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高性能語音芯片提升人機交互性能,應(yīng)用家用電器設(shè)備,車載設(shè)備

伴隨著各種家用電器設(shè)備,車載設(shè)備的功能增加,設(shè)備的操控性越來越復(fù)雜;人機交互設(shè)計在系統(tǒng)設(shè)計中的地位越來越重要。受到系統(tǒng)成本、體積等多方面的限制,應(yīng)用開發(fā)人員可以選擇的人機交互設(shè)計方法并不多。利用語音合成芯片來增強人機交互性能的方法又重新開始受到應(yīng)用開發(fā)人員的重視。

語音合成芯片的核心技術(shù)是語音數(shù)據(jù)壓縮。這項技術(shù)在二戰(zhàn)前就開始被研究,但其轉(zhuǎn)化為芯片并被實際產(chǎn)品采用卻是在70年代末。由于受到存儲器容量的限制,當時比較流行的是參數(shù)合成方式,這是一種模擬人體發(fā)聲器官,建立數(shù)學(xué)模型,并以此作為參數(shù)進行壓縮合成的方法。但是這種方法的實際使用效果并不能滿足人們的要求,最終在市場上受到認可的是基于ADPCM(Adaptive differential PCM)技術(shù)的語音壓縮合成方式。OKI公司從70年代就從事ADPCM的研究開發(fā)工作,并不斷進行改進,相繼推出了具有更大壓縮率和更高音質(zhì)的OKI ADPCM、OKI ADPCM2方式。OKI語音芯片完美的音質(zhì),優(yōu)秀的性能得到了客戶的認可,25年的累計出貨量達到了4億個。

高音質(zhì)語音合成芯片增強人機交互性能

在使用語音合成芯片時,最令應(yīng)用開發(fā)人員頭痛的問題是如何在有限的存儲器當中,放入更多的語音數(shù)據(jù)。通常的做法是將播放內(nèi)容中重復(fù)出現(xiàn)的地方進行切割,在需要利用的時候,對這些重復(fù)內(nèi)容進行復(fù)用。雖然這個做法可以解決問題,但一般在使用當中,如果有大量需要復(fù)用的語音段出現(xiàn)時,將會使播放控制程序非常冗長。而且在不同的地方進行復(fù)用時,音調(diào)、語速等都會有微妙變化,這些變化如果不加以區(qū)分處理,就會在播放時造成不自然和失真。因此在播放不同內(nèi)容時需要適當加入不同的延時。比如在實現(xiàn)圖1的播放內(nèi)容時,一般需要程序?qū)懗扇缦滦问健?

Play(Address1);

Delay(xxx);

Play(Address2);

Delay(xxx);

Play(Address4);

Delay(xxx);

Play(Address5);

這種實現(xiàn)方法無疑是對程序存儲器的一種極大浪費。而且由于在播放指令發(fā)出時,MCU必須對相應(yīng)的控制線或者IO進行操作,指令的反復(fù)使用也是對CPU資源的浪費。更糟糕的是在播放指令執(zhí)行過程當中,一旦有中斷等意外發(fā)生的話,很容易出現(xiàn)播放異,F(xiàn)象。

OKI的語音芯片為了使控制MCU的開銷最小,在語音芯片產(chǎn)品中加入了ROM Edit功能,通過在制作語音數(shù)據(jù)時,指定需要復(fù)用和延時的部分,把絕大部分處理工作交給語音合成芯片來完成,大幅度降低控制MCU的開銷。

例如使用OKI的ROM Edit功能播放圖示的兩段內(nèi)容時,可以使用下述程序:

Play(ROM Edit area1);

Play(ROM Edit area2);

語音芯片接受到這兩條指令后,將自行按照ROM Edit領(lǐng)域的指定,自動將相應(yīng)地址的語音數(shù)據(jù)進行播放連接,這些過程將無須MCU參與。由于ROM Edit領(lǐng)域中使用的僅僅只是地址信息,所以對于存儲器的占用率是相當?shù)偷。當然在ROM Edit領(lǐng)域指定存儲器地址的同時,也可以插入相應(yīng)的延時信息,由芯片自行完成播放之間的延時處理。

簡單應(yīng)對多國語言產(chǎn)品開發(fā)

如何將同樣的核心設(shè)計適用到不同地區(qū)的市場,是很多設(shè)備生產(chǎn)廠商都要考慮的問題。對于使用語音芯片作為人機交互手段的產(chǎn)品來說,首要面臨的問題就是如何設(shè)計多國語言的版本。到目前為止,當提示語言改變時,將不可避免地造成控制軟件的修改,而且針對不同語言的產(chǎn)品必須準備不同版本的語音芯片,給庫存和管理都造成壓力。OKI的語音產(chǎn)品通過存儲器的庫切換功能,輕松實現(xiàn)了在同一塊芯片上整合不同語言版本的功能。

