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近年來(lái)，利用 ADAS（高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）等向行人和搭乘人員告知車輛狀態(tài)和存在已經(jīng)變得非常重要，汽車制造商們正在推進(jìn)語(yǔ)音輸出系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，通過(guò)音效和語(yǔ)音來(lái)發(fā)出警告或通知，仔細(xì)觀察的用戶會(huì)聽(tīng)出不同品牌的汽車播報(bào)時(shí)長(zhǎng)不同、聲音大小也不同。如果從安全角度考慮，警報(bào)聲的響應(yīng)速度非常關(guān)鍵。通常汽車播報(bào)采用兩種控制方式，一種是 MCU 控制，一種是硬件控制。但是隨著車載功能的增加，主控 MCU 的負(fù)荷越來(lái)越重，方案廠商也在試圖減輕 MCU 的負(fù)擔(dān)。
羅姆集團(tuán)旗下的藍(lán)碧石公司最近推出一款新型車載語(yǔ)音合成 LSI --ML2253x 系列，將語(yǔ)音播報(bào)功能通過(guò)硬件控制，從而將主控 MCU 解放出來(lái)。LAPIS 于 2008 年從日本沖電氣工業(yè)集團(tuán)分離出來(lái)，并入了羅姆集團(tuán)旗下，2011 年正式更名為藍(lán)碧石半導(dǎo)體股份有限公司。LAPIS 公司有四大核心技術(shù)：低功耗技術(shù)、高頻電路技術(shù)、數(shù)字模擬混載技術(shù)、存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)技術(shù)，提供獨(dú)具特色的 LSI 產(chǎn)品和晶圓代工服務(wù)。LAPIS 的語(yǔ)音芯片經(jīng)過(guò) 40 多年的發(fā)展，全球銷量一年 1500 萬(wàn)片，在日本市場(chǎng)排名第一。
響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)
通過(guò) MCU 來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音輸出需要外接主控 MCU、放大器、存儲(chǔ)器等元器件，并且需要主控 MCU 的軟件支持，而且軟件設(shè)計(jì)非常復(fù)雜。主控 MCU 在進(jìn)行非語(yǔ)音播報(bào)事件處理時(shí)，可能無(wú)法進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)，或者推遲語(yǔ)音播報(bào)。
羅姆公司高級(jí)工程師佘夢(mèng)怡女士介紹，“我們的語(yǔ)音合成 LSI 全部由硬件組成，對(duì)主控 MCU 不會(huì)產(chǎn)生負(fù)荷，系統(tǒng)在接收到命令之后，5 毫秒內(nèi)播放語(yǔ)音，另外，芯片中內(nèi)置有通信接口、邏輯、存儲(chǔ)器、放大器，可構(gòu)建不依賴于主控 MCU 的語(yǔ)音輸出系統(tǒng)，并可減少軟件設(shè)計(jì)工時(shí)?！?/p>
汽車在行駛中會(huì)面臨各種噪音干擾，比如儀表盤(pán)旁邊的 AM 頻率干擾會(huì)影響 D 類功放，為了盡可能降低干擾，ML22Q53x 系列中配置了 AB 類功放，雖然 AB 類功放沒(méi)有 D 類功放的效率高，但是抗干擾能力比 D 類功放強(qiáng)。另外，如果客戶選用 AVAS(汽車聲音警報(bào)系統(tǒng))產(chǎn)品，芯片內(nèi)置 1W 功放無(wú)法滿足要求，用戶可以將音頻輸出到外接的 10W 功放進(jìn)行放大。
故障檢測(cè)功能：增強(qiáng)系統(tǒng)安全性
隨著自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)（AEBS）相關(guān)法律法規(guī)的實(shí)施，以及市場(chǎng)上 ADAS 警告類型增加，用戶對(duì)車內(nèi)語(yǔ)音的要求也越來(lái)越嚴(yán)苛。車廠不僅要確保常規(guī)的車載品質(zhì)，還必須保整車系統(tǒng)的安全性。因此，ML2253x 系列增加了故障檢測(cè)功能。
羅姆公司技術(shù)中心主管姚玲玲解釋，“以前車載系統(tǒng)接到指令后，并無(wú)法確定播放系統(tǒng)是否在播，播放的內(nèi)容是否正確，加入了播放音異常檢測(cè)功能后，可以檢測(cè)出模擬電路的異常，并反饋給主控 MCU，還可以檢測(cè)出在系統(tǒng)端無(wú)法確認(rèn)的語(yǔ)音播放問(wèn)題，提高了應(yīng)用的產(chǎn)品品質(zhì)，隨時(shí)也確保終端產(chǎn)品的安全性，這個(gè)功能作為規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案?jìng)涫懿毮??！?/p>
靈活配置Flash，通過(guò)MCU實(shí)現(xiàn)擦寫(xiě)
ML2253x 系列包括兩種產(chǎn)品，一種內(nèi)置 FLASH 的 M22Q53x 系列，F(xiàn)lash 大小提供 2M、4M、16M 三種可選，內(nèi)部 FLASH 可擦寫(xiě)的次數(shù)是 100 次；另外一種是外置存儲(chǔ)器的 ML22530 系列，最大可以擴(kuò)到 128M。
佘夢(mèng)怡表示，“該芯片可通過(guò)主控 MCU 進(jìn)行 FLASH 的改寫(xiě)，可在開(kāi)發(fā)中進(jìn)行修改數(shù)據(jù)，即便是在終端產(chǎn)品上也可以通過(guò)主控 MCU 進(jìn)行一個(gè)數(shù)據(jù)修改，既便捷又靈活?！?/p>
算法壓縮方式獨(dú)特，音效音質(zhì)有保障
