【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ependent，SD)模式，使用者可針對(duì)特定語(yǔ)者辨認(rèn)詞匯(可由使用者自行定義，如人名聲控?fù)芴?hào))，即在啟動(dòng)小車前，系統(tǒng)將會(huì)提示輸入語(yǔ)音命令作簡(jiǎn)單快速的訓(xùn)練紀(jì)錄，在這里輸入“啟動(dòng)”“停止”“返回”和“模式切換”四個(gè)語(yǔ)音命令，通過使用者的聲音特性來加以辨認(rèn)。隨著技術(shù)的成熟，進(jìn)入語(yǔ)音適應(yīng)階段SA(speaker adaptation),使用者只要對(duì)于語(yǔ)音辨識(shí)核心，經(jīng)過一段時(shí)間的口音訓(xùn)練后，即可擁有不錯(cuò)的辨識(shí)率。聲學(xué)模式訓(xùn)練復(fù)雜聲學(xué)、言語(yǔ)條件下的語(yǔ)音輸入語(yǔ)音匹配語(yǔ)音模式訓(xùn)練語(yǔ)音模型識(shí)別結(jié)果、理解結(jié)果語(yǔ)音處理語(yǔ)言模型語(yǔ)音識(shí)別原理圖 語(yǔ)音播報(bào)電路音頻部分的原理圖如下所示，在下圖中可以看到兩個(gè)跳線，其作用在于可以測(cè)量DAC的輸出波形；另外拔掉跳線，可以斷開DAC到喇叭放大的通路，使得DAC通道處于開路狀態(tài)。這樣便于用DAC做其他用途，用戶可以用過這個(gè)跳線來加入自己的外圍電路。音頻原理及放大電路圖凌陽(yáng)音頻壓縮算法根據(jù)不同的壓縮比分為以下幾種：SACMA2000：壓縮比為8:１，8:，8: SACMS480： 壓縮比為80:3，80: SACMS240： 壓縮比為80: 按音質(zhì)排序：A2000S480S240用凌陽(yáng)Compress Tool事先把所需要的語(yǔ)音信號(hào)錄制好，本系統(tǒng)共包括十多個(gè)語(yǔ)音資源，SPCE061A單片機(jī)具有32k閃存，使用內(nèi)部flash即可滿足要求。凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)自帶雙通道DAC音頻輸出， DACDAC2轉(zhuǎn)換輸出的模擬量電流信號(hào)分別通過AUD1和AUD2管腳輸出， DAC輸出為電流型輸出，所以DAC輸出經(jīng)過SPY0030音頻放大，以驅(qū)動(dòng)喇叭放音，放大電路如圖19(只列出了DAC1,DAC2類似)，這為單片機(jī)的音頻設(shè)計(jì)提供了極大方便。在它們后面接一個(gè)簡(jiǎn)單的音頻放大電路和喇叭即可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)功能，音頻的具體功能主要通過程序來實(shí)現(xiàn)。3 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)部分是小車控制的的核心，通過軟件編程來控制小車的行駛狀態(tài)。 軟件流程圖及設(shè)計(jì)思路說明開始語(yǔ)音切換命令語(yǔ)音命令訓(xùn)練語(yǔ)音啟動(dòng)訓(xùn)練掃描IOBIOB5和IOB6等待語(yǔ)音命令進(jìn)行拐彎和返回處理軟件流程圖 程序設(shè)計(jì)主程序見附錄（1） 模塊設(shè)計(jì) 中斷流程圖部分SPCE061單片機(jī)有兩個(gè)外部中斷，分別為EXT1和EXT2，兩個(gè)外部輸入腳分別為B口的IOB2和IOB3的復(fù)用腳。EXT1（IOB2）和EXT2（IOB3）兩條外部中斷請(qǐng)求輸入線，用于輸入兩個(gè)外部中斷源的中斷請(qǐng)求信號(hào)，并允許外部中斷以負(fù)跳沿觸發(fā)方式來輸入中斷請(qǐng)求信號(hào)。EXT1（IOB2）為黑線檢測(cè)，確定小車位置，EXT2（IOB3）為輪子轉(zhuǎn)數(shù)檢測(cè)用于計(jì)算路程。IRQ4用做整個(gè)行程的時(shí)間計(jì)數(shù)。開IRQ3和IRQ4寄存器組出棧清中斷標(biāo)志位清中斷標(biāo)志位寄存器壓棧保護(hù)中斷返回是IRQ3中斷嗎IRQ3_EXT1中斷嗎清中斷標(biāo)志位IRQ3_EXT2中斷嗎車輪轉(zhuǎn)速中斷服務(wù)流程圖 語(yǔ)音識(shí)別部分在這里我們用的是SPCE061的特定語(yǔ)者辨識(shí)SD（Speaker Dependent），SD即語(yǔ)音樣板由單個(gè)人訓(xùn)練，也只能識(shí)別訓(xùn)練某人的語(yǔ)音命令，而他人的命令識(shí)別率較低或幾乎不能識(shí)別。