车载语音控制系统自动化验证方案设计与实现

刘臣园 张东波 林杰 郭天娇 李治民

（中国第一汽车股份有限公司 智能网联开发院，长春 130013）

主题词：车载语音 语音仿真 机器视觉 自动化测试

缩略语

IVI In-Vehicle Infotainment

HMI Human Machine Interface

POI Point of Interest

TTS Text To Speech

HIL Hardware In Loop

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1 前言

随着汽车电子智能化、网联化的迅猛发展，车载电子电气系统功能越来越复杂，语音控制系统作为关键技术之一，对用户体验和驾驶安全具有重要影响[1]。搭载语音控制系统，不仅提高了车载智能化体验性和娱乐性，还可以在驾驶过程中实现对车辆的便捷控制[2-3]。为满足用户需求，当前国内市场主流车型大部分均已配备车载语音控制系统[3]。目前，红旗全系车型也将语音控制系统作为标准配置之一。

为实现对红旗系列车型车载语音控制系统的高效功能验证，本文提出一种基于语音仿真和机器视觉的车载语音控制系统自动化验证方案，利用语音仿真和机器视觉技术可实现语音指令仿真输入和测试结果的自动回采，通过编制自动化测试序列，可以实现对车载语音控制系统自动化测试和重复性测试，可有效提升测试效率，提高测试覆盖度，对缩短产品周期和降低开发成本有重要意义。

2 测试内容梳理

车载语音控制系统支持中文语音输入，语音唤醒后，系统采用对话式交互方式，当输入语音指令后，如车载语音控制系统识别失败或成功时，系统提供相应语音结果反馈、HMI提示及总线信号反馈[4-6]。车载语音控制系统处理流程如图1所示。

图1 车载语音控制系统处理流程

车载语音控制系统从功能层面上分为IVI系统控制功能和车辆控制功能，通过梳理语音功能，为编写测试用例及自动化测试序列提供依据。

2.1 IVI系统控制功能

IVI系统控制功能主要包括语音系统对IVI系统功能的识别控制，主要包括唤醒、通讯、导航、多媒体、系统设置、网联应用功能的语音控制。IVI系统控制功能列表如表1所示。

3.人际交往中传递不实信息。作为90后的大学生，网络等虚拟世界已经成为大学生们的生活必须，在这个虚拟世界形成的众多不良交往习惯，必然对现实生活产生特殊影响。存在较为严重的问题就是同学之间的交往不真诚,做人不诚实,当面一套背后一套,表里不一,言行虚伪。经常承诺,但从不兑现。个人交往中借钱不还,借物不归。在这样的环境下,同学之间很难建立深厚的友谊。

表1 IVI系统控制功能

2.2 车辆控制功能

车辆控制功能主要是指语音系统对车身、空调功能的语音控制。车辆控制功能列表如表2所示。

表2 车辆控制功能

根据表2中各模块功能定义，提取各项子功能语义直意和语义垂类语音指令[5]，生成IVI系统控制功能测试用例和标准语音指令库。

3 测试环境搭建

结合车载语音控制系统工作特性，利用语音模拟输入模块、音频和图像采集模块、处理结果分析模块，实现对车载语音控制系统的全自动闭环测试，测试流程如图2所示。语音模拟输入模块仿真输入语音指令，利用信号采集模块对车载语音控制系统处理结果进行采集，并由上位机分析软件对处理结果进行分析判断。

3.1 语音模拟输入模块

测试环境配置NI PXI-4461模拟音频信号发生和采集板卡，结合上位机音频仿真软件和功率放大器仿真语音指令输入，PXI-4461具有如下特性[6]：

（1）动态范围118 dB；

（2）采样率可达204.8 kS/s；

（3）输出频率可达92 kHz。

图3 语音仿真输入模块

3.2 反馈信号采集模块

为满足测试需求，利用音频、图像和总线采集模块采集车载语音控制系统声音提示反馈、HMI反馈以及车辆总线信号反馈信息。该模块包括音频采集组件、图像采集组件、高速CAN通信板卡，图4所示为反馈信号采集模块示意图。

图4 反馈信号采集模块

为避免环境噪音和光线对测试质量产生干扰，反馈信号采集模块集成在屏蔽暗箱内。图像采集组件包括工业摄像机和图像采集板卡PXIe-1435，音频采集组件由声学测量麦克风、NI PXI-4461模拟音频信号发生和采集板卡组成，CAN通信板卡采用双通道高速CAN通信板卡PXI-8512/2。模块组件关键特征参数见表3。

3.3 上位机分析处理模块

反馈信号采集模块将采集到的音频信号、图像信号和CAN总线信号回传至上位机，由上位机分析处理软件分析CAN总线响应逻辑和音频幅频信号的波形曲线、信噪比、失真度、频响特征[7]，并将采集到的图像信息与标准图像进行比对，判断车载语音控制系统对语音指令的响应是否满足要求。上位机自动化测试序列如图5所示。

表3 音频、图像和总线采集模块组件关键参数

图5 上位机自动化测试序列

4 测试结果分析

以红旗某车型车载语音控制系统测试为例，根据测试需求可分别进行系统全功能测试和语音指令重复性测试，系统全功能测试针对标准语音库中的语音指令进行逐一测试，可对系统进行功能缺陷检查；语音指令重复性测试可针对某条语音指令进行多次重复测试，计算系统识别率。全功能测试用例及执行结果见表4。

表4 全功能测试执行结果

语音指令重复性测试以语音指令“播放音乐”和“暂停播放”为例，单例语音指令重复测试300次，测试结果见表5。

表5 重复性测试执行结果

5 结束语

车载语音控制系统验证环境具有较高通用性，适用于红旗全系车载语音控制系统的功能验证，同一自动化测试序列可应用于系统多轮次重复测试，且全自动化验证环境可实现24小时不间断测试，并自动出具过程文件及测试报告，人力成本和时间成本大幅降低。

利用该验证环境可以在研发阶段检验车载语音控制系统各功能模块缺陷项和识别率，有利于研发人员进行针对性改进，保证了车载信息娱乐系统产品质量。