基于嵌入式Linux的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)

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(yǔ)音識(shí)別芯片LD3320，進(jìn)行了語(yǔ)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(yǔ)音識(shí)別芯片、超聲波測(cè)距和云臺(tái)的控制，并將語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于多角度超聲波測(cè)距系統(tǒng)中。通過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)可以通過(guò)識(shí)別語(yǔ)音指令控制測(cè)量方向，無(wú)需手動(dòng)干預(yù)，最后將測(cè)量結(jié)果通過(guò)語(yǔ)音播放出來(lái)。

1．引言

語(yǔ)言是人類(lèi)傳播信息的重要手段，語(yǔ)音識(shí)別則是實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制的關(guān)鍵技術(shù)。采用嵌入式語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)使得設(shè)備具有功耗低、使用簡(jiǎn)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(yǔ)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(guò)程中，都必須對(duì)輸入語(yǔ)音進(jìn)行預(yù)處理和特征提取。訓(xùn)練階段通過(guò)用戶輸入的若干次訓(xùn)練語(yǔ)音，經(jīng)過(guò)預(yù)處理和特征提取后得到特征參數(shù)，最后通過(guò)特征參數(shù)建模，進(jìn)而建立訓(xùn)練語(yǔ)音的參考模型庫(kù)。而識(shí)別階段是將輸入語(yǔ)音的特征矢量參數(shù)和參考模型庫(kù)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(yǔ)音識(shí)別目的，如圖1 所示。

圖1 語(yǔ)音識(shí)別原理框圖

語(yǔ)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(yǔ)音進(jìn)行采集訓(xùn)練，識(shí)別對(duì)象為專門(mén)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(yǔ)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(kāi)發(fā)嵌入式語(yǔ)音識(shí)別有兩種實(shí)現(xiàn)方式：調(diào)入嵌入式語(yǔ)音開(kāi)發(fā)包和外擴(kuò)語(yǔ)音識(shí)別芯片。本文的語(yǔ)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(yǔ)音識(shí)別芯片LD3320，并將超聲波測(cè)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(cè)量過(guò)程如下：首先根據(jù)語(yǔ)音指令控制兩自由度云臺(tái)的位姿，使超聲波探測(cè)器指向特定方向，然后開(kāi)啟超聲波探測(cè)器，測(cè)量出前方障礙物距離，最后將測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)化為可以播放的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，通過(guò)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(yǔ)音識(shí)別部分、主控部分、超聲波測(cè)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(guò)SPI 總線完成對(duì)語(yǔ)音識(shí)別模塊的讀寫(xiě)操作，超聲波測(cè)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