基于定點DSP處理芯片ADSP2181的語音信號的識別

　　近年來，高性能數(shù)字信號處理芯片DSP(Digital Signal Process)技術(shù)的迅速發(fā)展，為語音識別的實時實現(xiàn)提供了可能，其中，AD公司的數(shù)字信號處理芯片以其良好的性價比和代碼的可移植性被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。因此，我們采用AD公司的定點DSP處理芯片ADSP2181實現(xiàn)了語音信號的識別。

　　1 語音識別的基本過程

　　根據(jù)實際中的應(yīng)用不同，語音識別系統(tǒng)可以分為：特定人與非特定人的識別、獨(dú)立詞與連續(xù)詞的識別、小詞匯量與大詞匯量以及無限詞匯量的識別。但無論那種語音識別系統(tǒng)，其基本原理和處理方法都大體類似。一個典型的語音識別系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。

　　語音識別過程主要包括語音信號的預(yù)處理、特征提取、模式匹配幾個部分。預(yù)處理包括預(yù)濾波、采樣和量化、加窗、端點檢測、預(yù)加重等過程。語音信號識別最重要的一環(huán)就是特征參數(shù)提取。提取的特征參數(shù)必須滿足以下的要求：

　　(1)提取的特征參數(shù)能有效地代表語音特征，具有很好的區(qū)分性;

　　(2)各階參數(shù)之間有良好的獨(dú)立性;

　　(3)特征參數(shù)要計算方便，最好有高效的算法，以保證語音識別的實時實現(xiàn)。

　　在訓(xùn)練階段，將特征參數(shù)進(jìn)行一定的處理后，為每個詞條建立一個模型，保存為模板庫。在識別階段，語音信號經(jīng)過相同的通道得到語音特征參數(shù)，生成測試模板，與參考模板進(jìn)行匹配，將匹配分?jǐn)?shù)最高的參考模板作為識別結(jié)果。同時，還可以在很多先驗知識的幫助下，提高識別的準(zhǔn)確率。

　　2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

　　2.1 ADSP2181的特點

　　AD公司的DSP處理芯片ADSP2181是一種16b的定點DSP芯片，他內(nèi)部存儲空間大、運(yùn)算功能強(qiáng)、接口能力強(qiáng)。有以下的主要特點：

　　(1)采用哈佛結(jié)構(gòu)，外接16.67MHz晶振，指令周期為30ns，指令速度為33MI/s，所有指令單周期執(zhí)行;

　　(2)片內(nèi)集成了80 kB的存儲器：16 kB字的(24b)的程序存儲器和16kB字(16b)的數(shù)據(jù)存儲器;

　　(3)內(nèi)部有3個獨(dú)立的計算單元：算術(shù)邏輯單元(ALU)、乘累加器(MAC)和桶形移位器(SHIFT)，其中乘累加器支持多精度和自動無偏差舍人;

　　(4)一個16b的內(nèi)部DMA端口(1DMA)，供片內(nèi)存儲器的高速存取;一個8b自舉DMA(BDMA)口，用于從自舉程序存儲器中裝載數(shù)據(jù)和程序;

　　(5)6個外部中斷，并且可以設(shè)置優(yōu)先級或屏蔽等。

　　由于ADSP2181以上的特點，使得該芯片構(gòu)成的系統(tǒng)體積小、性能高、成本和功耗低，能較好地實現(xiàn)語音識別算法

　　2.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

　　在構(gòu)成語音識別電路時，我們采用了ADSP2181的主從結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，通過IDMA口由CPU裝載程序。語音識別系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　在這種結(jié)構(gòu)中，PC機(jī)為主CPU，ADSP2181為從CPU，由PC機(jī)通過IDMA口將程序裝載到ADSP2181的內(nèi)部存儲器中。PC機(jī)總線通過CPLD譯碼，形成IRD，IWR，IAL，IS等控制信號，與ADSP2181的IDMA口相連。這樣，在ADSP2181全速運(yùn)行時，主機(jī)可以查詢從機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，可以訪問到ADSP2181內(nèi)部所有的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。這對程序的編譯和調(diào)試，以及語音信號的實時處理帶來了極大的方便。

　　3 語音識別的DSP實現(xiàn)技術(shù)

　　3.1 浮點運(yùn)算的定點實現(xiàn)

　　在語音識別的算法中，有許多的浮點運(yùn)算。用定點DSP來實現(xiàn)浮點運(yùn)算是在編寫語音識別程序中需要首先解決的問題。這個問題可以通過數(shù)的定標(biāo)方法來實現(xiàn)。數(shù)的定標(biāo)就是決定小數(shù)點在定點數(shù)中的位置。Q表示法是一種常用的定標(biāo)方法。其表示機(jī)制是：

　　設(shè)定點數(shù)是J，浮點數(shù)是)/，則Q法表示的定點數(shù)與浮點數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

　　浮點數(shù))/轉(zhuǎn)換為定點數(shù)x：x= (int)y×2Q;

　　定點數(shù)z轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)y：y =(float)x×2-Q。