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伴隨著各種家用電器設(shè)備，車載設(shè)備的功能增加，設(shè)備的操控性越來越復雜；人機交互設(shè)計在系統(tǒng)設(shè)計中的地位越來越重要。受到系統(tǒng)成本、體積等多方面的限制，應用開發(fā)人員可以選擇的人機交互設(shè)計方法并不多。利用語音合成芯片來增強人機交互性能的方法又重新開始受到應用開發(fā)人員的重視。

語音合成芯片的核心技術(shù)是語音數(shù)據(jù)壓縮。這項技術(shù)在二戰(zhàn)前就開始被研究，但其轉(zhuǎn)化為芯片并被實際產(chǎn)品采用卻是在70年代末。由于受到存儲器容量的限制，當時比較流行的是參數(shù)合成方式，這是一種模擬人體發(fā)聲器官，建立數(shù)學模型，并以此作為參數(shù)進行壓縮合成的方法。但是這種方法的實際使用效果并不能滿足人們的要求，最終在市場上受到認可的是基于ADPCM(Adaptive differential PCM)技術(shù)的語音壓縮合成方式。OKI公司從70年代就從事ADPCM的研究開發(fā)工作，并不斷進行改進，相繼推出了具有更大壓縮率和更高音質(zhì)的OKI ADPCM、OKI ADPCM2方式。OKI語音芯片完美的音質(zhì)，優(yōu)秀的性能得到了客戶的認可，25年的累計出貨量達到了4億個。

高音質(zhì)語音合成芯片增強人機交互性能

在使用語音合成芯片時，最令應用開發(fā)人員頭痛的問題是如何在有限的存儲器當中，放入更多的語音數(shù)據(jù)。通常的做法是將播放內(nèi)容中重復出現(xiàn)的地方進行切割，在需要利用的時候，對這些重復內(nèi)容進行復用。雖然這個做法可以解決問題，但一般在使用當中，如果有大量需要復用的語音段出現(xiàn)時，將會使播放控制程序非常冗長。而且在不同的地方進行復用時，音調(diào)、語速等都會有微妙變化，這些變化如果不加以區(qū)分處理，就會在播放時造成不自然和失真。因此在播放不同內(nèi)容時需要適當加入不同的延時。比如在實現(xiàn)圖1的播放內(nèi)容時，一般需要程序?qū)懗扇缦滦问健?

Play(Address1);

Delay(xxx);

Play(Address2);

Delay(xxx);

Play(Address4);

Delay(xxx);

Play(Address5);

這種實現(xiàn)方法無疑是對程序存儲器的一種極大浪費。而且由于在播放指令發(fā)出時，MCU必須對相應的控制線或者IO進行操作，指令的反復使用也是對CPU資源的浪費。更糟糕的是在播放指令執(zhí)行過程當中，一旦有中斷等意外發(fā)生的話，很容易出現(xiàn)播放異常現(xiàn)象。

OKI的語音芯片為了使控制MCU的開銷最小，在語音芯片產(chǎn)品中加入了ROM Edit功能，通過在制作語音數(shù)據(jù)時，指定需要復用和延時的部分，把絕大部分處理工作交給語音合成芯片來完成，大幅度降低控制MCU的開銷。

例如使用OKI的ROM Edit功能播放圖示的兩段內(nèi)容時，可以使用下述程序：

Play(ROM Edit area1);

Play(ROM Edit area2);

語音芯片接受到這兩條指令后，將自行按照ROM Edit領(lǐng)域的指定，自動將相應地址的語音數(shù)據(jù)進行播放連接，這些過程將無須MCU參與。由于ROM Edit領(lǐng)域中使用的僅僅只是地址信息，所以對于存儲器的占用率是相當?shù)偷摹．斎辉赗OM Edit領(lǐng)域指定存儲器地址的同時，也可以插入相應的延時信息，由芯片自行完成播放之間的延時處理。

簡單應對多國語言產(chǎn)品開發(fā)

如何將同樣的核心設(shè)計適用到不同地區(qū)的市場，是很多設(shè)備生產(chǎn)廠商都要考慮的問題。對于使用語音芯片作為人機交互手段的產(chǎn)品來說，首要面臨的問題就是如何設(shè)計多國語言的版本。到目前為止，當提示語言改變時，將不可避免地造成控制軟件的修改，而且針對不同語言的產(chǎn)品必須準備不同版本的語音芯片，給庫存和管理都造成壓力。OKI的語音產(chǎn)品通過存儲器的庫切換功能，輕松實現(xiàn)了在同一塊芯片上整合不同語言版本的功能。

