家庭網(wǎng)關(guān)中的TTS技術(shù)集成設(shè)計(jì)
2011/02/21
隨著物聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)智能家電互聯(lián)、家庭內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)的聯(lián)接將是家庭網(wǎng)關(guān)的主要應(yīng)用方向，以及提供人們生活需要的各種平臺性服務(wù)。家庭網(wǎng)關(guān)這一產(chǎn)品早于20世紀(jì)70年代提出，直至今日在國外才開始逐漸的推行，國內(nèi)的產(chǎn)品由于質(zhì)量以及價(jià)格等因素一直未能大規(guī)模推廣。本文將提出整合TTS技術(shù)的家庭網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品。
家庭網(wǎng)關(guān)主要實(shí)現(xiàn)路由、橋接、地址分配與管理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、VPN以及防火墻等功能，由于廠商以及硬件產(chǎn)品的不同，其實(shí)現(xiàn)也有各種的不同的形式。其主要功能如下圖所示：
目前流行的主要協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)DLAN（數(shù)字生活網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟）以及IGRS（閃聯(lián)）。其中DLAN在2003年由Intel、Sony、Microsoft等公司發(fā)起，旨在解決PC、電視、機(jī)頂盒、PDA等設(shè)備的信息共享，主要采用UpNP、TCP/IP、UDP、HTTP等協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，通用即插即用來實(shí)現(xiàn)設(shè)備共享信息。
國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)主要為IGRS標(biāo)準(zhǔn)，在2003年由聯(lián)想、TCL等幾家公司聯(lián)合確立的3C產(chǎn)品的第一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)，基于802.11、HTTP、TCP/IP協(xié)議等，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有信息孤島的互聯(lián)，支持資源共享以及開放，閃聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)將是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。
而集成了TTS技術(shù)后的家庭網(wǎng)關(guān)將提供良好的人機(jī)交互機(jī)制，能讓使用者完全了解到現(xiàn)有的家電的狀態(tài)如何。家庭網(wǎng)關(guān)的無限傳輸采用Zigbee技術(shù)，Zigbee是一種近距離、低復(fù)雜度、低成本、低功耗、自組織雙向的無線傳輸技術(shù)，選用TI的CC2430芯片，此款芯片內(nèi)置8051內(nèi)核，提供128KB的ROM以及8KB的RAM，開發(fā)簡單。
而TTS部分選用北京宇音天下科技有限公司的SYN6288芯片，SYN6288體積小巧，合成效果好，開發(fā)簡單，易于集成，可有8位MCU直接控制。
其原理邏輯圖如下：
外部的信號包括網(wǎng)絡(luò)平臺信號（網(wǎng)絡(luò)游戲、社交網(wǎng)站等）、家電響應(yīng)信號、鄰居訪問信號等，以Zgbee的傳輸方式通過家庭網(wǎng)關(guān)的解析，將接收的數(shù)據(jù)按照語音合成芯片的數(shù)據(jù)協(xié)議幀格式通過串口發(fā)送到SYN6288中文語音合成芯片，并通過TTS技術(shù)進(jìn)行語音合成發(fā)聲。
語音合成的實(shí)現(xiàn)主要由上位機(jī)的MCU進(jìn)行控制，將數(shù)據(jù)通過USRT的傳輸方式到SYN6288中文語音合成芯片，語音合成芯片通過文本轉(zhuǎn)語音技術(shù)，實(shí)現(xiàn)文字到語音的輸出。語音合成芯片是一種可以將任意的文本信息轉(zhuǎn)化為語音信號輸出的芯片。
