【正文】 ****大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）題 目：基于虛擬儀器的語音識(shí)別算法研究學(xué)生姓名：**學(xué) 號(hào)：*******專 業(yè)：*******班 級(jí)：*******指導(dǎo)教師：*****46基于虛擬儀器的語音識(shí)別算法研究摘 要隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，智能人機(jī)交互通信逐漸滲透到人們的日常生活之中，在許多電器的控制面板中，都加入了利用聲音信息進(jìn)行的人機(jī)交互功能，其中多數(shù)都具備語音提示的功能，這就使人機(jī)交互的效率得到了更大的提高。本次設(shè)計(jì)將虛擬儀器技術(shù)用于語音識(shí)別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了儀器的軟件化，真正體現(xiàn)了“軟件就是儀器”的思想。利用筆記本自帶的聲卡進(jìn)行語音信號(hào)的采集，接著對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化的轉(zhuǎn)換后再做進(jìn)一步的處理。利用MATLAB中的小波工具包對(duì)采集到的語音信號(hào)進(jìn)行小波消噪處理，并借助 LABVIEW 中提供的Script Node 子VI連接主流算法即仿真分析軟件MATLAB ，充分發(fā)揮 MATLAB 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，雖然 LABVIEW中提供了一些信息處理功能函數(shù)，但其畢竟功能有限，仍然無法滿足部分用戶對(duì)數(shù)值進(jìn)行各種各樣的計(jì)算和分析的需求。而 MATLAB 尤其擅長(zhǎng)數(shù)值分析和圖像處理。在這里我們利用MATLAB 中的小波工具包，實(shí)現(xiàn)了利用小波的方法對(duì)含有雜聲的語音信號(hào)進(jìn)行噪聲消除的工作。由于小波具有多尺度，多分辨的特點(diǎn)，應(yīng)用小波進(jìn)行信號(hào)消噪處理是小波分析的一項(xiàng)重要應(yīng)用。文中首先介紹了語音識(shí)別技術(shù)的基本原理，分析了經(jīng)常使用的線性預(yù)測(cè)倒譜系數(shù)和美爾頻率倒譜系數(shù)，并選定美爾頻率倒譜系數(shù)作為本系統(tǒng)中采用的語音特征參數(shù)。其次系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)語音信號(hào)的自動(dòng)采集；然后針對(duì)語音特征參數(shù)提取，結(jié)合 LABVIEW的編程特點(diǎn)，利用多線程對(duì)特征參數(shù)進(jìn)行提取并運(yùn)算，將計(jì)算時(shí)間縮短了 1/4。最后在分析語音識(shí)別系統(tǒng)主要需求的基礎(chǔ)上，對(duì)識(shí)別系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)語音信號(hào)做噪聲消除以及預(yù)處理后進(jìn)行特征提取，利用不同語音獨(dú)特的特征和模式匹配算法，實(shí)現(xiàn)說話人語音信號(hào)的最終識(shí)別。關(guān)鍵詞 ：語音識(shí)別；LABVIEW；聲卡；小波消噪；特征提取The speech recognition algorithm based on virtual instrumentAbstractWith the rapid development of technology, intelligent human and machine interfaces are used in appliances in people39。s normal life. Currently, a lot of appliances have the function that can give warning messages to the user in sound which improves the efficiency of human and machine interaction. This design is a use of virtual instrument and do speech recognition system design. Will the virtual instrument technology used in speech recognition system, realized the instrument of the software, and reflect the software is instrument thought. Use notes itself with sound card for voice signal collection, the speech signal digital conversion and further processing. MATLAB wavelet in the toolkit of collected a voice signal wavelet denoising treatment, and with the help of LABVIEW provided in the Script Node sub. vi connect the mainstream algorithm simulation analysis software MATLAB, make full use of MATLAB powerful data processing capabilities, even though the LABVIEW provides some information processing functions, but limited after all, still can39。