圖示為在同一塊芯片中存入了中英文兩種語言信息。各種語言信息所對應的事件都是一樣的，使用完全一樣的控制軟件。在設(shè)計不同語言的產(chǎn)品時，只需要簡單地將SEL0,SEL1的設(shè)置進行相應切換，就可以輕松實現(xiàn)同一個設(shè)計的中英文版本。OKI的語音芯片最多可以劃分為4個庫，也就是說使用同一塊芯片可以實現(xiàn)4個語種的播放。

先進的存儲器方式

語音芯片的應用開發(fā)人員面臨的一個棘手問題是如何決定在開發(fā)測試階段和規(guī)模量產(chǎn)階段進行切換。語音數(shù)據(jù)需要進行較長時間音質(zhì)評估和適用性測試，這個過程一般都是使用Flash或者OTP(One-timeーprogramming)方式的存儲器，以便快速對語音數(shù)據(jù)進行評估。一旦評估結(jié)束后，在量產(chǎn)產(chǎn)品中一般都傾向于使用性價比更高的MaACROM存儲器。但是MaskROM的漫長生產(chǎn)周期，起訂數(shù)量的限制和不便宜的掩膜費用都加重了開發(fā)人員的壓力，客戶要求的頻繁變更更是雪上加霜。以至于很多應用設(shè)計直接將Flash或者OTP方式的語音芯片應用到了量產(chǎn)產(chǎn)品中，而這樣又對量產(chǎn)的效率和品質(zhì)管理直接造成了影響。

為了更好地平衡語音芯片評估階段的方便快捷和量產(chǎn)階段高品質(zhì)的大量廉價生產(chǎn)，OKI的語音芯片采用了OKI獨自的P2ROM(Production programmed ROM)存儲器。這種獨特的存儲器不同于MaskROM需要在芯片生產(chǎn)的前端工藝流程中進行寫入操作，可以在芯片的封裝測試階段進行數(shù)據(jù)寫入操作。因此芯片生產(chǎn)廠可以事先準備不同容量的空白芯片，等待客戶的數(shù)據(jù)定好后，在芯片的封裝測試階段進行寫入操作。

由于不需要經(jīng)過前端工藝漫長的生產(chǎn)流程，工廠可以在極短的時間內(nèi)(7-10天)完成數(shù)據(jù)的寫入測試和出貨，大大縮短了交貨時間。而且極低的起訂數(shù)量和零寫入費用對于開發(fā)工程師來說更是極具吸引力。對于生產(chǎn)管理部門而言，P2ROM極短的交貨期，優(yōu)秀的量產(chǎn)應對能力，以及工廠到工廠的點對點方式，減少了庫存，降低了生產(chǎn)成本，減少了貼片前的測試流程，大大提高了生產(chǎn)效率。OKI使用P2ROM 存儲器的語音芯片直接覆蓋了開發(fā)、試產(chǎn)、量產(chǎn)的全部階段。設(shè)計工程師再也不用發(fā)愁如何應對客戶規(guī)格的突然變更和量產(chǎn)成本之間的矛盾了。

方便快捷的語音數(shù)據(jù)開發(fā)工具

語音芯片的應用開發(fā)人員面臨的另外一個棘手的問題就是如何準備語音數(shù)據(jù)。通常語音數(shù)據(jù)的制作都需要聘請專門的播音員，租用專用的錄音棚進行錄音。不但費用高，而且費時費力。

有些開發(fā)商為了省事，干脆使用PC機加麥克風進行錄音，導致各種討厭的背景噪音和語音芯片如影隨形。這些問題都直接或間接地限制了語音芯片的應用。

OKI最新開發(fā)了利用TTS(Text to Speech)技術(shù)的語音數(shù)據(jù)生成工具“隨心錄”。自然流暢的中、英、韓、日等多國語言的語音數(shù)據(jù)合成引擎，大大方便了語音芯片的應用開發(fā)人員，實現(xiàn)了“芯”隨字動。使用OKI的專用工具可以完成從語音數(shù)據(jù)的生成、波形編輯、ROM編輯、測試、燒寫、聲音評估等一連串的工作。大幅縮短了開發(fā)周期，節(jié)約了開發(fā)成本。彈指間完成語音數(shù)據(jù)準備的日子已經(jīng)來到，應用開發(fā)工程師可以將自己的更多才智和時間放在更有創(chuàng)造性、更具靈動性的設(shè)計開發(fā)工作上。

本文小結(jié)

為了獲得更好的用戶體驗，通用化設(shè)計(Universal design)已經(jīng)開始在以家電，游戲機，車載設(shè)備等為主的領(lǐng)域生根發(fā)展。作為通用化設(shè)計的一個側(cè)面，利用語音交互的人機接口設(shè)計今后會變得越來越普遍。OKI的語音合成芯片在各個方面都已經(jīng)做好準備，可以方便快速地應用到不同的設(shè)計領(lǐng)域中