嵌入式语音识别处理ISD-SR3000的特性及应用

2006-05-07 15:49:59来源: 国外电子元器件

1 概述

ISD-SR3000是Winbond公司推出的新型嵌入式语音识别处理器,它由语音识别引擎、语音压缩引擎和录音功能部分组成。芯片内包含一个以最优指令系统为核心的并行PISC/DSP、灵活的CODEC接口和一个串行主控制器接口。

ISD-SR3000中的语音识别引擎使用成熟的Hidden Markov模型(HMMS),因而能够识别连续的语音信号,并可与数字信号相连。同时可以由用户选择单语音用户命令、连接数字信号命令和定义说话者命令。

定义说话者命令允许用户分类和辨识声音标签。声音标签可作为用户命令进行姓名目录管理。单用户命令、语音提示符和被定义的说话者的声音标签可储存在外部存储器中。

该芯片可支持单语音用户连续输入语音,并支持用户定义的语音标签,还可为特性抽取实时音质模型查找提供最优化的识别引擎。该芯片提供有μ律、A律或线形CODEC接口以及到主控制器的串行接口。在3.3~5V供电时,其语音识别的电流为40mA,而在低功耗模式时仅为12mA。SR3000语音识别处理器可广泛应用在可存储的仪器仪表、自动化控制系统、无线电话、蜂窝电话、家庭网络、英特网设备等系统。

2 ISD-SR3000的引脚功能

ISD-SR3000采用100引脚QFP封装,其引脚分布如图1所示,各引脚功能如表1所列。

表1 ISD-SR3000引脚信号排列说明

引脚名称 信号名称 信号类型 说    明
A(0:15) A(0:16) 输出 0到16的地址位
CCLK CCLK 输入/输出 CODEC主从时钟接口
BMCS BMCS 输出 基存储器芯片选择
BMCS/ENV1 BMCS 输入/输出 基存储器芯片选择或环境选择
CDIN CDIN 输入 从CODEC数据输入
CDOUT CDOUT 输出 从CODEC数据输出
CFS0 CFS0 输入/输出 CODEC0帧同步
CFS1 CFS1 输出 CODEC1帧同步
D(0:7) D(0:7) 输入/输出 0到7的数据位
EMCS/ENV0 EMCS 输出 扩充存储器芯片选择
EMCS/ENV0 ENV0 输入 环境选择
MWCLK MWCLK 输入 与微处理器连接的时钟
MWCS MWCS 输入 与微处理器连接的芯片选择
MWDIN MWDIN 输入 与微处理器连接的数据输入
MWDOUT MWDOUT 输出 与微处理器连接的数据输出
MWRDY MWRDY 输出 微处理器准备信号
MWRQST MWRQST 输出 微处理器请求信号
RESET RESET 输入 复位
TST TST 输入 测试脚
Vcc Vcc 电源 3.3V电源引脚
VccA VccA 电源 3.3V模拟电源引脚
VccHI VccHI 电源 5V电源引脚
Vss Vss 电源 片内逻辑和输出驱动器地
VssA VssA 电源 片内模拟电路地
X1 X1 振荡器 晶振接口
X2/CLKIN X2 振荡器 晶振接口

3 基于SR3000的语音识别系统

由ISD-SR3000构成的语音识别系统由电路如图2所示。以下分别介绍电路中各部分的功能。

    3.1 复位

RESET端为芯片复位端。加电时RESET必须保持在低电平,时间至少应持续30ms。TST端必须利用上拉电阻以便其处于高电平状态。MWRDY端的值在复位期间没有定义。但在复位100ms后,微处理器将首先等待这个信号或者在这期间此信号被拉高。

在复位时,电路将对ENV0和ENV1的输入端进行采样以决定操作环境。而EMCS/ENV0和BMCS/ENV1端则在复位时用来决定ENV0和ENV1输入信号。利用芯片内的上拉电阻可将ENV0和ENV1置1。而利用一个连接于Vss端上的5.1kΩ的外接电阻则可对ENV0和ENV1置0。

