語音識別技術(shù)在智能家居中的應用現(xiàn)狀淺析

馬暢駿

摘 要 本文論述了智能家居和語音識別的相關(guān)概念，簡要介紹了語音識別的相關(guān)原理，并對其在具體智能家居上的應用技術(shù)實現(xiàn)過程進行了簡單闡述，最后對智能家居和語音識別技術(shù)的未來進行了展望。

關(guān)鍵詞 語音識別；智能家居；應用現(xiàn)狀

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）203-0085-02

隨著社會的發(fā)展和科技的進步，人們在日常生活中和機器的交流越來越頻繁。家居作為和人們生活接觸最頻繁自然的直接交互，各類家用電器也早已融入人們的生活。而隨著生活節(jié)奏的加快，與傳統(tǒng)的家居機器的按鍵等交流方式相比，人們更傾向于和家居進行智能交互，于是產(chǎn)生了智能家居這一概念。而語言作為人與人之間最自然直接的溝通方式，自然也希望我們的語言也可以作為人機交互的溝通方式。語音識別技術(shù)隨著軟硬件的飛速發(fā)展與各個模型的完善建立日趨成熟，將語音識別技術(shù)應用到智能家居上是人們獲得更舒適生活的必然趨勢。

1 智能家居的概念和發(fā)展現(xiàn)狀

1984年，第一棟智能家居建筑在美國建成，標志著智能家居真正走入人們的生活。智能家居這一概念，最早由美國提出，是用戶通過電腦或手機利用網(wǎng)絡將家庭信息管理平臺和家居的各個系統(tǒng)有機結(jié)合，形成的一種相對舒適便利、安全高效的居住環(huán)境。

智能家居最早的應用來自于房間的布線系統(tǒng)，布線系統(tǒng)通過線纜將各類家用設(shè)備連接在一起。但通常布線需要在入住施工前布局鋪設(shè)好，一旦布設(shè)好，不易修改，也十分不方便，所以人們逐漸的使用無線連接方式來替代有線連接方式。但是由于家用的信息管理系統(tǒng)不夠完善，布線系統(tǒng)的使用情況并不理想。為了使用戶可以及時了解和處理家中的信息，人們發(fā)明了智能家居網(wǎng)關(guān)平臺。

家居信息處理平臺，又稱為智能家居網(wǎng)關(guān)平臺，是作為中間的橋梁將家居系統(tǒng)調(diào)度和控制連接起來，方便用戶同時對多個家居設(shè)備的控制的一個應用于智能家居上的關(guān)鍵和核心技術(shù)。嵌入式家電是智能家居網(wǎng)關(guān)的典型表現(xiàn)，由于網(wǎng)絡無線技術(shù)的發(fā)展嵌入式家電可以遍布家庭的任何一個角落，而不必考慮布線的問題，而隨著嵌入式小尺寸的服務器代替原有的PC機式的服務器，嵌入式智能家居網(wǎng)關(guān)成為主要形式，也成為人們在解決家居信息處理平臺技術(shù)研究的關(guān)鍵。

而嵌入式技術(shù)的發(fā)展離不開網(wǎng)絡的發(fā)展，外網(wǎng)、家居內(nèi)網(wǎng)及家居子網(wǎng)是智能家居的必須的網(wǎng)絡支持，外網(wǎng)即外部寬帶接入，提供外部的信息交互通道，如電話線等。內(nèi)網(wǎng)的作用是協(xié)調(diào)內(nèi)部設(shè)備與系統(tǒng)的交互。子網(wǎng)用來實現(xiàn)家電的直接控制，通過遙控等方式進行。智能家電是最直接的表現(xiàn)，與傳統(tǒng)家電相比，它應用了計算機技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)，擁有著遠程控制的功能。雖然智能家電方興未艾，但是由于市場上的接口不同，導致其兼容性低，阻礙智能家電的發(fā)展。

語言是人類最直接的交流方式，所以人們開始不滿足于通過遙控或手動來操作，于是語音識別技術(shù)開始應用與智能家居方面，人們可以離開電腦和手機，通過直接與家電交流來實現(xiàn)人們的需求。比如當你想看電視的時候，只需要跟電視說：打開央視一套，而不是去尋找遙控器。

2 語音識別技術(shù)的發(fā)展過程與基本原理

2.1 語音識別技術(shù)的發(fā)展過程與現(xiàn)狀

語音識別技術(shù)起步于語音信號處理。在1939年，Dudley實驗室發(fā)明了第一個聲碼器，為語音產(chǎn)生模型奠定了基礎(chǔ)。1948年“語圖回放機”的發(fā)明則是語音合成技術(shù)的雛形。在1952年，貝爾研究所的Davis等人研制出第一個“說話人孤立數(shù)字識別系統(tǒng)”，是最早的語音識別技術(shù)的原型。在20世紀的60年代到80年代期間，語音識別技術(shù)飛速發(fā)展，先后提出了矢量量化模型、隱性馬爾克夫模型，神經(jīng)網(wǎng)絡等技術(shù)來解決大量詞匯、非特定人和連續(xù)語音的障礙。20世紀90年代后，伴隨著處理器存儲器等硬件水平的提高，語音識別技術(shù)逐漸從實驗室的研究走向大眾的生活里。從簡單的智能語音識別輸入法發(fā)展到語音遙控智能家居智能駕駛等技術(shù)，極大地方便了人們的生活。

