新疆25选7app下载:如何使用蓝牙低功耗实现??仄鞯挠镆裘?/h1>

新疆25选7走势 www.ve66b.cn 作者:Bougas Pavlos, Iliopoulos Marios

引言

最初,电视、机顶盒和空调等电器仅需少量控制功能[1]。在大多数情况下,开/关按钮、几个选择按钮和两组增加/减少控制足以完全控制您的设备。

但随着设备支持的功能增加,用户使用的命令和配置选项也随之增加。然而,用户仍希望只用一个??仄骼垂芾硭泄δ?。为了解决这个问题,工程师们开始整合更复杂的用户界面(UI)。分层菜单出现在电视屏幕上,而越来越多的按钮被填充到??仄髦?,以便用户调用和浏览菜单。

今天的重要趋势是让设备更“智能”。智能设备可以连接到其他设备和互联网,来提供更多功能和服务。使用菜单浏览,并用??仄魃系男“磁ゼ淙胍淮笞址遣磺惺导实?,也不是个愉快的体验。

在本文中,我们将讨论如何使用语音命令来提供更好的用户体验。我们特别研究了使用Dialog基于DA14585的高级语音??夭慰忌杓?,通过蓝牙低功耗(BLE)实现语音命令。

如何使用蓝牙低功耗实现??仄鞯挠镆裘? src=

图1较大的 QWERTY??仄?/p>

用语音作为命令界面

语音是一个非常强大和直观的界面。一个简单的短语可以包含足够的信息来描述非常复杂的命令。然而,在嘈杂的环境中捕捉短语并提取有实际意义的信息(通常以字符串的形式),这在技术上是一个挑战。幸运的是,产生这个需求的源头,即智能设备与互联网的连接,也为这一复杂问题提供了解决方案。设备现在可以访问云计算,并且可以受益于最先进的语音到文本识别引擎,如Nuance Communications、微软、谷歌、亚马逊等公司提供的技术。如今,基于云的语音识别服务足以提供非常好的用户体验。

我们为什么还需要??仄髂??

其实,不断监听语音命令的解决方案很早就开发出来了,设备可以不断地收听周围的声音并搜索命令。但是,背景噪音和用户与麦克风的距离问题,使得难以正确识别信息。此外,设备和云服务之间交换的数据量非常巨大,语音识别引擎面临大量的请求,其中大部分是不相关的?;肪成舻牟欢霞锹家泊戳搜现氐陌踩鸵揭?。

我们需要一种触发器,一般通过按钮、手势或可识别的单词或短语来实现。这种解决方案适用于用户和设备距离很近,例如智能手机。但要在智能电视、机顶盒和用户离设备较远的其他应用中,正确识别触发信号并提供良好的用户体验就要困难很多。麦克风需要靠近用户,不是有??仄髀?。那么将麦克风嵌入??仄骶驮僮匀徊还?。

量化语音识别要求

简单来说,语音命令功能的挑战可以表述为:“捕获‘足够’的高质量语音记录,将其发送到语音识别引擎,然后处理文本结果以得出用户的命令”。这个短语包含两组基本要求。首先是需要触发器。实际上,需要两个触发器:第一个指示命令的开始,第二个指示结束。

第二组要求与音频信号本身有关。语音记录应采用适合引擎处理的格式进行编码,而且质量要“足够”好。质量“足够”好怎么定义呢。安卓兼容性定义文档[2]介绍了有关音频捕获质量指标的一些想法。

频率响应应该在100 Hz到4000 Hz的语音频谱上几乎保持平坦(+/- 3 dB)。这是描述窄带语音信号的众所周知的规范。关于麦克风产生的信号电平,安卓兼容性指南定义了声功率级-RMS图中的单点,以及线性跟踪声功率级的范围。

在1 kHz时声压级(SPL)为90 dB的声音,对于16位PCM信号,应产生2500的RMS。这几乎是16位有符号信号整体振幅范围的10%。想要感觉一下SPL范围的话,正常水平的电视机或典型的人类对话能在1米距离内产生60 dB SPL。相比之下,柴油货车在10米距离处产生90 dB SPL。

