成熟的 XMOS 方案 ——「 XMOS 麦克风阵列 」
2021 年底，知名的音頻芯片制造廠商 XMOS 正式發布了新一代芯片產品 XVF3610 ，這是一款語音接口的主控芯片，能夠在復雜的噪聲中提升了ASR語音識別率和會議通話質量的解決方案。
將語音接口（XVF3610）集成到智能 soundbar 音箱、電視、機頂盒、智能家電、網關產品中，享受高質量的語音通話和語音識別交互。
XVF3610 使用了 XMOS 的 xcore.ai 芯片基礎架構，內置高性能的降噪算法和語音前端算法，是一款高性價比且易于集成的語音處理解決方案。
相比于上一代芯片，XVF3610 增加了?自動音頻參考延遲校準?——這是支持語音的電視系統的一項關鍵功能——擴大了可以實現語音接口的設備和環境的范圍。
不僅有功能增加，相比于上一代 XVF3510 芯片，XVF3610 在功耗、性能、價格、制作工藝等方面都有極大的提升。
▲? XVF3510 和 XVF3610 參數對比
XVF3610 是一款麥克風陣列處理芯片，XMOS 的麥克風陣列方案以其靈活性突破了傳統 MCU 的 I/O 限制，配合噪聲消除、回音消除等 DSP 算法來實現遠場拾音等功能，為高性能的語音識別做好前端的優質處理。
在 XVF3610 還未發布之前，木瓜電子曾基于 XVF3510 設計打造了一款 P3510-2MIC開發版。
▲?P3510-2MIC 產品圖
這款開發板作為前端信號處理，實現語音增強，可同時輸出兩路前端處理后的聲音信號，頗受客戶好評。
在 XVF3610 發布后，木瓜電子對此前的麥陣方案進行了升級。
▲?XVF3610 硬件框圖
XVF3610 主控具有以下特性：
?XVF3610-QF60B-C, 免軟件開發
?QFN-60封裝
?300mW功耗
XMOS 2-mic 語音接口解決方案內置了2-mic陣列算法和復雜的DSP算法處理，能夠在遠處和嘈雜的環境，清晰地獲取到有效的人聲語音信號。
XMOS 2-mic 語音接口方案的主控為 XVF3610-QF60B-C, 且已經過了Amazon的AVS認證，其為單芯片解決方案，外接2個PDM麥克風即可實現2-mic陣列的前端聲音信號處理。
XVF3610 內置的2-Mic算法能夠在惡劣的聲學環境中捕捉清晰的語音信號。
兩種音頻輸出
ASR?和通話音頻同時輸出，既可用于語音識別，也可用于語音通話?
本方案重點能夠同時處理兩種方向的前端處理信號，分別為用于語音識別和會議通話，是市面上為數不多的能同時用于「語音識別」和「會議通話」語音接口方案。
●?語音識別（ASR，Automatic Speech Recognition ）
提供給語音識別云端引擎進行識別使用；ASR音頻前端處理主要是為了提高云端語音識別率，所以其處理后，頻譜會偏向飽滿，這樣盡大可能減小了音頻失真。同時增強了人聲，抑制了背景聲和噪聲。
●?會議通話（Comms, communication and calling ）
Comms音頻前端處理主要是為了提高人聲的清晰度，同時做了較大的背景聲和噪聲抑制，頻譜較為干凈，相對ASR輸出有較大的失真，不建議做語音識別用。
XMOS 2-mic 語音接口方案能夠處理上文所述的3種噪聲，和提供2種前端方向聲音輸出，極大地滿足了多種場景和多種設備上進行使用。
三種噪聲消除
- AEC 消除設備自身聲音
- IC 消除空間內點噪聲源
- NS 消除背景噪聲
XMOS 2-mic 語音接口的主控芯片 XVF3610 內部集成了 USB 2.0 PHY芯片，可以通過USB（UAC1.0協議）接口將處理后的語言信號傳輸給給智能設備（Host主機），其USB也完善了眾多 HID report 協議，例如 keyboard、 telephone、consumer。
XVF3610 內置的 2-mic 算法能夠在惡劣的聲學環境中捕捉清晰的語音信號，其內置的算法包括：AEC、AGC、IC、NS、ADE延時估算等。
●?AEC回音消除
消除設備自身的播放的聲音，以實現能夠語音打斷和提高SNR?
●?AGC自動增益控制
動態調整音頻增益，或設定固定增益，使聲音保持所需的輸出電平
●?IC噪聲源消除
掃碼設備所在的空間內的聲音情況并且消除房間所有的點噪聲?
