中國是全球玩具生產(chǎn)大國，世界玩具產(chǎn)品總量的80%以上都是在中國制造。不過(guò)，有數據顯示2005年中國出口傳統玩具的增幅微弱，尤其是科技含量較低的毛絨、塑料等類(lèi)型的玩具，由于利潤空間小、受歡迎程度低，已經(jīng)很難在市場(chǎng)上占據更多的份額。

很長(cháng)一段時(shí)間內，玩具產(chǎn)品將保持兩大發(fā)展趨勢：一是益智、創(chuàng )新的玩具，包括電子、機械類(lèi)玩具；另一方面，智能玩具方興未艾，智能化、人性化并具備圖文識別、語(yǔ)音識別、傳感器等技術(shù)的產(chǎn)品會(huì )大受歡迎。信息產(chǎn)業(yè)部在《2006年電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金項目指南》中，將“多媒體益智娛樂(lè )產(chǎn)品”作為一項國家支持的產(chǎn)業(yè)化項目，也說(shuō)明了玩具產(chǎn)品的市場(chǎng)動(dòng)向。

將人工智能引入玩具產(chǎn)品設計，使玩具具有人機交互的能力；而通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在線(xiàn)可更新的劇本使得創(chuàng )意保持一定的新鮮感，并可根據用戶(hù)的需求進(jìn)行定制。這種全新的玩具設計方案將會(huì )是玩具業(yè)在技術(shù)上的又一次飛躍，使得寓教于樂(lè )成為可能。

北京凌聲芯語(yǔ)音科技有限公司根據當前玩具產(chǎn)品的業(yè)界動(dòng)向，針對傳統玩具和語(yǔ)音科技、娛樂(lè )元素和益智教育、傳統玩具和互聯(lián)網(wǎng)這三方面，結合設計開(kāi)發(fā)了新型的智能玩具開(kāi)發(fā)系統。該系統在硬件上基于清華大學(xué)和英飛凌公司共同設計開(kāi)發(fā)的低成本、低功耗語(yǔ)音處理專(zhuān)用芯片UniLite(凌聲芯公司在UniLite上實(shí)現了低碼率、高品質(zhì)的語(yǔ)音編解碼算法，特定人/非特定人語(yǔ)音識別算法)。

此外為實(shí)現智能玩具的劇本創(chuàng )意，我們還設計了劇本轉換軟件ITADL，可以將不同創(chuàng )意的劇本快捷方便地轉換成映射文件下載到硬件中去。凌聲芯公司在智能玩具領(lǐng)域，能夠從底層的硬件結構、語(yǔ)音處理算法和頂層的玩具開(kāi)發(fā)系統提供技術(shù)支持，具體結構如圖1所示。

UniLite芯片簡(jiǎn)介

UniLite是一款用于語(yǔ)音處理的專(zhuān)用芯片，芯片采用高集成度的SoC系統結構以0.18um半導體工藝制造，以16位定點(diǎn)DSP(104MIPS)為核心，片內集成了直接雙訪(fǎng)問(wèn)快速SRAM、ADC/DAC(有效精度為12位)、多種通信接口和通用GPIO等設備，外部只需擴展閃存、電源芯片、啟動(dòng)芯片等少量芯片即可構成完整的系統應用。UniLite芯片使用TQFP6?封裝，同時(shí)采用了低功耗設計技術(shù)，非常適合應用到采用干電池/鋰電池供電的移動(dòng)設備中。使用UniLite芯片構成智能玩具中的語(yǔ)音處理系統，只需要增加很少的外圍器件，不再需要增加編解碼器，可以有效的減少產(chǎn)品成本。

語(yǔ)音識別技術(shù)

語(yǔ)音是人類(lèi)最自然、最方便的交互形式，如果玩具能夠聽(tīng)懂人說(shuō)的話(huà)，那么人和玩具之間就能夠產(chǎn)生很豐富的交流，這樣的玩具更能夠吸引人的注意力，贏(yíng)得用戶(hù)的歡迎。凌聲芯公司推出的智能玩具設計方案采用語(yǔ)音技術(shù)實(shí)現人機交互。

目前市場(chǎng)上已有一些具有語(yǔ)音識別功能的玩具，鑒于成本原因，大都采用特定人語(yǔ)音識別技術(shù)，識別詞條少、更新詞表需要再訓練，使用很不方便。而凌聲芯公司的智能玩具開(kāi)發(fā)系統采用基于子詞的非特定人語(yǔ)音識別算法。該算法的主要優(yōu)點(diǎn)在于：

1. 統性能穩定，在較大規模識別任務(wù)下系統具有較高識別率，而且在噪聲環(huán)境下仍能保持較高的識別率。

2. 特別適合中文普通話(huà)的識別任務(wù)，為當前語(yǔ)音識別的主流技術(shù)，其使用者可以是男性、女性，不同的年齡層次，甚至帶有地方口音的普通話(huà)都可以很好地識別出來(lái)。

3. 模型參數的規模不隨識別任務(wù)的變化而變化，可通過(guò)音素拼接的方式得到識別詞表中各詞條的識別模板。

4. 目前的硬件處理能力已經(jīng)可以達到識別200詞條語(yǔ)音命令，并在200詞以?xún)榷寄軌蜻_到很高的識別率。

5. 修改識別任務(wù)時(shí)不需要任何訓練，只要將識別詞條以GB2312/GBK(包含繁體)/Unicode/漢語(yǔ)拼音等任意的形式下載到硬件中去，即可進(jìn)行識別。

