語音識(shí)別系統(tǒng)硬軟件方案分析

該設(shè)計(jì)運(yùn)用三星公司的S3C2440，結(jié)合ICRoute公司的高性能語音識(shí)別芯片LD3320，進(jìn)行了語音識(shí)別系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，運(yùn)用多進(jìn)程機(jī)制完成了對(duì)語音識(shí)別芯片、超聲波測距和云臺(tái)的控制，并將語音識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于多角度超聲波測距系統(tǒng)中。通過測試，系統(tǒng)可以通過識(shí)別語音指令控制測量方向，無需手動(dòng)干預(yù)，最后將測量結(jié)果通過語音播放出來。
　　1.引言
　　語言是人類傳播信息的重要手段，語音識(shí)別則是實(shí)現(xiàn)語音控制的關(guān)鍵技術(shù)。采用嵌入式語音識(shí)別技術(shù)使得設(shè)備具有功耗低、使用簡便、靈活等優(yōu)點(diǎn)，擺脫了復(fù)雜按鍵和按鈕的困擾，在服務(wù)機(jī)器人、智能家居及消費(fèi)電子等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
　　2.系統(tǒng)構(gòu)成與原理
　　語音識(shí)別主要包括兩個(gè)階段：訓(xùn)練階段和識(shí)別階段。在訓(xùn)練或識(shí)別過程中，都必須對(duì)輸入語音進(jìn)行預(yù)處理和特征提取。訓(xùn)練階段通過用戶輸入的若干次訓(xùn)練語音，經(jīng)過預(yù)處理和特征提取后得到特征參數(shù)，最后通過特征參數(shù)建模，進(jìn)而建立訓(xùn)練語音的參考模型庫。而識(shí)別階段是將輸入語音的特征矢量參數(shù)和參考模型庫中的參考模型進(jìn)行相似性度量，然后把相似度最高的輸入特征矢量作為識(shí)別結(jié)果輸出，從而達(dá)到語音識(shí)別目的，如圖1所示。
　　
　　圖1語音識(shí)別原理框圖
　　語音識(shí)別技術(shù)可分為：特定人識(shí)別和非特定人識(shí)別兩種。特定人識(shí)別是指需要對(duì)待識(shí)別人的語音進(jìn)行采集訓(xùn)練，識(shí)別對(duì)象為專門的人；非特定人識(shí)別是指識(shí)別對(duì)象為大多數(shù)用戶，一般要采集多個(gè)人的語音進(jìn)行錄音、訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，從而達(dá)到較高的識(shí)別率。
　　在實(shí)際應(yīng)用中，現(xiàn)代技術(shù)開發(fā)嵌入式語音識(shí)別有兩種實(shí)現(xiàn)方式：調(diào)入嵌入式語音開發(fā)包和外擴(kuò)語音識(shí)別芯片。本文的語音識(shí)別系統(tǒng)方案是以嵌入式處理器S3C2440為核心，外擴(kuò)非特定人語音識(shí)別芯片LD3320，并將超聲波測距模塊和云臺(tái)相結(jié)合作為系統(tǒng)的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)測量過程如下：首先根據(jù)語音指令控制兩自由度云臺(tái)的位姿，使超聲波探測器指向特定方向，然后開啟超聲波探測器，測量出前方障礙物距離，最后將測量結(jié)果轉(zhuǎn)化為可以播放的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，通過LD3320的播放功能完成數(shù)據(jù)的播放。
　　3.硬件電路設(shè)計(jì)方案
　　硬件電路主要包括語音識(shí)別部分、主控部分、超聲波測距部分和舵機(jī)控制部分，如圖2所示。處理器為三星公司的S3C2440，系統(tǒng)主頻最高可達(dá)533 MHz，支持SPI、I2C、UART等接口，能夠滿足控制系統(tǒng)的需求。主控芯片S3C2440通過SPI總線完成對(duì)語音識(shí)別模塊的讀寫操作，超聲波測距部分和舵機(jī)控制部分由處理器的GPIO進(jìn)行統(tǒng)一控制。
　　
　　圖2硬件電路設(shè)計(jì)方案
　　3.1語音識(shí)別電路設(shè)計(jì)
　　為了使系統(tǒng)能夠識(shí)別操作人員發(fā)出的語音指令，設(shè)計(jì)中采用了由ICRoute公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的非特定人語音識(shí)別芯片LD3320，它集成了語音識(shí)別處理電路和一些外部電路，包括AD、DA轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、聲音輸出接口等，不需要外接任何的輔助芯片如Flash、RAM.在主控制器的控制下，可以識(shí)別出預(yù)先添加到識(shí)別列表中的內(nèi)容。設(shè)計(jì)中參考了ICRoute發(fā)布的LD3320數(shù)據(jù)手冊(cè)，圖中LD3320的P0、P1、P2引腳通過SPI接口與嵌入式處理器相接，控制信號(hào)WRB、CSB、RSTB以及中斷返回信號(hào)引腳INTB與處理器S3C2440直接相連