语音点名系统设计与实现.doc

师范学院本科毕业论文题目语音点名系统设计与实现学生指导教师讲师年级2003级专业计算机科学与技术系别计算机科学系师范学院计算机科学系2007年5月郑重声明本人的毕业论文（设计）是在指导教师李小慧的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。毕业论文（设计）作者（签名）：年月日I目录标题.1中文摘要.11引言.11.1语音技术发展简介.11.2微软语音包简介.11.3研究背景和意义.21.4研究内容.22系统分析.22.1摆脱传统人工考勤方式的必要性.22.2新系统功能要求.22.2.1整体要求.32.2.2具体功能需求.32.2.3运行环境需求.43系统总体设计.43.1系统设计原则.43.2系统设计原理.43.3系统模块设计.44数据库设计.54.1系统数据流图.54.2数据字典.64.3系统E-R图.74.4数据库表的结构.74.5数据库中表的关系.95系统详细设计.105.1系统流程图.105.2管理模块设计.105.2.1新用户注册子模块.105.2.2设置系统时间子模块.125.2.3数据库管理子模块.13II5.3考勤模块.145.3.1日常考勤子模块.145.3.2期末统计子模块.186总结与展望.16.1总结.16.2展望.1参考文献.120致谢.12外文页.121语音点名系统设计与实现闫志英摘要考勤工作是每个学校必须进行的一项重要工作。教学考勤簿中详细记录了学生的出勤情况，是评定学生平时上课表现的一个重要标准。语音点名系统是对学校的考勤工作做了深入和细致的调查研究后设计的考勤系统。此系统严格按照软件工程的思想进行设计与开发,以windowsxp作为设计平台，以SQLServer数据库为系统后台数据库，采用visualbasic6.0为开发工具，调用微软的语音包SpeechSDK5.1和中文语言包SpeechLangPackSDK进行中文语音合成，实现了语音点名、日常考勤管理、期末出勤统计、系统管理等功能。语音点名系统是学校急需的系统，它摆脱了人工点名的传统方式，减轻了教师的负担，对学校的办公自动化起到了推动和促进作用。关键词语音合成点名系统SpeechSDK5.11引言1.1语音技术发展简介语音是人类间相互通信的最自然和最方便的形式。语音技术主要包括语音识别技术和语音合成技术。语音识别是使计算机能听懂说话人的话语，语音合成是指将文本转换成语音。二十世纪20年代到30年代，美国Bell实验室对英语语音分析技术做了大量研究，这应该看作是语音技术方面最早的研究。70年代语音技术取得了实质性的进展并首次进入商品市场，此时的研究主要致力于对英语词汇的识别和合成。如今，语音技术的研究已经深入到一定程度。语音识别方面要求把语音识别和自然语言理解结合起来；语音合成方面则要求能更接近真人发声系统,朗读出的声音更完美。在有关中文语音技术方面，IBM的ViaVoice首先实现了中文语音识别技术,而中文语音合成技术则是由我国首先实现的。我国相对欧美来讲，语音技术的研究起步较晚。语音技术产品较少，技术性能较差，功能简单，涉及领域少。我国的语音技术产品分为两大类：语音识别产品和语音合成产品。相对语音识别产品，语音合成产品数量较多，技术较成熟。目前我国语音合成技术的产品主要有：数字语音留言机，电脑报站机，电脑语音报警器，语音合成卡。语音合成这一技术在人机对话、电话咨询、自动播音、助讲助读、语音教学等方面有着广阔的应用前景。语音合成技术对语音库的依赖很大。许多发达国家都建立了本国语言的语音库。由清华大学等单位研制的"汉语语音语料库"于1月19日通过鉴定，填补了中国自主开发中文语音库的空白。