玩转机顶盒之低成本语音助手系统.pdf

TECHNOLOGY AND INFORMATION信息化技术应用科学与信息化2023年9月上 71玩转机顶盒之低成本语音助手系统王瑛 文静 白婧四川长虹网络科技有限责任公司 四川 绵阳 621000摘 要 目前全球都进入了数字化的发展浪潮，伴随着数字化的浪潮，数字机顶盒、数字电视、PAD、手机、计算机、智能家电等迅速普及。然而单一的终端产品已经失去了竞争力。生态、智能等概念成为市场的主流。目前，市场上大部分的智能产品都是基于Android等庞大的操作系统，成本高，因此，基于ECOS系统的低成本语音助手系统更具有市场竞争力。关键词 语音助手系统；嵌入式系统；机顶盒Skills in Low-Cost Voice Assistant System of Set-Top BoxWang Ying,Wen Jing,Bai JingSichuan Changhong Network Technology Co.,Ltd.,Mianyang 621000,Sichuan Province,ChinaAbstract At present,the world has entered the digital development stage,along with the trend of digitalization,digital set-top boxes,digital TV,PAD,mobile phones,computers,smart home appliances are rapidly popularized.However,a single end-terminal product has lost its competitiveness.Concepts such as ecology and intelligence have become the mainstream of the market.At present,most of the smart products on the market are based on huge operating systems such as Android,which have high costs,so low-cost voice assistant system based on ECOS systems is more competitive in the market.Key words voice assistant system;embedded systems;set-top box引言当前很多运营商都希望提高自己产品的附加值。因此部署带语音助手功能的机顶盒成为当前市场的主流，为满足机顶盒产品对智能语音功能支持的需要，本方描述了低成本，基于AIA的语音助手应用系统。本设计详细说明了基于AIA的语音助手软件应用设计中的每个细节，针对如何在低成本嵌入式产品中，开发智能语音系统具有极大的指导意义。可以用于低成本系统的开发，或者升级市场已经批量的低成本嵌入式产品1 系统设计开发基于AIA的语音助手应用软件，实现蓝牙语音传输、ALEXA语音云服务接入、命令接收与执行、执行结果反馈等模块1。此外还需具备一些满足终端用户操作需求的设计，例如开发账户登录与注销、语音助手说明书等相关菜单。从用户功能上来看，一方面是支持VSK SKILL，以实现语音输入即可控制机顶盒完成换台等操作的效果；另一方面，则是接入亚马逊智能语音服务，能完成智能语音对话等常规语音助手功能。此外，作为拓展也支持使用特定手机App控制机顶盒完成换台等操作。最终生产出来的产品，在整体上也应当满足Amazon的相关安全要求。2 功能描述账户登录与注销；PTT一键语音输入；ALEXA语音服务；机顶盒对VSK SKILL的支持；机顶盒与ALEXA手机应用的交互；产品安全性保障。3 系统拓扑结构3.1 蓝牙遥控器PTT语音输入本项目采用的是型号为RTL8723DU的蓝牙/WiFi模组，配对的蓝牙遥控器以“一键通”的方式实现语音采集和传输。第三方公司基于模组厂商提供的蓝牙和WiFi驱动完成蓝牙和WiFi协议栈的开发，经过长虹整合封装、集成开发，最终实现语音数据从蓝牙遥控器到机顶盒的采集与传输。3.2 AIA客户端AIA客户端在云中建立了与AWS服务的MQTT数据通信，并通过这种方式实现在运行eCoS的低端zapper系统上也可搭载整个AVS功能。集成AIA能使得机顶盒能作为独立的Alexa语音服务终端，也就是说用户仅仅通过机顶盒系统就能实现智能语音功能，而无须外接额外的智能设备。