圖1：凌聲芯公司提供智能玩具開(kāi)發(fā)技術(shù)支持

統計不同規模詞表識別任務(wù)下的識別率，如表1所示。

表1：不同詞表規模下系統的識別性能

在200詞以?xún)�，其識別率都達到了98%以上，而且識別的速度非�？�，200詞識別集系統的響應時(shí)間是0.086倍實(shí)時(shí)，即一句話(huà)說(shuō)完之后，只需要花費講這句話(huà)的時(shí)間的0.086倍就可以得到識別結果，使用時(shí)幾乎感覺(jué)不到等待時(shí)間。

這種基于子詞的非特定人語(yǔ)音識別技術(shù)為智能玩具實(shí)現復雜功能、保持識別性能、網(wǎng)絡(luò )下載等提供了可靠的技術(shù)保證。

劇本創(chuàng )意實(shí)現

在硬件系統和嵌入式語(yǔ)音技術(shù)的基礎上，凌聲芯提供了ITDAL玩具開(kāi)發(fā)系統，該系統包括腳本編寫(xiě)、腳本編譯、腳本仿真、腳本執行幾個(gè)過(guò)程。ITDAL軟件可以方便快捷地實(shí)現一個(gè)玩具劇本，將文本形式的劇本創(chuàng )意實(shí)現并下載到硬件中。這里的劇本內容可以包括文化、歷史、地理知識；可以包括童話(huà)、兒歌、唐詩(shī)宋詞等等。

圖2給出了一個(gè)智能玩具劇本的實(shí)例。

圖2：智能玩具的劇本實(shí)例

玩具根據劇本的要求可以先提出一個(gè)問(wèn)題：“你好，問(wèn)你一個(gè)問(wèn)題，請問(wèn)道家學(xué)派的創(chuàng )始人是老子還是孔子？”。劇本的設計者必須將用戶(hù)所有可能的回答事先考慮到，并且對應每個(gè)回答設計玩具的進(jìn)一步應答，例如在上面提到的劇本中，用戶(hù)可能的回答除了包括“孔子”、“老子”這兩個(gè)回答外，另外可能的答案包括“曾子/孟子/不會(huì )/我不會(huì )/不知道/我不知道/我不明白/不玩了/再見(jiàn)”等其它答案。玩具根據用戶(hù)的回答，做出回應。

目前該系統支持的劇本是玩具主導整個(gè)流程，還不能夠支持由用戶(hù)發(fā)問(wèn)的形式，因為考慮到嵌入式芯片的運算能力，還不能支持開(kāi)放集合的語(yǔ)音識別，只能支持到有限集合的語(yǔ)音識別。對于上面提到的語(yǔ)音識別劇本實(shí)例，用戶(hù)可能的回答形成的整個(gè)集合作為識別集。如果用戶(hù)作出的回答不在事先設定的集合內，系統就會(huì )將用戶(hù)的回答誤識別成集合內的某個(gè)詞，因此在劇本設計時(shí)，對每個(gè)問(wèn)題的識別集，需要考慮用戶(hù)所有可能的回答。

智能玩具開(kāi)發(fā)系統

在凌聲芯的智能玩具系統中，玩具的提問(wèn)和玩具的應答采用的是語(yǔ)音壓縮編解碼技術(shù)，用戶(hù)回答玩具的提問(wèn)后使用的是非特定人語(yǔ)音識別技術(shù)。這樣的三個(gè)步驟在ITDAL中看作一個(gè)劇本節點(diǎn)，一個(gè)完整的劇本包括多個(gè)這樣的劇本節點(diǎn)。ITDAL將劇本節點(diǎn)中的玩具提示音、用戶(hù)可能的回答集合、對于每個(gè)回答的應答進(jìn)行重新腳本釋義，并經(jīng)過(guò)編譯仿真，即可生成最終的映射文件下載到玩具中。

該系統在硬件上還實(shí)現了從PC機的下載功能，可以實(shí)現“數據庫網(wǎng)站”到玩具終端的劇本更新，大大地提高了玩具的新穎性，同時(shí)在娛樂(lè )性的基礎上增加教育益智的功能。

圖3是智能玩具開(kāi)發(fā)系統的劇本創(chuàng )意到下載的流程示意圖。

圖3：智能玩具開(kāi)發(fā)系統流程圖

對于一個(gè)設計好的劇本創(chuàng )意，根據其內容，錄制玩具的發(fā)音(提示音)，同時(shí)準備識別詞表。然后在PC機上根據ITDAL系統將劇本進(jìn)行編輯處理，結合提示音文件生成最終的映射文件。將準備好的映射文件通過(guò)USB口下載到玩具終端，劇本的實(shí)現工作就完成了。

對于這樣一個(gè)可以提供劇本下載更新的玩具，推出市場(chǎng)的同時(shí)需要提供一個(gè)數據庫網(wǎng)站的支持，該網(wǎng)站提供各種玩具創(chuàng )意的映射文件下載，用戶(hù)購買(mǎi)一個(gè)玩具之后，如果對其創(chuàng )意感到厭倦，就可以到網(wǎng)站下載新的創(chuàng )意，保持玩具持續的新鮮感。此外，用戶(hù)還可以根據自身需要在網(wǎng)站上定制自己的個(gè)性化玩具。