車載語音控制系統自動化驗證設計實現范文

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【摘要】車載語音控制系統作為汽車智能化的重要表現，已經成為智能汽車的標準配置之一。傳統車載語音控制系統主要通過測試工程師手動測試，語音控制系統識別率、覆蓋面等維度無法準確驗證。為滿足功能驗證需求，提出一種基于語音仿真和機器視覺的車載語音控制系統自動化驗證方案，通過搭建語音控制系統通用自動化測試環境，有效提高了測試效率和測試覆蓋度，同時通用自動化測試序列可應用于多個車型的語音控制系統驗證，大幅降低了時間成本和人力成本。

關鍵詞：車載語音；語音仿真；機器視覺；自動化測試

1前言

隨著汽車電子智能化、網聯化的迅猛發展，車載電子電氣系統功能越來越復雜，語音控制系統作為關鍵技術之一，對用戶體驗和駕駛安全具有重要影響[1]。搭載語音控制系統，不僅提高了車載智能化體驗性和娛樂性，還可以在駕駛過程中實現對車輛的便捷控制[2-3]。為滿足用戶需求，當前國內市場主流車型大部分均已配備車載語音控制系統[3]。目前，紅旗全系車型也將語音控制系統作為標準配置之一。為實現對紅旗系列車型車載語音控制系統的高效功能驗證，本文提出一種基于語音仿真和機器視覺的車載語音控制系統自動化驗證方案，利用語音仿真和機器視覺技術可實現語音指令仿真輸入和測試結果的自動回采，通過編制自動化測試序列，可以實現對車載語音控制系統自動化測試和重復性測試，可有效提升測試效率，提高測試覆蓋度，對縮短產品周期和降低開發成本有重要意義。

2測試內容梳理

車載語音控制系統支持中文語音輸入，語音喚醒后，系統采用對話式交互方式，當輸入語音指令后，如車載語音控制系統識別失敗或成功時，系統提供相應語音結果反饋、HMI提示及總線信號反饋[4-6]。車載語音控制系統處理流程如圖1所示。車載語音控制系統從功能層面上分為IVI系統控制功能和車輛控制功能，通過梳理語音功能，為編寫測試用例及自動化測試序列提供依據。

2.1IVI系統控制功能

IVI系統控制功能主要包括語音系統對IVI系統功能的識別控制，主要包括喚醒、通訊、導航、多媒體、系統設置、網聯應用功能的語音控制。IVI系統控制功能列表如表1所示。

2.2車輛控制功能

車輛控制功能主要是指語音系統對車身、空調功能的語音控制。車輛控制功能列表如表2所示。根據表2中各模塊功能定義，提取各項子功能語義直意和語義垂類語音指令[5]，生成IVI系統控制功能測試用例和標準語音指令庫。

3測試環境搭建

結合車載語音控制系統工作特性，利用語音模擬輸入模塊、音頻和圖像采集模塊、處理結果分析模塊，實現對車載語音控制系統的全自動閉環測試，測試流程如圖2所示。語音模擬輸入模塊仿真輸入語音指令，利用信號采集模塊對車載語音控制系統處理結果進行采集，并由上位機分析軟件對處理結果進行分析判斷。

3.1語音模擬輸入模塊

測試環境配置NIPXI-4461模擬音頻信號發生和采集板卡，結合上位機音頻仿真軟件和功率放大器仿真語音指令輸入，PXI-4461具有如下特性[6]：（1）動態范圍118dB；（2）采樣率可達204.8kS/s；（3）輸出頻率可達92kHz。通過分析車載語音控制系統功能模塊，編輯標準語音輸入文檔，并生成標準語音指令庫，上位機軟件NITestStand直接調用標準指令庫中的語音指令，經HIL仿真設備輸出至音頻發生和采集板卡音頻發生通道和功放，實現對人類語音控制指令的仿真，圖3所示為語音仿真輸入模塊示意圖。

3.2反饋信號采集模塊

為滿足測試需求，利用音頻、圖像和總線采集模塊采集車載語音控制系統聲音提示反饋、HMI反饋以及車輛總線信號反饋信息。該模塊包括音頻采集組件、圖像采集組件、高速CAN通信板卡，圖4所示為反饋信號采集模塊示意圖。為避免環境噪音和光線對測試質量產生干擾，反饋信號采集模塊集成在屏蔽暗箱內。圖像采集組件包括工業攝像機和圖像采集板卡PXIe-1435，音頻采集組件由聲學測量麥克風、NIPXI-4461模擬音頻信號發生和采集板卡組成，CAN通信板卡采用雙通道高速CAN通信板卡PXI-8512/2。模塊組件關鍵特征參數見表3。

3.3上位機分析處理模塊

反饋信號采集模塊將采集到的音頻信號、圖像信號和CAN總線信號回傳至上位機，由上位機分析處理軟件分析CAN總線響應邏輯和音頻幅頻信號的波形曲線、信噪比、失真度、頻響特征[7]，并將采集到的圖像信息與標準圖像進行比對，判斷車載語音控制系統對語音指令的響應是否滿足要求。上位機自動化測試序列如圖5所示。

4測試結果分析

以紅旗某車型車載語音控制系統測試為例，根據測試需求可分別進行系統全功能測試和語音指令重復性測試，系統全功能測試針對標準語音庫中的語音指令進行逐一測試，可對系統進行功能缺陷檢查；語音指令重復性測試可針對某條語音指令進行多次重復測試，計算系統識別率。全功能測試用例及執行結果見表4。語音指令重復性測試以語音指令“播放音樂”和“暫停播放”為例，單例語音指令重復測試300次，測試結果見表5。

5結束語

車載語音控制系統驗證環境具有較高通用性，適用于紅旗全系車載語音控制系統的功能驗證，同一自動化測試序列可應用于系統多輪次重復測試，且全自動化驗證環境可實現24小時不間斷測試，并自動出具過程文件及測試報告，人力成本和時間成本大幅降低。利用該驗證環境可以在研發階段檢驗車載語音控制系統各功能模塊缺陷項和識別率，有利于研發人員進行針對性改進，保證了車載信息娛樂系統產品質量。

參考文獻

[4]朱敏慧.語音技術加速網聯汽車個性化[J].汽車與配件,2015(50):38.

[7]邱程,梁子龍,李凱,等.基于分層抽樣的車載離線語音識別實車測試方法[C].2016中國汽車工程學會年會論文集,2016.

[8]李斌,尚超.基于PXI-4461和LabVIEW的水聲信號采集系統設計[J].艦船電子工程,2013,33(01):131-133.

[9]張勇,張溯,王旭東,等.基于時頻域特征的場景音頻研究[J].吉林大學學報(信息科學版),2018,36(03):81-86.

作者：劉臣園 張東波 林杰 郭天嬌 李治民 單位：中國第一汽車股份有限公司