实时语音识别系统在家庭监护机器人的实现

和 处理 隐马可 夫模 型 （ ＨＭＭ ）的 实 验 工 具 包 四 由英 国 剑 桥 ｓ ，
大 学 工 程 系 （ ａ ｒ ｇ ｎｖ ｒ ｔ Ｅ ｇ ｅ ｒ ｇ Ｄ ｐ ｒ ｅ ｔ Ｃ ｍｂ ｄ ｅ Ｕ ｉ ｓ ｙ ｎ ｉ ｅ ｎ ｅ ａｔ ｎ ， ｉ ｅ ｉ ｎ ｉ ｍ
１ 语 音 识 别 算 法 处理 器 选择 ） 根 据 系统 设 计 功 能 的要 求 ， 目前 常用 的 语音 识 别 芯 片 种
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ ｐ ｅｃ ｒ ｃ ｇ ｔｏ ｙ ｗ ｒ ：ｓ ｅ ｈ ｅ ｏ ｎｉ ｎ；ｈ ｍ ｅ ｃ ｒ ｂｏ ；ＡＴ ；ｒ ａ －ｉ ｙ ｔ ｍ ｉ ｏ ａｅ ｒ ｏ ｔ Ｋ ｅ ｌｔｍｅ ｓ ｓｅ
语 音 是 人 类 最 常 用 的 交 流 方 式 。 是 人 类 和 计 算 机 交 流 也 最 渴 望 的 方 式 口 因此 用 语 音 同 计 算 机 交 流 也 成 为 了 最 近 研 １ 。 究 的 热 点 ． 算 机 对 语 音 的 理 解 是 计 算 机 科 学 中 的一 个 引 人 计 人 胜 的 、 有 挑 战 性 的课 题 ［ 富 ２ １ 。 进入 ９ ０年 代 ， 着 多媒 体 时 代 的 来 临 ， 切 要 求 语 音 识 随 迫 别 系 统 从 实 验 室 走 向 实 用 。许 多 发 达 国家 如 美 国 、 日本 、 国 韩
了 系统 的 软 件 硬 件 设 计 的 正确 性 。
关键 词 ： 音 处 理 ；家庭 机 器人 ； Ｔ 语 Ａ Ｋ；实 时 系统
中 图 分 类 号 ：Ｉ ２ ２ Ｐ ４
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１７ — ２６ ２ １ ）７ ０ ３ — ３ ６４ ６ ３ （０ ２ ０ — １２ ０
Ｖ Ｖ 一５
＿
算 法 运 算 的处 理 器 主 要 负 责算 法 的 运 算 处 理 ， 当 于 机 器 人 相 的 大 脑 ； 音 采 集 电路 负 责 采 集 外 部 的 声 音 信 号 ， 当 于 机 语 相
器 人 的 耳 朵 ； 音 输 出 电 路 负 责 输 出话 语 声 音 ， 当 于 机 器 语 相 人 的嘴巴。
ｒ ａ ｉｅ ｔ ｅ ｒ ａ－ ｍｅ ｓ ｅ ｃ ｅ ｏ ｎ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｉ Ｉ ｈ ａ ｄ ｒ ｓ ｅ ｔ ｕ ｏ ｗａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｅ ｃ ｅ ｏ ｎ ｔ ｎ ｅ ｚ ｈ ｅ ｌ ｉ ｐ ｅ ｈ ｒ ｃ ｇ ｉ ｏ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ ＡＴ Ｃ ｎ ｔ ｅ ｈ ｒ ｗａ ｅ ａ ｐ ｃ ，ｐ ｔｆｒ ｒ ｈ ｐ ｅ ｈ ｒ ｃ ｇ ｉ ｏ ｌ ｔ ｉ ｉ
