嵌入式语音识别芯片系统开发.PDF

嵌入式语音识别芯片系统开发 System Development of Embedded Speech Recognition Chip (申请清华大学工学硕士学位论文) 培 养 单 位 ： 电 子 工 程 系 专 业 ： 信息与通信工程 研 究 生 ： 杨 之 佐 指 导 教 师 : 刘 加 教 授 二○○六年五月 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解清华大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 清华大学拥有在著作权法规定范围内学位论文的使用权，其中包 括：（1）已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校可以 采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文；（2）为 教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆、资 料室等场所供校内师生阅读，或在校园网上供校内师生浏览部分内 容。 本人保证遵守上述规定。 （必威体育官网网址的论文在解密后遵守此规定） 作者签名： 导师签名： 日 期： 日 期： 摘 要 摘 要 语音处理系统的实用化研究是近十年来语音处理领域的一个研究的重点。近 年来随着半导体技术和语音信号处理技术的不断进步，对于语音处理片上系统 （SoC）的需求迅速增长，研发针对高性能、低价位，低功耗的语音芯片的嵌入 式语音处理系统成为一个重要的研究方向。 本文设计并开发了低成本低功耗的语音识别芯片 Uni-Lite,并在Uni-Lite 上实 现了中小词汇量非特定人语音识别和语音压缩的功能，开发了低内存消耗的语 音识别系统。另外，本文还开发了基于 TMS320C5502 的硬件平台。 针对语音识别算法的特点和系统低成本低功耗的要求开展深入的开发工作： （1）根据算法对硬件的需求设计 Uni-Lite 芯片的硬件结构并对进行相应的测试， 保障芯片投片的一次性成功；（2 ）Uni-Lite 芯片算法所需的相当一部分代码和数 据存储在 ROM 存储器中，降低了系统的整体成本，芯片根据不同的算法调整系 统的时钟频率，关闭部分模块的时钟，以此来控制系统的整体功耗；（3 ）在 Uni-Lite 芯片上实现语音识别和语音压缩的功能，并对算法进行优化和改进，本 文采用了分阶段特征提取，基于滑动窗的束有哪些信誉好的足球投注网站等策略，提高了算法的执行效 率，减少了内存消耗。（4 ）在Uni-Lite 芯片采用基于超循环结构的系统框架，满 足系统多任务的要求的同时降低系统软件的内存消耗。(5)开发了 ITADL 片上行 为描述语言，减少新应用的开发时间。（6 ）设计基于Uni-Lite 和 TMS320C5502 的硬件平台并开发相应的驱动程序。 基于 Uni-Lite 的语音识别系统在候选词条为 50 时系统的识别率可达 98.5%， 平均识别时间为 0.67 倍实时。系统采用 ITU-T G.723.1 语音压缩编解码算法, 已 通过了全部的 ITU-T 测试矢量。实现了实时语音压缩编解码。通过切换系统时 钟频率，关闭部分模块时钟等措施，将芯片的平均功耗控制在 100mW 以内。 为了满足麦克风阵列信号处理等应用，本文还开发了基于 TMS320C5502 的 硬件平台。在硬件平台中设计了六路采样芯片等多种外围接口设备，为多种语 音信号处理算法在嵌入式系统上的应用打下了良好的基础。 关键词：语音识别 SOC 嵌入式系统 I Ab