t meet some user demand for various kinds of numerical calculation and analysis. And MATLAB is especially good at numerical analysis and image processing. Here we use of MATLAB wavelet toolkit, realized by using wavelet method to contain the short speech signal noise elimination of work. Due to the small wave has multiscale , multiresolution characteristics, application of wavelet denoising signals when processing of wavelet analysis is a kind of important applications. This paper introduces the basic principle of speech recognition technology, and then analyses some feature parameters such as Linear Prediction Coefficients，Linear Prediction Cepstral Coefficients and Mel Frequency Cepstral Coefficients and chooses the MFCC used in this system。 Followed, this paper realizes automatically speech signal acquisition , and uses multithread of LABVIEW to calculate the feature parameters in aparallel way and short 1/4 of the calculating time which improve the efficiency of the feature functional testing。 At last, this paper analyses the main requirements of this system, designs the hardware and software in detail and chooses the graphic programming language LABVIEW as the software development platform and then the use of different speech unique feature and pattern matching algorithm, realize voice signal to the final recognition.Keywords: Speech Recognition；Virtual instrument；Sound card；Wavelet Denoising and feature extractio目錄摘 要 IAbstract II目錄 IV第一章 緒論 1 本文的應(yīng)用背景和研究意義 1 語音識(shí)別發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 3 5 MATLAB語言 7 10第二章 語音識(shí)別基本技術(shù) 11 語音信號(hào)的采集 11 語音識(shí)別系統(tǒng)基本框架 11 語音信號(hào)的采集 12 語音信號(hào)的數(shù)字化 13 語音信號(hào)預(yù)處理 14 預(yù)加重處理 14 分幀、加窗 16 端點(diǎn)檢測(cè) 17 語音信號(hào)的特征參數(shù)提取 20 美爾頻率倒譜參數(shù)及提取方法 21 差分倒譜系數(shù)提取方法 22第三章 語音識(shí)別算法 24 模板匹配的方法 24 動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整算法 DTW 24 隱馬爾可夫模型法 HMM 25 高斯混合模型法 GMM 26 矢量量化 VQ 26 混合型算法 28 基于聲學(xué)和語音學(xué)的方法 28 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法 29第四章 非特定人連續(xù)語音識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 30 概述 30 非特定人連續(xù)語音識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 30 語音信號(hào)的實(shí)時(shí)采集與小波消噪處理 30 語音信號(hào)的預(yù)處理 33 語音信號(hào)的特征提取 36 模板的建立與讀取 38 建立模板 38 讀取模板 40第五章 結(jié) 論 41第六章 總結(jié)與展望 42 總結(jié) 42 展望 42參考文獻(xiàn) 43致 謝 46第一章 緒論語言是人類進(jìn)行信息交流的最常用、最重要的手段，人類的語言和人的心理活動(dòng)密切相關(guān)，是人們進(jìn)行思想交流的重要方式，既高效又便捷。隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的日益成熟，全自動(dòng)機(jī)器逐漸被運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域，取代了很多原本依靠人來完成的工作，人們對(duì)機(jī)器的智能要求也越來越高，人機(jī)進(jìn)行信息交互的手段也越來越便捷和迅速，因此語言交流自然而然的成為了首選。人與機(jī)器的語言交流總體可分為三部分，（1）讓機(jī)器聽懂人的語言（2）進(jìn)行語言組織（3）文字轉(zhuǎn)化為聲音輸出。語音識(shí)別研究的就是如何讓機(jī)器聽懂人的語音內(nèi)容，同時(shí)辨別是否是主人所發(fā)出的指令，執(zhí)行相應(yīng)的操作。 本文的應(yīng)用背景和研究意義語音識(shí)別技術(shù)是現(xiàn)代高科技信息領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，對(duì)于信號(hào)處理的研究，從理論的產(chǎn)生到專業(yè)產(chǎn)品的系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)十年，終于獲得了極大的突破。