3.2 时钟

SR3000内含片内振荡器,但应用时也可通过X1和X2/CLKIN端的外接晶振或外部时钟源来产生时钟信号。外部时钟源信号应通过X2/CLKIN端输入。要注意的是,外部时钟源电平与CLKIN的输入电平要相符(3.3V或5V)。

    外接晶振可通过X1和X2/CLKIN端与芯片内的振荡电路相连。为减少寄生电容和电感对振荡频率的影响,外接的晶振和电容应尽量靠近X1和X2/CLKIN端。

3.3 电源

ISD-SR3000可工作在3.3V±10%和5V±10%两种电压,不同电压的接线方式不同。图3是采用3.3V电源时的接线图,图4为采用5V电源时的接线图。

ISD-SR3000具有低功耗模式,在低功耗模式时的电流消耗仅12mA,此时芯片中的一些功能模块处于未激活状态,因而不能进行语音识别。低功耗模式时的引脚CS0和CS1必须置1,这时,MWCLK、MWDIN信号将保持在Vss+0.5V,而RESET、MWCS信号则将保持在Vcc-0.5V。

表2 ISD-SR3000扩展地址线接口信号

信号名称 类  型 信号单元 说      明
D[7:0] 输入/输出 ISD-SR3000 数据总线
A[7:1] 输入 ISD-SR3000 地址总线
IOCS 输入 ISD-SR3000 I/O扩展芯片选择,访问I/O寄存器
EMCS 输入 ISD-SR3000 扩展存储器选择
DDIN/A16 输入 ISD-SR3000 I/O操作方向或16位地址总线
A15 输入 ISD-SR3000 地址线
WR[0:1] 输入 ISD-SR3000 外部存储器的写信号
AF[4:0] 输出 到外部扩展存储器 扩展地址总线
CEFN 输出 到外部扩展存储器 外存片迁,用于Flash片选
CREN 输出 到外部扩展存储器 外存片选,用于ROM片选
CSEN 输出 到外部扩展存储器 外存片选,用于RAM片选
EMWR 输出 到外部扩展存储器 外部SRAM写信号
CSINTROM 输出 到内部的ROM 内部ROM片选

表2 SR3000支持的典型的CODEC器件

生产商 CODEC设备名称 特  征 工作电压 转换类型
National Semiconductor TP3054 单CODEC 5V μ律
OKI MSM7533V 双CODEC 5V μ律,A律
Macronix MX93002FC 双CODEC 5V μ律
Lucent T7503 双CODEC 5V μ律
Motorola MC145481 单CODEC 3V μ律

3.4 存储器接口

ISD-SR3000利用扩展的Flash(闪存)和RO来存储声音标签、词汇、提示符和音质模型。建议选用16M以上存储容量的扩展Flash存储器,如Am29LA160D等。外接64kB的SRAM可实现HMM算法。表2给出了扩展地址线的接口信号。

    3.5 CODEC接口

ISD-SR3000可为模拟和数字电话提供一个支持主和从CODEC接口模式的CODEC接口,该接口具有8位和16位的信道宽度,能支持可变和固定格式的通信协议。在主模式下,可利用SR3000来控制CODEC的运行以满足模拟电话和独立标准的应用;在从模式下,CODEC接口由外接信号控制,此模式可用于数字电话,如ISDN或DECT线等。CODEC接口使用的5个信号分别为CDIN、CODUT、CCLK、CFS0和CSF1。其中CDIN、CDOUT、CCLK和CFS0被连接到第一个CODEC。CDIN、CDOUT、CCLK和CFS1被连接到第二个CODEC接口。数据通过CDOUT输出端传送给CODEC接口,并通过CDIN输入端从CODEC读出。CCLK和CFS0端在主模式下为输出状态,而在从模式下为输入状态。CFS1是一个输出端。SR3000支持的典型CODEC器件见表3所列。

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