一個(gè)內(nèi)嵌FPGA硬件加速器的低價(jià)語(yǔ)音識(shí)別平臺(tái)

一個(gè)內(nèi)嵌FPGA硬件加速器的低價(jià)語(yǔ)音識(shí)別平臺(tái)與機(jī)器進(jìn)行語(yǔ)言交談，讓它聽(tīng)明白你在說(shuō)什么，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)將人類(lèi)這一曾經(jīng)的夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)。語(yǔ)音識(shí)別就好比機(jī)器的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)，該技術(shù)讓機(jī)器可以通過(guò)識(shí)別和理解，把語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的文本或命令。自1952年貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一個(gè)能識(shí)別10個(gè)英文數(shù)字發(fā)音的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，到如今，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)有了突破性的發(fā)展，不再局限于識(shí)別孤立詞的識(shí)別，現(xiàn)在，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的多語(yǔ)言的實(shí)時(shí)識(shí)別。在現(xiàn)實(shí)生活中，語(yǔ)音識(shí)別的產(chǎn)品也已經(jīng)變得十分普遍，比如iPhone手機(jī)自帶的Srir應(yīng)用軟件，google基于安卓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的googleNow以及百度語(yǔ)音和微軟開(kāi)發(fā)的十分調(diào)皮的Cortana語(yǔ)音識(shí)別軟件。不過(guò)，目前市場(chǎng)上流行的都是軟件實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音識(shí)別，下面將介紹一款基于FPGA實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用于語(yǔ)言識(shí)別板卡。MATRIXVoice語(yǔ)音識(shí)別平臺(tái)：在Indiegogo項(xiàng)目籌資只剩下一個(gè)月的時(shí)候，MATRIXVoice開(kāi)源語(yǔ)音平臺(tái)的籌款已經(jīng)超出其預(yù)期目標(biāo)$5000達(dá)到預(yù)期的289%。MATRIXVoice是弗羅里達(dá)邁阿密MATRIX發(fā)起的第三個(gè)眾籌項(xiàng)目，實(shí)際上MATRIXVoice平臺(tái)是一個(gè)只有3.14英寸的環(huán)形電路板，但是此電路板不僅兼容最新的語(yǔ)言庫(kù)而且可以實(shí)時(shí)進(jìn)行連續(xù)的語(yǔ)言識(shí)別，還得到多家云端語(yǔ)言服務(wù)的認(rèn)可，包括微軟的識(shí)別服務(wù)器，亞馬遜的Alexa語(yǔ)音服務(wù)，谷歌的語(yǔ)音API以及Wit的ai和Houndify。就結(jié)構(gòu)而言，MAXTRIXVoice是基于Xilinx的Spartan-6LX4FPGA實(shí)現(xiàn)的，其設(shè)計(jì)外形可以作為一個(gè)器件直插到一個(gè)低功耗的RaspberryPi的單板機(jī)上，也可以作為一個(gè)獨(dú)立的板卡使用。下面兩張圖分別顯示MATRIXVoice的頂層和底層版面視圖：圖1MATRIXVoicetopview

圖2MATRIXVoicebottomview從上面的圖片中可以看到，MATRIXVoice板卡的背面有七個(gè)MEMS麥克風(fēng)，七個(gè)REG多色LED，同時(shí)Spartan-6FPGA芯片也在前面板上，在AMTRIXVoice的背面，有一個(gè)64Mbit的SDRAM和一組可以兼容Raspberrypi單板機(jī)的I/O接口。由于這是MATRIX實(shí)現(xiàn)系列開(kāi)發(fā)板中的最新版，所以，針對(duì)MATRIXVoice板卡已經(jīng)有具備比較復(fù)雜的分層的軟件堆支持，包括一個(gè)為透明化FPGA代碼的HAL（硬件抽象層）和一個(gè)C++函數(shù)庫(kù)，還有以一個(gè)介于視頻流接口和視覺(jué)庫(kù)（主要是RaspberryPi攝像頭）之間的中間層，此外，還為MATRIXVoice頂層提供了MATRIX操作系統(tǒng)和高層API接口。同時(shí)，在基于MATRIXVoice開(kāi)發(fā)的時(shí)候，用戶可以根據(jù)自己習(xí)慣選擇喜歡的語(yǔ)言，主要是因?yàn)镸ATRIXVoice軟件庫(kù)支持比較多的語(yǔ)言，包括主流的C++、Python、JavaScript以及硬件人員常用的Verilog和VHDL語(yǔ)言。下圖可以看到MATRIXVoice平臺(tái)的軟件開(kāi)發(fā)層次：圖3Softwarelayerview總結(jié)：現(xiàn)在，科創(chuàng)眾籌項(xiàng)目已經(jīng)越來(lái)越普遍，基于FPGA開(kāi)發(fā)功能更強(qiáng)靈活性更大的前沿應(yīng)用是一個(gè)十分好的點(diǎn)子，不僅使得產(chǎn)品具有更自由豐富的接口，還可以自由加入有針對(duì)性的加速器模塊，使得最