【正文】 用方法。 1) 語音識別中特征提取 特征提取是語音識別的第一步（也稱前端處理）。 圖 6 句法模式識別原理圖 5) 后處理 在大詞匯量連續(xù)語音識別系統(tǒng)中，為了抬高識別正確率需要使用語言模型，利用語音識 別單位之間連接時的相互制約的關(guān)系，采取統(tǒng)計方法與語法相結(jié)合的方法建立語言模型，達(dá)到限制識別器譯碼時的 自由度，提高系統(tǒng)的性能。首先，對語音信號進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析， 由階層式的分模式構(gòu)成模型，這就是對象模式。它不僅應(yīng)用于語音識別，還廣泛地應(yīng)用于手寫文字及圖像的識別上。該方法建立在最大似然決策貝葉斯判決基礎(chǔ)之上，大致的識別過程是：首先，提取語音的特征，并訓(xùn)練識別用的參數(shù)模板；然后，利用可以衡量未知模式和參數(shù)模式（即模板）的似然度來測度函數(shù)；最后，選用一種最佳準(zhǔn)則及專家知識作為識別決策，對識別候選者作最后判決，得到最好的識別結(jié)果作為輸出。根據(jù)模式識別方法的不同，用于語音識別系統(tǒng)時有統(tǒng)計模式 識別法和句法模式識別法兩類。它是用聚類分析等方法，從一個講話者或多個講話者的多次重復(fù)的語音參數(shù)，經(jīng)過長時間的訓(xùn)練得到的。同時，還要考慮特征參數(shù)的計算量，應(yīng)在保持高識別率的情況下，盡可能減少特征維數(shù)，以利于減小存儲要求和實時實現(xiàn)。選擇的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)體現(xiàn)對異音字 特征間的距離盡可能大，而各同音字間的距離盡可能小。 欲選擇抽取的參數(shù)不僅與所采用的識別方法有關(guān)，而且還與識別率和復(fù)雜度之間的約束有關(guān)。 其他參數(shù) 包括聲道的形狀函數(shù)（用于求取講話者的個性特征）、隨機(jī)模型（即隱馬科爾夫模型）的概率函數(shù)、矢量量化的矢量。短時平均過零率和幀能量用于檢測語音端點，基音周期則用于清 /濁音分類和漢語的聲調(diào)識別。該過程就是從原始語音信號中抽取出能夠反映語音本質(zhì)特征參數(shù)，形成特征矢量序列。在語音識別中，預(yù)處理還包括在生聲學(xué)參數(shù)分析之前正確選擇識別基元的問題。 語音識別系統(tǒng)與一般的模式識別系統(tǒng)類似，包括特征提起、語音模式庫、模式匹配 3個基本單元。 語音識別以及語音的播放是本系統(tǒng)比較特色的部分。由于此部分的重點是軟件部分，包括各種語音的處理，頻譜分析以及與 51 單片機(jī)的通信協(xié)議等，詳細(xì)內(nèi)容見軟件流程圖以及附錄中的整個程序。 摘機(jī)信號 DTMF 信號 公共電話網(wǎng) 電話機(jī) 凌陽單片機(jī) 51 單片機(jī) 語音提示 摘機(jī) 系統(tǒng)電源控制 由于凌陽單片機(jī)功耗低， ，因此，選擇凌陽作為整個系統(tǒng)的電源控制芯片，這樣，就可以在不需要系統(tǒng)的時候盡量節(jié)約電。凌陽十六位單片機(jī)負(fù)責(zé)處理語音信息和各種控制信號，具體見功能圖（圖 4）。所幸兩個單片機(jī)的雙工通信的功能實現(xiàn)基本上由軟件來實現(xiàn)，因此在硬件連線上顯得簡單，但是具體接口間的連接，兩者的兼容性等問題還是應(yīng)該注意的。具體電路可參見附錄一的總電路圖。外部蜂鳴器發(fā)出警報聲，報警指示燈閃爍， LCD 則根據(jù)單片機(jī)檢測到的信號不同顯示出不同的報警類別和等級。系統(tǒng)總控制中心局部圖如下（圖 3）。當(dāng)遠(yuǎn)程查詢電話撥入時，系統(tǒng)檢測到振鈴信號后，由凌陽十六位單片機(jī)控制摘機(jī)，并播放語音信息要求對方 進(jìn)行密碼驗證，驗證通過后方可進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制臺操作，假如連續(xù)兩次密碼驗證失敗，系統(tǒng)將會自動掛機(jī)。假如遠(yuǎn)程用戶未摘機(jī)，則呼叫備用號碼，直至報警信息得到對方響應(yīng)為止。