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采用FPGA语音识别系统电路设计

更新时间:2022-08-31

本文摘要:近年来,语音识别的研究大多集中在算法设计和改进上。随着半导体技术的飞速发展,集成电路的规模大大缩小,各种RD平台,SOPC技术基于NiosII。 使用这种解决方案的好处是构建了片上系统,增加了系统的物理体积和整体功耗;同时,系统的控制核心建在FPGA内部,可以方便地对系统进行修改和升级,大大提高了系统的通用性和可维护性。

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近年来,语音识别的研究大多集中在算法设计和改进上。随着半导体技术的飞速发展,集成电路的规模大大缩小,各种R&D技术的水平也大大提高。随着新硬件平台的发布,语音识别建设平台有了更多的自由选择。语音识别技术与基于DSP、FPGA、ASIC等器件的嵌入式系统融合后,逐渐向实用化、小型化方向发展。

本课题在研究了现有的各种语音特征参数和孤立词语音识别模型的基础上,重点研究了基于动态时间规整算法的DTW模型在孤立词语音识别领域的应用,并结合基于FPGA的SOPC系统,在嵌入式平台上构建了一个准确率和速度都较高的孤立词语音识别系统。24位音频编解码器设计DE2板获得高质量24位WolfsonWM8731音频编解码器芯片。芯片与麦克风输出相对,有三个端口在线和线外,可以将采样频率从8 kHz调整到96 kHz。

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这个芯片开发板的厂商已经使用了串行I2C总线协议来传输数据,合适的端口在CycloneII2C35FPGA中已经是一样的了。图19显示了电路原理图。

系统的硬件连接是一样的。设计只需要根据芯片的工作模式设置主字,根据芯片的时序图编写程序。

系统的数据源就是从这个电路采集的,所以要熟悉WM8731在采集这部分的应用。液晶模块中人机之间的大部分信息交流都是通过液晶的提示信息来完成的。该模块使用了一个字符指示模块CFAH1702B-TMC-JP,2行16个字符。

它由5V电源供电,8位寄存器控制字,还包括指令寄存器和数据寄存器。有8位数据总线D0-D7,3个主端口RS,R/W,EN,带字符对比度调整和背光,通过字库内存可以查询对应的数字或英文字符。

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右边是DE2板上的LCD原理图。本系统的整体设计基于DE2 R&D平台,SOPC技术基于NiosII。

使用这种解决方案的好处是构建了片上系统,增加了系统的物理体积和整体功耗;同时,系统的控制核心建在FPGA内部,可以方便地对系统进行修改和升级,大大提高了系统的通用性和可维护性。此外,由于该系统必须运行大量的高速数据,作者在设计中充分利用了CycloneII芯片非常丰富的硬件乘法器,构建了语音信号端点检测模块、FFT慢傅立叶变换模块、DCT线性余弦变换模块等硬件设计模块。为了提高系统的整体性能,作者在设施研发环境中充分利用了FPGA高速分段和Avalon总线定制硬件外设的优势,大大提高了系统处理数字信号的能力,性能高于传统微控制器和普通DSP芯片。


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