개발자 키트와 레퍼런스 디자인으로 Alexa 통합 가속화

설계 엔지니어는 이제 턴키 하드웨어 모듈과 견고한 소프트웨어 서비스를 활용해 Amazon의 Alexa Voice Service(AVS)를 휴대용 스피커와 가전제품부터 자동차 인포테인먼트와 웨어러블까지 다양한 스마트 디바이스에 임베디드할 수 있습니다. 이는 클라우드 기반 Alexa 경험을 현장에 제공합니다.

Amazon이 2014년 최초의 Alexa 디바이스를 공개한 이래 AWS와 주요 칩 제조사들은 Amazon의 음성 인식 기술과 AVS 인터페이스 통합을 간소화하는 레퍼런스 디자인을 발표했습니다. 이러한 사전 구축, 사전 테스트된 솔루션은 하드웨어와 소프트웨어 팀 모두의 개발 시간을 크게 단축합니다.

제한된 엔지니어링 대역폭을 가진 기업에게 레퍼런스 디자인은 자연어 이해와 음성 인터페이스를 배포할 수 있는 접근 가능한 경로를 제공합니다. 고품질 오디오 처리의 복잡성을 제거하고 시장 출시 시간을 가속화합니다.

Figure 1. AVS 기반 음성 애플리케이션 레퍼런스 디자인은 Amazon의 음성 인식 기술을 음성 제어 디바이스에 매끄럽게 통합하도록 구축되었습니다. 출처: STMicroelectronics

웨이크 워드 감지

"Alexa"를 듣는 신뢰할 수 있는 웨이크 워드 엔진(WWE)은 모든 음성 지원 제품의 기초입니다. 클라우드 기반 웨이크 워드 검증은 맥락을 확인해 사용자가 진정으로 Alexa와 상호작용하려 할 때만 시스템이 응답하도록 합니다. 레퍼런스 디자인의 하드웨어 구성 요소는 소음이 많은 실제 환경과 적당한 거리에서도 오디오를 포착해 이 감지를 강화합니다.

Amazon AVS용 Cirrus Logic Voice Capture Development Kit를 예로 들어보겠습니다. 검증된 어쿠스틱 튜닝을 제공해 조용한 방과 번잡한 환경 모두에서, 사용자가 수 미터 떨어져 있어도 정확한 "Alexa" 감지를 가능하게 합니다. 노이즈 억제와 에코 캔슬레이션 알고리즘이 신뢰성과 사용자 경험을 개선합니다.

Figure 2. 원거리 AVS 레퍼런스 디자인은 스마트 스피커 및 기타 음성 제어 스마트홈 디바이스를 타겟으로 합니다. 출처: Cirrus Logic

키트에는 2마이크 어레이를 탑재한 보이스 캡처 보드, Raspberry Pi 3(RPi3), 스피커, 즉시 생산성을 위한 펌웨어가 사전 로드된 마이크로SD 카드가 포함됩니다. 제어 콘솔은 어쿠스틱 튜닝과 진단을 위한 사용자 친화적 인터페이스를 제공합니다.

주요 하드웨어 구성 요소로는 Cirrus Logic의 CS47L24 스마트 코덱, CS7250B 디지털 MEMS 마이크, 음성 제어, 노이즈 억제, 에코 캔슬레이션을 위한 SoundClear 알고리즘이 있습니다. 스마트 코덱은 하이파이 DAC, 스테레오 헤드폰 앰프, 모노 스피커 앰프를 통합해 보드 공간과 BOM 비용을 최소화합니다.

MEMS 마이크는 초저잡음 플로어와 103dB 다이나믹 레인지를 자랑해 어려운 노이즈 조건에서도 정밀한 음성 포착을 보장합니다. SoundClear 알고리즘은 간섭 노이즈를 능동적으로 차단해 시끄러운 음악 재생 중에도 신뢰할 수 있는 웨이크 워드 감지와 오디오 캡처를 가능하게 합니다.

오디오 프론트엔드(AFE)

AFE는 모든 AVS 기반 디자인의 중요한 구성 요소입니다. 사용자 음성을 포착하고 증폭하며 배경 노이즈를 줄여 클라우드로 신호를 전달합니다. 견고한 AFE를 처음부터 구축하는 것은 어려울 수 있으므로 개발 키트가 매우 유용합니다.

DSP Concepts의 TalkTo 오디오 프론트엔드는 AVS 자격을 갖춘 음성 처리와 통합되어 STMicroelectronics의 STM32 MCU 기반 AWS IoT Core 레퍼런스 디자인의 일부로 제공됩니다. 기능에는 고급 노이즈 감소, 에코 캔슬레이션, 원거리 오디오 감지를 위한 빔포밍이 포함되며, 무료 Audio Weaver 도구로 미세 조정됩니다.

Figure 3. 오디오 프론트엔드 처리, 로컬 웨이크 워드 감지, 통신 인터페이스, 메모리를 포함하는 단일 칩 솔루션으로 BOM 비용 절감과 레이아웃 단순화. 출처: STMicroelectronics

ST 보드는 36×65mm 크기로 Wi‑Fi 모듈과 STM32H743 MCU를 통합합니다. 이 MCU는 오디오 프론트엔드 처리, 로컬 웨이크 워드 감지, 통신 인터페이스, 메모리를 단일 칩에 모두 통합합니다. 레퍼런스 디자인에는 신속한 프로토타이핑을 위한 별도의 오디오 도터보드도 포함됩니다.

도터보드에는 FDA903D 오디오 코덱, 사용자 LED, 버튼, 36mm 간격의 두 MP23DB01HP MEMS 마이크가 있어 크기 제약이 있는 설계에 이상적입니다. 프라이버시 모드로 마이크를 비활성화할 수 있으며, 빨간 LED가 Alexa가 명령을 들을 수 없음을 나타냅니다.

원거리 음성 인식

다른 칩 제조사들도 자체 레퍼런스 플랫폼을 기여합니다. NXP의 7마이크 어레이 설계는 고급 빔포밍과 오디오 처리 알고리즘과 결합돼 시끄러운 음악이 재생 중에도 방 건너편에서 사용자 요청을 인식한다고 주장합니다. Amazon의 원거리 음성 인식 기술과 NXP의 i.MX 애플리케이션 프로세서를 통합함으로써 이 플랫폼은 정교한 음성 제어 디바이스 생성을 단순화합니다.

이러음성 지원 설계는 사용자가 토스터, 쿠커, 온도조절기, 블라인드 같은 일상 가전과 상호작용하는 방식을 재편하고 있습니다. 레퍼런스 보드와 캡처 키트는 시장에 가장 빠른 경로를 제공하며, 소음이 많은 환경에서 높은 정확도의 웨이크 워드 트리거와 명령 해석을 제공합니다.

우리는 음성 지원 디바이스 혁명의 여명기에 있습니다. 애플리케이션의 다양성은 사전 설계, 사전 테스트된 레퍼런스 보드와 키트가 제품 개발 가속화와 설계 복잡성 감소에 중추적 역할을 할 것임을 의미합니다.

>> 이 기사는 원래 자매 사이트인 EDN에 게재되었습니다.