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      廣告信息識(shí)別系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

      2016-05-30 03:06:40宋明杰楊闖王瑞祥劉朝暉閻少宏
      科技尚品 2016年2期
      關(guān)鍵詞:語音識(shí)別廣告

      宋明杰 楊闖 王瑞祥 劉朝暉 閻少宏

      摘 要:以廣告信息監(jiān)測(cè)為主要目的,完成了信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的設(shè)計(jì),基于音頻匹配算法(DTW)的語音識(shí)別技術(shù),開發(fā)了一套針對(duì)廣告信息識(shí)別的信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一套完整的軟硬件設(shè)施,為廣告監(jiān)播部門和人員提供實(shí)用、功能豐富的管理工具,實(shí)現(xiàn)廣告信息的識(shí)別、監(jiān)測(cè)、預(yù)警、報(bào)告等的智能化處理,經(jīng)過隨機(jī)抽取樣本的檢測(cè),準(zhǔn)確率基本穩(wěn)定在86%,經(jīng)驗(yàn)證效果顯著。

      關(guān)鍵詞:廣告;監(jiān)播系統(tǒng);語音識(shí)別;信息監(jiān)測(cè)

      21世紀(jì)是信息的時(shí)代,信息成為各個(gè)領(lǐng)域乃至各個(gè)國(guó)家的重要戰(zhàn)略資源,信息的安全傳播是信息安全的重要組成部分,關(guān)系到國(guó)家安全和社會(huì)穩(wěn)定。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,廣告成為社會(huì)生活的重要組成部分,而其帶來的社會(huì)問題也更加突出,特別是虛假?gòu)V告信息和非法小電臺(tái)播報(bào)的非法信息,嚴(yán)重影響人們的日常生活,并為社會(huì)帶來很多不穩(wěn)定因素,廣告檢測(cè)、監(jiān)測(cè)成為監(jiān)管部門亟待解決的問題。由于廣播信息具有傳播范圍廣、制作成本低、部分非法電臺(tái)較隱蔽等特點(diǎn),電波信號(hào)不易察覺,且大量?jī)?chǔ)存將消耗很大的儲(chǔ)存資源。目前,廣播監(jiān)管僅局限于對(duì)異常電臺(tái)頻率的監(jiān)管。

      基于上述分析,設(shè)計(jì)了電臺(tái)廣播信息識(shí)別(監(jiān)播)系統(tǒng),考慮到數(shù)據(jù)量大和電臺(tái)數(shù)眾多,分別開發(fā)和使用了數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)、多路分頻器和實(shí)時(shí)信息分析系統(tǒng)平臺(tái),并進(jìn)行了性能分析,為實(shí)現(xiàn)人工智能廣告信息監(jiān)播提供解決方案。

      1 工作原理及算法

      1.1 語音識(shí)別原理

      語音識(shí)別技術(shù)經(jīng)過近40年的發(fā)展,已經(jīng)成為聲學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理、概率統(tǒng)計(jì)、語言學(xué)、人工智能等多學(xué)科交叉的一項(xiàng)綜合性技術(shù),基于語音識(shí)別技術(shù)研發(fā)的系統(tǒng)成功應(yīng)用于很多場(chǎng)景,為語音識(shí)別技術(shù)在廣告信息監(jiān)播領(lǐng)域的應(yīng)用作重要鋪墊。

      語音識(shí)別系統(tǒng)整體上由兩大部分組成:訓(xùn)練和識(shí)別。訓(xùn)練時(shí)對(duì)預(yù)先收集的海量語音、語音數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信號(hào)處理和建模,提取語音識(shí)別系統(tǒng)所需的“語言模型”和“聲學(xué)模型”。識(shí)別過程是對(duì)用戶輸入的音頻資料提取特征向量,利用訓(xùn)練好的“語言模型”和“聲學(xué)模型”進(jìn)行統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別,得到其包含的文字信息。線性預(yù)測(cè)(LPC)、梅爾倒譜系數(shù)(MFCC)等作為特征向量的組成部分。

      1.2 改進(jìn)的DTW算法

      本次試驗(yàn)采用了一種整體路徑約束DTW算法(ADTW),利用平行四邊形限制動(dòng)態(tài)規(guī)整范圍,如下圖1所示:

      平行四邊形之外的路徑點(diǎn)對(duì)應(yīng)的幀匹配距離不需要計(jì)算,也無需保存所有的距離和積累距離矩陣,充分利用這兩個(gè)特性,可以減少計(jì)算量和儲(chǔ)存空間,可提高識(shí)別速率、節(jié)約存儲(chǔ)空間。把實(shí)際的動(dòng)態(tài)彎折分為三段:和,其中:

      和都取最相近的整數(shù)。由此也得出對(duì)M和N長(zhǎng)度的限制條件:

      當(dāng)不能滿足以上條件時(shí),則認(rèn)為兩者差別過大,無法進(jìn)行動(dòng)態(tài)彎折匹配。此時(shí),在x軸上的每一幀不需要與y軸上的每一幀進(jìn)行匹配比較,而只需與y軸上間的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行比較,兩者的計(jì)算公式如下:

      當(dāng)出現(xiàn)的情況時(shí)彎折匹配三段分別是和。對(duì)于x軸上每前進(jìn)一幀,盡管與之比較的y軸上的幀數(shù)不同,但彎折特性是一樣的,積累距離矩陣更新可用以下公式實(shí)現(xiàn):

      模版匹配ADTW算法提高了原有的DTW算法,限制了識(shí)別區(qū)域,在保證正確的前提下大大減少了計(jì)算量,節(jié)約了存儲(chǔ)空間,提高了運(yùn)行速度。

