語音命令系統(tǒng)的低功耗解決方案一

什么是始終在線的語音命令？

在始終在線的語音命令系統(tǒng)中，用戶的語音使用特定的喚醒詞（也稱為觸發(fā)詞）激活或“喚醒”系統(tǒng)，以便它可以響應(yīng)語音命令。用戶不必按下按鈕即可使系統(tǒng)處于活動(dòng)狀態(tài);它總是在“聽”喚醒詞。這就是目前大多數(shù)“智能揚(yáng)聲器”的工作方式，如亞馬遜Echo，蘋果HomePod和谷歌家庭。

消費(fèi)者非常喜歡始終在線的語音命令而不是按鈕式語音命令，因?yàn)橛脩舻氖直３肿杂?，并且用戶不需要與設(shè)備進(jìn)行物理交互。迄今為止，始終在線的系統(tǒng)主要在為家庭使用而設(shè)計(jì)的設(shè)備中實(shí)施，并由交流墻上插座供電。然而，最近的技術(shù)發(fā)展使得在由電池供電的便攜式/移動(dòng)產(chǎn)品中添加始終在線的語音命令成為可能。

［圖1|Ambiq 微型 MCU 在聲音喚醒和關(guān)鍵字處理期間的功耗。

便攜式產(chǎn)品中始終在線的語音命令應(yīng)用

由于在便攜式和電池供電產(chǎn)品中使用始終開啟的語音命令的概念是新的，因此該技術(shù)的應(yīng)用才剛剛開始出現(xiàn)?？赡苄园ǎ?/p>

耳戴式設(shè)備：始終開啟的語音命令允許用戶開始和停止播放音頻節(jié)目材料;選擇材料;跳過或重復(fù)音樂曲目;接聽電話;并在耳機(jī)或頭戴式耳機(jī)（通過藍(lán)牙）連接到聯(lián)網(wǎng)的智能手機(jī)時(shí)訪問個(gè)人助理功能。由于無需按下按鈕，因此用戶的雙手可以自由執(zhí)行其他任務(wù)，使語音命令耳機(jī)成為運(yùn)動(dòng)/健身和辦公室工作或入耳式個(gè)人助理的理想選擇。

遙控器：大多數(shù)當(dāng)前的語音命令遙控器要求用戶在說出命令之前按下按鈕以喚醒系統(tǒng)。許多要求用戶將遙控器靠近他或她的嘴巴。始終在線的系統(tǒng)將允許用戶在遙控器無法觸及（甚至放錯(cuò)位置）時(shí)訪問遙控器的功能。

智能家居設(shè)備：為墻上控制面板配備始終開啟的語音命令將允許用戶從語音范圍內(nèi)的任何地方控制家庭系統(tǒng)（HVAC，照明，安全等），而不必走到面板上或拉出智能手機(jī)并調(diào)用必要的控制應(yīng)用程序。這還可以通過消除對(duì)昂貴觸摸屏的需求來降低成本。電池電源在這些產(chǎn)品中是可取的，因?yàn)樗斯陀?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/162/" target="_blank">電工來運(yùn)行專用電源線的需要，并且它為更廣泛的智能家居產(chǎn)品（例如自動(dòng)打開的垃圾桶以及語音控制的窗簾和窗簾）打開了語音命令。

汽車：始終開啟的語音命令使駕駛員不必對(duì)當(dāng)前大多數(shù)汽車語音命令系統(tǒng)中使用的喚醒按鈕進(jìn)行感覺，從而可能提供更安全的車輛操作。它還允許其他車輛乘員訪問系統(tǒng)，從而觸發(fā)遠(yuǎn)程操作后艙口等功能。

可穿戴設(shè)備：始終在線的語音命令系統(tǒng)可以使許多類型的可穿戴設(shè)備受益。在健身追蹤器或衣領(lǐng)安裝的設(shè)備中，始終開啟的語音命令將允許用戶在跑步或行走時(shí)控制設(shè)備，而不必摸索控制。語音命令特別實(shí)用的是較小的產(chǎn)品，它們可能沒有空間容納一個(gè)相當(dāng)大的顯示和控制按鈕。小型可穿戴設(shè)備可以用作夾式個(gè)人助理，也可以用作與智能揚(yáng)聲器或其他超出語音范圍的設(shè)備的接口。數(shù)據(jù)可以通過藍(lán)牙傳輸?shù)铰?lián)機(jī)電話，或通過WiFi傳輸?shù)奖镜?a target="_blank">網(wǎng)絡(luò)。

便攜式產(chǎn)品中始終在線的語音命令面臨的挑戰(zhàn)

