隨著智能家居普及的程度越來越高，語音芯片也隨著這些智能產(chǎn)品走進(jìn)千家萬戶，比如大家去爬山或者去公園去水庫經(jīng)常會(huì)遇到一個(gè)語音提示器，這種語音提示器很多就是基于語音芯片來完成的。不僅僅是語音提示器，市面上大部分的語音提示和智能對(duì)話的功能都是基于語音芯片，下面小編就給大家講解一下語音芯片工作原理。
語音芯片是一種集成了聲音采集、信號(hào)處理、存儲(chǔ)與還原功能的集成電路，其核心工作原理可概括為“聲音信號(hào)數(shù)字化處理+智能識(shí)別”，具體流程如下：
一、聲音采集與信號(hào)轉(zhuǎn)換
聲音捕捉
通過麥克風(fēng)等輸入設(shè)備將聲波轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)。此時(shí)信號(hào)包含環(huán)境噪音，需后續(xù)處理優(yōu)化。
模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)
利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將連續(xù)的模擬信號(hào)離散化為數(shù)字信號(hào)。采樣頻率需遵循奈奎斯特采樣定理(采樣頻率≥2倍信號(hào)最高頻率)，例如普通語音采樣率為8kHz(電話音質(zhì))，而高保真音頻可達(dá)44.1kHz(CD音質(zhì))。采樣位數(shù)(如8位、16位)直接影響音質(zhì)精度。
二、數(shù)字信號(hào)處理
預(yù)處理與降噪
濾波：去除高頻噪聲或低頻干擾(如環(huán)境雜音)。
增益控制：調(diào)整信號(hào)幅度以確保穩(wěn)定性。
壓縮：通過算法(如分段壓縮、降低采樣率)減少數(shù)據(jù)量，節(jié)省存儲(chǔ)空間。
特征提取與算法處理
采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)完成：
特征提取：提取語音的頻譜、音調(diào)、能量等關(guān)鍵特征。
降噪增強(qiáng)：如通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法分離有效語音與背景噪聲。
壓縮編碼：轉(zhuǎn)化為適合存儲(chǔ)或傳輸?shù)母袷?如MP3)。
三、語音識(shí)別與執(zhí)行
模式匹配與模型庫
系統(tǒng)將處理后的特征參數(shù)與預(yù)存的聲學(xué)模型(如HMM隱馬爾可夫模型)進(jìn)行匹配。
模型庫包含不同語音單元(音素、音節(jié)或詞)的統(tǒng)計(jì)特征，通過訓(xùn)練生成。
指令解析與反饋
識(shí)別結(jié)果轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的數(shù)字指令，例如控制智能家居設(shè)備或觸發(fā)語音播報(bào)。部分芯片支持動(dòng)態(tài)更新語音庫，通過串口或無線通信(如Wi-Fi)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程升級(jí)。
四、信號(hào)還原與輸出
通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)將處理后的數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào)，經(jīng)功放電路驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器輸出。輸出方式分為兩類：
PWM輸出：成本低，但音質(zhì)和音量調(diào)節(jié)受限。
DAC輸出：支持高保真音質(zhì)，可外接功放，靈活性更強(qiáng)。
五、核心技術(shù)與應(yīng)用趨勢(shì)
關(guān)鍵技術(shù)
多麥克風(fēng)陣列：提升空間降噪和聲源定位能力。
低功耗設(shè)計(jì)：適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需求。
邊緣計(jì)算：部分芯片集成AI算法，實(shí)現(xiàn)本地化識(shí)別。
應(yīng)用場(chǎng)景
涵蓋智能家居、車載系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、玩具交互等領(lǐng)域。例如：
智能音箱通過語音芯片實(shí)現(xiàn)云端指令傳輸與反饋;
醫(yī)療助聽器通過降噪和信號(hào)增強(qiáng)提升聽障用戶體驗(yàn)。
語音芯片通過“模擬→數(shù)字→智能處理→模擬”的閉環(huán)流程，實(shí)現(xiàn)了從聲音采集到智能交互的全鏈條功能。其性能取決于ADC/DAC精度、DSP算法復(fù)雜度及模型庫的完善程度。未來，隨著AI技術(shù)與芯片集成度的提升，語音芯片將向更小型化、低功耗、多場(chǎng)景融合的方向發(fā)展。