嵌入式語音識別處理ISD-SR3000的特性及應用

摘要：ISD-SR3000是Winbond公司推出的新型嵌入式語音識別處理器，它由語音識別引擎、語音壓縮引擎和錄間功能組成。并帶有最優指令系統為核心的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、引腳排列和功能。給出了一個用SR3000組成的語音識別系統電路。

關鍵詞：語音識別 微處理器 CODEC SR3000

1 概述

ISD-SR3000是Winbond公司推出的新型嵌入式語音識別處理器，它由語音識別引擎、語音壓縮引擎和錄音功能部分組成。芯片內包含一個以最優指令系統為核心的并行PISC/DSP、靈活的CODEC接口和一個串行主控制器接口。

ISD-SR3000中的語音識別引擎使用成熟的Hidden Markov模型（HMMS），因而能夠識別連續的語音信號，并可與數字信號相連。同時可以由用戶選擇單語音用戶命令、連接數字信號命令和定義說話者命令。

定義說話者命令允許用戶分類和辨識聲音標簽。聲音標簽可作為用戶命令進行姓名目錄管理。單用戶命令、語音提示符和被定義的說話者的聲音標簽可儲存在外部存儲器中。

該芯片可支持單語音用戶連續輸入語音，并支持用戶定義的語音標簽，還可為特性抽取實時音質模型查找提供最優化的識別引擎。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，其語音識別的電流為40mA，而在低功耗模式時僅為12mA。SR3000語音識別處理器可廣泛應用在可存儲的儀器儀表、自動化控制系統、無線電話、蜂窩電話、家庭網絡、英特網設備等系統。

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引腳信號排列說明

3 基于SR3000的語音識別系統

由ISD-SR3000構成的語音識別系統由電路如圖2所示。以下分別介紹電路中各部分的功能。

3.1 復位

RESET端為芯片復位端。加電時RESET必須保持在低電平，時間至少應持續30ms。TST端必須利用上拉電阻以便其處于高電平狀態。MWRDY端的值在復位期間沒有定義。但在復位100ms后，微處理器將首先等待這個信號或者在這期間此信號被拉高。

在復位時，電路將對ENV0和ENV1的輸入端進行采樣以決定操作環境。而EMCS/ENV0和BMCS/ENV1端則在復位時用來決定ENV0和ENV1輸入信號。利用芯片內的上拉電阻可將ENV0和ENV1置1。而利用一個連接于Vss端上的5.1kΩ的外接電阻則可對ENV0和ENV1置0。

3.2 時鐘

SR3000內含片內振蕩器，但應用時也可通過X1和X2/CLKIN端的外接晶振或外部時鐘源來產生時鐘信號。外部時鐘源信號應通過X2/CLKIN端輸入。要注意的是，外部時鐘源電平與CLKIN的輸入電平要相符（3.3V或5V）。

外接晶振可通過X1和X2/CLKIN端與芯片內的振蕩電路相連。為減少寄生電容和電感對振蕩頻率的影響，外接的晶振和電容應盡量靠近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電源時的接線圖，圖4為采用5V電源時的接線圖。

ISD-SR3000具有低功耗模式，在低功耗模式時的電流消耗僅12mA，此時芯片中的一些功能模塊處于未激活狀態，因而不能進行語音識別。低功耗模式時的引腳CS0和CS1必須置1，這時，MWCLK、MWDIN信號將保持在Vss+0.5V，而RESET、MWCS信號則將保持在Vcc-0.5V。

表2 ISD-SR3000擴展地址線接口信號

表2 SR3000支持的典型的CODEC器件

3.4 存儲器接口

ISD-SR3000利用擴展的Flash（閃存）和RO來存儲聲音標簽、詞匯、提示符和音質模型。建議選用16M以上存儲容量的擴展Flash存儲器，如Am29LA160D等。外接64kB的SRAM可實現HMM算法。表2給出了擴展地址線的接口信號。

3.5 CODEC接口

ISD-SR3000可為模擬和數字電話提供一個支持主和從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議。在主模式下，可利用SR3000來控制CODEC的運行以滿足模擬電話和獨立標準的應用；在從模式下，CODEC接口由外接信號控制，此模式可用于數字電話，如ISDN或DECT線等。CODEC接口使用的5個信號分別為CDIN、CODUT、CCLK、CFS0和CSF1。其中CDIN、CDOUT、CCLK和CFS0被連接到第一個CODEC。CDIN、CDOUT、CCLK和CFS1被連接到第二個CODEC接口。數據通過CDOUT輸出端傳送給CODEC接口，并通過CDIN輸入端從CODEC讀出。CCLK和CFS0端在主模式下為輸出狀態，而在從模式下為輸入狀態。CFS1是一個輸出端。SR3000支持的典型CODEC器件見表3所列。