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图2. 声压级示例

当然,我们不能期望用户在随时想使用语音命令的时候,都能把麦克风放在精确的位置并以特定的音量水平说话。鉴于PCM振幅水平可以线性追踪变化,语音识别引擎可以在一系列不同的声压级工作。要求至少30 dB的范围。从90 dB SPL点开始,麦克风应至少从-18 dB至+12 dB进行线性跟踪; 因此在+72 dB SPL和+108 dB SPL之间。这相当于将麦克风放在离嘴0.8厘米至25厘米之间,并以正常强度说话。

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图3. PCM到SPL坐标图

语音识别引擎似乎对非线性行为比较敏感。对于麦克风上90 dB SPL输入电平的1 kHz正弦波,总谐波失真应小于1%。降噪处理、自动增益控制(如果存在)必须禁用。

其他要求

过去曾使用过无线音频协议的人,通常比较怀疑使用面向数据的协议来传输语音命令,例如蓝牙低功耗。

传输语音命令与传输实时音频或人声(如电话交谈)略有不同。由于用户不必回听他们的声音或保持对话,所以延迟要求可以放宽,因为固定的和一定范围内的延迟是不可避免的。但是,数据丢失要求是很严格的,因为缺少音频片段可能使语音识别引擎无法成功提取用户的初始信息。当然机器可以要求您重复这条信息,但这不是人们想要的体验。

构建语音命令??仄?/strong>

现在我们看看语音命令??仄鞯募芄?,我们将按照通过系统的音频信号的路径来看。在这个过程中,我们将着眼于在实现经济有效、功率效率高的语音??仄魇本S龅降奶粽?,以及可能的解决方法。

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图4. 典型的语音捕获信号路径

一切都从音频捕获子系统开始。这可以基于不贵的模拟麦克风和编解码电路,或数字麦克风,将样本数字化并根据已知的串行协议进行传输。

对于电池供电的系统(如语音命令??仄鳎?,将功耗降到最低至关重要。因此,强烈建议对麦克风或外部编解码器等外部元件的电源进行功率门控。

音频采样率必须至少为8k Samples / s以满足4 kHz音频带宽要求。但是,每个采样至少16位的16k Samples / s是更常规的选择。采用16位采样可确保足够的声压级范围,从而捕获的音频信号将包含足够的信息,以便语音到文字的识别工作正常进行。

采样音频涉及中断或某种形式的硬件 DMA,以获取采样并将其传输到缓冲区。该缓冲区需要将严格定时的音频采样与随后的音频处理解耦。对于低成本设备,音频处理由服务应用程序的相同处理器处理,在某些情况下由BLE协议栈处理。因此,缓冲区的大小将取决于音频处理??榻尤?a href='//www.ve66b.cn/tags/cpu/' target='_blank'>CPU、处理音频数据并将其移至下一步所需的最大预期时间。典型的时间在几毫秒内。对于16位16k Samples /s信号,每毫秒产生32个字节,160-200字节缓冲器一般足以允许5毫秒以内的处理时间。

音频处理??槭迪旨虻サ囊羝荡?,并对音频数据进行编码以降低其总体速率。音频处理包括非?;〉穆瞬?,如直流偏移消除或带通滤波,和固定增益以优化音频振幅。原始音频数据为256 kbit / s,可以通过BLE进行有余量地流数据传输。为了降低速率并更好地利用带宽,使用已知的音频压缩算法对音频进行编码。编码器的选择比较多样,从简单的固定速率有损编解码器(如IMA-ADPCM),到复杂的处理密集型固定或可变速率算法(如OPUS)。简单的编解码器可以在MIPS容量较低的CPU上运行,但在相同的输出比特率下,生成的音频流质量较低。另一方面,复杂的算法可以提高编码音频流的质量,但需要较贵且耗电较多的CPU。

编码器的输出包含需要通过无线传输的最终有效载荷,并且需要一个额外的缓冲器来帮助均衡即时RF数据速率与编码器的平均输出速率。编码器的输出速率等于采样音频速率除以实现的压缩比率。下面的表格显示了Dialog的语音??仄鳎╒oice RCU)参考设计支持的典型原始和编码音频速率。

