嵌入式语音开发实战：启英泰伦采音板从硬件连接到底噪分析全流程指南
嵌入式语音开发实战：启英泰伦采音板从硬件连接到底噪分析全流程指南
概述
在语音识别系统中，麦克风输入的音频信号质量直接决定了识别效果的好坏。作为嵌入式开发者，我们需要对麦克风输入的音频和麦克风电路进行录音分析，以确认硬件电路、结构设计、麦克风物料等是否满足要求。同时，在问题排查阶段，录音分析也是定位麦克风电路引起识别性能下降的关键手段。
采音工具说明
根据具体的需求场景，可选择不同的采音工具：
| 名称 | 外观 | 说明 |
|---|---|---|
| V2 采音板（12StoUSBTools2_0） |  |
二代采音板，支持 I2S 采音与串口采音，可接电脑实时查看采音数据 |
| V1 采音板（12StoUSBTools1_0） |  |
一代采音板，支持 I2S 采音，可接电脑实时查看采音数据。注意：只能 I2S 采音 |
| USB 串口工具采音 |  |
通用串口烧录工具进行采音，录制的同时无法实时查看音频，无采音板的时候可初步定位问题 |
软件配置
输出声道选择
离线 SDK 的 I2S 与串口采音可输出左右两个声道的音频，算法 SDK 只能输出一个声道的音频。可通过以下配置选择对应需要输出的音频：
| 配置项 | 含义 | 配置项 | 含义 |
|---|---|---|---|
| MICL | 输出左 MIC 原始音频 | REFR | 其它 |
| MICR | 输出右 MIC 原始音频 | DST1 | 输出左 MIC 处理后音频 |
| REFL | 单 MIC，AEC 反馈音频 | DST2 | 其它 |
常用配置速查表
| 测试项 | I2S_left_channel 配置 | I2S_right_channel 配置 |
|---|---|---|
| 识别、硬件底噪测试 | MICL | DST1 |
| AEC 参考信号测试 | MICL | REFL |
| 双 MIC / 麦克风物料测试 | MICL | MICR |
I2S 采音软件配置
软件配置如下：
注意：
- 不同版本 SDK 可能配置的位置有些差异，可根据不同 SDK 版本进行设置。
- 有些芯片的 I2S 与串口是复用的（如 CI1302、CI13242），使用时注意把串口 1 和 2 通讯关闭。
串口采音软件配置
SDK 的宏修改如下（不同 SDK 修改位置可能有差异，但定义都一样）：
打开使用串口传语音的选项宏，并选择使用哪个串口传语音（注意：不要和打印口或者有协议的串口冲突），优选串口 0（打印关闭）。
串口波特率设置为 921600。
注意： 用串口 0 采音的时候，把打印串口改为 0 或改为其它串口打印。
算法 SDK 修改
注意： 算法 SDK 只能输出单通道。
V2 采音板使用说明
需要工具
| 名称 | 数量 | 说明 |
|---|---|---|
| 采音板 | 1 | 平台购买：http://mall.chipintelli.com/chip2?product_id=28&brd=1 |
| TYPE-C 转 USB 数据线 | 1 | 参考购买链接：https://item.jd.com/100012643913.html |
| 杜邦线 | 4 | 用于采音板与语音板的连接 |
| USB 隔离器 | 1 | 推荐购买链接：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.38122e8dfGNLzZ&id=589748066375&_u=3alm7e6c669 |
| 录音与音频查看软件 | 1 | Cool Edit、Audacity，可在网上搜索下载正版软件进行安装 |
PS： 语音板供电为非隔离电源才会用到 USB 隔离器，接隔离电源不用此工具。
硬件连接
I2S 采音时，采音板与语音板连接说明
采音板上拨码开关需要确认是否配置正确：
语音板需要在设计时就引出相关测试点（硬件设计参考中有此注意事项），不然只能从芯片脚上飞线出来。
语音板与采音板连接框图：
注意： 语音板的 SDO 连接到采音板的 SDI。
开发板可直接接采音板：
串口采音时，采音板与语音板连接说明
采音板上拨码开关需要确认是否配置正确：
语音板与采音板连接框图：
采音板与电脑连接
根据上图连接好后，采音板通过 USB 线连接到电脑 USB 口。
注意： 如果语音板用的是非隔离电源供电，串口工具需要增加 USB 隔离器，不然会烧坏电脑。
电源连接
按以上操作连接 OK 后，给语音板上电，建议用整机电源测试，这样环境更真实。
录音操作步骤
电脑连接确认
打开电脑的录音设备，把 STM32 Audio Class 的设备选择为默认设备。
