采用FPGA語(yǔ)音識別系統電路設計

　　近年來(lái)，語(yǔ)音識別研究大部分集中在算法設計和改進(jìn)等方面，而隨著(zhù)半導體技術(shù)的高速發(fā)展，集成電路規模的不斷增大與各種研發(fā)技術(shù)水平的不斷提高，新的硬件平臺的推出，語(yǔ)音識別實(shí)現平臺有了更多的選擇。語(yǔ)音識別技術(shù)在與DSP、FPGA、ASIC等器件為平臺的嵌入式系統結合后，逐漸向實(shí)用化、小型化方向發(fā)展。 本課題通過(guò)對現有各種語(yǔ)音特征參數與孤立詞語(yǔ)音識別模型進(jìn)行研究的基礎上，重點(diǎn)探索基于動(dòng)態(tài)時(shí)間規整算法的DTW模型在孤立詞語(yǔ)音識別領(lǐng)域的應用，并結合基于FPGA的SOPC系統，在嵌入式平臺上實(shí)現具有較好精度與速度的孤立詞語(yǔ)音識別系統。

　　24位音頻編解碼設計

　　DE2板提供了高品質(zhì)24位Wolfson WM8731音頻編解碼芯片。芯片支持麥克風(fēng)輸入，線(xiàn)入，線(xiàn)出三個(gè)端口，可調節8KHZ～96KHZ的采樣頻率。此芯片開(kāi)發(fā)板廠(chǎng)商已經(jīng)固定用串行I2C總線(xiàn)協(xié)議傳送數據，相應的端口已經(jīng)固定在Cyclone II 2C35 FPGA。圖19給出了電路原理圖。

　　系統的硬件連接固定，設計只要針對芯片的工作模式設置控制字，根據芯片的時(shí)序圖編寫(xiě)程序即可。系統的數據來(lái)源都是從此電路采集進(jìn)來(lái)，所以對采集這部分必須熟悉WM8731的使用，系統采集部分具體的實(shí)現將在第五章詳細描述。

　　LCD液晶顯示模塊

　　人機交換的信息大部分都是通過(guò)液晶的提示信息完成的。這個(gè)模塊用到了字符顯示模塊CFAH1702B-TMC-JP，該模塊為2行16個(gè)字符顯示，5V電源供電，8位寄存器控制字，包括指令寄存器（IR）和數據寄存器（DR）。有8位數據總線(xiàn)D0-D7，和RS、R/W、EN三個(gè)控制端口，并且帶有字符對比度調節和背光，通過(guò)字符庫存儲器查找對應的數字或英文字符。下圖是DE2板上的LCD原理圖。

　　本系統整體設計基于DE2開(kāi)發(fā)平臺，采用基于Nios II的SOPC技術(shù)。采用這種解決方案的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現了片上系統，減少了系統的物理體積和總體功耗；同時(shí)系統控制核心都在FPGA內部實(shí)現，可以極為方便地更新和升級系統，大大地提高了系統的通用性和可維護性。此外，由于本系統需要大量的高速數據運算，在設計中作者充分利用了Cyclone II 芯片的豐富的硬件乘法器，實(shí)現了語(yǔ)音信號的端點(diǎn)檢測模塊，FFT快速傅立葉變換模塊，DCT離散余弦變換模塊等硬件設計模塊。為了提高系統的整體性能，作者充分利用了FPGA的高速并行的優(yōu)勢，以及配套開(kāi)發(fā)環(huán)境中的Avalon總線(xiàn)自定義硬件外設，使系統處理數字信號的能力大大提高，其性能優(yōu)于傳統的微控制器和普通DSP芯片。