      2 系統(tǒng)組成和軟件設(shè)計(jì)

      廣告信息識(shí)別系統(tǒng)主要包括信號(hào)采集模塊、存儲(chǔ)磁盤列陣、廣告樣本數(shù)據(jù)庫(kù)、音頻匹配服務(wù)器、監(jiān)管數(shù)據(jù)庫(kù)、操作員終端和自動(dòng)警報(bào)系統(tǒng)??紤]到信息采集時(shí)數(shù)據(jù)占用空間巨大,而硬盤對(duì)于大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)速度隨數(shù)據(jù)量和時(shí)間的增加而減小,因此采用循環(huán)分散式存儲(chǔ)技術(shù),將采集到的信息分成信息塊,一次存放在不同的磁盤中。下圖2給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖:

      2.1 多路分頻器(VGA分頻器)

      VGA分頻器又稱VGA信號(hào)寬帶矩陣切換器,將多路電視、電臺(tái)信號(hào)從輸入通道切換到相應(yīng)的信道上,使各路信號(hào)之間彼此獨(dú)立地進(jìn)入到信號(hào)調(diào)節(jié)器中,保證信號(hào)的獨(dú)立性,并減少長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸造成的信號(hào)衰減現(xiàn)象。

      2.2 信號(hào)解調(diào)器

      經(jīng)分頻器分發(fā)出來的載波信號(hào)在計(jì)算機(jī)識(shí)別之前,需經(jīng)過解調(diào)器將載波信號(hào)還原為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的“0”和“1”信號(hào),或模擬信號(hào),這個(gè)過程稱為“解調(diào)”,也稱A/D轉(zhuǎn)換。

      2.3 信號(hào)采集服務(wù)列陣

      信號(hào)采集服務(wù)器主要進(jìn)行語音識(shí)別的準(zhǔn)備設(shè)備,完成原始數(shù)據(jù)的采集、備份,音頻特征的建模,為后續(xù)的語音識(shí)別做準(zhǔn)備工作,主要有以下功能特點(diǎn):

      語音信號(hào)采用G.722的高壓縮格式,占用磁盤空間小,失真率低;

      采用磁盤列陣存儲(chǔ)方式,存儲(chǔ)速度快;

      支持分段節(jié)目錄制;

      具有很好的擴(kuò)展性,方便存儲(chǔ)識(shí)別擴(kuò)容。

      2.4 廣告監(jiān)管服務(wù)器

      廣告識(shí)別服務(wù)器是整個(gè)廣告信息識(shí)別的核心組件,完成語音文件匹配、識(shí)別結(jié)果保存和語音識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)的更新。功能特點(diǎn)如下:

      語音識(shí)別廣告準(zhǔn)確率穩(wěn)定在85%左右(主要受方言和普通話標(biāo)準(zhǔn)程度的影響);

      高性能運(yùn)算平臺(tái),具有高穩(wěn)定性和可靠性,免維護(hù),可7×24h不間斷運(yùn)行;

      并行優(yōu)化運(yùn)算,可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、穩(wěn)定處理。

      2.5 操作員終端

      系統(tǒng)中,相關(guān)廣告人員的日常工作都在操作員終端上進(jìn)行,由隨系統(tǒng)開發(fā)的操作員終端軟件提供簡(jiǎn)潔、明了的人機(jī)交互界面(圖3為操作員終端界面),功能如下:

      以波形和文字相結(jié)合的方式顯示選擇監(jiān)管頻道的聲音文件,使聲音看得見;

      支持拖拽定位功能,可快速尋找定位廣告位置;

      對(duì)新的廣告樣本進(jìn)行特征提取并建立新的廣告樣本,更新語音識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù);

      監(jiān)管數(shù)據(jù)的查看,生成報(bào)表。

      3 結(jié)論

      本文針對(duì)廣告信息識(shí)別的特點(diǎn)和要求,利用梅爾倒譜系數(shù)等10個(gè)參數(shù)作為特征參數(shù),構(gòu)建語音識(shí)別算法,針對(duì)廣告監(jiān)播的特點(diǎn)和要求,設(shè)計(jì)出一套改進(jìn)監(jiān)播體系,然后簡(jiǎn)單介紹了各部分的組成及功能,從整體的性能分析來看,監(jiān)播系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)突出:如識(shí)別率高、數(shù)據(jù)處理速度快、原始數(shù)據(jù)保存妥善;系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和升級(jí)的擴(kuò)展性,支持關(guān)鍵詞搜索等等。隨著市場(chǎng)的快速發(fā)展和技術(shù)的不斷提升,越來越多的新技術(shù)可應(yīng)用到本系統(tǒng)中,使系統(tǒng)更加適應(yīng)市場(chǎng)需求,并有較好的市場(chǎng)前景預(yù)期。

      參考文獻(xiàn)

      [1]沈昌祥,張煥國(guó).信息安全總述[J].中國(guó)科學(xué) E輯:信息科學(xué),2007,37(2):129-150.

      [2]李志華,張憲平.我國(guó)電視廣告的當(dāng)代特征和發(fā)展策略[D].山西大學(xué),2012.

      [3]劉瀟,和應(yīng)民.語音識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)研究[D].哈爾濱工程大學(xué),2006.

      [4]徐剛,周志芳.語音信號(hào)近似度模型匹配研究[D].華北電力大學(xué),2013.

      [5]雷靜.語音識(shí)別技術(shù)的研究和基本實(shí)現(xiàn)[D].武漢理工大學(xué),2002.

      (作者單位:華北理工大學(xué) 數(shù)學(xué)建模創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室)

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