●?NS噪聲抑制
去除所有的背景(包含發散的和反射的)噪聲
●?ADE自動時沿估算
動態調整音頻參考信號，實現流暢、實時的的語音打斷
▲ 錄音測試示意圖
XMOS 2-mic 的 IC 噪聲源消除環節中，將非常有效地去除環境中的點噪聲。
而自動延時估算算法環節，則能夠更加靈活協助AEC參考信號的變動，以增大智能設備外置揚聲器的可能性。
XMOS 2-mic 尤其針對ASR的前端處理進行優化，以極大提高語言識別率和語音打斷（barge-in）的成功率，減小了適應各大語言識別引擎的調試工作量。經過上述的算法流程后，其輸出的聲音效果如上圖所示。
在實際應用中，XVF3610 可以針對集成(Built-in)的和USB接口(Plug-in)的語音接口提供實現方式。
XVF3610 提供兩套免開發(寄存器配置)的固件，來實現集成的方式和USB插入的方案。
●?集成（ Built-in ）的方式
Firmware: XVF3610-INT
方便設計到TV和機頂盒主板進行集成式設計，XVF3610的I2S作Slave模式連接到Host主控，并且使用I2C進行控制XVF3610的DSP方式。
?最低的eBOM成本(時鐘和Flash由Host主控提供)
?能夠實時在Host主控調整XVF3610的DSP參數
?較容易實現OTA遠程升級固件
▲?XVF3610集成到主板的典型框圖
● XVF3610能以小面積Layout集成設計到機頂盒主板中，主控以I2C接口控制XVF3610
● 存在TV或者條形音箱進行播放可能時，XVF3610的自動時延估算將會輔助AEC和語音打斷功能?
● XVF3610的固件可以放在機頂盒主控中，以減小Flash的成本、面積，以及增加OTA的可能性
●?USB 插入（plug-in）的方式
XVF3610-UA
一個完整的USB配件單品接入TV和機頂盒產品中， 并且能夠通過USB的方式來傳輸音頻信號，參考信 號和控制DSP參數。
?主控芯片可以通過USB控制XVF3610的所有GPIO
?HID 鍵碼可以通過USB傳輸到Host主控
?能夠實時在Host主控調整XVF3610的DSP參數
?▲?XVF3610 USB dongle 插入TV智能電視
● XVF3610可以使用 USB Audio Class 1.0 (UAC1.0,免驅) 方式直連到電視?
● AEC參考信號通過TV電視的Line-out信號走Type-C線路提供給XVF3610?
● XVF3610內部的自動時延估算算法，可以自適應優化到最優的AEC效果
除了以上兩種應用之外， XVF3610 還可以集成到電視、網關、攝像頭等產品中。
?▲?XVF3610集成設計到TV智能電視
● 根據DAC的輸出特性，XVF3610 選擇使用 I2S 或者增加 ADC(如虛線部分)進行獲取AEC的參考信號
● 實際上，XVF3610 可以通過USB和I2S都可以來獲取 AEC 參考型號
?▲ XVF3610集成智能網關
● 可在 XVF3610 或者 WiFiSoc 內置離線語音控制識別模型，并且 XVF3610 提供清晰的語音信號
● XVF3610 免開發的固件，同時預留多個 GPIO 擴展，能夠加速智能網關的產品上市
?▲ XVF3610集成設計到USB攝像頭
● XVF3610 使用USB(UAC1.0)免驅接入 PC 電腦中，作為 USB 聲卡進行錄音和播放
● XVF3610 高 SNR 語音通話輸出(Commsoutput)，能為 USB 攝像頭提供高質量的語音通話
以上主要是兩麥的解決方案，針對客戶的不同需求，木瓜電子也有四麥解決方案支持。
XMOS 圓形4麥陣列-桌面會議
XMOS XVF3000芯片內置了4路麥克風陣列算法，包含了單聲道回音消除，語音增強，波束成形，聲源定位，噪聲抑制和自動增益等算法，能夠實現5米遠的通話拾音，并且支持圓形麥克風陣型和USB 接口，非常符合桌面會議的通話拾音功能的應用產品。
XMOS 條形4麥陣列-視頻通話
XMOS XVF3500內置了條形4路麥克風陣列算法，包含了立體聲會議消除，語音增強，波束成形，噪聲抑制和自動增益等算法，能夠實現5米遠的通話拾音，并且支持條形麥克風陣型和USB 接口，非常符合視頻會議的通話拾音功能需求。
XMOS成立于2005年，總部在英國布里斯托，面向全球性銷售，是一家多核架構芯片半導體原廠。XMOS是世界一流的音頻和語音接口的方案領導者。XMOS于2016年分離出部分團隊組建了Graphcore。
XMOS現在迅速轉向AI人工智能領域，并目繼續尋求高性價格比的嵌入式智能芯片(edge-Al)。
為了讓語音成為主流，XMOS 繼續基于芯片 xcore.ai 系列發布更多針對語音接口的解決方案。
早在 2017 年，XMOS 就發布了第一款麥克風陣列處理芯片——「XVF3000-TQ128-CA」，XMOS 組建了自己的算法團隊和聲學實驗室，致力打造將科技帶入生活。
基于XMOS 芯片的強大性能，木瓜電子為客戶設計打造了一系列的麥陣解決方案，滿足不同客戶、不同應用場景的需求。
深圳市木瓜電子科技有限公司成立于2015年 ，是一家專注于提供音頻芯片供應服務的芯片代理商和音頻解決方案的技術提供商 。
木瓜電子現擁有國內最專業的XMOS技術人才，英國XMOS芯片原廠授權麥克風陣列產品線國內深度的合作伙伴。且已成為XMOS體系國內最大的芯片供應商，并且在Hi-Fi音頻細分領域為領先的方案和芯片供應商。
我們以“讓高端音質不再昂貴”為使命，旨在用專業技術為客戶賦能，助力音頻領域的客戶多快好省產出產品。我們目前提供的產品和服務有四大板塊：芯片供應，評估板，PCBA模塊，固件定制。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的成熟的 XMOS 方案 ——「 XMOS 麦克风阵列 」的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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