采用定點DSP處理芯片ADSP2181的語音信號的識別

近年來，高性能數字信號處理芯片DSP(Digital Signal Process)技術的迅速發展，為語音識別的實時實現提供了可能，其中，AD公司的數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用于各個領域。因此，我們采用AD公司的定點DSP處理芯片ADSP2181實現了語音信號的識別。

　　1 語音識別的基本過程

　　根據實際中的應用不同，語音識別系統可以分為：特定人與非特定人的識別、獨立詞與連續詞的識別、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，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處理、特征提取、模式匹配幾個部分。預處理包括預濾波、采樣和量化、加窗、端點檢測、預加重等過程。語音信號識別最重要的一環就是特征參數提取。提取的特征參數必須滿足以下的要求：

　　(1)提取的特征參數能有效地代表語音特征，具有很好的區分性;

　　(2)各階參數之間有良好的獨立性;

　　(3)特征參數要計算方便，最好有高效的算法，以保證語音識別的實時實現。

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

　　2 系統的硬件結構

　　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，他內部存儲空間大、運算功能強、接口能力強。有以下的主要特點：

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

　　(2)片內集成了80 kB的存儲器：16 kB字的(24b)的程序存儲器和16kB字(16b)的數據存儲器;

　　(3)內部有3個獨立的計算單元：算術邏輯單元(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的內部DMA端口(1DMA)，供片內存儲器的高速存取;一個8b自舉DMA(BDMA)口，用于從自舉程序存儲器中裝載數據和程序;

　　(5)6個外部中斷，并且可以設置優先級或屏蔽等。

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

　　2.2 系統的硬件結構

　　在構成語音識別電路時，我們采用了ADSP2181的主從結構設計方式，通過IDMA口由CPU裝載程序。語音識別系統的硬件結構如圖2所示。

　　在這種結構中，PC機為主CPU，ADSP2181為從CPU，由PC機通過IDMA口將程序裝載到ADSP2181的內部存儲器中。PC機總線通過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全速運行時，主機可以查詢從機的運行狀態，可以訪問到ADSP2181內部所有的程序存儲器和數據存儲器。這對程序的編譯和調試，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實現技術

　　3.1 浮點運算的定點實現

　　在語音識別的算法中，有許多的浮點運算。用定點DSP來實現浮點運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的定標方法來實現。數的定標就是決定小數點在定點數中的位置。Q表示法是一種常用的定標方法。其表示機制是：

　　設定點數是J，浮點數是)/，則Q法表示的定點數與浮點數的轉換關系為：

　　浮點數)/轉換為定點數x：x= (int)y×2Q;

　　定點數z轉換為浮點數y：y =(float)x×2-Q。