以 及 Ｉ Ｍ、 ｐ ｌ 、 Ｔ 、 Ｔ Ｂ Ａ ｐｅ Ａ ＆Ｔ Ｎ ｒ等 著 名 公 司 都 为 语 音 识 别 系 统 的 实 用 化 开 发 研 究 投 以 巨 资 。Ｉ Ｍ 公 司于 １ ９ Ｂ ９ ７年 开 发 出汉
听 写 系 统 和 汉 语 语 音 人 机 对 话 系 统 。 字 准 确 率 或 系 统 响 应 其 率 可 达 ９ ％以 上 Ｏ 。鉴 于 中 国 未 来 庞 大 的市 场 ， 外 也 非 常 重 国 视 汉 语 语 音 识 别 的 研 究 。美 国 、 加 坡 等 地 聚 集 了一 批 来 自 新
Ａ ｅ ｌｔｍ ｅ ｓ ｅ ｈ ｒ ｃ ｇ ｉｉ ｎ ｓ ｓｅ ｎ ｈｏ ｅ ｃ ｒ ｏ ｔ ｒ ａ ・ｉ ｐｅ ｃ ｅ ｏ ｎ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｍ ａ ｅ ｒ ｂｏ
Ｇ ＵＯ ｈ — ｉ ｎ Ｚ ｉ ａ ｇ，ＸＵ Ｌ — ａ ｑ ｉ ｎ
（ ｈ ｈ ｉｃ Ｚ ｕ ａ ０
行 动 不 方 便 人 员 的机 器 人 。为 实 现 该 语 音 识 别 系 统 ， 计 了 设
语 音 识 别 系 统 总 体 结 构 框 图 ， 图 １所 示 。 如
品． 如美 国 Ｖ Ｔ Ｐ Ｃ公 司 的 Ｖ ｉ ｒ ｉ ｒ 法 国 的 Ｐ ｒ ｔ 四 ｏｃ ｇ ｚ 和 ｅＯ ａ ｅ ｎ ａｒ 等 。 ｏ
语 Ｖａ ｏｃ 语 音 识 别 系统 ．次 年 又 开 发 出 可 以识 别 上 海 话 、 ｉ ｉ Ｖ ｅ
广 东 话 和 四 川 话 等 地 方 口音 的 语 音 识 别 系 统 Ｖ ａ ｏ ｅ ９ 。 ｉ ｉ ’ ８ Ｖ ｃ 目前 市 场 上 已经 出 现 了语 音 识别 电话 、 音 识 别 记 事 本 等 产 语
图 １ 系 统 总 体 结 构 框 图
Ｆｉ ．１ Ｏｖ ｒ ｌ ｔｕ ｔ ｒ ｆｓ ｓｅ ｇ ｅａ ｌｓｒ ｃ ｕ ｅ ｏ ｙ ｔ ｍ
基金项 目： 国家 自然科 学基 金 重 点 资助 项 目（０ ３０ ０ ； 林 大 学珠 海学 院 资 助 项 目（１ ６０ ５ ６ ６ ５ ５ １ ）吉 ４３０２５ ） 作 者 简 介 ： 志 强 （９ ０ ） 男 ， 东 湛 江人 ， 士 ， 程 师 。 研 究 方 向 ： 入 式 系统 、 号 与 信 息 处 理 。 郭 １８ 一 ， 广 硕 工 嵌 信
ｍｅｈ ｄ ａ ｄ ｆ ｗ ｈ ｒｏ ｒ ｇ ａ Ｏｌａ ｐ ｉａ ｉｎ ａ ｅ ｇ ｖ ｎ ｉ ａ ｌ ，ｄ ｅ ｓ ｅ ｃ ｃ ｇ ｉ ｏ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｙ ｓ ｍｅ ｐ ｒｏ ｔ ｏ ｎ ｏ ｃ ａ ｆｐ ｒ ｍ ｉ ｐ ｌ ｔ ｒ ｉ ｅ ．Ｆ ｎ ｌ ｌ ｏ ｃ ｏ ｙ ｏ ｔ ｐ ｅ ｈ ｒ ｏ ｔ ｎ ｅ ｐ ｒ ｎｓｂ ｏ ｅｓｎ ｈ ｅ ｎ ｉ ｉ