单击设备属性 → 其它设计属性 → 高级 → 选择"1 通道/2 通道（与 SDK 中配置要一致）、16 位、16000Hz"选项，然后确认。
打开 Cool Edit 软件工具
单击文件 → 新建 → 选择采样率 16000、单声道/立体声（与 SDK 中配置要一致）、16 位，然后确认。
点击开始录音，录音完后再点击此按钮，停止录音。
以下为录音时音频波形，如果录音时无音频波形，可参考以下"常见问题"进行排查。
V1 采音板使用说明
需要工具
| 名称 | 数量 | 说明 |
|---|---|---|
| 采音板 | 1 | 平台购买：http://www.chipintelli.com/mall0?product_id=28&brd=1 |
| MicroUSB 转 USB 数据线 | 1 | 参考购买链接：https://item.jd.com/1587942.html |
| 杜邦线 | 4 | 用于采音板与语音板的连接 |
| USB 隔离器 | 1 | 推荐购买链接：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.38122e8dfGNLzZ&id=589748066375&_u=3alm7e6c669 |
| 录音与音频查看软件 | 1 | Cool Edit、Audacity，可在网上搜索下载正版软件进行安装 |
PS： 语音板供电为非隔离电源才会用到 USB 隔离器，接隔离电源不用此工具。
硬件连接
采音板与语音板连接
语音板需要在设计时就引出相关测试点（硬件设计参考中有此注意事项），不然只能从芯片脚上飞线出来。
语音板与采音板连接框图：
注意： 语音板的 SDO 连接到采音板的 SDI。
开发板可直接接采音板：
采音板与电脑连接
根据上图连接好后，采音板通过 USB 线连接到电脑 USB 口。
注意： 如果语音板用的是非隔离电源供电，串口工具需要增加 USB 隔离器，不然会烧坏电脑。
电源连接
按以上操作连接 OK 后，给语音板上电，建议用整机电源测试，这样环境更真实。
录音操作步骤
电脑连接确认
打开电脑的录音设备，把 CX20805/CX20921 的设备选择为默认设备。
双击打开设备的属性 → 高级 → 选择"2 通道、16 位、16000Hz"选项，然后确认。
打开 Cool Edit 软件工具
单击文件 → 新建 → 选择采样率 16000、立体声、16 位，然后确认。
点击开始录音，录音完后再点击此按钮，停止录音。
以下为录音时音频波形，如果录音时无音频波形，可参考以下"常见问题"进行排查。
串口录音使用说明
需要工具
| 名称 | 数量 | 说明 |
|---|---|---|
| USB 串口工具 | 1 | 平台购买：http://www.chipintelli.com/mall0?product_id=60&brd=1 |
| 杜邦线 | 4 | 用于采音板与语音板的连接 |
| USB 隔离器 | 1 | 推荐购买链接：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.38122e8dfGNLzZ&id=589748066375&_u=3alm7e6c669 |
| 录音软件 | 1 | chipintelli-audio-tools，下载链接：https://www.chipintelli.com/zh-cn/page/153.html |
| 音频查看软件 | 1 | Cool Edit、Audacity，可在网上搜索下载正版软件进行安装 |
PS： USB 串口工具与固件烧录的工具一样。语音板供电为非隔离电源才会用到 USB 隔离器，接隔离电源不用此工具。
硬件连接
串口与语音板连接
串口与电脑连接
根据上图连接好后，再把串口工具连接到电脑。
注意： 如果语音板接的是非隔离电源供电，串口工具需要增加 USB 隔离器，不然会烧坏电脑。
电源连接
按以上操作连接 OK 后，给语音板上电，建议用整机电源测试，这样环境更真实。
录音操作步骤
打开 chipintelli-audio-tools 软件
通过文档最下方提供的链接下载并安装 chipintelli-audio-tools.exe。
直接点登陆，如果不能直接登录，可手动输入。帐号：chipintelli，密码：chipintelli_ai。
登录后"语音录音"项要打勾，不打勾后面的"语音录音"不能打开。
点击"语音录音"。
选择串口号、波特率为 921600，勾选"保存录音数据"选择保存的路径，点击"打开"开始录音。
右上角的时间开始走，就表示正在录音，录完后点击关闭。