2.2 語音識別系統(tǒng)的基本原理

語音識別實際上為模式識別的一種，計算機首先對輸入的語音信號進行前端信號的預處理，數(shù)字化和消除噪聲過后，則對輸入的語音信號進行特征提取，建立起所需的模型庫。在實際的識別部分，計算機仍然對測試語音信號進行相同的預處理和特征提取過程。提取過相應的特征后，則和建立好的語音模板庫中的語音信息進行比較，根據(jù)建立好的判別系統(tǒng)判別是否匹配，匹配則識別出相應的結(jié)果進行輸出。

3 語音識別技術(shù)在智能家居中的應用

3.1 在智能電視中的應用

語音識別技術(shù)在電視中的應用包括以下的3個方面，語音的輸入、處理和執(zhí)行。首先是語音的輸入，該過程可以通過遙控器、智能電視內(nèi)置的傳聲器或相應的手機App進行，但是使用手機App需要用戶使手機和電視處于同一網(wǎng)段，通過WiFi傳輸語音數(shù)據(jù)。用戶可以通過對這三者說出自己的需求來實現(xiàn)對智能電視的操作，比如換臺、上網(wǎng)或者打開已下載的App等。其次是對語言信號進行處理，這里有兩種方式。一是通過網(wǎng)絡，在進行特征提取、降噪處理之后，將語音信號送至網(wǎng)絡識別客戶端，再由網(wǎng)絡識別客戶端發(fā)送到智能電視上進行命令的執(zhí)行。二是在本地進行識別，該方法通過聲學模型和語法模型共同進行語音識別，直接將命令傳輸至智能電視。最后是用戶命令的執(zhí)行，通過語音識別引擎對語音信號的處理后，再將命令送至相應的接口，實現(xiàn)相應功能模塊的執(zhí)行。

3.2 在空調(diào)方面的應用

目前，由于家居中的空調(diào)大部分都是不連接網(wǎng)絡，因此語音信號的識別通常在本地進行，這樣就無法通過網(wǎng)絡進行語言的輸入，所以用戶只能通過遙控器或家居空調(diào)的內(nèi)置傳聲器進行語音的輸入。而且語言的處理也需要在本地進行，這就需要用戶建立自己的詞庫，這是尤為重要的一步，用戶通過朗讀命令控制表中的詞匯，再經(jīng)空調(diào)的處理，將用戶自己的語音特征矢量儲存在詞庫中。在詞庫建立后，用戶命令的執(zhí)行就簡單了，用戶只需要將命令控制詞進行簡單的組合，就可以控制家居空調(diào)的全部功能。例如，用戶如果想將溫度升高到23℃，只需要說出“空調(diào)”“升高”“2”“3”“度”這幾個關(guān)鍵詞，空調(diào)就可以正確處理并執(zhí)行用戶的命令。

3.3 在照明方面的應用

家居照明系統(tǒng)的語音識別由語音采集設(shè)備和控制中樞構(gòu)成。與智能電視和空調(diào)不同，家居照明系統(tǒng)需要進行布線，但是語音輸入的方法是一樣的，同樣可以通過遠程設(shè)備（手機、遙控器等）或者內(nèi)置傳聲器等語言采集設(shè)備來實現(xiàn)語音信號的采集，但是由于大部分照明系統(tǒng)都使用內(nèi)置傳聲器進行語音信號的采集，而且室內(nèi)環(huán)境嘈雜，這就需要進行程度更深的降噪處理。而且和家居空調(diào)一樣，家居照明系統(tǒng)同樣是一種不連接網(wǎng)絡的設(shè)備，因此語音信號的識別也必須在本地進行，這同樣可以通過建立詞庫的方式來實現(xiàn)，并且該詞庫的建立比家居空調(diào)要簡單得多，最后將建立好的詞庫儲存在控制中樞的儲存器中，就可以實現(xiàn)家居的智能化。

語音識別在智能家居中的應用不僅限制于以上智能電視、智能空調(diào)和室內(nèi)照明中的應用，還包括掃地機器人、智能微波爐等上的應用。小小的語音識別技術(shù)的應用模塊可以極大的改變未來我們的家居生活。

4 結(jié)論

本文介紹了智能家居在過去40年里的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀，并詳細的介紹了語音識別在智能家居方面的應用，并在智能電視、家居空調(diào)和智能家居照明系統(tǒng)的應用進行了簡析。目前，語音識別技術(shù)已經(jīng)足夠成熟，已被廣泛應用于手機等設(shè)備，但是智能家居還處于探索階段，并未廣泛應用于千家萬戶，未來希望飛速發(fā)展的語音識別技術(shù)將帶動智能家居的發(fā)展和進步。

參考文獻

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