圖示為在同一塊芯片中存入了中英文兩種語言信息。各種語言信息所對應(yīng)的事件都是一樣的,使用完全一樣的控制軟件。在設(shè)計不同語言的產(chǎn)品時,只需要簡單地將SEL0,SEL1的設(shè)置進行相應(yīng)切換,就可以輕松實現(xiàn)同一個設(shè)計的中英文版本。OKI的語音芯片最多可以劃分為4個庫,也就是說使用同一塊芯片可以實現(xiàn)4個語種的播放。

先進的存儲器方式

語音芯片的應(yīng)用開發(fā)人員面臨的一個棘手問題是如何決定在開發(fā)測試階段和規(guī)模量產(chǎn)階段進行切換。語音數(shù)據(jù)需要進行較長時間音質(zhì)評估和適用性測試,這個過程一般都是使用Flash或者OTP(One-timeーprogramming)方式的存儲器,以便快速對語音數(shù)據(jù)進行評估。一旦評估結(jié)束后,在量產(chǎn)產(chǎn)品中一般都傾向于使用性價比更高的MaskROM存儲器。但是MaskROM的漫長生產(chǎn)周期,起訂數(shù)量的限制和不便宜的掩膜費用都加重了開發(fā)人員的壓力,客戶要求的頻繁變更更是雪上加霜。以至于很多應(yīng)用設(shè)計直接將Flash或者OTP方式的語音芯片應(yīng)用到了量產(chǎn)產(chǎn)品中,而這樣又對量產(chǎn)的效率和品質(zhì)管理直接造成了影響。

為了更好地平衡語音芯片評估階段的方便快捷和量產(chǎn)階段高品質(zhì)的大量廉價生產(chǎn),OKI的語音芯片采用了OKI獨自的P2ROM(Production programmed ROM)存儲器。這種獨特的存儲器不同于MaskROM需要在芯片生產(chǎn)的前端工藝流程中進行寫入操作,可以在芯片的封裝測試階段進行數(shù)據(jù)寫入操作。因此芯片生產(chǎn)廠可以事先準備不同容量的空白芯片,等待客戶的數(shù)據(jù)定好后,在芯片的封裝測試階段進行寫入操作。

由于不需要經(jīng)過前端工藝漫長的生產(chǎn)流程,工廠可以在極短的時間內(nèi)(7-10天)完成數(shù)據(jù)的寫入測試和出貨,大大縮短了交貨時間。而且極低的起訂數(shù)量和零寫入費用對于開發(fā)工程師來說更是極具吸引力。對于生產(chǎn)管理部門而言,P2ROM極短的交貨期,優(yōu)秀的量產(chǎn)應(yīng)對能力,以及工廠到工廠的點對點方式,減少了庫存,降低了生產(chǎn)成本,減少了貼片前的測試流程,大大提高了生產(chǎn)效率。OKI使用P2ROM 存儲器的語音芯片直接覆蓋了開發(fā)、試產(chǎn)、量產(chǎn)的全部階段。設(shè)計工程師再也不用發(fā)愁如何應(yīng)對客戶規(guī)格的突然變更和量產(chǎn)成本之間的矛盾了。

方便快捷的語音數(shù)據(jù)開發(fā)工具

語音芯片的應(yīng)用開發(fā)人員面臨的另外一個棘手的問題就是如何準備語音數(shù)據(jù)。通常語音數(shù)據(jù)的制作都需要聘請專門的播音員,租用專用的錄音棚進行錄音。不但費用高,而且費時費力。

有些開發(fā)商為了省事,干脆使用PC機加麥克風(fēng)進行錄音,導(dǎo)致各種討厭的背景噪音和語音芯片如影隨形。這些問題都直接或間接地限制了語音芯片的應(yīng)用。

OKI最新開發(fā)了利用TTS(Text to Speech)技術(shù)的語音數(shù)據(jù)生成工具“隨心錄”。自然流暢的中、英、韓、日等多國語言的語音數(shù)據(jù)合成引擎,大大方便了語音芯片的應(yīng)用開發(fā)人員,實現(xiàn)了“芯”隨字動。使用OKI的專用工具可以完成從語音數(shù)據(jù)的生成、波形編輯、ROM編輯、測試、燒寫、聲音評估等一連串的工作。大幅縮短了開發(fā)周期,節(jié)約了開發(fā)成本。彈指間完成語音數(shù)據(jù)準備的日子已經(jīng)來到,應(yīng)用開發(fā)工程師可以將自己的更多才智和時間放在更有創(chuàng)造性、更具靈動性的設(shè)計開發(fā)工作上。

 

本文小結(jié)

為了獲得更好的用戶體驗,通用化設(shè)計(Universal design)已經(jīng)開始在以家電,游戲機,車載設(shè)備等為主的領(lǐng)域生根發(fā)展。作為通用化設(shè)計的一個側(cè)面,利用語音交互的人機接口設(shè)計今后會變得越來越普遍。OKI的語音合成芯片在各個方面都已經(jīng)做好準備,可以方便快速地應(yīng)用到不同的設(shè)計領(lǐng)域中

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