该工具会将音频保存为 PCM 数据，需导入 Cool Edit 进行查看。
注意： 如果文件大小为 0，表示串口选错了或者语音没有从这个串口发送出来，可参考以下"常见问题"进行排查。
打开 Cool Edit 软件工具
从 Cool Edit 中打开刚保存的 .pcm 音频文件或者直接拖入 Cool Edit 工具。
Cool Edit 会弹出以下窗口：选择 16K，双声道、16 位，然后点确认。
点确认后，会弹出以下选择框。
注意： 0 或 1 有时候需要选一下，一般情况 0 就可以。如果选 0 打开之后全是杂音，可以选 1 试一下。如果还不行，请确认以上操作步骤是否有误。
正常读取的音频，若没有音频波形，可参考以下"常见问题"进行排查。
录制音频分析
底噪分析
底噪分析主要是确认硬件电路是否有问题，如 PCB 设计、电源干扰等。
测试建议：
- 最好用产品自带的电源供电，其它电路最好是工作状态，尤其是大功率电路最好要在工作。
操作步骤：
- 通过以上录音的操作方法连接 OK 后，先录一段音频以确定录音功能是否正常。
- 录音 5s（可说几句命令词），然后把麦克风拔掉。
- 再录制约 10s 后，停止录音。此时录制的音频就是麦克风的底噪。
通过 Cool Edit 进行放大：
录出的音频底噪均在 200 以内。如果大于 200，可参考以下"常见问题"进行排查。
点击"频谱"查看是否有固定异常频率。如果有异常波形，可参考以下"常见问题"进行排查。有疑问可把音频文件发给我司 FAE 进行确认。
以上测试幅值、频谱都无异常，表示底噪 OK。
音频文件分析
因不同环境、不同人声录制出来的音频数据会有很大差异，建议与 DEMO 板进行对比，把两个 MIC 放在同一地方，这样可更好地确认是否有问题和定位问题。
测试建议：
- 最好用整机的电源供电，其它电路也最好是工作状态，尤其是大功率电路最好要在工作。
通过以上录音方法连接 OK 后，就可进行录音。此时可用正常语速说命令词，也可说其它话，保证录音时间大于 10s。
通过 Cool Edit 打开刚录制的音频，听人声是否清晰，无杂音，是否有其它非周边环境的噪音在里面。有疑问可把音频文件发给我司 FAE 进行确认。
点击"频谱"看是否有固定频率的音频在里面（非周边环境的噪音）。
麦克风物料录音测试
重要提示： 录音测试只是麦克风物料测试中的一项。录音测试 OK 后不代表麦克风可批量使用，还需要进行识别率测试、高低温等测试，其它如 ESD、防水测试请根据具体要求进行测试验证。
需要用双 MIC 板，推荐使用 CI-D06GT01D 开发板进行测试。购买链接：CI1306开发板套件
注意： 开发板清单里面有 DEMO MIC，可用来与测试 MIC 对比。
软件配置
需要选用支持双 MIC 的工程：
注意：
.vad_mark_enable = false（关闭 VAD）
供电要求
最好用产品本身的电源供电，以防止有些电源供电不能测试出麦克风的工频抑制能力。或者用笔记本电脑供电（电脑需要接上 AC 电源）。
环境搭建
麦克风物料测试最便捷的方法就是对比测试，把需要测试的 MIC 与我司推荐的 DEMO MIC 放到同一位置进行对比。尽量找一个安静的地方进行测试。
测试项
可通过文档最下方提供的下载链接，下载里面的"MIC 样品测试表-V1.0-230206"文档，根据里面测试项进行测试，音源播放里面的"CI 扫频音频"信号。
常见问题
I2S 录音无音频信号
排查步骤：
- 排查是否是操作问题，可再按以上操作确认一遍。
- 用万用表测试信号脚上电压：SCLK 与 RCLK 约 1.65V，SDO 约 0.3~1V 左右。如果电压异常，需要确认是否有被串口占用、其它电路影响、软件是否配置对。
- 用万用表测试有波形，但还是没有输出，可用示波器分别查看语音板 SCLK、RCLK、SDO 是否有波形输出，电平是否为 3.3V。若无输出，需要确认是否有被串口占用、其它电路影响、软件是否配置对。
串口录音无音频信号
排查步骤：
- 排查是否是操作问题，可再按以上操作确认一遍。
- 用万用表测试 TX 脚电压，正常在 1.1V 左右。如果是 0V 或者 3.3V，则为异常电压，需要确认是否有被串口占用、其它电路影响、软件是否配置对。
- 用示波器分别查看语音板 TX 脚是否有波形输出，电平是否为 3.3V。若无输出，需要确认是否有被串口占用、其它电路影响、软件是否配置对，尤其是波特率。
若 TX 有波形输出，但录音的 .PCM 文件大小也为 0，可确认串口是否被占用，串口号是否选择对。可把串口拔掉再插上试下，或者用 CI 升级工具升级下语音板以确认串口与电脑连接是否 OK。
串口采出音频全是满频噪声
解决方案：
- 新 I2S+串口采音板采出此噪声：可重启采音板，再按以上使用说明进行采音。