本項目是基于公共電話網(wǎng)（ PSTN）的智能語音報警系統(tǒng)。 第二種方案是我們的創(chuàng)新。從上面的兩種方案來看，第一種方案的優(yōu)勢是 技術(shù)以及工藝相當(dāng)?shù)某墒欤赡茉靸r會較低，但是它的最大的劣勢是擴(kuò)展很有限，交互性不好；而第二種方案是在傳統(tǒng)理論上的創(chuàng)新以及大膽采用新技術(shù)，總體優(yōu)勢比較明顯，總體性價比高，系統(tǒng)可維護(hù)性好。此方案的另一特點是采用了無線傳輸技術(shù)。 方案二：下面 是方案二的總體框圖，本系統(tǒng)框圖的核心是總控制中心，它是整個系統(tǒng)信息處理的部分，也是系統(tǒng)的中心樞紐。在這里一般采用單片機(jī)來作為總控制臺，周圍配置上必要的模塊，比如報警模塊、顯示模塊和傳感器信號接收及解碼模塊等。 4) 語音密碼驗證以及語音設(shè)防、布防。 2) 采用 DTW方法實現(xiàn)語音識別功能，識別率可達(dá) 94%。 3) 熱釋電紅外的探測距離能達(dá)到 6米以上，角度約為 45度。 ： 1) 氣敏傳感器 MQ7最高加熱電壓為 5V，最低加熱電壓為 ，額定工作電壓為 5V。 4) 能對遠(yuǎn)程用戶提供語音信息報警服務(wù)。 2) 具有對氫氣、酒精、一氧化碳、甲烷等易燃易爆氣體濃度超 標(biāo)預(yù)警的功能。 3) 四節(jié)防暴備用電池，斷電情況下可維持正常工作 7天。 ： 1) 系統(tǒng)的核心控制臺的額定工作電壓是 6V， 額定功耗小于 30mW。同時，本系統(tǒng)采用語音頻譜分析技術(shù)，語音播放清晰以 及能接收并分析用戶的語音，與用戶進(jìn)行交流，這樣做既提供了友好的人機(jī)交互界面，使用戶能夠方便地使用，也檢測了用戶的身份保證了系統(tǒng)安全性。所以，我們開發(fā)防盜報警產(chǎn)品的原則是：即便是在 300 元以下的價位到了終端用戶手里，也應(yīng)該給中間商留有足夠的利潤空間。并且，目前市場上的產(chǎn)品，無論是低端的還是高端的都缺少人機(jī)交互的功能，普通老百姓對名目繁多的功能鍵無可奈何，無法體現(xiàn)現(xiàn)代生活的智能化要求。而低端產(chǎn)品在質(zhì)量，穩(wěn)定性方面存在諸多問題。 目前市場上的高端電話報警產(chǎn)品雖然在質(zhì)量，可靠性方面做地比較好?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步和普遍應(yīng)用，進(jìn)一步推動了智能化社區(qū)和智能化商店的建設(shè)步伐。因此應(yīng)用范圍非常廣泛，具有廣闊的市場開發(fā)前景。 PSTN（公共電話網(wǎng)）是整個系統(tǒng)的通訊平臺，保證了監(jiān)控系統(tǒng)與用戶間的實時信息交互。報警傳感外設(shè)可以應(yīng)用不同的傳感器，比如氣體傳感器、紅外傳感器、磁感應(yīng)裝置、煙霧傳感器、溫度傳感器、熱敏傳感器等，以適應(yīng)不同的用戶需求?？刂婆_的核心部分包括兩片單片機(jī)，其中凌陽 SPCE061 單片機(jī)處理語音部分以及控制電話機(jī)的工作，而 89C51 單片機(jī)則負(fù)責(zé)處理傳感器信號、與凌陽 SPCE061 單片機(jī)進(jìn)行雙機(jī)通信以及報警顯示等。本系統(tǒng)立足于人性化的交互管理，個性化的保密設(shè)置，以及應(yīng)用語音頻譜分析技術(shù)，具有極高的安全性能。目前，市場上雖已售有多種自動撥號報警器，但質(zhì)量參差不齊，高端產(chǎn)品價格非常昂貴，而低端產(chǎn)品質(zhì)量和性能很難得到保證?；?PSTN 的智能語音報警系統(tǒng) ★ [摘要 ] 隨 著社會的發(fā)展，人的活動、居住區(qū)域越來越大，偷竊、火災(zāi)、煤氣中毒等安全問題越來越受到人們關(guān)注。家庭報警系統(tǒng)已經(jīng)成為家庭需求，辦公樓以及商店等也把安全問題作為重點來抓。本系統(tǒng)研究的方向是智能化、可擴(kuò)展、性價比高的智能語音報警系統(tǒng)。 本系統(tǒng)是一個基于 PSTN（公共 電話網(wǎng)），以微處理器為控制器的智能語音報警系統(tǒng)，可分為核心控制臺和報警傳感外設(shè)兩部分。