表1. 原始的和 IMADPCM 编码的音频

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BLE是一种基于数据包的协议,在特定时间点交换数据包,由定期连接间隔分隔开。如果干扰在会合点期间发生使数据包失真,则数据将在下一个数据包中重新传输。每个连接间隔都发生在不同的频率通道中。通常,一个频率范围内会经常出现干扰信号,使多个连接事件失真并显著降低带宽。

BLE提供了一种叫做信道映射更新的机制来解决这个问题。主设备将检测受影响的频率范围,并实施信道映射更新程序。在此之前,BLE连接可能会经历RF数据速率的显著下降。编码器输出端的缓冲区的大小应相应调整,以便能承受此类事件。大小调整可以使用超安全方法,例如缓冲完整5秒钟信息需要40k字节,或者以一半的速率进行5秒钟的缓冲,而不丢失任何数据,这需要20k字节的缓冲??悸鞘谐∩峡捎玫纳璞?,这是一个非常难以满足的要求。大多数设备的整个协议栈和应用程序都只有20 - 40 kbytes的总可用RAM。这个资源不能浪费在单个缓冲区上。需要注意是,缓冲区的大小与编码器输出速率和确保数据不丢失的时间成正比。

市场上已经提出了很多种技术,可以单独使用或组合使用来解决这个问题,而无需很大的缓冲区。在流传输音频样本时增加RF输出功率,以尽可能减少干扰;快速微调信道映射;使用更复杂的编码器来降低所需的RF数据速率,或者甚至在检测到明显的RF带宽下降时动态地降低质量。每种技术都会以牺牲某些其他资源(如能耗、CPU占用或音频质量)的代价来处理问题,而不是使用更多的RAM。

根据所使用的编码器算法,可以将数据存储为连续流或预定义了长度的数据包列表。为了更好地利用BLE带宽,最好将数据视为未经编码器分包的数据流。BLE传输的无损性质确保我们始终能够在??仄魃现亟ㄎ颐堑某跏际萘?。多个BLE连接参数 -- 连接间隔、ATT_MTU大小、数据信道PDU大小和连接事件长度 -- 会影响BLE数据包的理论最佳大小的选择。在运行时,实际的错误率可能需要进一步优化数据包大小。由于消除了??仄飨煊褪莅浼湎端璧氖奔?,使用大一些的数据PDU可以有效地使有效数据速率加倍。另一方面,单个数据包的传输时间延长,增加了在传输数据包期间发生错误的可能性以及重传成本。在严重无线污染的环境中,使用小一点的数据PDU可能会比使用已沟通的最大协议数据单元更有效。

所有这些要求决定了智能??榈某鱿?,智能??榻荽颖嗦肓髦刑崛〕隼?,根据连接特性打包数据,并将其推入BLE协议栈,同时监测实际BLE数据速率和错误率。打包器还应具有某种形式的仲裁和流量控制,以避免过多数据涌入BLE协议栈,并为其他应用保留足够的带宽,以便在音频传输过程中使用BLE进行数据交换,以确保设备不会无响应。

Dialog先进语音??亟饩龇桨?/strong>

为了让设计人员能够评估功能完整的语音命令??仄鞯男阅?,Dialog提供了基于单个DA14585 蓝牙低功耗(BLE)SoC的先进语音??夭慰忌杓?。该设计不仅支持语音,还支持一系列附加功能,如无线鼠标、触摸板、红外线以及按键,这些功能都存在于现代??仄魃杓浦?,为用户提供更自然的方式与终端设备进行交互并浏览菜单和结果。

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图5. Dialog 语音??仄骺⑻准?/p>

第二代参考设计包括整个软件架构的重要变化,更加??榛?、更易于适应最终产品要求。所有的功能都被组织成???,具有平台相关和独立的部分。这些??榱拥角绦?,用于DA14585内部外设或为Dialog先进语音??乜逖≡竦耐獠吭?。

音频路径是根据前面介绍的原则构建的。

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图6. Dialog语音??亟饩龇桨傅南低臣芄?/p>

为了提高音频质量,该设计采用了数字麦克风。对于成本敏感型应用,PDM麦克风比I2S / PCM会更适合。DA14585的集成PDM-PCM转换器将高频PDM信号转换为24位音频PCM采样,并通过专用DMA信道将其传送至存储器缓冲区。

