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1、基于基于ARM2103的语音识别的语音识别系统设计系统设计自动化与电气工程学院自动化与电气工程学院 主要内容主要内容 毕业设计课题毕业设计课题1毕业设计方案毕业设计方案2毕业设计结果毕业设计结果3设计课题设计课题 学习语音识别的根底原理和方法，设计语音识别系统。基于ARM2103，设计硬件系统能够采集声音，存储声音片段，编程语音识别算法的程序，能够识别简单的语音信号，如“前进、“后退、“停等。并且进行实验，验证语音识别算法的有效性。设计方案设计方案一、语音识别系统的硬件设计一、语音识别系统的硬件设计二、语音识别系统的软件设计二、语音识别系统的软件设计 语音识别系统的硬件设计语音识别系统的硬件设
2、计按照设计要求，本设计课题的硬件系统按照设计要求，本设计课题的硬件系统包括声音采集系统、中央处理系统包括声音采集系统、中央处理系统ARM2103ARM2103与与输出显示系统。设计中我们利用输出显示系统。设计中我们利用ARM2103ARM2103上自带的上自带的4 4个个LEDLED灯来分别表示灯来分别表示“前进、前进、“后退后退“左转左转“右转四个指令。右转四个指令。硬件系统原理框图硬件系统原理框图 语音信号麦克风采集ARM2103处理5V电源放大电路LED灯亮灭声音采集系统声音采集系统 语音信号由麦克接收语音信号由麦克接收后后，经过，经过前置前置的的两级放大电路两级放大电路将语音信号放大约
3、将语音信号放大约100-200倍，倍，才能变成才能变成ARM单片机可单片机可以检测到的电压信号，以检测到的电压信号，然后信号经过然后信号经过功率放大电路功率放大电路后连后连接到接到ARM的的A/D转换端口进行语音信号采集。转换端口进行语音信号采集。语音信号放大电路语音信号放大电路 前置放大电路我们采用两级的前置放大电路我们采用两级的LM324LM324放大，通过改变放大，通过改变C1C1、C2C2的值我们可以用的值我们可以用来采集不同频率的语音信号。由于此放大电路是由单电源供电，我们使用来采集不同频率的语音信号。由于此放大电路是由单电源供电，我们使用R4-R4-R7R7是为是为LM324LM3
4、24提供了参考电压，使之可以工作在正常的范围内。提供了参考电压，使之可以工作在正常的范围内。R1R1、R2R2是输入是输入电阻，最后的电阻为输出电阻。电阻，最后的电阻为输出电阻。功率放大电路功率放大电路功率放大电路功率放大电路是用是用LM386组组成的成的OTL功率放大功率放大电电路，路，Rp1为为音量音量调节电调节电位器，位器，C1为为旁路旁路电电容，容，电电位器位器Rp2和和C2构成增益构成增益调节电调节电路，路，Rp2越小，增益越大越小，增益越大，最大增益，最大增益为为46Db,C3为滤为滤波波电电容，容，滤滤掉掉电电源的高源的高频频成分，成分，R和和C4串串联组联组成校正成校正网路，防
5、止网路，防止电路自激。电路自激。C5为耦合电容，电源从为耦合电容，电源从6脚输入，脚输入，2、4脚接地。脚接地。输出显示系统输出显示系统语音信号与模版信号匹配后对输入的语音指令进行识别，我们我们利用语音信号与模版信号匹配后对输入的语音指令进行识别，我们我们利用ARM2103自带的自带的LED灯显示指令是否被识别。显示电路采用了灌电流的方式来灯显示指令是否被识别。显示电路采用了灌电流的方式来驱动发光二极管，由于微控制器驱动发光二极管，由于微控制器LPC2103I/O口提供的灌电流大于其拉电流，采口提供的灌电流大于其拉电流，采用此驱动方式可以保证用此驱动方式可以保证LED发光。发光。语音识别系统的
6、软件设计语音识别系统的软件设计软件系统设计主要包括软件系统设计主要包括语音信号预处理语音信号预处理、特征提取特征提取与与模板匹配模板匹配三个方面。三个方面。软件系统流程图软件系统流程图 语音采集是否有效预加重分帧处理窗化处理LPC系数DTW算法倒谱系数模板匹配动作输出语音识别流程语音识别流程我们首先采集模板语音信号，采集后的语我们首先采集模板语音信号，采集后的语音信号经过预处理预加重、分帧处理、窗化处音信号经过预处理预加重、分帧处理、窗化处理后求取理后求取LPCLPC系数，进而求取倒谱系数。系数，进而求取倒谱系数。我们将模板信号保存到我们将模板信号保存到ARM2103ARM2103处理器中，处
7、理器中，采用麦克风输入语音信号，输入的语音信号经过采用麦克风输入语音信号，输入的语音信号经过过零率判断其是否有效，有效后进行预处理求出过零率判断其是否有效，有效后进行预处理求出倒谱系数，采用倒谱系数，采用DTWDTW算法进行模板匹配，进而控制算法进行模板匹配，进而控制LEDLED灯的亮灭。灯的亮灭。LPC系数求取公式：求出后对其求取对数功率谱。LPCC系数求取方法是对LPC系数的对数进行傅里叶反变换，或者使用声道系统的传递函数H H(z z)求取求取。LPCC系数求取主要步骤 DTW算法是将时间规整与距离测度的计算结合在一起的一种非线性的规整技术，是把测试的矢量时间轴采用非线性算法与参考模板进
8、行匹配，函数满足以下公式：DTW算法是采用局部最正确化处理自动寻找最近的路径，并且利用此路径将两个互相参考的特征矢量间的累积失真最小化。DTW算法主要程序主要程序端点检测程序：端点检测程序：其中的其中的其中的其中的zerzer为预设为预设为预设为预设的的的的过过过过零率。首先循零率。首先循零率。首先循零率。首先循环环环环的采集第一的采集第一的采集第一的采集第一帧帧帧帧的的的的100100个采个采个采个采样样样样点，当点，当点，当点，当100100个采个采个采个采样样样样点点点点中，有中，有中，有中，有计计计计算得到的算得到的算得到的算得到的过过过过零率零率零率零率zerozerzerozer的