1.2微软语音包简介作者主要利用微软提供的语音合成技术进行二次开发，所以下面介绍一下微软提供的语音开发包SAPI.51SDK。大力推广语音技术是未来的趋势，也是现阶段软件用户界面发展的最高目标。微软公司在推动语音技术的发展方面也做出了一定的贡献，并且公布了语音开发平台SpeechSDK帮助开发人员实现语音应用。SAPI是SpeechApplicationProgramInterface的缩写，即语音应用程序接口。SDK是SoftwareDevelopmentKit的缩写，即软件开发工具箱（或称为软件开发包）。SAPISDK是一款由微软公司免费提供的语音应用开发工具包，其中包含了语音应用设计接口（SAPI）、微软的连续语音识别引擎（MCSR）以及微软的语音合成（TTS）引擎等等。目前的SAPISDK的最高版本为SAPISDK6.0。本系统所使用的是SAPISDK5.1，此版本一共可以支持3种语言的识别(英语，汉语和日语)以及2种语言的合成（英语和汉语），不过合成汉语仍需另外安装SpeechLangPackSDK。SpeechSDK5.1语音包包含了主要的语音合成技术，将文本按字或词分解为音素，并且对文本中的数字、货币单位、单词变形以及标点等要特殊处理的符号进行分析，以及将音素生成数字音2频然后用扬声器播放出来。语音引擎则通过DDI层（设备驱动接口）和SAPI(SpeechAPI)进行交互，应用程序通过API层和SAPI通信。通过使用这些API，作者可以开发语音点名系统。1.3研究背景和意义考勤工作是每个学校必须进行的一项重要工作。任课教师在开始讲授课堂内容之前，要先检查记录学生的出勤情况。传统的方式是由任课教师进行点名，即人工点名。每个学期结束时，要对每个学生的出勤情况进行整理、统计。统计结果将作为评定学生平时成绩的一项标准。人工点名时，任课教师把学生姓名一一念出来，然后对学生的出勤情况进行记录。由于任课教师经常用嗓，所以大多数教师都患有不同程度的咽喉炎症，点名无疑是加重了对他们咽喉的伤害。因为每个任课教师每学期的授课班级较多，所以每个学期末，对出勤情况的记录是一项工作量很大而又繁琐的工作。语音点名系统由此而生。利用语音合成技术让计算机通过扬声器播放学生姓名，既可以达到很好的效果，又可以减轻教师的用嗓负担。用数据库保存学生每次的出勤情况，并在学期末进行统计，可以大大减轻教师的负担。1.4研究内容该课题的开发目标就是利用微软具有强大语音开发功能的语音包，实现适合学校使用的语音点名系统，以摆脱人工点名实现自动化。具体研究内容包括以下几方面：（1）对考勤工作和课堂教学考勤簿进行调查研究、分析总结，研究系统所需要的功能。（2）学习开发此系统所需要的理论知识和技术，主要包括：VB语言，微软的语音开发包SpeechSDK5.1，SQLServer数据库。（3）系统的总体规划和设计。包括系统的原理设计和功能模块设计。（4）系统的具体设计与实现。编写代码实现各个模块的功能，包括后台数据库、前台界面设计和各功能的具体实现。2系统分析2.1摆脱传统人工考勤方式的必要性传统的考勤工作采用人工方式，存在的问题有：（1）对教师的声带伤害加重。教师工作有三大特点：说话时间长、站立时间长、伏案时间长。声带是老师“容易受伤”的部位之一。老师长时间讲课使声带疲劳过度、边缘充血而导致声带息肉，声带小结。表现为喉咙痛、说话声音沙哑。根据岭南心血管病杂志刊登的数据，一份对广东省862名中小学教师的调查结果，21.9的人患有高血压；最常见的职业病是慢性咽喉炎，在所有的五官科门诊中，该病患者有81是教师。考勤时进行点名无疑是加重了教师的用嗓负担，对其声带的伤害加重。