M0 CPU执行音频处理和流传输???。从主循环中,调用一个预处理??槔从τ弥绷髯瓒虾?4位至16位的转换。如果需要,下采样单元可以将音频采样率从16k Samples / s减少到8k Samples / s。音频预处理单元的结果被馈送到IMA ADPCM编码器。根据配置的不同,编码器会为每个16位音频采样生成一个4位或3位采样。

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图7. Dialog语音??亟饩龇桨敢羝德肪?/p>

作为设计选择,该参考设计支持自适应音频速率机制,以防止可能的缓冲区欠载。音频采样的采样率和/或IMA ADPCM编码器的配置可随时更改,从而可以在不同的输出速率之间切换。为了支持这种机制,已经开发了带内信令机制。编码器的输出和带内信令共享同一个的数据流缓冲区。

打包器??槭占醋允萘骰撼迩氖?,并高效地将它们推入协议栈,同时尽量不溢出。除了考虑连接参数外,打包器还密切监测错误率和瞬时可用带宽。这有助于其在自适应音频速率机制启用时,做出是否降低或提高音频质量的决定。

所有策略,如使用固定或自适应音频速率,音频开始和停止的方式,均由用户或远程设备控制。单独的缓冲区大小都是配置选项,因为根据最终应用的不同,可能适合不同的用户体验。

结论

将设备连接到互联网的能力,与现代基于云的语音识别服务相结合,实现了强大的新用户界面 - 语音命令。智能手机、智能电视和机顶盒已经在使用语音命令。通过将低成本的麦克风集成到BLE连接的外围设备中,用户的语音识别体验可以大大增强。从??仄?、智能手表和可穿戴设备收集的命令,通过智能设备传输到云中的语音识别引擎,可以控制智能设备本身以及与智能设备相连的外围设备或由语音助理控制的其他设备。

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全球首台悬浮式智能投影仪,可通过触摸轻松操控

关于如何制作一个无人机

随着无人机技术的发展,无人机迅速在我们的生活与工作中普及开来,无论你是进行工作勘察又或是单纯的娱乐航....

发表于 10-19 17:32 ? 1555次 阅读
关于如何制作一个无人机

解答汽车锁打不开怎么办

汽车现在成为了很多家庭的代步工具,为家庭生活提供了很大的便利。但是在生活中,有很多朋友会出现丢三落四....

发表于 10-17 15:50 ? 1132次 阅读
解答汽车锁打不开怎么办

关于汽车防盗器的解除

防止汽车本身或车上的物品被盗所设的系统。它由电子控制的??仄骰蛟砍?、电子控制电路、报警装置和执行机构....

发表于 10-17 15:00 ? 499次 阅读
关于汽车防盗器的解除

CSR与飞利浦uWand设计新一代??仄鹘饩龇桨?/a>

CSR公司日前宣布其Bluetooth Smart??仄髌教ㄓ敕衫?uWand 参考设计成功实现集....

的头像 电子设计 发表于 10-15 09:44 ? 730次 阅读
CSR与飞利浦uWand设计新一代??仄鹘饩龇桨? />    </a>
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苹果这次没当“渣男”,收了Dialog

此前,苹果的电源IC多来自Dialog Semiconductor,后者号称全球最大的电源管理芯片制....

的头像 半导体行业联盟 发表于 10-15 09:30 ? 911次 阅读
苹果这次没当“渣男”,收了Dialog

如何设计智能手机可以用于电视机??仄?/a>

随着智能手机和电视机的普及,利用智能手机的Wi-Fi功能对电视机的??鼐统晌厝?。因为在我国的城镇人....

的头像 电子设计 发表于 10-15 08:40 ? 1835次 阅读
如何设计智能手机可以用于电视机??仄? />    </a>
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苹果与Imagination说“分手”,Dialog携手苹果展开6亿美元交易计划!

苹果最近几年在自主研发芯片的道路上越走越远,连三星也跟着起了自研GPU的念头。虽说自研芯片可以让自己....