- 串口工具采出此噪声：重新打开 .PCM 的文件，在以下界面时，选择另外一选项。
采出的音频音调变
原因一： 配置异常。确认电脑与 Cool Edit在设计采样率、声道、精度是否一致，尤其是软件用的算法 SDK，此时是单通道输出，但电脑与 Cool Edit 软件设计为双声道。
原因二： 电脑驱动异常。确认配置信息是否为"通用 USB 音频"。若不符合，请参考后续步骤进行配置。
通过以下说明更新驱动程序配置：
更新后重启电脑，按第一步确认驱动信息是否正确。
硬件底噪异常（未接麦克风）
物料原因： 确认物料是否有贴错，如 AVDD、MICBIAS 滤波电容、MIC 上拉下拉电阻、串的电容都可换一下。
整机结构原因： 语音板是否太靠近有干扰的电路，可把其它电路先断开，或者放远一些。
电源供电原因： 可用电脑供电看底噪是否还有异常，电源纹波是否过大（5V 供电小于 300mV）。
PCB 布局原因： MIC±网络是否有包地；是否有带频率的网络从 MIC 电路底层穿过或一起平行走线；AGND 与 GND 是否连接正常且靠近语音 IC。如果 PCB 板上有其它电路，可把其它电路断开试下。
录出音频有杂音、波形异常
排查步骤：
- 连接线长改短到 10cm 以内，避免干扰。可把其它电路断开，用电脑 5V 只给语音 IC 供电。
- 确认是否为环境引起，换一个安静环境试下。可再仔细根据以上录音操作步骤说明，确认是否有设置错误，尤其是在设置采样率、波特率、通道等这些参数。
- 如果 DEMO 板也没有，应该是共性问题，先排除设置、电脑、环境等问题。
- 用我司推荐的 DEMO MIC 进行录音看是否现象一样，注意 MIC 引脚定义要一样。
- 改用电脑 5V 供电，其它电路断开，只让语音电路工作，排除电源、其它电路原因。
相关文档下载链接
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常用采音 DEMO 固件说明
以下为常用采音 DEMO 固件说明，可在文档中心下载。
串口采音固件
统一串口 0 采音；波特率 921600；内置晶振；内置电源
| 固件名 | 适用芯片型号 | 说明 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| CI13XX-串口0采音-单MIC单端-左原始右处理 | CI1311, CI1312, CI1301, CI1302, CI1303, CI1306 | 1. 单MIC，单端电路 2. 左通道：左MIC原始音（MICL）右通道：左MIC处理后音（DST1） | 单MIC，单端电路，测试硬件底噪与采音分析 |
| CI13XX-串口0采音-单MIC差分-左原始右处理 | CI1311, CI1312, CI1301, CI1302, CI1303, CI1306 | 1. 单MIC，差分电路 2. 左通道：左MIC原始音（MICL）右通道：左MIC处理后音（DST1） | 单MIC，差分电路，测试硬件底噪与采音分析 |
| CI13XX-带AEC-串口0采音-单MIC差分-左原始右处理 | CI1301, CI1302, CI1303, CI1306 | 1. 单MIC，差分+单AEC电路 2. 左通道：左MIC原始音（MICL）右通道：左MIC处理后音（DST1） | 单MIC+单AEC应用，测试硬件底噪与AEC反馈音是否正常 |
| CI13XX-带AEC-串口0采音-单MIC差分-左原始右反馈 | CI1301, CI1302, CI1303, CI1306 | 1. 单MIC，差分+单AEC电路 2. 左通道：左MIC原始音（MICL）右通道：左MIC反馈音（REFL） | 单MIC+单AEC应用，测试硬件底噪与AEC反馈音是否正常 |
| CI13XX-串口0采音-双MIC差分-左原始右原始 | CI1301, CI1302, CI1303, CI1306 | 1. 双MIC，差分电路 2. 左声道：左MIC原始音（MICL）右声道：右MIC原始音（MICR） | 双MIC，差分电路，测试硬件底噪与采音分析 |
| CI1306-带AEC-串口0采音-双MIC差分-左原始右原始 | CI1306 | 1. 双MIC差分，单AEC电路（外挂ES7243E） 2. 左声道：左MIC原始音（MICL）右声道：右MIC原始音（MICR） | 双MIC+单参考，采用ES7243E做AEC参考。测试硬件底噪与AEC反馈音是否正常。外置晶振。 |
