摘 要： 通過(guò)對(duì)語(yǔ)音識(shí)別原理的系統(tǒng)分析,，結(jié)合特定人語(yǔ)音識(shí)別的具體情況，研究了動(dòng)態(tài)規(guī)整算法（DTW）,，應(yīng)用凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī),，實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)時(shí)語(yǔ)音識(shí)別的門禁系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。試驗(yàn)表明,，在1.3 s內(nèi),，系統(tǒng)誤差率低于8%,。該系統(tǒng)可應(yīng)用于現(xiàn)代建筑的電子門鎖類產(chǎn)品中，對(duì)實(shí)現(xiàn)智能化控制具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值,。
關(guān)鍵詞： 語(yǔ)音識(shí)別,；智能門禁；DTW,；SPCE061A
隨著社會(huì)的發(fā)展,，無(wú)論在企業(yè)還是民宅中，人們對(duì)門禁系統(tǒng)的使用越來(lái)越廣泛,。然而傳統(tǒng)門禁無(wú)法滿足各種使用場(chǎng)合的復(fù)雜性和智能性,，于是綜合應(yīng)用語(yǔ)音識(shí)別、指紋識(shí)別,、虹膜識(shí)別,、紅外感應(yīng)等最新生物識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)廣泛吸引了人們的注意，并將逐步成為門禁系統(tǒng)發(fā)展的主流與趨勢(shì)[1],。
本文提出了基于高性價(jià)比的凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī),，以16位的μ′nSP為主控芯片，通過(guò)添加部分外圍元件,，即可搭建一個(gè)經(jīng)濟(jì)的,、功能相對(duì)完善的智能實(shí)時(shí)語(yǔ)音門禁系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有成本低,、功耗低等優(yōu)點(diǎn),，是一種安全有效、有市場(chǎng)價(jià)值的門禁系統(tǒng)解決方案,。
1 語(yǔ)音識(shí)別的基本原理
語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)就是對(duì)不同說(shuō)話人的不同說(shuō)話內(nèi)容進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別,，其本質(zhì)是屬于模式識(shí)別的范疇。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示,。從圖中可以看出,，識(shí)別結(jié)果的正確與否與模式匹配息息相關(guān)。計(jì)算機(jī)首先從特定人處取得語(yǔ)音信號(hào)并訓(xùn)練制作成語(yǔ)音的特征模型庫(kù),。當(dāng)系統(tǒng)需要進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別時(shí),，對(duì)新輸入的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行分析，抽取其語(yǔ)音特征參數(shù),。通過(guò)與語(yǔ)音系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的特征模型進(jìn)行對(duì)比,，在一些特定的搜索和匹配策略下尋找最優(yōu)的匹配模板。通過(guò)查表系統(tǒng)就能給出語(yǔ)音識(shí)別的結(jié)果,。其主要步驟分為：預(yù)處理,、特征參數(shù)提取、語(yǔ)音的訓(xùn)練與識(shí)別。
在進(jìn)行語(yǔ)音的預(yù)處理以及特征參數(shù)的提取之后,，就要運(yùn)用某種識(shí)別方法辨識(shí)出測(cè)試的說(shuō)話人,，說(shuō)話人識(shí)別算法部分是整個(gè)說(shuō)話人識(shí)別處理流程中最核心的一環(huán)，直接決定著系統(tǒng)的識(shí)別性能[2],。主要任務(wù)是將預(yù)處理后的所有需要辨識(shí)的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)的提取,，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練形成參考模板庫(kù)，然后將某個(gè)特定的需要識(shí)別的說(shuō)話人的語(yǔ)音以同樣的方法得到其測(cè)試模板,，最后用此模板與庫(kù)中的模板進(jìn)行模式匹配,，以達(dá)到識(shí)別的目的。常用的識(shí)別算法有矢量量化VQ（Vector Quantization）,、動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整法DTW（Dynamic Time Warping）,、隱馬可夫模型HMM（Hidden Markov Model）和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN（Artificial Neural Networks）等[3]。
2 語(yǔ)音門禁系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
圖2為系統(tǒng)總體的硬件設(shè)計(jì)框圖,，系統(tǒng)主控制模塊以凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)為核心部件,，麥克風(fēng)輸入模塊采集語(yǔ)音聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)，采樣調(diào)理電路對(duì)電信號(hào)進(jìn)行濾波,，去除噪聲干擾,。通過(guò)單片機(jī)自帶的AD采集模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)說(shuō)話人識(shí)別確認(rèn)的功能。輸出部分采用兩路輸出的形式,。一路輸出為揚(yáng)聲器模塊,，可以語(yǔ)音播報(bào)識(shí)別的結(jié)果信息；另一路輸出為電子門鎖驅(qū)動(dòng)模塊,，驅(qū)動(dòng)門鎖的開(kāi)合,。
3.2 軟件流程
本系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)使用了凌陽(yáng)公司的μ′nSP IDE集成開(kāi)發(fā)平臺(tái),這個(gè)高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境支持匯編與C語(yǔ)言的混合編寫，還支持編譯,、鏈接等功能,，集成了調(diào)試和實(shí)時(shí)分析等實(shí)用功能，為開(kāi)發(fā)提供了便利,。
語(yǔ)音識(shí)別門禁系統(tǒng)的軟件總體流程如圖3所示,。本程序分為3個(gè)模塊，分別為中斷模塊,、訓(xùn)練模塊和識(shí)別模塊,。
首先獲取語(yǔ)音信息，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換,、預(yù)加重,、自動(dòng)增益等處理后根據(jù)中斷類別進(jìn)入訓(xùn)練或者識(shí)別模塊。訓(xùn)練模塊將經(jīng)過(guò)處理的語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)特征提取,，存入語(yǔ)音特征模型庫(kù),。而識(shí)別模塊通過(guò)改進(jìn)識(shí)別算法將輸入語(yǔ)音信號(hào)的特征與訓(xùn)練后語(yǔ)音特征模型庫(kù)進(jìn)行對(duì)比分析。
4 試驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論
本文實(shí)現(xiàn)的基于SPCE061A的實(shí)時(shí)語(yǔ)音識(shí)別門禁系統(tǒng)具有識(shí)別特定人條件下短時(shí)語(yǔ)音的功能,。樣機(jī)經(jīng)過(guò)測(cè)試,，對(duì)特定人進(jìn)行語(yǔ)音采樣和辨識(shí)訓(xùn)練后，對(duì)100次語(yǔ)音輸入訪問(wèn)測(cè)試,，正確通過(guò)為93次,，識(shí)別率達(dá)到93%；樣本有效但拒絕訪問(wèn)請(qǐng)求7次,，拒識(shí)率為7%,，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。
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