讓機(jī)器擁有說(shuō)話能力，智能語(yǔ)音與音頻處理SoC

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）隨著生成式AI的推進(jìn)，已經(jīng)有越來(lái)越多的智能家居企業(yè)開始將其加入到產(chǎn)品當(dāng)中，預(yù)計(jì)未來(lái)也會(huì)有更多的家居產(chǎn)品能夠通過(guò)語(yǔ)音方式與人進(jìn)行交互。而實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的前提，不僅依靠生成式AI，還需要智能語(yǔ)音與音頻處理SoC。

智能語(yǔ)音與音頻處理SoC

所謂智能語(yǔ)音與音頻處理系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）是一種高度集成的半導(dǎo)體解決方案，專為實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備中的語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音合成、自然語(yǔ)言處理以及高質(zhì)量音頻播放和錄制等功能而設(shè)計(jì)。它將傳統(tǒng)的CPU功能擴(kuò)展到音視頻處理和專用接口，形成一個(gè)完整的信息處理系統(tǒng)。

這種SoC的特點(diǎn)是性能強(qiáng)大、功耗低、靈活性高，使得單芯片就能完成復(fù)雜的電子系統(tǒng)任務(wù)。在智能家居、智能手機(jī)、平板電腦、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等領(lǐng)域中，SoC因其高效和緊湊的設(shè)計(jì)而被廣泛應(yīng)用。

而這類SoC通常具備一個(gè)高性能處理器內(nèi)核，集成多核CPU架構(gòu)，如ARM Cortex系列，用于運(yùn)行復(fù)雜的信號(hào)處理算法、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。同時(shí)為了優(yōu)化語(yǔ)音喚醒、關(guān)鍵詞檢測(cè)等實(shí)時(shí)性要求高的任務(wù)，會(huì)內(nèi)置低功耗、高效率的硬件加速單元，比如專門針對(duì)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算的AI加速器或DSP（數(shù)字信號(hào)處理器），能夠快速進(jìn)行語(yǔ)音特征提取和模式匹配。

想要進(jìn)行音頻處理，還需要高清音頻編解碼器，支持多種音頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)，例如AAC、MP3、FLAC、Opus等，確保音頻數(shù)據(jù)能夠以高品質(zhì)傳輸和播放。并且需要回聲消除與噪聲抑制保證聲音清晰，可以內(nèi)建AEC（Acoustic Echo Cancellation）模塊來(lái)減少揚(yáng)聲器輸出聲音造成的麥克風(fēng)回音，同時(shí)包含ANS（Automatic Noise Suppression）或其他噪聲抑制技術(shù)來(lái)提高在嘈雜環(huán)境下的語(yǔ)音識(shí)別率。

有的SoC還集成了多麥克風(fēng)陣列處理技術(shù)，支持波束形成、語(yǔ)音增強(qiáng)等功能，使得智能設(shè)備能在較遠(yuǎn)距離或復(fù)雜環(huán)境中準(zhǔn)確捕捉用戶語(yǔ)音指令。通常也集成了Wi-Fi和藍(lán)牙等多種無(wú)線通信協(xié)議，以便于設(shè)備與云端服務(wù)和其他智能家居產(chǎn)品進(jìn)行無(wú)縫交互。

為了保護(hù)用戶的隱私和信息安全，SoC可能配備有加密引擎和安全啟動(dòng)機(jī)制，確保從硬件層面對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳輸和存儲(chǔ)。采用先進(jìn)的電源管理和節(jié)能技術(shù)，在保證性能的同時(shí)降低待機(jī)和工作時(shí)的能耗。

當(dāng)然，兼容主流的操作系統(tǒng)，如Linux、RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）或其他輕量級(jí)操作系統(tǒng)，方便開發(fā)者基于這些平臺(tái)開發(fā)各種應(yīng)用程序和服務(wù)也很重要。

語(yǔ)音SoC在智能家居的應(yīng)用與發(fā)展

智能語(yǔ)音與音頻處理SoC在智能家居中扮演著重要的角色，通過(guò)這顆SoC能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音合成，使得用戶可以通過(guò)語(yǔ)音控制智能家居設(shè)備，提升了使用的便利性和智能化程度。

