音频/语音用户界面(VUI)是未来人机交互的一个重要发展趋势。在智能家居控制、楼宇自动化、智能零售、联网汽车、医疗等物联网垂直领域会得到越来越多的应用。这涉及到语音触发、识别和处理技术。同时，设计师也面临着如何提高能效的挑战。无论是本地还是云端，安森半导体都有相应的VUI解决方案，提供先进的语音触发、识别、处理、控制等功能，并拥有出色的计算能力和能效，保证用户体验极佳。
VUI建筑和分类
图1是基于麦克风阵列的高级语音接口架构。本地处理需要说话人跟踪和语音增强，包括波束形成、唤醒词检测、声源定位、降噪、语音检测等技术。云解决方案涉及自然语言处理。之后需要通过音频播放功能播放指令，需要回声消除。
图1:基于麦克风阵列的高级语音接口架构
本地VUI以预存的单词或句子为识别单元，说话人可以是特定用户，也可以是非特定用户，而云端VUI基于人工智能进行语义理解和语音合成，说话人是非特定用户。本地VUI通过蓝牙连接到网络，而云VUI通常通过WiFi连接。本地VUI的功耗和信息泄露的风险相对较低，而云VUI具有更高的识别率和可扩展性。相对而言，本地VUI比云VUI消耗更少的电力。设计者可以根据具体的应用需求决定是使用本地VUI方案还是云VUI方案。
本地VUI计划
根据本地VUI方案的特点，它必须能够进行双向语音通信，识别非特定用户语音，支持足够的指令和多种语言，并具有灵活性和可扩展性。最好将波束形成和降噪技术集成到单个芯片中，以降低成本和空间占用。比如安森半导体的单芯片方案LC823450，包括双皮质-M3内核，集成数字信号处理(DSP)用于语音前端处理，SRAM提供1656k字节的内存，不需要辅助存储芯片。它包括两个数字麦克风I/F接口和两个数模转换器，包括回声消除和降噪等高级功能。它具有极高的可扩展性、小尺寸和超低功耗。如果结合生态系统合作伙伴的语音控制技术，如Sensory的truly免提，可以支持唤醒词和语音命令的定制，适用于家庭自动化和音乐播放的语音交互。
图2显示了本地VUI方案的示例应用框图和评估板。安森半导体采用超低功耗音频处理单片机LC82345X、麦克风前置放大器FAN3852、LDO)NCP170、同步PWM开关降压稳压器NCP3170和单声道音频功率放大器NCP2823。凭借其在电源管理方面的经验和专业知识，安森半导体使该方案实现了超低功耗，这是该方案相比其他竞争对手的优势。虽然现有方案没有集成WiFi和蓝牙双模模块，但安森半导体已经收购了WiFi龙头Quantenna，已经拥有相关技术，未来会考虑集成WiFi模块。
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图2:语音控制应用框图和评估板
云VUI解决方案
从应用场景来看，除了语义理解和语音合成，云VUI还可以推送各种服务。比如，除了播放音乐和讲故事，智能语音助手还支持智能零售，比如打车和点外卖。目前云VUI的一个痛点是工作频率高、外存和闪存多、功耗高、BoM成本高。安森美半导体的音频DSP系统单芯片(SoC)LC823455方案很好地解决了这些痛点。它集成了4M RAM，没有外部存储。除了CPU核之外，它还具有波束形成、降噪和回声消除的功能。它集成了预先实现的音频硬件(模数转换器、数模转换器和功率放大器)，降低了BoM成本，并提供了更好的性能
图3显示了基于LC823455的智能扬声器的参考设计框图。该参考设计有四个ONA101V和一个ONA40功率放大器，包括USB-C PD源极/漏极接口，支持Strata平台。设计师可以自动识别并开始下载所有相关文档和支持材料，包括原理图、布局、测试报告、用户指南等。只需将此评估板插入配备Strata的计算机，同时会出现一个图形用户界面。这个参考设计目前支持亚马逊Alexa语音服务，安森半导体也在和国内的一些语音服务商接触，未来会支持国内的语音助手。该方案最显著的优点之一是其超低功耗。用竞争对手方案的功耗测试后，安森半导体的方案功耗大约是竞争对手方案的一半。
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图3:智能扬声器参考设计框图
安森半导体移动和智能扬声器的音频技术/知识产权
安森美半导体拥有丰富的知识产权，支持移动和智能扬声器的设计和开发，包括音频处理系统、D类功率放大器、麦克风前置放大和高性能音频开关，提供竞争优势，帮助设计师设计出具有竞争优势的产品。
音频处理系统的竞争优势包括小PCB尺寸、高度集成的SoC(CPU DSP音频)、集成的ARM Cortex-M3双核和专有32位DSP。
至于D类功放，支持小于10 W，10 W到30 W，大于30 W的应用只提供样片，其中小于10W的功放体积较小，采用模拟输入。10W至30W的功率放大器支持数字接口，提供最佳动态范围和增益误差漂移。
对于麦克风前置放大，安森半导体的方案使用最小标准音高的WLCSP封装，将模拟音频转换为数字音频，支持不同的传感器接口。
对于音频开关，Anson Semiconductor提供了阻抗/面积最小的耗尽型开关。
外围技术：USB类和D类功率放大器
USB Type-C使每个端口都可以是电源、数据、视频或音频端口，极大地方便了用户，并将越来越多地用于语音交互等各种电子应用中。安森美半导体提供完整的USB Type-C解决方案阵容，支持音频应用的开发，包括电源、多路音频信号、信号切换、接口保护等。具有最小的尺寸、超低的静态功耗，并集成了丰富的保护功能。
新兴的音频应用，如智能音箱，对功率放大器的要求越来越高。安森半导体开发了一系列额定功率超过10 W的D类功率放大器产品线，结合可针对不同应用定制的陶瓷封装技术、CMOS电路技术和功率MOSFET技术，提供低热阻、高频互连、高功率密度、低噪声(70 uV)和低总谐波失真(THD0.03%)等优势。以ONA101V为例，它是一款单通道数字输入D类功率放大器，动态范围为105 dB。具有喇叭采样数字输出功能。该功能对驱动喇叭的电压和电流进行实时采样，微控制器上运行的算法可用于计算喇叭特性。这些参数可用于计算喇叭电阻、混响、温度等。根据这些值，可以创建算法来执行一系列任务，从而实现喇叭保护、范围扩展等功能。
摘要
语音交互越来越普及，语音识别和自然语言处理技术是VUI的基础。安森半导体提供本地VUI解决方案和云VUI解决方案，集成了先进的语音处理技术，如波束形成、回声消除、降噪、超低功耗管理和外围设备，如USB Type-C和D类功率放大器。与生态链合作伙伴一起，大幅降低BoM成本，同时拥有出色的计算能力和超低功耗，提供出色的用户体验。
