基于九齐单片机的智能音箱解决方案

目前的家庭智能音箱可以实现语音定闹钟､人工语音互动､语音播放音乐､查天气､查百科､查路况等功能，链接网络后可实现了解未来天气、上网购物、打电话等更多功能，另外还可以连接第三方软件，也可实现对家用智能电器的控制，可以说功能十分的强大。
智能音箱相比于传统音箱的优势在于其能够通过语音实现“隔空操作”。智能音箱的基本原理是用户使用自然语言与音箱交流，音箱通过识别用户的语音指令完成相应任务，在人们不方便使用手机或其他电子设备时提供帮助。用户更多的是通过声音与其进行交互，从而解放了双眼和手指。
芯岭技术为企业提供了一种基于九齐单片机的智能音箱解决方案，下文是方案的一些相关介绍。

一、智能音箱解决方案的主要技术：

智能音箱的工作流程为语音唤醒，之后内部处理，最后找到对应内容输出，其中主要包括前端信号处理、语音唤醒、语音交互等技术。

1、前端信号处理

前端信号处理是在唤醒前进行准备工作，音箱工作时，麦列处于拾音状态，当接收到声音时，对声音进行处理，包括语音检测、降噪、声源定位和波束形成四个方面。

语音检测用来检测出音频信号语音段的起始位置，并过滤不相干的非语音信号，达到分离语音段和非语音段信号的目的。降噪即减少噪音对智能音箱识别的影响，包含声学回声消除和去混响。实际环境中存在各种各样的噪声，采取降噪来降低噪声干扰，提高信噪比。由于室内语音会被墙壁等多次反射，采集到的声音较混杂，采用去混响来处理。声源定位是根据麦列，确定使用者的位置。可以用来展示方位灯，增强交互效果，也可作为波束形成的前导任务，确定空间滤波参数。波束形成通过利用空间滤波，将多路信号整合为一路，达到增强原始语音信号和抑制旁路信号的目的。

2、语音唤醒

语音唤醒又称关键词检测，即在连续不断的语音中将目标关键词检测出来，一般目标关键词的个数较少。语音唤醒性能取决于唤醒率和误唤醒率。唤醒率指将连续语流中存在的唤醒词检测出来的概率。语音唤醒常用的实现方式是dnn+hmm（深度神经网络+隐马尔科夫模型）和lstm+ctc（长短时记忆网络+全连接时序分类模型）。目前开源的唤醒方案可提供SDK，实现唤醒功能一般分为在线和离线版本。国内主要以科大讯飞为代表。网上也有多种开源的小型语音识别引擎，可实现单独的语音唤醒功能，性能参差不齐。

3、语音交互

语音交互包括语音识别、自然语言理解、对话管理、自然语言生成和语音合成。

语音识别技术也称为自动语音识别，可将语音信息转为文字信息。用户发出的指令为语音，然而语音并不能直接拿来分析，需要转化为文字。随着深度神经网络的应用、大数据的使用和云计算的普及，语音技术已经进入人们的日常生活，如科大讯飞、阿里巴巴的AliGenie、喜马拉雅的小雅等。

自然语言理解的目的是将自然语言转化为计算机易处理的形式，即接收到指令后，识别出用户命令的所属领域，之后再相应领域识别用户的意图，最后进行实体抽取，确定意图的参数。目前，自然语言处理使用的NPL算法是基于机器学习的，拥有各类语言处理的数据集，其中包括中文分词、词性标注、实体识别、句法分析以及自动文本分类等功能。

对话管理对连续对话的交互极为重要，一般的解决办法是将上轮对话解析的参数作为全局变量，带入到下一轮对话，根据当轮对话和一定条件来判断是否保持在上一轮的领域，或是清空上下文。

自然语言生成是使计算机具有人一样的表达和写作的功能，即能根据一些关键信息及其在机器内部的表达形式，经过一个规划过程，自动生成一段高质量的自然语言文本。语音合成又叫文语转换，能使智能音箱像人一样朗读任意给定的文本。主要合成方法有参数合成和拼接合成，其中参数合成计算量小，部署灵活，但自然度较差。拼接合成接近真人发音，存储和计算资源高，一般只能在线合成。

二、智能音箱解决方案可实现功能：
芯岭技术的智能音箱方案的主控芯片采用了台湾九齐NY8A051F这款单片机，封装型号为8引脚sop，该方案通过程序编写，烧录，电路设计完成功能模块的搭建，产品设计完成之后，最终能够实现如下多种功能：
1、夜灯功能：七彩闪烁小夜灯，跟随音乐的节奏闪烁；

2、LED显示：外置显示屏，电量显示，音乐显示；

3、时钟显示：自动适配时区，24小时时钟显示；

4、语音交互：用语音替代了之前的触摸按钮等交互功能，方便您的生活。


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