9、的的的时时时时候即候即候即候即认为语认为语认为语认为语音信号音信号音信号音信号为为为为有效有效有效有效值值值值，开始采集并保存数据。，开始采集并保存数据。，开始采集并保存数据。，开始采集并保存数据。其中的其中的其中的其中的dataidatai为为为为存存存存储储储储数据的数数据的数数据的数数据的数组组组组。while(zerozre)while(zerozre)zero=0;zero=0;for(i=0;i100;i+)for(i=0;i100;i+)AD0CR|=(1 24);AD0CR|=(1 24);while(AD0STAT&0 x01)=0);/*while(AD0STAT&0 x0
10、1)=0);/*读取读取AD0STATAD0STAT的通道的通道0 0的的Done */Done */AD0CR|=(1 24);AD0CR|=(1 6)&0 x3FF;temp=(temp 6)&0 x3FF;datai=temp;datai=temp;if(i0)if(i0)n=(Abs(Sgn(datai)-Sgn(datai-1)/2;/*n=(Abs(Sgn(datai)-Sgn(datai-1)/2;/*过零率计算过零率计算*/*/zero=zero+n;zero=zero+n;主要程序主要程序倒谱系数算法：倒谱系数算法：求取求取求取求取得到的得到的得到的得到的倒普系数我们保存在倒
11、普系数我们保存在倒普系数我们保存在倒普系数我们保存在aaaa数组中，并且在程序的开始我们定义了数组中，并且在程序的开始我们定义了数组中，并且在程序的开始我们定义了数组中，并且在程序的开始我们定义了全局变全局变全局变全局变量量量量vc_cepstral120=0;mf_cepstral120=0;mb_cepstral120=0;vc_cepstral120=0;mf_cepstral120=0;mb_cepstral120=0;vc_cepstral120=0;mf_cepstral120=0;mb_cepstral120=0;vc_cepstral120=0;mf_cepstral120=0
12、;mb_cepstral120=0;用来存用来存用来存用来存储模板和识别信号的倒普系数。这样方便了我们储模板和识别信号的倒普系数。这样方便了我们储模板和识别信号的倒普系数。这样方便了我们储模板和识别信号的倒普系数。这样方便了我们后期后期后期后期程序对数组的调用。程序对数组的调用。程序对数组的调用。程序对数组的调用。for(i=0;i=cwnum;i+)for(i=0;i=cwnum;i+)for(j=0;j100;j+)for(j=0;j100;j+)finaldataj=uiali*100+j*Hanmingj;finaldataj=uiali*100+j*Hanmingj;finaldat
13、aj=finaldataj/1000;finaldataj=finaldataj/1000;for(l=0;l=Lp;l+)for(l=0;l=Lp;l+)/计算计算 Rp Rp Rl=0;Rl=0;for(j=0;j=99-l;j+)for(j=0;j=99-l;j+)Rl=Rl+finaldataj*finaldataj+l;Rl=Rl+finaldataj*finaldataj+l;E0=R0;E0=R0;for(j=1;j=Lp;j+)for(j=1;j=Lp;j+)result=0;result=0;for(l=1;l=j-1;l+)for(l=1;l=j-1;l+)；result=
14、result+(alfalj-1*R(j-l);result=result+(alfalj-1*R(j-l);if(Ej-1=0)if(Ej-1=0)Ej-1=1;Ej-1=1;kj=(Rj-result)/Ej-1/1000;kj=(Rj-result)/Ej-1/1000;alfajj=kj;alfajj=kj;for(l=1;l=j-1;l+)for(l=1;l=j-1;l+)alfalj=alfalj-1-kj*alfaj-lj-1;alfalj=alfalj-1-kj*alfaj-lj-1;Ej=(1-kj*kj)*Ej-1;Ej=(1-kj*kj)*Ej-1;for(j=1;j=L
15、p;j+)for(j=1;j=Lp;j+)ai*Lp+j=alfajLp;ai*Lp+j=alfajLp;毕业设计结论毕业设计结论经过经过3 3个月的努力，我根本掌握了利用单个月的努力，我根本掌握了利用单片机片机ARM2103ARM2103进行语音识别系统开发的主要步骤，进行语音识别系统开发的主要步骤，根本掌握了语音信号的预处理、倒谱系数求取、根本掌握了语音信号的预处理、倒谱系数求取、利用利用DTWDTW算法进行模板匹配、语音及功率放大电路算法进行模板匹配、语音及功率放大电路的原理、利用的原理、利用TKStudioTKStudio编写程序、利用编写程序、利用H-FlasherH-Flasher烧写程序等，但是由于程序的烧写存在的问题导烧写程序等，但是由于程序的烧写存在的问题导致程序没有成功移植到致程序没有成功移植到ARMARM单片机中。单片机中。谢谢各位评委老师的的评阅谢谢各位评委老师的的评阅
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