(1) 語(yǔ)音的準(zhǔn)備：可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行錄音，選擇錄音效果一般的MIC比較好，因?yàn)樾≤嚺軇?dòng)時(shí)要受環(huán)境的影響，效果一般的MIC錄制的音更加接近凌陽(yáng)單片機(jī)上的MIC所錄制的。錄制語(yǔ)音可為：“yeah”，“煩不煩”，“前進(jìn)”，“倒退”，“拐就拐”。分別保存名稱為：、 、.語(yǔ)音錄制時(shí)，注意錄制屬性設(shè)置，最好選擇為8Khz, 16位，單聲道。語(yǔ)音錄制好后，保存格式為“.wav”，利用凌陽(yáng)單片機(jī)光盤內(nèi)目錄“\TOOLS\s480\”下的工具進(jìn)行語(yǔ)音壓縮后放在程序目錄“\voice”下邊，然后修改配置文件“Makefile”中的OBJFILES的值以及對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音文件的目錄地址值和“clean”的值 ，并且配置值順序必須對(duì)應(yīng)于語(yǔ)音訓(xùn)練的過程。該程序模塊包括三部分：訓(xùn)練樣本、識(shí)別、語(yǔ)音提示。具體程序見主程序。見下圖整體框圖。初始化BSR_DeleteSDGroup(0)啟動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控BSR_EnableCPUIndicator()調(diào)用訓(xùn)練模塊TrainWord(intWordID, intRespondID)初始化識(shí)別器BSR_InitRecognizer(BSR_MIC)辨識(shí)處理BSR_GetResult() 語(yǔ)音辨識(shí)整體框圖在程序中我們通過五條語(yǔ)句的訓(xùn)練演示特定人連續(xù)音識(shí)別，其中第一條語(yǔ)句為觸發(fā)名稱。另外四條為命令，訓(xùn)練完畢開始辨識(shí)當(dāng)識(shí)別出觸發(fā)名稱后，開始發(fā)布命令，則會(huì)聽到自己設(shè)置的應(yīng)答，具體流程圖如圖22。(2) 關(guān)于語(yǔ)音識(shí)別庫(kù)函數(shù)的算法分析：眾所周知，嵌入式語(yǔ)音識(shí)別最大難點(diǎn)在于如何在硬件資源相對(duì)有限（相對(duì)與PC機(jī)而言）的情況下，實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)處理的語(yǔ)音識(shí)別算法。特別的，SPCE061A自帶2K字的RAM，這樣小容量的RAM空間是如何存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量較大的語(yǔ)音命令，是值得探討的問題。時(shí)域分析中，語(yǔ)音信號(hào)作為緩慢時(shí)變的信號(hào)，在一小段時(shí)間里，例如10ms～20ms，語(yǔ)音信號(hào)的特性基本不變，這些短段具有固定特性，短段間經(jīng)常有一定的重疊，組合成一段語(yǔ)音，我們把語(yǔ)音信號(hào)分成這樣的小段(稱為“幀”)作為提取語(yǔ)音信號(hào)特性的單元，這樣的方法稱為“短時(shí)”處理法。當(dāng)以8K/S的速率采集語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，假設(shè)以20ms為幀周期，加上12ms的幀移，幀長(zhǎng)32ms,即每幀包括256個(gè)語(yǔ)音采集點(diǎn)，一個(gè)幀的特性參數(shù)占用1個(gè)字RAM，則存儲(chǔ)一條2S長(zhǎng)的語(yǔ)音命令信號(hào)占用2s/20ms*1=100字，與直接存儲(chǔ)采樣的語(yǔ)音數(shù)據(jù)相比更能節(jié)省嵌入式系統(tǒng)有限的硬件資源。 在外界噪音的干擾下，對(duì)語(yǔ)音起止點(diǎn)的判別非常重要，若聲音指令信號(hào)提取的不恰當(dāng)，那么所得到的聲音指令信號(hào)和我們發(fā)出的指令信號(hào)就會(huì)有很大的出入，不但會(huì)延遲語(yǔ)音識(shí)別的時(shí)效性，甚至?xí)档蛯?duì)這些語(yǔ)音信號(hào)的識(shí)別率。