VUI架構及分類

 

圖1是基於麥克風陣列的高級語音接口架構，本地處理需要進行說話人跟蹤、語音增強
，其中涉及波束成形、喚醒詞檢測、聲源定位

、降噪、語音檢測等技術，雲端方案則涉及自然語言處理。其後，指令還需通過音頻播放功能播放出來，同時需進行回聲消除。

 

圖1：基於麥克風陣列的高級語音接口架構

 

本地VUI以預存的詞或句為識別單位，說話人可以是特定用戶也可以是非特定用戶
，而雲端VUI基於人工智能進行語義理解和語音合成，說話人是非特定用戶。本地VUI通過藍牙聯接網絡，而雲端VUI通常通過WiFi聯接。本地VUI的功耗和信息泄露的風險相對更低

，雲端VUI具有更高的識別率和擴展性。相對而言，本地VUI比雲端VUI的功耗低。設計人員可根據特定應用需求決定是用本地VUI方案還是雲端VUI方案。

 

本地VUI方案

 

根據本地VUI方(fang)案(an)的(de)特(te)點(dian)，它(ta)必(bi)須(xu)能(neng)進(jin)行(xing)雙(shuang)向(xiang)語(yu)音(yin)通(tong)信(xin)，能(neng)識(shi)別(bie)非(fei)特(te)定(ding)用(yong)戶(hu)語(yu)音(yin)
，支(zhi)持(chi)充(chong)足(zu)的(de)指(zhi)令(ling)和(he)多(duo)種(zhong)語(yu)言(yan)，可(ke)靈(ling)活(huo)擴(kuo)展(zhan)，最(zui)好(hao)把(ba)波(bo)束(shu)成(cheng)形(xing)和(he)降(jiang)噪(zao)等(deng)技(ji)術(shu)集(ji)成(cheng)到(dao)單(dan)個(ge)芯(xin)片(pian)上(shang)以(yi)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)和(he)減(jian)小(xiao)占(zhan)位(wei)。如(ru)安(an)森(sen)美(mei)半(ban)導(dao)體(ti)的(de)單(dan)芯(xin)片(pian)方(fang)案(an)LC823450
，含雙Cortex-M3核，集成數字信號處理（DSP）用作語音前端處理，SRAM提供1656k字節內存，無需配備輔助內存芯片
，含兩個數字麥克風I/F接口、兩個數模轉換器，包括回音消除
、降噪等先進功能，具備極高擴展性、小占位，功耗超低，若結合生態係統合作夥伴的語音控製技術如Sensory的TrulyHandsfree，支持喚醒詞和語音命令的定製
，適用於家居自動化和音樂播放的語音交互。

 

圖2所示為本地VUI方案的一個示例應用框圖及評估板。采用安森美半導體的超低功耗音頻處理單芯片LC82345X、麥克風預放大器FAN3852、低壓降穩壓器（LDO）NCP170
、同步PWM開關降壓穩壓器NCP3170
、單聲道音頻功率放大器NCP2823。安(an)森(sen)美(mei)半(ban)導(dao)體(ti)憑(ping)借(jie)在(zai)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)的(de)經(jing)驗(yan)和(he)專(zhuan)知(zhi)
，使(shi)這(zhe)方(fang)案(an)實(shi)現(xian)超(chao)低(di)功(gong)耗(hao)，這(zhe)是(shi)此(ci)方(fang)案(an)與(yu)其(qi)他(ta)競(jing)爭(zheng)對(dui)手(shou)方(fang)案(an)相(xiang)比(bi)的(de)一(yi)個(ge)優(you)勢(shi)。現(xian)有(you)的(de)方(fang)案(an)雖(sui)然(ran)未(wei)集(ji)成(cheng)WiFi、藍牙雙模的模塊，但安森美半導體已收購了WiFi領袖Quantenna
，已具備相關技術
，未來會考慮將WiFi模塊也集成進去。

 

圖2：語音控製應用框圖及評估板

 

雲端VUI方案

 

