。
1．3 外擴(kuò)存儲(chǔ)器模塊
一般的DSP芯片內(nèi)部都有內(nèi)置的存儲(chǔ)器RAM和ROM，但對(duì)許多DSP應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這些存儲(chǔ)空間是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。掉電后程序和數(shù)據(jù)無(wú)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(chǔ)器擴(kuò)展。TMS320C6713的EMIF具有很強(qiáng)的接口能力，幾乎對(duì)所有的存儲(chǔ)器都能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫連接。EMIF的外部空間容量為64 MB，分為4個(gè)空間CE0～CE3，每個(gè)CE空間彼此獨(dú)立，可以進(jìn)行不同的訪問(wèn)控制。本系統(tǒng)通過(guò)EMIF擴(kuò)展了兩個(gè)存儲(chǔ)空間：其中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間(SDRAM)分配在CE0；程序存儲(chǔ)空間(FLASHROM)分配在CE1。而語(yǔ)庫(kù)存儲(chǔ)空間SD卡則是通過(guò)MCBSPI的SPI總線擴(kuò)展的。