對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的提取，主要是確定音頭和音尾的位置，即端點(diǎn)識(shí)別。常用的方法有短時(shí)能量和過零率等幾種。短時(shí)能量表示了語(yǔ)音信號(hào)的幅度，其定義式為：（公式3）初始化定義存儲(chǔ)器為BSR_DeleteSDGroup調(diào)用第一條提示音播放PlayRespond(RSP_INTR)訓(xùn)練名稱TrainWord(NAME_ID,0)成功否?訓(xùn)練第一條命令TrainWord(CONMAMD_ONE_ID,1)成功否?訓(xùn)練第二條命令TrainWord(CONMAMD_TWO_ID,2)成功否?訓(xùn)練第三條命令TrainWord(CONMAMD_THREE_ID,3)成功否?開始識(shí)別辨別器初始化BSR_InitRecognizer(BSR_MIC)啟動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控BSR_EnableCPUIndicator()調(diào)用提示語(yǔ)音放PlayRespond(RSP_STAR)獲取語(yǔ)音數(shù)據(jù)BSR_GetRessult()辨識(shí)主循環(huán)訓(xùn)練第四條命令TrainWord(CONMAMD_FOUR_ID,4)成功否? 語(yǔ)音辨識(shí)具體流程圖短時(shí)平均過零率為一幀語(yǔ)音信號(hào)穿越零電平的次數(shù)，表示了短時(shí)信號(hào)的頻率，其定義如下：（公式4）兩式中的N為一幀語(yǔ)音的采集點(diǎn)數(shù)。語(yǔ)音采集過程中，計(jì)算當(dāng)前一幀或多幀數(shù)據(jù)的能量或過零率數(shù)值，當(dāng)大于預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，即認(rèn)為找到了語(yǔ)音命令的起始點(diǎn)，結(jié)束點(diǎn)的確定方法類似。在截取音頭音尾間的信號(hào)并分幀后，我們就可以以幀為單位進(jìn)行特征參數(shù)的提取，如線性預(yù)測(cè)倒譜系數(shù)法。選擇合適的特征參數(shù)，與語(yǔ)音樣板參數(shù)通過動(dòng)態(tài)時(shí)間彎折算法匹配，即可得出相應(yīng)的識(shí)別結(jié)果。4 連接和操作說明 硬件模塊連接圖連線圖 功能說明1. 小車運(yùn)動(dòng)控制：通過SPCE061A的I/O端口，驅(qū)動(dòng)控制板的H橋電路，進(jìn)而控制前輪電機(jī)和后輪電機(jī)。2. 聲控功能：利用特定人語(yǔ)音識(shí)別實(shí)現(xiàn)小車的名稱和動(dòng)作訓(xùn)練，并根據(jù)相應(yīng)的語(yǔ)音指令輸入執(zhí)行前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停車等動(dòng)作。3. 定時(shí)控制功能：利用時(shí)基定時(shí)器設(shè)定運(yùn)行時(shí)間，小車運(yùn)行同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，時(shí)間到小車停止運(yùn)行。 代碼下載硬件連接完成之后，檢查無誤，接下來就可以下載程序了。具體的步驟為： 第一步：打開集成開發(fā)環(huán)境，打開“”文件，編譯鏈接。（注意：，請(qǐng)?jiān)趶棾龅膶?duì)話框中選擇打開類型為spj或者所有文件） 第二步：點(diǎn)擊菜單Project－Select Body，或者直接點(diǎn)擊 圖標(biāo)打開如圖 32所示的對(duì)話框： ?圖 73 Select Body對(duì)話框 第三步：在彈出的對(duì)話框中選擇Body Name為SPCE060A_061A，選擇Probe為Auto，點(diǎn)擊OK按鈕確定。 第四步：點(diǎn)擊IDE工具欄上的圖標(biāo)選擇Use ICE模式。 第五步：按F8快捷下載按鈕，下載代碼。 訓(xùn)練小車成功下載程序以后，去掉下載線并復(fù)位系統(tǒng)（如果使用EZProbe還應(yīng)將Probe選擇跳線S5拔去），小車就會(huì)提示對(duì)它進(jìn)行訓(xùn)練。