Zigbee的協(xié)議每幀數(shù)據(jù)控制在100字節(jié)內(nèi)，每幀數(shù)據(jù)發(fā)聲的文字長度十分適合提示，方便用戶的使用體驗(yàn)。SYN6288芯片最多一幀能發(fā)送206個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，去掉頭五位的數(shù)據(jù)格式命令幀，以及最后一位的校驗(yàn)位，每幀數(shù)據(jù)最多發(fā)送200字節(jié)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，100個(gè)文本信息，并且支持GB2312、GBK、UNICODE以及BIG5四種編碼格式。。
SYN6288芯片的發(fā)音數(shù)據(jù)命令格式如下，采用GBK編碼格式的文本信息：
采用C51的單片機(jī)主控，C代碼的數(shù)據(jù)構(gòu)造命令如下：
len = strlen(text);
head0fFrame[0]=0xFD;//構(gòu)造幀頭FD
head0fFrame[1]=0x00;//構(gòu)造數(shù)據(jù)區(qū)長度的高字節(jié)
head0fFrame[2]=len+3;//構(gòu)造數(shù)據(jù)區(qū)長度的低字節(jié)
head0fFrame[3]=0x01;//構(gòu)造命令字：合成播放命令
head0fFrame[4]=0x01;//構(gòu)造命令參數(shù)：編碼格式為GBK
這樣頭命令的5個(gè)數(shù)據(jù)幀則已經(jīng)完成，而需要發(fā)送的文本信息可以通過定義代碼：
static char code text[]={"有人關(guān)注了您的微博，快上新浪微博看看！"};
將text中的數(shù)據(jù)與頭命令幀整合，并將全部數(shù)據(jù)與0X00進(jìn)行異或運(yùn)算得到最終的異或效驗(yàn)碼，通過串口直接發(fā)送到6288芯片，6288芯片將驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲，這樣屋內(nèi)的使用者將聽到訊息：有人關(guān)注了您的微博，快上新浪微博看看！
同樣實(shí)現(xiàn)家電的信息、鄰里信息以及小區(qū)管理信息的交互，通過TTS技術(shù)實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互。若要再實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、報(bào)警監(jiān)控等功能，則需要對家庭網(wǎng)關(guān)的功能進(jìn)行添加，解析GSM、3G協(xié)議等實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)遠(yuǎn)程遙控家中的電器，一個(gè)典型的家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)圖如下：
家庭網(wǎng)關(guān)主要分為主控部分、Zigbee通訊部分、TTS（語音合成）部分以及接口部分，其中主控采用16位DSP芯片，選用16位DSP芯片既能提供足夠的接口，又有強(qiáng)大的運(yùn)算能力，可以方便的進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)。Zigbee由CC2430芯片實(shí)現(xiàn)，經(jīng)上位機(jī)控制，自定義其協(xié)議，構(gòu)造最基本的六節(jié)點(diǎn)星型網(wǎng)絡(luò)，滿足通訊，并實(shí)現(xiàn)了安全層協(xié)議。
家庭網(wǎng)關(guān)提供眾多的接口，支持GSM、藍(lán)牙、802.11a/b/g、3G網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)，并允許外部寬帶以及廣電網(wǎng)的接入，如有需要也可以提供智能電網(wǎng)接入，實(shí)現(xiàn)家庭的通訊以及娛樂的要求。
隨著我國數(shù)字家庭化的不斷進(jìn)展，家庭網(wǎng)關(guān)在近幾年內(nèi)將以井噴般的速度迅發(fā)展，根據(jù)摩爾定律，新型半導(dǎo)體產(chǎn)品的推出，整個(gè)家庭網(wǎng)關(guān)的硬件成本將逐漸的下降，而性能卻會大幅度的提升，芯片不管是技術(shù)上以及成本上都有較大的突破。
TTS技術(shù)在家庭網(wǎng)關(guān)中的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)智能人機(jī)交互的必備手段，采用SYN6288芯片也是綜合參考產(chǎn)品性價(jià)比的選擇，最重要的是6288芯片的體積十分小巧，開發(fā)極為簡單。語音合成技術(shù)在家庭網(wǎng)關(guān)中的應(yīng)用，也將提升網(wǎng)關(guān)的人機(jī)交互能力，也是人們所追求的最適交互機(jī)制，二者的結(jié)合將產(chǎn)生巨大的能量。
CTI論壇報(bào)道
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