一種新型語音識(shí)別智能鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

賴尊文

摘 要：本文分析了一種新型語音識(shí)別智能鎖的系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)，同時(shí)闡述了一種新型語言識(shí)別智能鎖的關(guān)鍵算法與處理流程，最后結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)，分析與闡述了一種新型語言識(shí)別智能鎖的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)。旨在全面了解一種新型語言識(shí)別智能鎖的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，確保其應(yīng)用的高效和穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：語音識(shí)別；新型智能鎖；設(shè)計(jì)架構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN912 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 一種新型語音識(shí)別智能鎖的系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)

在語音識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用下，成功地把聲控功能應(yīng)用到了鎖具之中，進(jìn)而有新的一種帶有語音識(shí)別功能的智能鎖出現(xiàn)。眾所周知，語音信號(hào)實(shí)際上是屬于是一個(gè)慢時(shí)間變化的信號(hào)。在具體應(yīng)用環(huán)節(jié)，能夠把語音信號(hào)劃分成若干幀用于提取短時(shí)語音特征，且在幀內(nèi)按照規(guī)定信號(hào)進(jìn)行分析與處理。針對(duì)“特征提取”這一環(huán)節(jié)內(nèi)容需要把數(shù)字語音信號(hào)按照8ms～20ms短時(shí)段的形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分組處理，且鄰段之間可相互重疊。通過一系列提前擬定好的特征提取程序能夠?qū)⒚恳欢虝r(shí)段內(nèi)的特征向量計(jì)算出來，而后再把計(jì)算出的特征向量組成序列形式，便于存儲(chǔ)，而這樣一個(gè)過程便稱為模板。需注意的是在實(shí)際計(jì)算環(huán)節(jié)，所有涉及到該系統(tǒng)識(shí)別的模板均需要存儲(chǔ)起來。

語音識(shí)別又可分成語音識(shí)別、語音樣板訓(xùn)練等兩部分，而涉及于其中的標(biāo)準(zhǔn)化模式存儲(chǔ)空間則被稱作“詞庫”，且單一的標(biāo)準(zhǔn)模式則被稱作“樣板”。這里提及的語音樣板訓(xùn)練，第一步要做的便是頻譜分析待識(shí)別命令，第二步則是將提取出的特征參數(shù)當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)化識(shí)別模式，第三步便是將其存放到由flash存儲(chǔ)器所構(gòu)成的模板庫之中。值得一提的是，語音識(shí)別過程實(shí)質(zhì)上可看成是提取語音命令特征參數(shù)的過程，相較于詞庫中的樣板而言，前者需要提取樣板中相似度最好的命令序號(hào)當(dāng)作識(shí)別結(jié)果，如此才能有效判定信號(hào)屬性，便于實(shí)施后續(xù)操作。

2 一種新型語音識(shí)別智能鎖的關(guān)鍵算法與處理流程

2.1 基本過程

按照實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的不用，可將語音識(shí)別系統(tǒng)劃分成4種類型，即小詞匯量和大詞匯量識(shí)別、特定人和非特定人識(shí)別、無限詞匯量識(shí)別、獨(dú)立詞和連續(xù)詞識(shí)別。具體的語音識(shí)別過程包含了語音信號(hào)預(yù)處理—特征提取—模式匹配等環(huán)節(jié)。其中預(yù)處理又包含了預(yù)濾波—采樣與量化—加窗—端點(diǎn)檢測(cè)—預(yù)加重等環(huán)節(jié)。整個(gè)語音信號(hào)識(shí)別中最為關(guān)鍵的部分為提取特征參數(shù)。實(shí)際提取過程中應(yīng)滿足以下3個(gè)條件：第一個(gè)條件所提取的特征參數(shù)應(yīng)具有代表性，即能代表語音特征，且在區(qū)分性能方面表現(xiàn)良好；第二個(gè)條件各個(gè)階段的參數(shù)間應(yīng)表現(xiàn)出良好的獨(dú)立性；第三個(gè)條件則是所選特征參數(shù)應(yīng)便于計(jì)算，能夠采用最高效算法進(jìn)行計(jì)算，并以此確保語音識(shí)別實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。

正式進(jìn)入訓(xùn)練階段后，務(wù)必對(duì)特征參數(shù)進(jìn)行一系列有效處理，即涉及于其中的每一個(gè)詞條都需要建立與之相對(duì)應(yīng)的模型，并將這一模型保存到模板庫中。進(jìn)入識(shí)別階段后，語音信號(hào)從同一個(gè)通道處通過便獲得語音特征參數(shù)，緊接著便生成了測(cè)試模板，隨后匹配參考模板，并以此把匹配分?jǐn)?shù)最高的那一個(gè)參考模板當(dāng)作識(shí)別結(jié)果應(yīng)用到運(yùn)算環(huán)節(jié)。除此之外，還能夠通過很多先驗(yàn)知識(shí)的利用，來提升識(shí)別準(zhǔn)確率。