（2）考勤统计工作繁琐，加重了教师的工作负担。据调查，本校03级计算机系本科班在2004年的人数为108人。此班级0405学年第一学期的微机原理课程共有18周72节课。每个学生每节课的出勤情况又可分为正常、请假、迟到、早退、旷课五项。那么微机原理的任课教师本学期末的共要统计38880项记录（课时数乘于学生人数乘于记录种类）。由于每个任课教师每学期所授课程不唯一，所以任课教师的考勤统计工作量非常大。高校教师不仅要进行授课，还要进行学术研究，指导学生进行研究等。工作任务繁重，心理压力大。在繁重而辛劳的教学中，亚健康正在迅速蔓延，高校教师重度亚健康发生率高达34.16%，相比起一般人的重度亚健康发生率10%，教师的亚健康状况显然令人担心。传统的考勤方式应该尽快改变，以减轻教师的负担。所以设计一个高效实用的学校自动化考勤系统成了当务之急。2.2新系统功能要求32.2.1整体要求语音点名系统是一个小型学校考勤系统，主要作用是使教师考勤工作自动化。此系统主要应该实现下面两大功能：（1）上课时进行语音点名和记录出勤。（2）学期末统计每个学生本学期本课程的出勤情况。根据对考勤工作的分析，得出了语音点名系统的高层程序流程图。见图2-1：图2-1语音点名系统的高层程序流程图2.2.2具体功能需求该系统面向的用户为学校，具体使用者为任课教师或考勤负责人。主要任务是进行语音点名、记录出勤情况、期末统计出勤三方面。具体分析如下：（1）语音点名。利用微软SpeechSDK5.1工具包的语音合成技术把学生姓名播放出来，并对播放进行必要的控制。播放控制包括以下方面：对停顿时间的控制。当播放完一个学生名字后，需要停顿一段时间再播放下一个名字，以便于教师记录此学生的出勤情况。由于课堂环境不同、老师的记录速度不同、使用习惯不同等，这都需要系统对停顿时间加以控制。停顿时间不宜过长，能保证老师在停顿时间段内完成记录即可。经过调查，最大停顿时间值为6秒最适合。对重复播放次数的控制。重复播放指对一个名字重复播放若干次再播放下一个名字。点名过程中，一个名字只播放一次可能会使学生来不及做出正确反应，所以应使教师可以选择重复播放，但是播放次数不宜过多，达到效果即可。经过访问老师，把重复最大数值限定为3次，同一个名字在重复播放时不进行停顿。而在某种特定环境下学生的注意力高度集中时，可能每个名字只播放一遍就可以达到效果。随机点名和跳读功能。随机点名主要用于对学生的出勤情况进行随机抽查。跳读是按照一定的间隔进行点名。当用户选择随机点名或跳读时，系统须提前计算将被点到的学生个数和覆盖范围。（2）记录出勤情况。实现对出勤情况的记录功能，并把每个学生每节课出勤情况存入后台数据库。记录功能。经过调查学生出勤情况的记录表，确定学生的出勤情况为以下五种：迟到、早退、旷课、请假、正常上课，所以在点名系统中设计此五种情况的选择按钮。因为出勤情况多样，用鼠标选择相对不便，所以应该设计对应的快捷键。经过实际调查得知，记录考勤时一般只是对“迟到”、“早退”、“旷课”、“请假”进行记录，正常情况会空起来不写，所以用户对“迟到”、“早退”、“旷课”、“请假”的记录较为频繁。大多数人的右手使用频繁而且灵活，所以将确定“迟到”、“早退”、“旷课”、“请假”的快捷键设置在小键盘区。而当用户没有对某一学生的出勤情况进行记录时，系统会默认其出勤情况为正常。修改功能。某个学生的出勤情况记录可能会发生变化，例如迟到变为旷课、迟到变为迟到并且早退、迟到变为请假、旷课变为请假，所以出勤情况应该能够被修改。（3）学期末出勤统计。按照班级、课程分类统计每个学生的五种出勤情况（正常、请假、迟到、早退、旷课）。