基于FPGA的TTS系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的中期報告前言本文旨在介紹基于FPGA的TTS系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的中期報告，介紹系統(tǒng)的基本原理、系統(tǒng)框架和具體實現(xiàn)過程，同時也將介紹我們關(guān)于系統(tǒng)優(yōu)化的思路和具體方案。一、系統(tǒng)原理TTS即“Text-to-Speech”，即文字到語音轉(zhuǎn)換，它是NLP（自然語言處理）領(lǐng)域中非常重要的一個方向。TTS系統(tǒng)是指將輸入的文本通過模型生成語音信號輸出的系統(tǒng)。TTS系統(tǒng)通常分為兩個主要模塊：前端和后端。前端是文本識別模塊，將輸入文本進行特征提取和處理，輸出文本特征。后端是語音合成模塊，將文本特征進行處理，并利用合成模型生成語音信號。二、系統(tǒng)框架基于上述原理，我們設(shè)計的基于FPGA的TTS系統(tǒng)框架如下：圖1基于FPGA的TTS系統(tǒng)框架系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：1.語音庫：存儲語音片段，作為語音合成模型的基礎(chǔ)。2.前端：對輸入文本進行特征提取和處理，輸出文本特征。3.后端：將文本特征進行處理，并利用合成模型生成語音信號。4.FPGA硬件實現(xiàn)：將前后端模塊分別實現(xiàn)在FPGA中，使得系統(tǒng)可以在硬件上進行高效的實現(xiàn)。三、具體實現(xiàn)1.語音庫為了提高語音合成模型的效果，我們需要一個足夠大的語音庫，其中包含各種語音片段，例如不同的音位、重音和語速等。該語音庫應(yīng)該包含基本的語音單元，例如元音、輔音和失音等。我們在實現(xiàn)過程中使用的語音庫是由大量的情感語音數(shù)據(jù)和普通語音數(shù)據(jù)組成的，其中情感語音數(shù)據(jù)主要用于語音情感變化的效果，普通語音數(shù)據(jù)主要用于模型主干的建立。2.前端前端的主要作用是從輸入文本中提取特征。輸入的文本可以是中文或英文，因此我們需要使用不同的特征提取方法。本文介紹的前端是基于HTK開發(fā)的，它使用Mel頻率倒譜系數(shù)(MFCC)作為中文文本的特征提取方法，使用圖形特征(GMM)作為英文文本的特征提取方法。3.后端后端是語音合成模塊的核心，它主要包含兩個部分：統(tǒng)計參數(shù)生成和信號合成。a.統(tǒng)計參數(shù)生成：該部分是將前端提取的文本特征進一步轉(zhuǎn)換為一組統(tǒng)計參數(shù)的過程，其中包括基頻、頻率峰值和語音能量等。該部分使用隱馬爾可夫模型（HMM）和人造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）進行實現(xiàn)。b.信號合成：該部分是根據(jù)統(tǒng)計參數(shù)來作為輸入，將語音庫中的語音片段進行合成的過程。該部分使用基于譜域顯著性的非周期脈沖鏈接模型（PSOLA）進行實現(xiàn)。總體而言，基于FPGA的TTS系統(tǒng)的后端部分需要解決如下問題：1.如何將前端提取的文本特征轉(zhuǎn)換為統(tǒng)計參數(shù)2.如何將統(tǒng)計參數(shù)轉(zhuǎn)換為語音數(shù)據(jù)3.如何對語音數(shù)據(jù)進行優(yōu)化以提高語音質(zhì)量4.FPGA硬件實現(xiàn)本系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn)主要涉及語音庫的存儲和數(shù)據(jù)交互方面，主要實現(xiàn)包括：1.語音庫存儲器的設(shè)計2.前端和后端模塊的IP核的開發(fā)3.數(shù)據(jù)交互模塊的設(shè)計四、優(yōu)化思路及方案目前，基于FPGA的TTS系統(tǒng)面臨著一些挑戰(zhàn)，最大的困難是FPGA的帶寬和存儲容量有限，這給系統(tǒng)的可擴展性和語音效果帶來了限制。為了解決這些問題，我們提出了以下兩個方案：1.使用壓縮技術(shù)：我們將使用壓縮技術(shù)來提高存儲容量，通過將語音庫進行壓縮來實現(xiàn)，從而使得系統(tǒng)可以更好地適