到目前為止，語音命令尚未在許多便攜式和電池供電產(chǎn)品中實(shí)施，原因有很多。挑戰(zhàn)是巨大的。

功耗：為了使語音命令系統(tǒng)能夠隨時(shí)接收命令，它必須始終處于活動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于插入交流電源的智能揚(yáng)聲器來說，這不是問題，但對(duì)于電池供電的產(chǎn)品來說，這可能是一個(gè)大問題 - 特別是當(dāng)電池運(yùn)行時(shí)間是購買便攜式技術(shù)產(chǎn)品的消費(fèi)者的主要關(guān)注點(diǎn)之一時(shí)，并且工程師必須經(jīng)常最小化電池尺寸以保持緊湊的外形尺寸。

在語音命令系統(tǒng)中，至少一個(gè)麥克風(fēng)必須始終處于活動(dòng)狀態(tài)，并且負(fù)責(zé)識(shí)別喚醒詞的處理器也必須處于活動(dòng)狀態(tài)。在較大的系統(tǒng)中，其中一些功能可能與專用組件隔離，從而允許在設(shè)備空轉(zhuǎn)時(shí)關(guān)閉設(shè)備的大多數(shù)其他組件的電源。較小的便攜式產(chǎn)品往往依賴于片上系統(tǒng)（SoC），其中單個(gè)組件執(zhí)行幾乎所有設(shè)備的功能，因此可能很少有或沒有可以關(guān)閉的非活動(dòng)組件。

電池壽命預(yù)期：如上所述，電池壽命通常是技術(shù)消費(fèi)者的主要關(guān)注點(diǎn)。大多數(shù)人希望產(chǎn)品至少可以使用一整天（8小時(shí)），而無需充電或更換電池。大多數(shù)活動(dòng)耳機(jī)和入耳式耳機(jī)現(xiàn)在運(yùn)行18至20小時(shí);即使是便宜的型號(hào)通常也可以管理10個(gè)小時(shí)。雖然一些最新的可穿戴設(shè)備，如“真無線”耳機(jī)和夾式無線揚(yáng)聲器，電池運(yùn)行時(shí)間在5小時(shí)范圍內(nèi)，但制造商面臨著來自消費(fèi)者和評(píng)論家的壓力，要求提高這種性能。

在用作控制接口的語音命令產(chǎn)品中，挑戰(zhàn)甚至更大。消費(fèi)者目前預(yù)計(jì)遙控器中的電池可以使用6個(gè)月到一年;即使是帶有可充電電池和充電底座的遙控器也需要至少持續(xù)幾周的充電時(shí)間，因?yàn)檫b控器通常會(huì)留在沙發(fā)上，而不是返回到充電底座。智能家居系統(tǒng)的壁掛式控制面板往往在一組AA或AAA電池上運(yùn)行約一年（甚至兩年）;期望消費(fèi)者經(jīng)常更換這些電池是不現(xiàn)實(shí)的，在墻上控制面板中使用可充電電池也是不切實(shí)際的。

可疑的互聯(lián)網(wǎng)連接：雖然家庭產(chǎn)品可以依賴于幾乎總是存在的互聯(lián)網(wǎng)連接，允許大多數(shù)語音識(shí)別處理卸載到外部服務(wù)器，但便攜式產(chǎn)品不能。大多數(shù)此類產(chǎn)品需要通過低功耗藍(lán)牙連接到智能手機(jī)以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)連接，并且在許多地方，蜂窩數(shù)據(jù)連接不可靠甚至不可能。

由于便攜式應(yīng)用中 Internet 連接的不可靠性，使用語音命令的便攜式產(chǎn)品必須在沒有外部服務(wù)器幫助的情況下自行識(shí)別和處理少量語音命令。這一要求需要更強(qiáng)大的處理，同時(shí)也限制了可以通過語音命令控制的功能。

外形：大多數(shù)便攜式產(chǎn)品的緊湊尺寸可能要求在陣列中使用的麥克風(fēng)數(shù)量方面做出妥協(xié)，并且還可能迫使工程師以損害其性能的方式放置麥克風(fēng)，并使多個(gè)麥克風(fēng)的響應(yīng)和靈敏度的精確匹配變得困難或不可能。

可穿戴設(shè)備和其他緊湊型便攜式產(chǎn)品的外形尺寸也迫使產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員選擇更小的電池，這些電池的功耗更低。例如，典型的AA堿性電池可能提供3000毫安時(shí)（mAH）的功率，而許多微型科技產(chǎn)品中使用的CR2032鋰“紐扣電池”僅提供220 mAH的功率。這意味著，當(dāng)由CR2032供電時(shí)，繪制10 mA（或10，000 μA）的產(chǎn)品將運(yùn)行22小時(shí)。

環(huán)境因素：便攜式產(chǎn)品暴露在比家用產(chǎn)品更具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中?？纱┐鳟a(chǎn)品必須至少防汗（要求入口防護(hù)等級(jí)為IPx5），并且用于惡劣戶外使用的便攜式產(chǎn)品應(yīng)完全浸入（IPx7等級(jí)）。達(dá)到這些額定值所需的密封件可能會(huì)損害麥克風(fēng)的功能，并對(duì)麥克風(fēng)陣列的配置施加限制。

審核編輯：郭婷