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新疆电视台11套直播: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?/u>来管理所有功能。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?a target='_blank'>字符串是不切实际的,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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的头像 人间烟火123 发表于 02-18 15:39 ? 1336次 阅读
用GreenPAK可配置混合信号IC设计非接触式旋转编码器

RF??仄鞯募蛞咨杓朴胗τ?/a>

由于高度集成的单芯片RF解决方案的出现,设计射频(RF)??仄鞔游慈绱思虻?。片上系统(SoC)发送器....
的头像 电子设计 发表于 02-14 08:05 ? 2018次 阅读
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官方整理无人机十大重要事件/精彩事件一些看法和分享

现如今,很多朋友都使用??仄骺刂莆奕嘶尚?,然而对于那些新手或者“手残党”来说依然只能“徒有羡鱼情”....
的头像 无人机网 发表于 01-21 16:12 ? 1849次 阅读
官方整理无人机十大重要事件/精彩事件一些看法和分享

盘点Dialog智能家居产品组合的应用

智能家居正在成为现实,我们现在可以通过智能手机和平板电脑,来监测和控制照明、家庭安防、暖通空调系统等....
的头像 Dialog半导体公司 发表于 01-17 14:18 ? 1496次 阅读
盘点Dialog智能家居产品组合的应用

使用STM32F103和STM32F407进行??仄鞑僮骰魅说某绦蚝妥柿?/a>

本文档的主要内容详细介绍的是使用STM32F103和STM32F407设计的??仄鹘胁僮骰魅说某?...
发表于 01-16 08:00 ? 224次 阅读
使用STM32F103和STM32F407进行??仄鞑僮骰魅说某绦蚝妥柿? />    </a>
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CES 2019:大疆推出带屏无人机??仄?便携式无线电源Yoolox亮相

现如今航拍已成为年轻人的拍摄兴趣,但智能手机好像并不是最理想控制航拍的??仄?。作为无人机生产厂家,大....
的头像 牵手一起梦 发表于 01-10 16:16 ? 3121次 阅读
CES 2019:大疆推出带屏无人机??仄?便携式无线电源Yoolox亮相

Dialog无线音频解决方案

Dialog无线音频??楹虸C提供低延迟的HiFi音频,适用于无线头戴式耳机和半专业麦克风等,受益于....
的头像 Dialog半导体公司 发表于 12-24 11:55 ? 935次 阅读
Dialog无线音频解决方案

Dialog在蓝牙世界大会上展出的产品及其新的性能特点的介绍

为了展示这些功能,我们在蓝牙世界大会上带来了一些智能照明演示,展示了工程师和用户如何使用单个开关同时....
的头像 Dialog半导体公司 发表于 12-19 11:45 ? 1514次 阅读
Dialog在蓝牙世界大会上展出的产品及其新的性能特点的介绍

VK3816IP SSOP28 16感应通道高抗干扰的触摸芯片的数据手册免费下载

VK3816IP 是一款16感应通道高抗干扰的触摸IC,工作电压:2.5V-5.5V,工作电流:1.....
发表于 12-14 08:00 ? 106次 阅读
VK3816IP SSOP28 16感应通道高抗干扰的触摸芯片的数据手册免费下载

电子??仄髌ヅ浞椒?/a>

对拷??仄鞯某鱿?,使电动??孛乓?仄鞯钠ヅ浔涞梅浅<虻?,轻松两步就能快速完成固定码??仄鞯钠ヅ?。
的头像 发烧友学院 发表于 12-10 15:45 ? 3873次 阅读
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TCL推出C7剧院电视,给用户带来剧院般的体验

C7剧院电视是TCL今年推出的一款专为都市新中产人群量身打造的产品,主打“探寻?别样人生”的精神哲学....
发表于 12-09 11:53 ? 423次 阅读
TCL推出C7剧院电视,给用户带来剧院般的体验

使用STM8单片机设计的红外??仄鹘饴氲某绦虻缏吠夹酒柿厦夥严略?/a>

本文档的主要内容详细介绍的是使用STM8单片机设计的红外??仄鹘饴氲某绦虻缏吠夹酒柿厦夥严略?。
发表于 12-07 17:12 ? 166次 阅读
使用STM8单片机设计的红外??仄鹘饴氲某绦虻缏吠夹酒柿厦夥严略? />    </a>
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??乜刂频耐蛏悼盏暗牡缏吠己椭谱鞴痰茸柿厦夥严略?/a>

一个神奇的鸡蛋壳,你可以用??仄骺刂扑?,它能变换出很多种颜色,多到超出你的想象。那个数字如果说出来可....
发表于 12-07 08:00 ? 200次 阅读
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激光笔与??仄鞯脑硎窃跹挠惺裁辞?/a>

激光笔就是用激光作为指示的一种工具??梢灾甘镜某ざ缺冉显?,可以代替教鞭等指示工具,也可以在播放幻灯片....
发表于 11-27 08:00 ? 206次 阅读
激光笔与??仄鞯脑硎窃跹挠惺裁辞? />    </a>
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Dialog公司推出首个针对低功耗IoT应用的完全集成的纳安级静态电流PMIC系列

Dialog半导体公司日前宣布,推出首个针对物联网(IoT)应用的完全集成的纳安级静态电流PMIC系....
的头像 人间烟火123 发表于 11-19 08:53 ? 2725次 阅读
Dialog公司推出首个针对低功耗IoT应用的完全集成的纳安级静态电流PMIC系列

苹果供应商Dialog半导体:未受到苹果订单需求影响

11月15日消息,尽管此前有部分苹果公司的供应商发布盈利预警并将此归咎于iPhone销量疲弱,但苹果....
发表于 11-15 09:54 ? 358次 阅读
苹果供应商Dialog半导体:未受到苹果订单需求影响

一文弄懂工业无线??仄魇鞘裁?/a>

想必大家对无线??仄鞫加凶乓欢ǖ牧私?,最常见的就是你的车钥匙还有家里的各种电器的??仄?。其实无线???...
发表于 11-14 14:37 ? 1663次 阅读
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简要分析无线??仄鞯挠攀埔约案萌绾伪Q?/a>

关于无线??仄?,就是一款不需要线路连接,能够完成远程控制的设备,主要是由集成电路电板和用来产生不同讯....
发表于 11-14 14:15 ? 308次 阅读
简要分析无线??仄鞯挠攀埔约案萌绾伪Q? />    </a>
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无线??仄鞒<奈甯龉收霞按戆旆?/a>

无线??仄髟谖颐巧畹敝衅鹱胖匾淖饔?,应用在各个角落。当长时间使用无线??仄鞯耐?,不免使无线???...
发表于 11-14 11:41 ? 1029次 阅读
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解析无线??仄髦泄潭胗胙奥胫涞那?/a>

如今电子科技发展迅速,无线??仄鞑欢仙钊朐擞玫礁鞲隽煊虻敝?,无线??仄骺梢灾噶罨蚯渌髦窒嘤Φ幕?...
发表于 11-14 11:16 ? 2594次 阅读
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一文弄懂如何正确选择无线??仄?/a>

生活中的无线??仄魉娲杉?,通过无线远程??氐哪芰?,从而完成一些远距离的操控操作,给我们的生活带来极....
发表于 11-14 10:50 ? 1258次 阅读
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