EYE ON NPI - IA611 SmartMic audioprocessor #EyeOnNPI @DigiKey @KnowlesCorp #digikey

Voor de EYE ON NPI van deze week gaan we een bug in je oor stoppen, met de Knowles IA611 SmartMic Audio Processor (Korte link) – perfect voor het maken van intelligente headsets, oordopjes of andere microfoonapparaten met laag vermogen. We hebben al veel microfoons besproken, waaronder MEMS-microfoons, en ze zijn altijd vrij eenvoudig geweest: audiogolven worden gedetecteerd, omgezet in een spanning en vervolgens via PDM, I2S of analoog doorgesluisd. Deze microfoon is bijzonder handig, hij kan I2S of PDM uitvoeren, maar hij heeft ook een ingebouwde DSP-processor die trefwoorden kan detecteren, zelfs in ultralage slaapmodi. Deze chip is speciaal ontworpen voor het maken van slimme oordopjes, maar zou het goed doen in elk product op batterijen dat stemactivatie nodig heeft

Stembediening is handig en wordt een standaard voor domotica, telefoon- of headsetbediening. (Virtuele assistent) Spraakbesturing heeft geen lastige knoppen, is aanpasbaar aan de firmware en uiteraard handsfree, zodat mensen het apparaat zelfs kunnen gebruiken als het apparaat niet in de buurt is, als het door andere taken wordt gebruikt of als er toegankelijkheidstechnologie nodig is (Link).

De keerzijde is dat mensen de vervelende bijwerking hebben dat ze kunnen praten wanneer ze maar willen, en niet alleen nadat ze op een knop hebben gedrukt of een unieke frequentietoon hebben uitgezonden. Het is dus een grote technische uitdaging om de aandacht van het apparaat te trekken. Aan de ene kant (oor?) wil je dat je apparaat echt reageert, dus je moet constant alle audio beluisteren en analyseren. Aan de andere kant kost het luisteren naar en verwerken van audio veel energie, en in tegenstelling tot BLE kun je niet zomaar elke 20 ms wakker worden om te zien of er een preambule is, of de persoon vragen het commando voortdurend te herhalen (Link) – je moet echt de hele tijd luisteren.

Als je nu een hoop budget hebt en de mogelijkheid hebt om op maat gemaakt silicium te ontwerpen, kun je natuurlijk je eigen chipset ontwerpen, specifiek voor 'on the edge' audiodetectie met laag vermogen (Link). Maar de kans is groot dat je niet zo’n enorm budget hebt. In plaats daarvan kunt u de Knowles IA611 (Link) – een microfoon die al het DSP-werk met laag vermogen voor u doet, en die kan worden geprogrammeerd met aangepaste wekwoorden voor uw product. Je zult nog steeds veel stemgegevens moeten verzamelen om ervoor te zorgen dat je verschillende accenten en uitspraken kunt dekken, maar je slaat in ieder geval al het lastige DSP- en co-processorwerk over.

De IA611 heeft hetzelfde formaat als uw dagelijkse I2S/PDM-microfoon, maar heeft veel meer pads. Deze kunnen worden gemengd om I2C-, UART- of SPI-gestuurd te zijn, zodat vrijwel elke processor kan communiceren met de DSP erin. Voor audio kunt u I2S of PDM gebruiken, wederom zeer flexibel! De datapoort wordt gebruikt om firmware/spraakmodellen naar de DSP te downloaden, wat gebeurt tijdens het opstarten. Binnenin bevindt het microfoonelement zich in een slaapmodus met ultralaag energieverbruik, wachtend tot het audioniveau wordt gedetecteerd. Zodra er wat audio is, wordt het wakker in een energiebesparende modus, genoeg om naar het wake-word te luisteren en het te detecteren. Wanneer het wake-word wordt gedetecteerd, wordt er een interrupt geactiveerd op de hostprocessor en begint de sensro met het opnemen van audio in een interne buffer. Op die manier kan de host, wanneer hij volledig wakker is, de laatste 3 seconden aan audio lezen en de opdracht op volle kracht verwerken. De microfoon gaat vervolgens over naar een pass-through-modus, in feite een normale I2S- of PDM-microfoon, terwijl de krachtige hostprocessor de complexere opdrachten analyseert.

Alles bij elkaar is dit een indrukwekkend technisch staaltje 'licht handwerk': de detectie van het wake-word gebeurt alleen aan de ultra-rand, en glipt er dan uit zodra het commando verandert in een complexe natuurlijke-taalverwerkingsgebeurtenis. We denken dat dit geweldig zou kunnen zijn voor producten die spraakcommunicatie met een laag vermogen moeten toevoegen en dit snel moeten doen. Knowles biedt een SDK (Link) en een trainingsapp, kun je die vervolgens gebruiken om stemmodellen te genereren die als binaire bestanden naar de DSP-chip worden geüpload via de voorbeeldsoftware die op een SAMD21 eval-bord draait (Link).

Zowel het AI611 evaluatiebord (Link) en kale AI611 SmartMic-audioprocessors zijn nu beschikbaar en op voorraad bij Digi-Key! Als uw product wake-word-controle heeft in de ontwerpspecificaties en u uzelf zes maanden ontwikkelingspijn wilt besparen, dan is de SPK6HM2611H (Link) is de perfecte pasvorm voor een geweldige prijs. Bestel er vandaag nog een paar en je kunt het morgenavond in je product ontwerpen.

Bron: https://blog.adafruit.com/2021/04/08/eye-on-npi-ia611-smartmic-audio-processor-eyeonnpi-digikey-knowlescorp-digikey/