3G 手機(jī)語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用中DSP的選擇策略

　　隨著DSP技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算能力更強(qiáng)、功耗更低和體積更小的DSP已經(jīng)出現(xiàn)，使3G手機(jī)上植入更精確更復(fù)雜的自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別(ASR)功能成為可能。目前，基本ASR應(yīng)用可以分成三大類：1. 語(yǔ)音-文本轉(zhuǎn)換(語(yǔ)音輸入)；2. 講者識(shí)別；3. 語(yǔ)音命令控制(語(yǔ)音控制)。
　　
　　這三類功能包含了3G所需的眾多ASR性能。語(yǔ)音-文本轉(zhuǎn)換的典型實(shí)例是語(yǔ)音撥號(hào)和電子郵件聽寫。講者識(shí)別功能可以通過語(yǔ)音識(shí)別安全地讀出存儲(chǔ)器中的個(gè)人數(shù)據(jù)，從而滿足信用卡定購(gòu)和銀行服務(wù)等保密性高的應(yīng)用需要。語(yǔ)音命令控制功能包括連接語(yǔ)音擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(VXML)網(wǎng)站內(nèi)容的語(yǔ)音接口，它支持財(cái)經(jīng)服務(wù)與目錄助理等業(yè)務(wù)。目前VXML被用于規(guī)范網(wǎng)站內(nèi)容的語(yǔ)音標(biāo)簽。

　　語(yǔ)音識(shí)別的兩種方法

　　3G手機(jī)的ASR應(yīng)用設(shè)計(jì)可分為兩類，即以終端為中心和以客戶/服務(wù)器為中心的應(yīng)用。如圖1所示為以終端為中心的設(shè)計(jì)方法，3G手機(jī)(終端)執(zhí)行整個(gè)語(yǔ)音識(shí)別過程并送出識(shí)別結(jié)果。在圖2所示的客戶/服務(wù)器方法中，終端只是執(zhí)行預(yù)處理特征提取，然后通過一個(gè)誤碼受保護(hù)的數(shù)據(jù)信道將這些參數(shù)發(fā)送給中心服務(wù)器，中心服務(wù)器最終完成語(yǔ)音識(shí)別。如果采用以客戶/服務(wù)器為中心的設(shè)計(jì)方法，3G手機(jī)應(yīng)使用數(shù)據(jù)信道而非移動(dòng)信道來將語(yǔ)音發(fā)送給服務(wù)器進(jìn)行識(shí)別，因?yàn)橐苿?dòng)信道所用的低速率語(yǔ)音編碼會(huì)嚴(yán)重影響語(yǔ)音識(shí)別的性能。

　　各種ASR系統(tǒng)的差異主要體現(xiàn)在詞匯量上。一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可能只需要16字的詞庫(kù)就能實(shí)現(xiàn)所要求的語(yǔ)音識(shí)別功能，而3G移動(dòng)手機(jī)則需要更大的專業(yè)詞庫(kù)。這些詞匯可以跟講者相關(guān)(訓(xùn)練語(yǔ)音識(shí)別設(shè)備使之熟悉用戶的聲音特征)或跟講者無(wú)關(guān)(語(yǔ)音識(shí)別設(shè)備可以識(shí)別任何人的聲音)，DSP的計(jì)算負(fù)荷就隨著詞匯量和訓(xùn)練數(shù)據(jù)的增加而增大。

　　例如，根據(jù)隱性馬爾可夫模型(HMM)可以分析一個(gè)典型的跟講者無(wú)關(guān)的100條命令識(shí)別的應(yīng)用實(shí)例。假設(shè)HMM模型從左到右沒有跳躍地順序擺放，共有6個(gè)狀態(tài)、5個(gè)具有對(duì)角協(xié)方差的混合高斯分布，包含39個(gè)特征(13嘜-頻率對(duì)數(shù)系數(shù)或MFCC，及其一階和二階差分)，具有16位精度，那么，HMM聲學(xué)模型的大小就是100×5×5×(39+2)×2=240kB。

　　為了實(shí)現(xiàn)輸入語(yǔ)音樣本差分、窗口截獲、MFCC抽取、概率計(jì)算和維特比搜索等運(yùn)算的實(shí)時(shí)性，典型情況下需要消耗DSP的1千萬(wàn)個(gè)乘法-累加周期(MMAC)。對(duì)于連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別來說，上千個(gè)三音素模型和多種語(yǔ)法模型需要更多的存儲(chǔ)空間，也需要更快的DSP處理速度。

　　因此，移動(dòng)電話中ASR系統(tǒng)的成敗很大程度上取決于DSP的功能和設(shè)計(jì)。第三代系統(tǒng)本身就需要比第二代系統(tǒng)更強(qiáng)性能的DSP，而增加ASR功能就對(duì)DSP提出了更高的要求。從結(jié)構(gòu)角度看，對(duì)DSP性能的要求是處理速度快、功耗低和代碼密度高。

　　采用高速DSP是關(guān)鍵

　　由于系統(tǒng)要實(shí)時(shí)對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行處理和取樣，因此語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)需要具有巨大的計(jì)算能力。下面的數(shù)字和計(jì)算假設(shè)采用的是圍繞終端的設(shè)計(jì)方法。如果將DSP計(jì)算資源的20%分配給一個(gè)10MMAC的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)使用，那么就需要一個(gè)具有50MMAC的DSP才能滿足這一功能需要，并可提供足夠的空間執(zhí)行3G手機(jī)所需的其它DSP任務(wù)，如處理軟貓。如果采用較慢的DSP，如25MMAC的DSP，那么詞匯表中的命令數(shù)量就要減半，或減少HMM參數(shù)，這樣會(huì)降低整個(gè)系統(tǒng)性能。

　　DSP的速度決定了語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的復(fù)雜性和性能。舉例來說，如果一個(gè)基本的跟講者無(wú)關(guān)的連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)需要100MMAC，DSP計(jì)算資源的50%用于滿足3G手機(jī)的其它DSP任務(wù)的需求，那么DSP的處理速度就需要達(dá)到200MMAC。