因此一方面简化了系统组成，节约了额外购置语音输入设备的费用；另一方面方便且丰富了用户使用体验，使整个系统变得更加易用和完整。科学与信息化23年9月上内文0907.indd 712023/9/8 17:33:57 TECHNOLOGY AND INFORMATION信息化技术应用72 科学与信息化2023年9月上3.3 ALEXA语音云服务云服务可用于设备PCO注册。内置AIA使得机顶盒具备类似智能蓝牙音箱的功能，在机顶盒收到完整的语音数据之后能独立完成与ALEXA服务器之间的数据交互，并通过回调的方式获取到语音对应的指令。在机顶盒完成指令动作之后，服务器也会更新机顶盒所处状态。此外由于接入了亚马逊云端，也能完成智能对话、天气查询等常见智能语音助手功能。3.4 ALEXA手机应用支持Android OS和Apple IOS系统。STB设备运行一个SSDP服务，允许在用户的本地网络中发现设备。该在手机应用程序启动后，在机顶盒上输入手机提供的验证码，即可完成目标机顶盒的配对与连接。ALEXA手机App实现了一个简单的http协议来从机盒设备中检索各种信息，并通过与ALEXA语音服务器的数据交互实现对机顶盒的相关操作，例如：换台，定时录制某个节目，等等2。4 软件流程机顶盒开机启动后会查询注册状态，在未注册的情况下引导用户完成设备注册。完成注册的机顶盒会运行AIA服务监测语音命令输入，一旦有语音输入就会交由亚马逊云语音解析，符合VSK SKILL规范的命令会通过alexa语音服务器下发，机顶盒根据命令完成各种各样的动作，并将执行结果以及是否待机等关键状态报告给服务器。5 数据传输流程用户语音会在按键时激活蓝牙数据传输，蓝牙绑定的机顶盒在一个语音输入动作完成后，会将语音数据交由服务器解析。符合VSK SKILL规范的命令会以JSON格式命令的方式下发给机顶盒，而处理结果则以语音反馈的形式传输给AIA客户端。机顶盒则根据接收到的命令执行相关动作、上传执行结果，并播报反馈的Alexa语音。6 软件功能分布6.1 手机应用界面ALEXA手机应用可以协助完成设备注册或者服务连接操作。Alexa手机应用需要登录亚马逊账号，在程序启动时，本地网络中的所有STB设备都将在App中列出，或者通过输入App上的验证码也可以完成账户在目标机顶盒上的登陆。在完成账号和机顶盒的配对与连接工作之后，手机App可以与机盒设备间交互各种信息，以提供信息检索、模拟实体遥控器、操控机顶盒完成定时录制等功能。6.2 手机应用功能名为ALEXA的手机App和机顶盒之间通过ALEXA服务器实现间接通信。它采用了和VSK SKILL类似的通信方式，机顶盒通过HTTP协议交互直接与ALEXA服务器间通信，数据同样以JSON格式上传和下发。图1展示了postman模拟App发送的一条“播放下一频道”命令。图1 模拟手机APP发送请求图2展示了在收到“获取当前和下一条EPG Event”命令时，机顶盒向服务器返回的一条JSON数据样式。它向服务器说明了EPG Event的开始事件、持续时长等信息。科学与信息化23年9月上内文0907.indd 722023/9/8 17:33:57 TECHNOLOGY AND INFORMATION信息化技术应用科学与信息化2023年9月上 73图2 手机APP获取EPGEvent时的返回的数据7 AIA数据交互AIA系统是基于大量AVS客户端功能被移至AWS云的事实而产生的。目标设备上的客户端（一个非常小的客户端）通过MQTT与AWS云物联网服务通信。客户端的注册是通过手机上的配套应用程序完成的3。通过这种方式，可以将AVS功能集成到大量非linux、非android设备中，这些设备的内存和计算占用往往非常低。AIA系统的另一个优点是只使用单一的媒体编解码器（Opus），而不再需要支持大量的AVS库编解码器。8 亚马孙安全规范亚马逊对搭载亚马逊云服务的设备有一定安全要求。包括设备硬件、启动过程、运行环境、升级更新、反馈与维护等等都有所要求。例如，App在编译阶段运用密码学手段加密，升级后机顶盒Flash中存储的也是加密后的程序。在启动过程中校验解密后才加载到RAM中，以此来提升flash中数据的安全性。9 结束语语音助手系统很多，但是真正的低成本语音助手系统，在市场调研中，却少之又少。从标准原理出发，推陈出新，使用创新的协议，才能做出符合不同市场，实用的软件，极大提高产品的竞争力。参考文献1 DVB组织标准:EN 300 468 V1.3.1S.德国,1998-02.2 AVS Device security requirementsDB/OL.2021-12-09.https:/ DDB/OL.2021-09-12.https:/ 732023/9/8 17:33:57