小体积超低功耗语音唤醒耳机方案——帝思DSPG D4P

随着AI的普及，越来越多人使用智能语音控制，从智能音箱慢慢开始延伸到智能耳机领域。目前市场的大部分耳机还是以手动唤醒语音助手为主，主要问题还是在语音检测方面功耗和开发难度问题，。本方案将为大家介绍一套开发难度小且功耗低的语音唤醒方案——DBMD4P + QCC3044，该方案在头戴耳机和运动型耳机上都适用。

首先介绍一下这款DBMD4P的公司——DSP Group，它是家庭和办公室的集成通信无线芯片产品全球领先的提供商。DSPg提供软件半导体系统产品和参考设计，使ODM、 DEM、 消费电子产品制造商和服务提供商能够经济高效地开发,快速实现市场创收的新产品。该公司处于半导体创新的前沿并实现卓越运营超过二十年，提供了一个广泛的无线芯片集成组合DEC/ CAT-iq、DECT ULE、Wi - Fi、PSTN、BoneTone智能语音增强和噪声消除器、视频和VoIP技术。 DSPg使集成的声音、音频、视频和数据连接不同消费者和商业产品，包括连接多媒体屏幕、移动设备、家庭安全自动化、无线电话、网络电话系统和家庭网关。利用行业领先的经验和专业知识，DSPg集团与CE制造商和服务提供商合作来塑造未来家庭和办公室的集成通信。

DBMD系列凭着极高的性价比，至今已向全球提供超一亿颗芯片，国内外各大智能语音引擎（如谷歌，亚马逊，思必驰，出门问问等）都已有成熟算法方案在DBMD系列芯片上运行。从支持AI的TWS耳机到支持语音的智能家居，再到物联网，安防，手机，平板电脑和笔记本电脑中，DSPg的身影无处不在。

其中DBMD4P是一款适用于电池供电设备（如手机，IoT，可穿戴设备等）的超低功耗语音和传感器数据处理器。这处理器可实现各种应用，例如语音触发（VT）、语音验证（VA）、语音命令（VC）、传感器数据处理和均衡器功能。DBMD4P是基于TeakLite-III™DSP 架构的处理器，具备与系统中其他设备（例如应用处理器（AP），编解码器，麦克风和传感器）进行通信所需的接口（如TDM，I2c，SPI，Uart等），加上已有的成熟算法，可为客户快速开发出想要的功能。

QCC3044大家应该也很熟悉，这是高通推出的新一代双声道蓝牙芯片，采用最新的BT5.2蓝牙标准，具备24bit DSP处理能力，这必然会带有有高通优秀的Aptx HD编码。同时这款芯片内置了flash，减少了外围器件成本和采购flash的压力。稳定的平台赋能，卓越的音乐品质，强悍的电源管理，丰富的功能接口和产业公认的低功耗是这套方案的不二之选，搭配DSPg的芯片可谓强强联合。

 

方案实现：

D4p和QCC3044主要引脚连接：

   DBMD_INT:

       当D4P检测到有较大幅度声音变化时，就会启动识别引擎去识别这声音是否为唤醒词，如果识别是唤醒词，就通过这个引脚把AP唤醒，再进入语音传输模式（Audio Buffering）。

   RSTN：

       该引脚为D4P的复位脚，在每次烧录FW之前，都需要下拉该引脚一段时间。

   WAKEUP：

       该引脚为AP唤醒D4P的引脚，当D4P进入Hibernate时，只能通过该引脚唤醒。

   SPI（或I2C、Uart）：

       这组引脚用于AP与D4P之间的数据交互（如FW文件传输，配置和控制指令）。在D4P进入语音传输模式时（Audio Buffering），AP会通过SPI（或I2C、Uart）读取拾取的语音指令数据做进一步的语音指令识别。

 

程序控制：

       先了解D4p的5种工作模式，如下图：

   Idle：Boot Firmware之后，系统会在idle模式，这个状态主要用于配置参数，为接下来的模式做准备

   Audio Buffering：该模式是将声音都放到buffer中，让AP去提取使用

   Detection：在该模式下，系统用较低的功耗检测环境声音，当有明显声音波动时，系统进入语音识别状态，识别成功后，进入声音传输状态

   Sleep：该模式关闭ADC采集和处理， 保留与AP通讯能力

   Hibernate：系统关闭处理功能，AP无法通讯，只有AP用IO唤醒才能恢复到Idle模式

   Microphone：该模式用于debug，mic声音数据直接通过uart输出

根据这几个模式，在QCC3044中加入对应的处理

1. QCC3044开机时，对D4P复位并烧录FW文件（Idle模式）
2. 配置D4P参数，并进入Sleep或Hibernate模式
3. QCC3044接收到用户指示，唤醒并控制D4P开启语音检测模式（Detection模式）
4. D4P检测唤醒词，唤醒QCC3044做语音识别（Audio Buffering模式）

 

设计要点：

1. Boot模式选择：D4P支持多种boot模式，若需要独立启动可从flash加载程序；若从AP加载程序，可从Uart、SPI或I2C选一种加载，方便不同主控端选择。加载时芯片会自动识别当前通讯协议，从而自动选择对应的通讯方式。大致流程如下：
2. Mic设计：mic输入是差分信号，所以振幅比较低，设计时需要将mic的线路平行并尽可能靠近。Mic到D4p之间需要保持相同的距离和相同的阻抗。Mic的滤波电容应靠近mic，而其他部分则尽可能靠近D4p端。
3. 实体mic之间的距离越大越好，这样有助于算法做beam forming
4. Uart引脚需要预留出来，调算法和debug时候都需要用到
5. Reset引脚是必须要接上的，D4p每次烧Firmware之前都需要拉低reset一下
6. Uart通讯时，D4p会自动识别比特率，但在此之前需要发送16个0进行同步

                                                                                                                                      

       此外这个设计的连接方式同样适用于其他蓝牙、WiFi、ARM等应用平台。如要做通话降噪应用，D4P也提供了I2S接口，可将处理后的音频数据传入AP端。

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