訓(xùn)練采用應(yīng)答式訓(xùn)練，每條指令的訓(xùn)練次數(shù)為兩次，每一條命令的訓(xùn)練過程都是一樣的，以“前進(jìn)”為例說明： 步驟一：小車提示“前進(jìn)”； 步驟二：告訴小車“前進(jìn)”； 步驟三：小車提示“請(qǐng)?jiān)僬f一遍”（重復(fù)訓(xùn)練提示音）； 步驟四：再次告訴小車“前進(jìn)”（重復(fù)訓(xùn)練一次）。 這是一個(gè)完整的訓(xùn)練過程，如果訓(xùn)練成功，小車會(huì)自動(dòng)進(jìn)入下一條指令的訓(xùn)練，并會(huì)提示下一條指令對(duì)應(yīng)的動(dòng)作；如果沒有訓(xùn)練成功，小車會(huì)提示“說什么暗語(yǔ)呀”或者“沒有聽到任何聲音”等信息，這樣的話就要重復(fù)剛才所說的四個(gè)步驟，直到成功為止。整個(gè)的訓(xùn)練過程共有5次這樣的訓(xùn)練，依次為：名稱——前進(jìn)——后退——左拐——右拐。整個(gè)的訓(xùn)練流程如下圖所示： 小車訓(xùn)練流程圖 聲控小車訓(xùn)練完小車之后，怎樣進(jìn)行聲控操作，讓小車運(yùn)動(dòng)或者停下來呢？ 可以直接對(duì)小車說前進(jìn)，或者倒車、左拐、右拐等，小車如果識(shí)別出指令會(huì)有一個(gè)回應(yīng)信號(hào)，告知你它要執(zhí)行的動(dòng)作，然后執(zhí)行該動(dòng)作。如果想要小車執(zhí)行其它動(dòng)作，直接告訴小車將要執(zhí)行動(dòng)作對(duì)應(yīng)的指令即可。比如在前進(jìn)時(shí)告訴小車“倒車”，小車識(shí)別出之后就會(huì)直接倒車。如果在小車訓(xùn)練過程中想要小車停下來，可以直接呼叫小車的名字，小車準(zhǔn)確識(shí)別之后就會(huì)停下來。 重新訓(xùn)練在實(shí)際的使用過程當(dāng)中，可能會(huì)對(duì)訓(xùn)練的結(jié)果不滿意，或者其他人也想對(duì)它進(jìn)行訓(xùn)練、控制。這樣就要求小車可以被重新訓(xùn)練。為此，我們把61板的KEY3鍵定義為重新訓(xùn)練按鈕，系統(tǒng)運(yùn)行之后就會(huì)不斷的掃描61板的KEY3鍵。如果檢測(cè)到KEY3鍵按下，那么程序首先會(huì)把訓(xùn)練標(biāo)志位（0xe000）單元擦除，并會(huì)進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)等待復(fù)位的到來。復(fù)位到來之后，程序檢測(cè)到訓(xùn)練標(biāo)志單元內(nèi)容為0xffff，認(rèn)為小車沒有經(jīng)過訓(xùn)練，就會(huì)要求對(duì)它進(jìn)行訓(xùn)練。總結(jié)本設(shè)計(jì)綜合應(yīng)用了SPCE061A豐富的軟硬件資源，成功的實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音控制功能。下面簡(jiǎn)單的介紹一下實(shí)際應(yīng)用中的一些資源優(yōu)勢(shì)：在硬件方面，較高的執(zhí)行速度、內(nèi)置的硬件乘法器、ADC和DAC功能、內(nèi)置的AGC自動(dòng)增益環(huán)節(jié)，這些為語(yǔ)音處理提供了強(qiáng)大基礎(chǔ)。在軟件方面，標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言編程，豐富的語(yǔ)音資源函數(shù)為編程提供了很大的方便。 該設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以單芯片實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音播放與識(shí)別以及電機(jī)控制功能，相當(dāng)于“語(yǔ)音識(shí)別芯片+普通單片機(jī)”的功能。但是比“語(yǔ)音識(shí)別芯片+普通單片機(jī)”方案實(shí)現(xiàn)起來要簡(jiǎn)單很多，而且成本也會(huì)降低很多。 該語(yǔ)音控制小車操作比較簡(jiǎn)單，訓(xùn)練和識(shí)別成功的幾率也比較高，是一個(gè)典型的語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用方案。最后敬請(qǐng)各位專家、老師和同學(xué)對(duì)論文和今后的研究工作提出寶貴的指導(dǎo)意見