經(jīng)過二十年的研究探索，語音識(shí)別技術(shù)取得了很大的發(fā)展。就目前來說，該技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)性設(shè)計(jì)開發(fā)，逐漸進(jìn)入到工廠的應(yīng)用，估計(jì)在不遠(yuǎn)的將來，語音識(shí)別技術(shù)將遍布通訊行業(yè)，家電行業(yè)，醫(yī)療保健行業(yè)，家庭服務(wù)行業(yè)，汽車電子行業(yè)，消費(fèi)性電子產(chǎn)品等各大領(lǐng)域。它與自動(dòng)撥號(hào)，健康和福利，生命支持系統(tǒng)和其他實(shí)際應(yīng)用相互銜接，直接控制商業(yè)，制造業(yè)，金融業(yè)，運(yùn)輸業(yè)，旅游業(yè)，公安消防等工業(yè)生產(chǎn)部門和應(yīng)用領(lǐng)域，該技術(shù)的日益成熟有望成為下一代的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的用戶界面。以下介紹語音識(shí)別技術(shù)的幾大應(yīng)用領(lǐng)域：（1）查詢語言的語音識(shí)別應(yīng)用 語音識(shí)別可用于查詢航班時(shí)間表，電話號(hào)碼，巴士時(shí)間查詢，火車車次查詢，自動(dòng)導(dǎo)游，天氣預(yù)報(bào)，股票行情系統(tǒng)等。目前在國(guó)際上的各大旅游景區(qū)已經(jīng)開始逐步采用語音識(shí)別查詢系統(tǒng)，其中最具代表性的是日本豐橋大學(xué)設(shè)計(jì)研發(fā)的“富士山旅游咨詢系統(tǒng)”，該系統(tǒng)是一個(gè)比較實(shí)用的語音查詢系統(tǒng)，此外它還可以采用問卷調(diào)查等方式，集成了自動(dòng)語言的語音導(dǎo)覽系統(tǒng)。只要游客對(duì)該系統(tǒng)說話，標(biāo)示清楚他們當(dāng)前的所在位置和感興趣的風(fēng)景名稱，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)顯示出最佳路線，實(shí)物圖片和旅游計(jì)劃等人性化的信息。該系統(tǒng)不僅能提供英語和漢語查詢，而且可以用其它語言來查詢。另一個(gè)例子是，利用語音識(shí)別的自動(dòng)訂票系統(tǒng)，只要站在預(yù)訂系統(tǒng)前，說出搭乘的時(shí)間和地點(diǎn)，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)顯示出符合要求的車費(fèi)、班次和車票銷售的記錄，根據(jù)實(shí)際情況，用戶可以做出最佳的選擇。1996 年，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系開發(fā)的語言語音機(jī)票預(yù)訂系統(tǒng)，在實(shí)踐方面，就做出了有益的嘗試[6]。（2）語音識(shí)別技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用在一些對(duì)人身有極大傷害（如地下，水深，輻射，高溫環(huán)境下）、環(huán)境比較惡劣的地方，還有無人時(shí)難以實(shí)現(xiàn)工作的地方都可以運(yùn)用相應(yīng)的語音命令加以控制，通過遠(yuǎn)程，使用專門的語言，也就是語音控制系統(tǒng)，控制設(shè)備去完成工作，這就能用各種指令和命令，對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和處理。（3）語音識(shí)別技術(shù)在扶殘扶弱方面的應(yīng)用為了幫助殘疾人士由于肢體功能方面的缺陷而引起的動(dòng)作不便，運(yùn)用語音識(shí)別系統(tǒng)，則能對(duì)其給予一定的方便。例如：對(duì)于身體殘疾的人或盲人，能夠既準(zhǔn)確又靈活地使用現(xiàn)代化設(shè)備是比較困難的，但是，如果有了語音控制系統(tǒng)，便能為其提供一些很好的生活輔助設(shè)施，給他們帶來方便。一些帶有語音功能的辦公設(shè)備，甚至可以幫助殘疾人士在家里或在工作崗位上，開辟出一個(gè)新的生存空間。（4）語音識(shí)別技術(shù)對(duì)各生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用汽車工業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)收入對(duì)一個(gè)國(guó)家來說是至關(guān)重要的，最新的語音識(shí)別技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到汽車領(lǐng)域，并且仍在不斷開發(fā)和添加新的功能。一些國(guó)內(nèi)外知名的汽車制造公司，很早就預(yù)見了語音技術(shù)在汽車行業(yè)的發(fā)展前景，他們已經(jīng)提出了無需操控的、在后座說話就可以駕駛的智能汽車，完全告別了手動(dòng)駕駛車輛的模式。當(dāng)車在開啟時(shí)，只要告訴它繼續(xù)行駛和目前的位置，就能夠順利地行使到目的地。目前，這種智能汽車已經(jīng)進(jìn)入了研究階段，相信過不了多久，這個(gè)構(gòu)想將很快成為現(xiàn)實(shí)。（5）語音識(shí)別技術(shù)在輔助教學(xué)方面的應(yīng)用在教育領(lǐng)域，已經(jīng)運(yùn)用了多媒體語音識(shí)別應(yīng)用類雙向教學(xué)軟件，客戶包含清華大學(xué)復(fù)旦大學(xué)等在內(nèi)的多個(gè)高等院校，此語音識(shí)別教學(xué)系統(tǒng)用來幫助學(xué)生在語言學(xué)習(xí)的過程中，引導(dǎo)學(xué)生正確發(fā)音，及時(shí)的糾正外語口語的發(fā)音。該系統(tǒng)也可稱為家庭幼兒輔導(dǎo)老師及中小學(xué)教育不可或缺的輔助工具。（6）語言語音玩具在對(duì)孩子進(jìn)行啟蒙教育的時(shí)候，你可以用帶有語音說話功能