ｉ ｎｖ ｒｉ ｎ Ｕ ｉｅｓｔ ｙ，Ｚ ｕ ａ １ ０ ０，Ｃ ｉａ ｈ ｈ ｉ５ ９ ０ ｈｎ ）
Ａｂｔａ ｔＴ ｅｃｎｅｔ ｆｈｓ ａ ｅ ｅｃ ｂ ｓ ａｔ ｆｈ ｏ ｅｃｒ ｒｂ ｔ ｒ ｅｔ ｗ ｉ ｂｕ ｅｃ ｃｇｉｏ ｓ ｍ ｓ ｃ： ｈ ｏｔｎ ｉ ｐｐ ｒ ｓｒ ｅ ｐ ｒｏ ｅ ｍ ａｅ ｏ ｐｏ ｃ， ｈｃ ｉ ａｏ ｔｐ ｅｈｒ ｏｎ ｉｎｓ ｔ ． ｒ ｏｔ ｄ ｉ ａ ｔ ｈ ｏ ｊ ｈｓ ｓ ｅ ｔ ｙｅ
我 国 语 音 识 别 研 究 工 作 开 始 的 较 晚 。 近 年 来 发 展 得 很 但
快 ， 直 紧 跟 国 际水 平 ， 家 也 很 重 视 ， 把 大 词 汇 量 语 音 识 一 国 并
别 的 研 究 列 入 “６ ” 划 。 中 科 院 声 学 所 、 ８３计 由 自动 化 所 、 华 清
电源稳压电路 ｈ—叫Ａ 转换电路 Ｈ Ｄ 麦宽风
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１２ 软 件 设 计 ．
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ｓ ｏ ｅ ａ ｄ ｒ ｃ ｇ ｉ ｏ ａ ｅｉ ｒ ａ ４ ６ ％ ，Ｓ ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｉ ｃ ｔ ｎ ｏ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ｅ ｓｏ ｅ ｓ ｓｅ ｄ ｓｇ ｎ ｐ ｋ ｎ， ｎ ｅ ｏ ｎ ｔ ｎ ｒ ｔ ｓｍｏ ｅ ｔ ｎ ９ ．７ ｉ ｈ Ｏｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ｒ ａｉ ｆ ｈ ｏｒ ｃｎ ｓ ｆ ｈ ｙ ｔｍ ｅ ｉｎ ｏ ｖ ｆ ｉ ｏ ｔ ｔ ｓ ｆ ａ ｅ ａ ｄｈ ｒ ｗａ ｅ ｏｔ ｒ ｎ ａ ｄ ｒ ． ｗ
大 陆 、 湾 、 港 等 地 的学 者 ， 究 成 果 已 达 到 相 当 高 水 平 。 台 香 研
１ 系统 设 计
文 中 是 家 庭 监 护 机 器 人 项 目中 的 语 音 识 别 系 统 设 计 部 分 ． 计 目 的 是 设 计 出 一 种 可 以识 别 语 音 的 、 助 监 护 家 庭 设 协
计 。 硬 件 方 面 。 出语 音识 别 系统 的 硬 件 组 成 原 理 ， 提 供 了 关键 部 分 原 理 图 ； 软 件 方 面 ， 出 实 时语 音 识 别 的 方 在 给 并 在 提 法 ， 出应 用程 序 实现 流 程 。最后 通 过 真人 说 话 来 进 行 语 音 识 别 实验 ， 时语 音 识 别 率 达 到 了 ９ ．７ ｖ ， 给 实 ４６ ％ ｘ上 实验 验 证