| CI1306-带AEC-串口0采音-双MIC差分-左原始右反馈 | CI1306 | 1. 单MIC差分电路，单AEC电路（外挂ES7243E） 2. 左声道：左MIC原始音（MICL）右声道：左MIC反馈音（REFL） | 双MIC+单参考，采用ES7243E做AEC参考。测试硬件底噪与AEC反馈音是否正常。外置晶振。 |
| CI1306-带AEC-串口0采音-双MIC差分-左原始右处理 | CI1306 | 1. 单MIC差分电路，单AEC电路（外挂ES7243E） 2. 左声道：左MIC原始音（MICL）右声道：左MIC处理后音（DST1） | 双MIC+单参考，采用ES7243E做AEC参考。测试硬件底噪与AEC反馈音是否正常。外置晶振。 |
| CI13LC-串口0采音-单MIC单端-左原始右处理 | CI13161, CI13162, CI13241, CI13242, CI13322 | 1. 单MIC，单端电路 2. 左通道：左MIC原始音（MICL）右通道：左MIC处理后音（DST1） | 单MIC，单端电路，测试硬件底噪与采音分析 |
| CI13LC-串口0采音-单MIC差分-左原始右处理 | CI13161, CI13162, CI13241, CI13242, CI13322 | 1. 单MIC，差分电路 2. 左通道：左MIC原始音（MICL）右通道：左MIC处理后音（DST1） | 单MIC，差分电路，测试硬件底噪与采音分析 |
| CI23LC-串口0采音-单MIC单端-左原始右处理 | CI23161, CI23162, CI23242 | 1. 单MIC，单端电路 2. 左通道：左MIC原始音（MICL）右通道：左MIC处理后音（DST1） | 单MIC，单端电路，测试硬件底噪与采音分析 |
| CI23LC-串口0采音-单MIC差分-左原始右处理 | CI23161, CI23162, CI23242 | 1. 单MIC，差分电路 2. 左通道：左MIC原始音（MICL）右通道：左MIC处理后音（DST1） | 单MIC，差分电路，测试硬件底噪与采音分析 |
IIS 采音固件
内置晶振；内置电源
| 固件名 | 适用芯片型号 | 说明 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| CI13XX-IIS采音-单MIC单端-左原始右处理 | CI1301, CI1302, CI1303, CI1306 | 1. 单MIC，单端电路 2. 左通道：左MIC原始音（MICL）右通道：左MIC处理后音（DST1） | 单MIC，单端电路，测试硬件底噪与采音分析 |
| CI13XX-IIS采音-单MIC差分-左原始右处理 | CI1301, CI1302, CI1303, CI1306 | 1. 单MIC，差分电路 2. 左通道：左MIC原始音（MICL）右通道：左MIC处理后音（DST1） | 单MIC，差分电路，测试硬件底噪与采音分析 |
| CI13XX-带AEC-IIS采音-单MIC差分-左原始右处理 | CI1301, CI1302, CI1303, CI1306 | 1. 单MIC，差分+单AEC电路 2. 左通道：左MIC原始音（MICL）右通道：左MIC处理后音（DST1） | 单MIC+单AEC应用，测试硬件底噪与AEC反馈音是否正常 |
| CI13XX-带AEC-IIS采音-单MIC差分-左原始右反馈 | CI1301, CI1302, CI1303, CI1306 | 1. 单MIC，差分+单AEC电路 2. 左通道：左MIC原始音（MICL）右通道：左MIC反馈音（REFL） | 单MIC+单AEC应用，测试硬件底噪与AEC反馈音是否正常 |
| CI13XX-IIS采音-双MIC差分-左原始右原始 | CI1301, CI1302, CI1303, CI1306 | 1. 双MIC，差分电路 2. 左声道：左MIC原始音（MICL）右声道：右MIC原始音（MICR） | 双MIC，差分电路，测试硬件底噪与采音分析 |
| CI13LC-IIS采音-单MIC单端-左原始右处理 | CI13241, CI13242, CI13322 | 1. 单MIC，单端电路 2. 左通道：左MIC原始音（MICL）右通道：左MIC处理后音（DST1） | 单MIC，单端电路，测试硬件底噪与采音分析 |
| CI13LC-IIS采音-单MIC差分-左原始右处理 | CI13241, CI13242, CI13322 | 1. 单MIC，差分电路 2. 左通道：左MIC原始音（MICL）右通道：左MIC处理后音（DST1） | 单MIC，差分电路，测试硬件底噪与采音分析 |
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