畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯-基于ARM2103的語音識別系統(tǒng)設(shè)計

1、基于ARM2103的語音識別系統(tǒng)設(shè)計自動化與電氣工程學院 主要內(nèi)容 畢業(yè)設(shè)計課題1畢業(yè)設(shè)計方案2畢業(yè)設(shè)計結(jié)果3設(shè)計課題 學習語音識別的根底原理和方法，設(shè)計語音識別系統(tǒng)。基于ARM2103，設(shè)計硬件系統(tǒng)能夠采集聲音，存儲聲音片段，編程語音識別算法的程序，能夠識別簡單的語音信號，如“前進、“后退、“停等。并且進行實驗，驗證語音識別算法的有效性。 設(shè)計方案 一、語音識別系統(tǒng)的硬件設(shè)計 二、語音識別系統(tǒng)的軟件設(shè)計 語音識別系統(tǒng)的硬件設(shè)計 按照設(shè)計要求，本設(shè)計課題的硬件系統(tǒng)包括聲音采集系統(tǒng)、中央處理系統(tǒng)ARM2103與輸出顯示系統(tǒng)。設(shè)計中我們利用ARM2103上自帶的4個LED燈來分別表示“前進、“后退

2、“左轉(zhuǎn)“右轉(zhuǎn)四個指令。 硬件系統(tǒng)原理框圖 語音信號麥克風采集ARM2103處理5V電源放大電路LED燈亮滅聲音采集系統(tǒng) 語音信號由麥克接收后，經(jīng)過前置的兩級放大電路將語音信號放大約100-200倍，才能變成ARM單片機可以檢測到的電壓信號，然后信號經(jīng)過功率放大電路后連接到ARM的A/D轉(zhuǎn)換端口進行語音信號采集。 語音信號放大電路 前置放大電路我們采用兩級的LM324放大，通過改變C1、C2的值我們可以用來采集不同頻率的語音信號。由于此放大電路是由單電源供電，我們使用R4-R7是為LM324提供了參考電壓，使之可以工作在正常的范圍內(nèi)。R1、R2是輸入電阻，最后的電阻為輸出電阻。 功率放大電路 功

3、率放大電路是用LM386組成的OTL功率放大電路，Rp1為音量調(diào)節(jié)電位器，C1為旁路電容，電位器Rp2和C2構(gòu)成增益調(diào)節(jié)電路，Rp2越小，增益越大，最大增益為46Db,C3為濾波電容，濾掉電源的高頻成分，R和C4串聯(lián)組成校正網(wǎng)路，防止電路自激。C5為耦合電容，電源從6腳輸入，2、4腳接地。 輸出顯示系統(tǒng) 語音信號與模版信號匹配后對輸入的語音指令進行識別，我們我們利用ARM2103自帶的LED燈顯示指令是否被識別。顯示電路采用了灌電流的方式來驅(qū)動發(fā)光二極管，由于微控制器LPC2103I/O口提供的灌電流大于其拉電流，采用此驅(qū)動方式可以保證LED發(fā)光。 語音識別系統(tǒng)的軟件設(shè)計 軟件系統(tǒng)設(shè)計主要包括

4、語音信號預(yù)處理、特征提取與模板匹配三個方面。 軟件系統(tǒng)流程圖 語音采集是否有效預(yù)加重分幀處理窗化處理LPC系數(shù)DTW算法倒譜系數(shù)模板匹配動作輸出語音識別流程 我們首先采集模板語音信號，采集后的語音信號經(jīng)過預(yù)處理預(yù)加重、分幀處理、窗化處理后求取LPC系數(shù)，進而求取倒譜系數(shù)。 我們將模板信號保存到ARM2103處理器中，采用麥克風輸入語音信號，輸入的語音信號經(jīng)過過零率判斷其是否有效，有效后進行預(yù)處理求出倒譜系數(shù)，采用DTW算法進行模板匹配，進而控制LED燈的亮滅。 LPC系數(shù)求取公式：求出后對其求取對數(shù)功率譜。LPCC系數(shù)求取方法是對LPC系數(shù)的對數(shù)進行傅里葉反變換，或者使用聲道系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H(

5、z)求取。 LPCC系數(shù)求取主要步驟 DTW算法是將時間規(guī)整與距離測度的計算結(jié)合在一起的一種非線性的規(guī)整技術(shù)，是把測試的矢量時間軸采用非線性算法與參考模板進行匹配，函數(shù)滿足以下公式： DTW算法是采用局部最正確化處理自動尋找最近的路徑，并且利用此路徑將兩個互相參考的特征矢量間的累積失真最小化。 DTW算法主要程序端點檢測程序： 其中的zer為預(yù)設(shè)的過零率。首先循環(huán)的采集第一幀的100個采樣點，當100個采樣點中，有計算得到的過零率zerozer的時候即認為語音信號為有效值，開始采集并保存數(shù)據(jù)。其中的datai為存儲數(shù)據(jù)的數(shù)組。 while(zerozre) zero=0; for(i=0;i1

6、00;i+) AD0CR |= (1 24); while (AD0STAT & 0 x01) = 0); /* 讀取AD0STAT的通道0的Done */ AD0CR |= (1 6) & 0 x3FF; datai=temp; if(i0)n=(Abs(Sgn(datai)-Sgn(datai-1)/2; /*過零率計算 */ zero=zero+n; 主要程序倒譜系數(shù)算法： 求取得到的倒普系數(shù)我們保存在a數(shù)組中，并且在程序的開始我們定義了全局變量vc_cepstral120=0;mf_cepstral120=0;mb_cepstral120=0;用來存儲模板和識別信號的倒普系數(shù)。這樣方便

7、了我們后期程序?qū)?shù)組的調(diào)用。 for(i=0;i=cwnum;i+) for(j=0;j100;j+) finaldataj=uiali*100+j*Hanmingj;finaldataj=finaldataj/1000; for(l=0;l=Lp;l+) /計算 RpRl=0;for(j=0;j=99-l;j+) Rl=Rl+finaldataj*finaldataj+l; E0=R0; for(j=1;j=Lp;j+) result=0; for(l=1;l=j-1;l+)； result=result+(alfalj-1*R(j-l); if(Ej-1=0) Ej-1=1; kj=(Rj-result)/Ej-1/1000;alfajj=kj;for(l=1;l=j-1;l+)alfalj=alfalj-1-kj*alfaj-lj-1;Ej=(1-kj*kj)*Ej-1; for(j=1;j=Lp;j+) ai*Lp+j=alfajLp;畢業(yè)設(shè)計結(jié)論 經(jīng)過3個月的努力，我根本掌握了利用單片機ARM2103進行語音識別系統(tǒng)開發(fā)的主要步驟，根本掌握了語