畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯-基于ARM2103的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于ARM2103的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 主要內(nèi)容 畢業(yè)設(shè)計(jì)課題1畢業(yè)設(shè)計(jì)方案2畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)果3設(shè)計(jì)課題 學(xué)習(xí)語(yǔ)音識(shí)別的根底原理和方法，設(shè)計(jì)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)?；贏RM2103，設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)能夠采集聲音，存儲(chǔ)聲音片段，編程語(yǔ)音識(shí)別算法的程序，能夠識(shí)別簡(jiǎn)單的語(yǔ)音信號(hào)，如“前進(jìn)、“后退、“停等。并且進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證語(yǔ)音識(shí)別算法的有效性。 設(shè)計(jì)方案 一、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 二、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 按照設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)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(jì)中我們利用ARM2103上自帶的4個(gè)LED燈來分別表示“前進(jìn)、“后退

2、“左轉(zhuǎn)“右轉(zhuǎn)四個(gè)指令。 硬件系統(tǒng)原理框圖 語(yǔ)音信號(hào)麥克風(fēng)采集ARM2103處理5V電源放大電路LED燈亮滅聲音采集系統(tǒng) 語(yǔ)音信號(hào)由麥克接收后，經(jīng)過前置的兩級(jí)放大電路將語(yǔ)音信號(hào)放大約100-200倍，才能變成ARM單片機(jī)可以檢測(cè)到的電壓信號(hào)，然后信號(hào)經(jīng)過功率放大電路后連接到ARM的A/D轉(zhuǎn)換端口進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)采集。 語(yǔ)音信號(hào)放大電路 前置放大電路我們采用兩級(jí)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(yǔ)音信號(hào)。由于此放大電路是由單電源供電，我們使用R4-R7是為L(zhǎng)M324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(yǔ)音信號(hào)與模版信號(hào)匹配后對(duì)輸入的語(yǔ)音指令進(jìn)行識(shí)別，我們我們利用ARM2103自帶的LED燈顯示指令是否被識(shí)別。顯示電路采用了灌電流的方式來驅(qū)動(dòng)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(dòng)方式可以保證LED發(fā)光。 語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括

4、語(yǔ)音信號(hào)預(yù)處理、特征提取與模板匹配三個(gè)方面。 軟件系統(tǒng)流程圖 語(yǔ)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(dòng)作輸出語(yǔ)音識(shí)別流程 我們首先采集模板語(yǔ)音信號(hào)，采集后的語(yǔ)音信號(hào)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(jìn)而求取倒譜系數(shù)。 我們將模板信號(hào)保存到ARM2103處理器中，采用麥克風(fēng)輸入語(yǔ)音信號(hào)，輸入的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過過零率判斷其是否有效，有效后進(jìn)行預(yù)處理求出倒譜系數(shù)，采用DTW算法進(jìn)行模板匹配，進(jìn)而控制LED燈的亮滅。 LPC系數(shù)求取公式：求出后對(duì)其求取對(duì)數(shù)功率譜。LPCC系數(shù)求取方法是對(duì)LPC系數(shù)的對(duì)數(shù)進(jìn)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(shí)間規(guī)整與距離測(cè)度的計(jì)算結(jié)合在一起的一種非線性的規(guī)整技術(shù)，是把測(cè)試的矢量時(shí)間軸采用非線性算法與參考模板進(jìn)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(dòng)尋找最近的路徑，并且利用此路徑將兩個(gè)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(diǎn)檢測(cè)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(gè)采樣點(diǎn)，當(dāng)100個(gè)采樣點(diǎn)中，有計(jì)算得到的過零率zerozer的時(shí)候即認(rèn)為語(yǔ)音信號(hào)為有效值，開始采集并保存數(shù)據(jù)。其中的datai為存儲(chǔ)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(jì)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(chǔ)模板和識(shí)別信號(hào)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(jì)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(jì)結(jié)論 經(jīng)過3個(gè)月的努力，我根本掌握了利用單片機(jī)ARM2103進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)開發(fā)的主要步驟，根本掌握了語(yǔ)