ML2253x 系列支持 HQ-ADPCM 的算法壓縮方式，據(jù)介紹，這一算法是由藍(lán)碧石半導(dǎo)體公司聯(lián)合日本九州工業(yè)大學(xué)共同開(kāi)發(fā)，可以保持高音質(zhì)和音效的同時(shí)，進(jìn)行一個(gè)高壓縮率的算法。相對(duì) ADPCM 算法、非線性 PCM 以及 PCM 算法，它的壓縮率可以對(duì)比原文壓縮到五分之一的大小，用戶更加節(jié)省存儲(chǔ)空間，從而節(jié)省成本。
佘夢(mèng)怡解釋，“我們的芯片采樣頻率是從 6.4K 到 48K，其中 48K 可以媲美 CD 的音質(zhì)，而且每一段語(yǔ)音都可以設(shè)置不同的采樣頻率。同樣是 6.4K 的采樣頻率，采用 HQ-ADPCM 算法的最長(zhǎng)播放時(shí)間在 128M 時(shí)可以達(dá)到 6541 秒，內(nèi)置 2M Flash 也可以達(dá)到 90 秒。采用 HQ-ADPCM 方式還原后，很多硬件可以進(jìn)行算法補(bǔ)充，在實(shí)際播放時(shí)存在 FLASH 的容量最多達(dá)到 40 倍的數(shù)據(jù)量，比如 5 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)可以擴(kuò)展到 200 個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)量越多，語(yǔ)音表現(xiàn)越好。”
為了滿足音頻輸出需求，芯片設(shè)有 SPI 和 I2C 兩種接口，每個(gè)通道同時(shí)支持四通道混音后從一通道輸出，可以在不同的通道選擇不同的語(yǔ)音，比如音樂(lè)、語(yǔ)音可以從不同的通道播放。在進(jìn)行播放輸出時(shí)雖然只有一通道輸出，但音源可以選擇兩通道混音、四通道混音、有背景音樂(lè)等不同的選項(xiàng)單獨(dú)播放。
一站式解決方案
關(guān)于實(shí)際應(yīng)用，佘夢(mèng)怡認(rèn)為，“ML22Q53x 和 ML22530 適用于快速發(fā)聲場(chǎng)合，對(duì)于汽車的定位或者類型沒(méi)有特殊要求。區(qū)別是帶 Q 的有內(nèi)置 FLASH，不帶 Q 的客戶可以外接 FLASH，比較靈活。目前，在日本本土已經(jīng)有一些知名廠商在評(píng)估、測(cè)試階段，國(guó)內(nèi)有一些客戶開(kāi)始做前期測(cè)試，我們的產(chǎn)品 4 月份出樣品，在 8 月會(huì)量產(chǎn)?！?/p>
在客戶進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，羅姆可以提供整套開(kāi)發(fā)套件，開(kāi)發(fā)套件的硬件部分包含聲音控制板、SDCB3 板，不同型號(hào)對(duì)應(yīng)不同的燒寫(xiě)板，兩塊板子連起來(lái)后，用戶可以連接電腦、連接揚(yáng)聲器等一些硬件進(jìn)行播放，同時(shí)羅姆提供一個(gè)自主研發(fā)的軟件 Speech LSI Utility，可以進(jìn)行波形編輯、短語(yǔ)編輯試聽(tīng)，生成工程文件、燒寫(xiě)芯片等研發(fā)必備功能。
“羅姆一貫的特色是提供一站式服務(wù)，從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)到后面的選型、原理圖、PCB，以及 MCU 軟件，我們會(huì)協(xié)助客戶做調(diào)試，量產(chǎn)之后的問(wèn)題也可以一起解決。車內(nèi)語(yǔ)音市場(chǎng)的規(guī)模大概有 50 億日元，車載市場(chǎng)的入門(mén)門(mén)檻相對(duì)較高，需要通過(guò) AEC-Q100 或者 ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)。羅姆的優(yōu)勢(shì)是有自主產(chǎn)品線和 LAPIS 產(chǎn)品線相互補(bǔ)充，還針對(duì) ISO 26262 已經(jīng)取得了流程認(rèn)證?！辟軌?mèng)怡補(bǔ)充。
ML22530x系列DEMO板演示
該 DEMO 板基于 ML22530 語(yǔ)音芯片設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)板上有語(yǔ)音芯片、MCU、外置 FLASH，以及外置功放組成。MCU 只需要發(fā)送一個(gè)簡(jiǎn)單的指令就可以控制語(yǔ)音芯片，語(yǔ)音芯片從外部 FLASH 中讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行播放。芯片內(nèi)部集成了 1W 功放，設(shè)置有一個(gè) 1W 的輸出口，連接上喇叭即可播放聲音，板子上設(shè)有三個(gè)按鈕進(jìn)行語(yǔ)音數(shù)據(jù)選擇。
工程師展示了用在 AVAS(汽車聲音警報(bào)系統(tǒng))產(chǎn)品上的聲音，模擬電動(dòng)汽車的引擎音，可以通過(guò)滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)聲音的大小，通過(guò)不同的阻值使用 AD 變換，再通過(guò) MCU 選擇相應(yīng)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行播放。
針對(duì)車內(nèi)安全性提醒的應(yīng)用，可以模擬汽車轉(zhuǎn)向燈的聲音、汽車在剛啟動(dòng)時(shí)的歡迎音樂(lè)等。佘夢(mèng)怡強(qiáng)調(diào)，“如果客戶是用在 AVAS(汽車聲音警報(bào)系統(tǒng))產(chǎn)品上，由于芯片內(nèi)部只有 1W 功放，我們建議客戶外置功放，這樣才能起到提醒的作用，讓路邊的行人聽(tīng)到車子的引擎聲音?！?/p>