從應用場景來看，雲端VUI除了進行語義理解和語音合成，還可推送各種服務，如智能語音助手除了可播放音樂、講故事

，還支持智能零售
，如打車、叫外賣等。當前雲端VUI的一個痛點是工作頻率較高

，需外接存儲器和閃存，耗電量大

，物料單（BoM）成本高。安森美半導體的音頻DSP係統單芯片（SoC）LC823455方案很好地解決了這些痛點問題
，集成4M RAM
，無需外部存儲，除了CPU核外還含波束成形
、降噪
、回音消除功能
，集成預實現的音頻硬件（模數轉換器、數模轉換器及功放），降低BoM成本
，因降低時鍾頻率從而提供功耗優化的MCU
，功耗超低，提供穩定的聯接和極高擴展性，寬廣的封裝陣容支持各種音頻產品
，如音樂播放器、錄音器
、智能家電、WiFi/藍牙音箱等。

 

圖3所示為智能音箱參考設計框圖，此參考設計基於LC823455，有4個ONA101V和1個ONA40功放

，含USB-C PD源/汲接口，支持Strata平台，設計人員隻需將此評估板插入裝有Strata的電腦，即可自動識別並開始下載相關的所有文檔及配套資料，包括原理圖、布板、測試報告、用戶指南等，同時出現圖形用戶界麵（GUI），顯示所有相關參數和選項供工程師開始評估，幫助加快和簡化開發。此參考設計目前支持亞馬遜Alexayuyinfuwu，ansenmeibandaotiyezaitongzhongguoguoneiyixieyuyinfuwushangjieqia，weilaiyehuizhichiguoneiyuyinzhushou。zhefanganzuixianzhudeyigeyoushiyeshichaodigonghao
，jingguojiangqiyujingzhengduishoufangandegonghaojinxingceshi
，ansenmeibandaotidefangangonghaoyueweijingzhengduishoufangangonghaodeyiban。

 

圖3：智能音箱參考設計框圖

 

安森美半導體的移動及智能音箱音頻技術/知識產權

 

安森美半導體具備豐富的知識產權支持移動及智能音箱的設計開發，包括音頻處理係統、D類功放、麥克風預放大、高性能音頻開關
，提供具競爭力的優勢助力設計人員設計出具競爭優勢的產品。

 

在音頻處理係統方麵的競爭優勢包括小的PCB占位
、高度集成的SoC（CPU+DSP+音頻）
、集成ARM Cortex-M3雙核、專有的32位DSP。

 

在D類功放方麵，支持小於10 W、10W至30 W，針對大於30 W的應用僅提供樣品。其中小於10 W的功放尺寸小，采用模擬輸入
，10W至30W的功放支持數字接口
，提供最佳的動態範圍、增益誤差漂移。

 

對於麥克風預放大，安森美半導體的方案采用最小的標準間距WLCSP封裝將模擬音頻轉換為數字音頻
，支持不同的傳感器接口。

 

音頻開關方麵，安森美半導體提供最小阻抗/麵積的耗盡型開關。

 

周邊技術：USB Type-C和D類功放

 

USB Type-C使每個端口都能成為電源、數據
、視頻或音頻端口，大大地方便了用戶，將越來越多地用於各種電子應用，如語音交互。安森美半導體提供完整的USB Type-C方案陣容支持音頻應用的開發，包括供電、複用音頻信號
、信號開關
、接口保護等，具有最小的占位、超低靜態功耗，集成豐富的保護功能。

 

智能音箱等新興音頻應用對功放的要求越來越高，安森美半導體針對性地開發出了一係列10 W以上功率等級的D類功放產品線，結合陶瓷封裝技術、CMOS電路技術及可針對不同應用定製的功率MOSFET技術，提供低熱阻、高頻互聯、高功率密度、低噪聲（<70 uV）、低總諧波失真（THD<0.03%）等優勢。以ONA101V為例
，這是一款單通道數字輸入D類功放，動態範圍105 dB，dailabacaiyangshuzishuchugongneng，gaigongnengshishicaiyangsuoqudonglabadedianyahedianliu，keshiyongweikongzhiqishangyunxingdesuanfalaijisuanlabatexing。zhexiecanshukeyongyujisuanlabadianzu
、回響、溫度等。根據這些值，可以創建算法來執行一係列任務，從而實現喇叭保護、範圍擴展等功能。

 

總結

 

語音交互正日漸流行，語音識別和自然語言處理技術是VUI的基礎，安森美半導體提供本地VUI方案和雲端VUI方案
，集成波束成形

、回音消除、降噪等先進的語音處理技術、超低功耗電源管理及USB Type-C、D類功放等周邊器件，並攜手生態鏈合作夥伴，大大降低BoM成本，同時具備出色的計算能力和超低功耗，提供極佳的用戶體驗。

 

 

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