的头像 ICChina 发表于 10-14 11:17 ? 890次 阅读
苹果与Imagination说“分手”,Dialog携手苹果展开6亿美元交易计划!

Dialog与苹果达成协议 将在各方面支持苹果芯片研发

苹果在自研芯片道路上不停歇,业界担心Dialog的命运,如今两者之间的关系有了新动态。

的头像 半导体动态 发表于 10-12 15:54 ? 730次 阅读
Dialog与苹果达成协议 将在各方面支持苹果芯片研发

苹果6亿美元收购Dialog电源芯片部门

据 TechCrunch报道,苹果正在收购欧洲芯片制造商 Dialog Semiconductor ....

的头像 章鹰 发表于 10-12 08:54 ? 1248次 阅读
苹果6亿美元收购Dialog电源芯片部门

苹果出资3亿美元现金收购Dialog Semiconductor电源业务

苹果出资3亿美元现金收购Dialog Semiconductor公司的部分业务。后者是总部位于欧洲的....

的头像 Duke 发表于 10-11 18:52 ? 1214次 阅读
苹果出资3亿美元现金收购Dialog Semiconductor电源业务

苹果6亿美元买通Dialog电源IC技术

Dialog公司对外宣布,已经与苹果达成深入合作。苹果将以6亿美元的代价,买通了Dialog公司的电....

发表于 10-11 16:18 ? 328次 阅读
苹果6亿美元买通Dialog电源IC技术

16位微控制器MAXQ613的特点及应用

MAXQ613是一款低功耗、16位MAXQ微控制器,设计用于通用??仄?、消费类电子和白色家电等低功耗....

的头像 电子设计 发表于 10-02 14:03 ? 444次 阅读
16位微控制器MAXQ613的特点及应用

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电视机、空调等家电??仄?,被报纸或杂志等遮盖而遍寻不着的事经常发生。如果在??仄髦屑幼耙桓鲂藕欧⑸?...

的头像 39度创意研究所 发表于 09-26 09:06 ? 490次 阅读
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如今电视机、VCD、DVD、功放、空调都用??仄?,使用中不免损坏。现在,资源丰富,买一只??仄鱨O元....

的头像 39度创意研究所 发表于 09-26 09:06 ? 1181次 阅读
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Dialog公司将于2018蓝牙世界大会首次展示蓝牙低功耗传输立体声HiFi音频技术

Dialog半导体公司宣布将在位于美国加州圣克拉拉举行的2018年蓝牙世界大会上率先展出通过蓝牙低功....

的头像 罗欣 发表于 09-21 10:57 ? 798次 阅读
Dialog公司将于2018蓝牙世界大会首次展示蓝牙低功耗传输立体声HiFi音频技术

Dialog首次展示蓝牙低功耗传输立体声HiFi音频技术

Dialog公司将在位于美国加州圣克拉拉举行的2018年蓝牙世界大会上率先展出通过蓝牙低功耗传输立体....

的头像 Dialog半导体公司 发表于 09-20 17:20 ? 1134次 阅读
Dialog首次展示蓝牙低功耗传输立体声HiFi音频技术

Dialog 蓝牙低功耗传输立体声HiFi音频技术即将登场2018年蓝牙世界大会

蓝牙低功耗传输立体声HiFi音频技术有助于开发工程师解决电池续航挑战,实现真正的无线立体声系统同步。

的头像 人间烟火123 发表于 09-19 13:22 ? 1385次 阅读
Dialog 蓝牙低功耗传输立体声HiFi音频技术即将登场2018年蓝牙世界大会

浅析Dialog可穿戴设备解决方案

一个有效的可穿戴设备由诸多要素构成。外形、设计和功率效率对于设备的功能性、舒适性、美观、易于使用等都....

的头像 Dialog半导体公司 发表于 09-11 17:32 ? 1197次 阅读
浅析Dialog可穿戴设备解决方案

探讨Dialog概况及其业务发展市场

Dialog公司提供为智能手机、可穿戴设备、IoT和汽车应用优化的高度集成混合信号IC。拥有业界规模....

的头像 Dialog半导体公司 发表于 08-30 10:33 ? 1092次 阅读
探讨Dialog概况及其业务发展市场

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