2.2 DSP實(shí)現(xiàn)技術(shù)

DSP實(shí)現(xiàn)技術(shù)為Digital Signal Processing英文縮寫，中文翻譯成數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，作為一門多學(xué)科交融的新技術(shù)，應(yīng)用DSP實(shí)現(xiàn)技術(shù)首先要實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算定點(diǎn)，而這需要應(yīng)用到數(shù)字信號(hào)處理算法，即在ASIC、DSP等專用處理設(shè)備的應(yīng)用下展開運(yùn)算操作。諸如：語音識(shí)別算法中，涉及到很多浮點(diǎn)運(yùn)算，而在語音識(shí)別程序編寫過程中，首先需要解決的問題是使用定點(diǎn)DSP將實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算。針對(duì)這一問題，按照相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，可通過數(shù)定標(biāo)的方式來實(shí)現(xiàn)。

其次處理數(shù)據(jù)精度。使用16b定點(diǎn)DSP實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別算法之時(shí)，雖在一定程度上提高了程序運(yùn)行速度，但數(shù)據(jù)精度依然不高，分析其原因，極大可能是因?yàn)橹虚g運(yùn)算環(huán)節(jié)累計(jì)額誤差較大而影響到運(yùn)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。要想提升數(shù)據(jù)運(yùn)算精度，除了適時(shí)擴(kuò)展精度外，還應(yīng)采用偽浮點(diǎn)法用以表示浮點(diǎn)數(shù)。

3 一種新型語音識(shí)別智能鎖的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 硬件性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

首先針對(duì)基本的硬件模塊設(shè)計(jì)。利用聲音校對(duì)模塊再通過語音識(shí)別模塊來采集外界信息，而后把采集到的模塊信息傳送到SPCE061A型單片機(jī)中，再通過圖像識(shí)別模塊來辨識(shí)與處理接收到的信息，把最終判別結(jié)果輸送到開關(guān)控制模塊中，最后便達(dá)到語音識(shí)別智能鎖中。

其次針對(duì)圖像識(shí)別模塊設(shè)計(jì)。門禁系統(tǒng)若僅是依靠著語音識(shí)別功能進(jìn)行控制，那么便無法確保足夠的安全性，甚至有可能發(fā)生盜取合法用戶的聲音信息或非法入侵等情況，要想保證語音識(shí)別智能鎖使用的安全與穩(wěn)定，那么在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)便需要添加圖像識(shí)別模塊，其根本目的在于保證使用著合法身份。這一模塊主要是通過鎖內(nèi)安裝的攝像頭來獲取各種圖像信息，并將其傳輸?shù)綀D像處理芯片中，再在隱馬爾可夫人臉識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用下，分析圖像信息，準(zhǔn)確對(duì)用戶身份進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別，以此保障用戶身份合法性。

3.2 軟件性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

軟件程序流程需通過程序主模塊才能實(shí)現(xiàn)，主模塊任務(wù)主要包括了調(diào)用子模塊對(duì)用戶進(jìn)行線性的輸入處理、硬件資源初始化和響應(yīng)用戶輸入等程序。

3.3 系統(tǒng)測(cè)試

本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)同一功能反復(fù)進(jìn)行一百次左右的測(cè)試操作，其結(jié)果如下：

首先針對(duì)語音識(shí)別模塊的測(cè)試數(shù)據(jù)，當(dāng)測(cè)試環(huán)境為低噪聲環(huán)境（<50dB）時(shí)，成功次數(shù)達(dá)99次，失敗次數(shù)僅為1次，即成功率為99%；當(dāng)噪聲環(huán)境為噪聲環(huán)境（60dB～70dB） 時(shí)，成功次數(shù)為97次，失敗次數(shù)為3次，即成功率為97%。其次針對(duì)報(bào)警模塊的測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試方法選擇的是語音控制法，成功次數(shù)為100，失敗次數(shù)為0，即成功率為100%。最后針對(duì)圖像識(shí)別模塊的測(cè)試數(shù)據(jù)，當(dāng)測(cè)試距離為1cm時(shí)，成功次數(shù)為100次，失敗次數(shù)為0次，即成功率為100%；當(dāng)測(cè)試距離為10cm時(shí)，成功次數(shù)為99次，失敗次數(shù)為1次，即成功率為99%；當(dāng)測(cè)試距離為25cm時(shí)，成功次數(shù)為95次，失敗次數(shù)為5次，即成功率為95%。

從上述測(cè)試結(jié)果中反映出的情況可知，當(dāng)噪聲在70dB以下，且和使用者的距離在25cm以下時(shí)，該種新型語音識(shí)別智能鎖可以準(zhǔn)確的識(shí)別出用戶語音內(nèi)容，并在圖像識(shí)別技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用下驗(yàn)證用戶身份，確保其是在合法情況下使用該功能。

結(jié)論

綜上所述，基于日常防盜安全標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，通過語音互動(dòng)加載模塊的應(yīng)用可鎖定用戶聲音，并在語音識(shí)別功能的利用下，實(shí)現(xiàn)聲控功能，準(zhǔn)確分析與處理用戶信息，確保其在安全環(huán)境下使用該功能。且本文通過一系列系統(tǒng)測(cè)試，進(jìn)一步驗(yàn)證了這一功能安全應(yīng)用效果，如此便為人們安全、快捷的應(yīng)用這一功能提供了條件。

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