大 学 电 子 工 程 系 及 北 京 大 学 等 单 位 研 究 开 发 。 得 了 高 水 平 取 的 科 研 成 果 ． 中 科 院 自动 化 所 研 制 的 非 特 定 人 、 续 语 音 如 连
收 稿 日期 ： ０ ２ ０ — ８ ２ １— ２ １ 稿 件 编 号 ：０ ２ ２ ８ ２ １０ ０ ７
图 ３ 语 音 输 入 原 理 图
Ｆ ｇ Ｖｏｃ ｎ ｕ ｃ ｅ ｔｃ ｉ ．３ ｉ ｅ ｉ ｐ ｔｓ ｈ ｍａ ｉ
Ｈ Ｋ （ ｄ ｅ ａｋ ｖＭｏｅ Ｔ ｏ ｉ Ｔ ＨｉｄｎＭ ｒｏ ｄｌ ｏｌ ｔ 一 套 专 门的 建 立 ｋ ）是
图 ２ 系统 硬 件 结 构 图
Ｆｉ． Ｓｒ ｃｕｅｄｉｇ ａ ｏ ｈ ａｄ ｒ ｙ ｔｍ ｇ２ ｔｕ ｔｒ ａＴ ｍ ｆｔ ｅｈ ｒ ｗａ ｅｓ ｓｅ
－
１ ２－ ３
郭志 强 ， 等 实 时语 音识 别 系统 在 家庭监 护机 器人 的 实现
１１ 硬 件 设 计 ．
文 中 所 研 究 和设 计 的 功 能 。都 是 应 用 ： 动 机 器 人 上 在移 的 。因而 系统 的研 究 设 计 需 要 考 虑 到 体 积 小 、 电 、 于 移 动 省 便 的特 性 ， 需 具 有 便 于 家 庭 用 户 操 作 的友 好 显 示 界 面 。 对 于 并 语 音 识 别 部 分 ，需 要 用 到 用 于 语 音 识 别 算 法 处 理 的处 理 器 、 语 音 采 集 电路 和 语 音 输 出 电路 ， 图 ２所 示 。其 中 语 音 识 别 如
Ｂ ｓｎ ｅ Ｄ Ｐ，ＤＭＡ ａ ｄ ＡＲＭ ｏ ｅ － ａ ａｌ ｌ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ａ ｓ ｓｎ ｏ ｂ ｅ ｂ ｆｅ ｎ ｔ ｏ ｎ ｍｂ ｄ ｅ ｉ ｕ ｙｕ ｉｇ ｔ Ｓ ｈ ｎ Ｃ ｒ ｘＡ８ ｐ ｒｌ ｏ ｅ ｓｎ ， ｌｏ ｕ ｉ ｇｄ ｕ ｌ ｕ ｔ ｇｍｅ ｄ ａ ｄ ｅ ｅ ｄ ｄ Ｌ ｎ ｘ ｔ ｔ ｅ ｐ ｉ ｈ ｏ
第 ２ ０卷 第 ７期
Ｖｏ Ｉ０ ｌ２ Ｎｏ． ７
电子 设计 工程
Ｅｌｃ ｒ ｎｉ ｓｇ ｅ ｔｏ ｃ Ｄｅ ｉ ｎ Ｅｎｇｎ ｅ ｉ ｉ ｅ ｒｎｇ
２１ ０ ２年 ４月
ＡＤ ．２ ２ ｒ ０１
实 时语音识别 系统在 家 庭监护机 器人 的实现
郭志 强 ，徐 丽娜
（ 吉林 大 学 珠 海 学 院 ，广 东 珠 海 ５ ９ ０ ） １０ ０ 摘 要 ： 中 阐 述 的 是 家庭 监 护 机 器 人 项 目 中语 音 识 别 系 统设 计 的 部 分 。 过 Ｄ Ｐ Ｄ 文 通 Ｓ 、 ＭＡ 和 Ａ Ｍ Ｃ ｄ ｘ Ａ８的 并 行 处 Ｒ ｏ ｅ— 理 ． 用 双 缓 冲 的 方 法 ． 嵌 入 式 Ｌｎ ｘ上 实现 了基 于 Ａ Ｋ 的 实 时 语 音 识 别 系统 。 文 中对 该 系统 的 软 硬 件 进 行 了设 利 在 ｉｕ Ｔ