這就讓其在智能家居得到了廣泛的應(yīng)用，比如Amazon的Echo系列智能音箱中使用的AZ系列SoC就屬于這一類芯片，它不僅支持Alexa語(yǔ)音助手的各項(xiàng)功能，還實(shí)現(xiàn)了高效的音頻處理和智能響應(yīng)能力。同樣，阿里巴巴平頭哥、谷歌、蘋果以及其他科技公司也都在研發(fā)類似的技術(shù)應(yīng)用于自家的智能語(yǔ)音設(shè)備上。

因?yàn)橹悄芤粝渫ǔＰ枰邆涓哔|(zhì)量的音頻播放和遠(yuǎn)場(chǎng)語(yǔ)音識(shí)別功能，而這正是智能語(yǔ)音與音頻處理SoC所擅長(zhǎng)的。通過(guò)集成的DSP、ADC和DAC等硬件模塊，SoC能夠提供高保真的音頻輸出和準(zhǔn)確的語(yǔ)音識(shí)別，使得用戶可以通過(guò)語(yǔ)音指令控制智能音箱，實(shí)現(xiàn)音樂(lè)播放、信息查詢、家居控制等功能。

這顆SoC也可以被應(yīng)用于智能中控面板上，使得用戶可以遠(yuǎn)距離通過(guò)語(yǔ)音指令操控整個(gè)智能家居系統(tǒng)，包括照明、溫度控制、安防、家電聯(lián)動(dòng)等。一些高端智能電視和其他多媒體設(shè)備內(nèi)嵌智能語(yǔ)音SoC，提供語(yǔ)音搜索、內(nèi)容推薦以及交互式體驗(yàn)，使用戶無(wú)需遙控器即可操作。

此外，在智能冰箱、智能照明等設(shè)備中，SoC不僅提供了語(yǔ)音識(shí)別和音頻處理功能，還通過(guò)與其他傳感器和設(shè)備的連接，實(shí)現(xiàn)了更加智能化的控制和管理。

從未來(lái)發(fā)展的方向來(lái)看，這顆SoC將進(jìn)一步提升邊緣計(jì)算能力，更強(qiáng)大的本地計(jì)算能力能減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴，不僅能夠確保隱私安全，同時(shí)還能夠擁有更快的響應(yīng)速度。此外，SoC有望集成更多的傳感器處理能力，支持視覺、觸覺等多種感知方式，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確且自然的多模態(tài)人機(jī)交互。

AI加速器在SoC中的作用將更加突出，讓設(shè)備能夠進(jìn)行更復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)任務(wù)，提供更加精準(zhǔn)和個(gè)性化的服務(wù)。智能語(yǔ)音SoC會(huì)追求更低的待機(jī)功耗和更高效的能量管理，以適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的需求。

為了構(gòu)建更加互聯(lián)互通的智能家居生態(tài)系統(tǒng)，智能語(yǔ)音SoC可能會(huì)朝著更廣泛的協(xié)議兼容性和接口標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。同時(shí)在音頻處理方面，SoC將進(jìn)一步提升音質(zhì)表現(xiàn)，并通過(guò)三維聲場(chǎng)技術(shù)改善聲音的空間定位，為用戶提供沉浸式的聽覺體驗(yàn)。

小結(jié)

隨著技術(shù)的進(jìn)步，智能語(yǔ)音與音頻處理SoC將在智能家居領(lǐng)域扮演越來(lái)越重要的角色。并且伴隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，智能語(yǔ)音與音頻處理SoC還將與其他智能家居設(shè)備進(jìn)行更加緊密的聯(lián)動(dòng)和智能化協(xié)同，實(shí)現(xiàn)更加智能化、自動(dòng)化的家居生活。同時(shí)，隨著消費(fèi)者對(duì)于智能化生活的需求不斷增加，智能語(yǔ)音與音頻處理SoC的市場(chǎng)前景也將越來(lái)越廣闊。