由于系統(tǒng)采用了無線傳輸技術(shù)，大大地擴(kuò)展了使用范圍。系統(tǒng)采用了 DTW 方法的語音識別技術(shù)，識別率可以達(dá)到 94%，而且用戶可以設(shè)定個性口令信息，極大地提高了安全性能。本系統(tǒng)實時性好、誤報率低、抗干擾能力強(qiáng)，基本達(dá)到了產(chǎn)品化的要求。 [關(guān)鍵字 ] 公共電話網(wǎng)（ PSTN） 單片機(jī) 傳感器 語音識別及提示 隨著物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對自己的個人安全和家庭財產(chǎn)安全、公共場所安全等越來越重視，安全已成為一種市場需求；同時經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展伴隨著城市流動人口的急劇增加，給家庭住宅、辦公 室、商店等防控增加了新的難題和提出了新的課題，傳統(tǒng)的人防物防形式已經(jīng)難以適應(yīng)社會形勢發(fā)展的需求。 建立智能語音報警系統(tǒng)，是應(yīng)對目前日趨復(fù)雜的社會形勢尤其是對入室盜竊、搶劫案件、火災(zāi)、煤氣中毒以及爆炸等進(jìn)行層次性和綜合性解決的最佳方式和重要手段，是編織社會化防范網(wǎng)絡(luò)，建設(shè) 平安寧波，平安中國 的實際需要；是整合治安防范資源，提升國家城市防控水平，促進(jìn)安全技術(shù)防范管理工作可持續(xù)發(fā)展的有效途徑；智能語音報警系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)的技術(shù)防范的概念，為建 立一體化的新型家庭、辦公樓、商鋪防控體系提供了有效的平臺；是新時期家庭、辦公樓、商鋪防控的最佳人機(jī)結(jié)合形式，可有效提高防控的科技含量和社會含量，發(fā)展前景廣闊。但是其產(chǎn)品價格昂貴，一般在一千元左右，常常讓普通老百姓望而卻步。有少部分的市區(qū)家庭、中小型商鋪購買安裝了簡易防盜報警裝置，將報警信息發(fā)送到自己指定的電話或者遙控器，由于質(zhì)量不穩(wěn)定，沒有采取有效的誤報警防范措施，且報警信息又得不到有效的分析過濾，處警 也得不到有效保證，因此常常發(fā)生誤報現(xiàn)象，防盜、防火效果不理想。 根據(jù)僅僅是防患于未然的這種心理需求，防盜報警器在 300元以下的價位才能平衡這種心理需求。而一般能達(dá)到電話自動撥號報警的產(chǎn)品僅出廠價就在 300 元左右了。此外，系統(tǒng)在報警信號接收方面作了許多改進(jìn)，提高了整個系統(tǒng)的性能，具有廣闊的市場前景。 2) 16*2背光 LCD，能直接顯示工作狀態(tài)。 ： 1) 具有防火、 防盜、防煤氣中毒等功能。 3) 具有本地顯示報警狀態(tài)和等級的功能。 5) 利用無線傳播技術(shù)，對傳感器信號進(jìn)行無線傳輸，工作頻率為 315MHz，有效工作距離最遠(yuǎn)可達(dá)100m。 2) 能檢測的一氧化碳的濃度范圍為 20ppm— 2021ppm。 ： 1) 客戶可自行方便地更新口令。 3) 基于 公共電話網(wǎng)通訊平臺，實現(xiàn)系統(tǒng)與用戶間的實時信息交互。 方案一：以下框圖是基于總控制臺和專業(yè)的語音存儲芯片的一種應(yīng)用方案，在傳統(tǒng)的具有語音提示功能的報警產(chǎn)品中應(yīng)用較為廣泛。此方案的技術(shù)雖然已經(jīng)很成熟，但是具有很大的局限性，比如系統(tǒng)的語音功能非常的有限，缺少交互性，而且極不容易擴(kuò)展和更新?？偪刂浦行闹饕瑑善δ懿煌膯纹瑱C(jī)，其中 8 位的 51 單片機(jī)主要負(fù)責(zé)傳感器信號的采集與處理，以及與凌陽 16 位單片機(jī)的雙工通信，而凌陽主要用于語音信號的處理。 本系統(tǒng)研究方向的特點是突出交互性、智能化以及高安全性，因此需要對大量的語音信號進(jìn)行處理以及語音的頻譜分析。為此我們采用了第二種方案，這是我們的研究成果?；诘诙N方案，本系統(tǒng)功能簡單描述如下。它可以利用前端的各類傳感器進(jìn)行環(huán)境狀態(tài)的檢測（比如用于檢測一氧化碳等有毒氣體的氣敏傳感器、門磁傳感器、紅外熱釋等），一旦發(fā)現(xiàn)異常就實時的通過 無線傳輸技術(shù)傳輸?shù)揭?51單片機(jī)為核心的控制中心， 51單片機(jī)立即與凌陽十六位單片機(jī)進(jìn)行雙工通信，達(dá)成一定的協(xié)議，然后由 51單片機(jī)控制改裝的本地電話機(jī)自動摘機(jī)以及撥號（預(yù)先設(shè)置的多個號碼）并實時監(jiān)控 PSTN上的信令信號，假如遠(yuǎn)程用戶摘機(jī)，立即觸發(fā)凌陽十六位單片機(jī)，然后由凌陽十六位單片機(jī)的語音模塊進(jìn)行語音提示。本系統(tǒng)還可以通過電話進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、設(shè)定和查詢。 5. 硬件模塊設(shè)計 89C51單片機(jī)模塊設(shè)計 核心控制臺是基于 89C51 單片機(jī)和凌陽單片機(jī)，更以 51 單片機(jī)為主，此單片機(jī)作為信息處理總臺，需要處理傳感器輸入信號、控制液晶輸出、自動撥號、輸出報警信號及與凌陽單片機(jī)間的雙工通訊。 一旦 89C51 單片機(jī)檢測到異常情況，循環(huán)檢測其 P3 口確定情況是否屬實，一旦確定之后，控制繼電器進(jìn)入撥號階段，同時通知凌陽十 六位單片機(jī)（我們選用的是 SPCE061A EMU BOARD，以下就簡稱為“ 61板”）。 撥號電路模塊是采用 4066 模擬開關(guān)和電話機(jī)的撥號盤電路， 51 單片機(jī)的 P1 口七個口分別通過 4066控制矩陣列的 4行 3列，可以識別 0、 *、 十二個鍵，足夠普通撥號和功能鍵的設(shè)置使用。 兩個單片機(jī)之間信號的傳輸和合作是本設(shè)計的核心和難點，直接關(guān)系到整個控制臺的 能否正常運(yùn)行以及運(yùn)行性能的好壞，因此有很重要的意義。兩者具體連線見表 1： 表 1： 89C51與 61板通訊連線表 89C51 狀態(tài) 作用 SPCE061 狀態(tài) 輸出 報警類型（低位） 輸入 輸出 報警類型（高位） 輸入 輸入 表示繼電器已切換 . 輸出 輸出 報警觸發(fā)或電話接通確認(rèn)信號 輸 入 表 2： 89C51通訊連線表 89C51 作用 狀態(tài) P0 液晶數(shù)據(jù)信號 輸出 控制蜂鳴器 輸出 控制撥號 輸出 — 液晶控制信號 輸出 — 傳感器報警信號輸入 輸入 SPCE061A凌陽單片機(jī)模塊設(shè)計 語音控制臺的核心是凌陽十六位單片機(jī)，也是整個系統(tǒng)技術(shù)核心。由于凌陽單片機(jī)（特別是 61板）在處理語音方面具有一定的優(yōu)勢，特別 是它所具有的低功耗這一特點，對于本系統(tǒng)需長時間工作具有很大的優(yōu)勢，能更好的保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。只需往凌陽用語音輸入觸發(fā)命令即可控制系統(tǒng)電源開關(guān)，比如“開機(jī)”、“關(guān)機(jī)”來控制，簡單易用。下 面簡要介紹一下語音系統(tǒng)的原理。 語音識別系統(tǒng)本質(zhì)上是一種多維模式識別系統(tǒng) ，基本結(jié)構(gòu)如圖 5所示識別系統(tǒng)。 圖 5 語音識別系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 1) 預(yù)處理 預(yù)處理包括預(yù)加重、反混疊濾波、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換、自動增益控制等處理過程，用以去除聲 門激勵、口鼻輻射、高于 1/2采樣頻率的高頻和噪聲信號的影響，實現(xiàn)語音信號的數(shù)字化。 2) 特征提取 經(jīng)過預(yù)處理后的語音信號，要對其進(jìn)行特征提取，即特征參數(shù)分析。可選擇的語音特征參數(shù)具體如下： 時域參數(shù) 包括短時平均過零率、短時平均幅度或短時平均能量、基音周期。 頻域參數(shù) 包括短時頻