家电语音遥控器

1安康学院大学生科技创新项目申 请 书课 题 名 称 家电语音遥控器的研究与实现 项 目 负 责 人 贾 东 强（电话 所在院系、班级 电信系电信工程 2008 级 1 班 （盖章）指 导 教 师 陈守满 王庆春 申 请 日 期 2010 年 10 月 25 日 安康学院科技处 编制2课题名称 家电语音遥控器的研究与实现类 别.人文社科.自然科学申请金额 1500.00 元起止年月 2010 年 10 月2011 年 12 月 预期成果形式 研究论文、样机课题负责人 贾东强 性别 男 出生年月 1988.1 班 级电信08级姓 名 性别 出生年月 班 级 分 工贾东强 男 1988.1 月 电本 08 系统设计与调试牛希望 女 1990.5 月 电本 08 语音识别算法和代码调试张 雅 女 1990.5 月 电本 08 文档资料整理与论文撰写课题组主要研究人员情况一、研究主要内容1、项目的背景与意义智能家用电器的两个重要发展方向就是：（1）、让机器能听懂人的语言并能按照人的口头命令来完成相应操作，从而实现人机的直接语言交流与控制。（2）、用户界面更加人性化，更加自然方便，做到老年人和残疾人可以无障碍的使用。随着科学技术的不断发展，语音识别（Speech Recognition）技术的出现，使人类的这些理想得以实现。语音识别就是让机器通过识别和理解把语音信号转变成相应的文本或命令的高科技。语音识别是一门交叉学科，它正逐步成为信息技术中人机接口的关键技术，语音识别技术和语音合成技术的结合，使人们能够甩掉键盘，通过语音命令进行操作，语音识别技术的应用已经成为一个具有竞争力的新兴技术产业。该项目是基于 SPCE061A（凌阳 16 位 MCU）的家用电器语音控制系统的应用性研究，主要是为了减轻家庭众多家用电器及照明灯具的必须人工接触操作的麻烦。该语音识别控制系统是在不影响原有家电设备功能和可靠性的基础上，增加了语音控制功能，以方便用户，提高生活水平，用户不仅可以在晚上或光线较暗3的情况下使用，更是视力差，行动不便和盲人的福音。可以想象一下，在忙碌了一天之后，回到家中，只需呼唤一声，就可以控制家用电器，从而使家用电器的控制方法产生质的飞跃。2、研究的主要内容2.1、系统组成语音遥控系统主要由微音器（MIC）输入、语音输出、红外发射组成，SPCE061 有一路专用语音信号采集的 A/D 转换电路（ MIC 输入），可以用做语音识别、录音等的语音模拟信号的输入，本遥控器用它来采集语音信号，进行语音识别系统组成框图如图 1 所示：图 1 语音识别控制系统框图2.2 系统硬件设计2.2.1 红外线发射电路的工作原理家用电器红外遥控器的输出都是用编码后的串行数据对 38KHz-40KHz 的方波进行脉冲调制而产生的。系统采用的是脉宽调制的串行码，以脉宽为 0.565ms、间隔 0.56ms、周期为 1.125ms 的组合表示二进制的“0”；以脉宽为 0.565ms、间隔1.685ms、周期为 2.25ms 的组合表示二进制的“1”，“0”和“1”组成的 32 位二进制经 38KHz 的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。2.2.2 红外信号的产生红外信号的编码信号其实是由 38KHz 的高频信号和低频脉冲信号调制而成。本系统利用 SPCE061A 的 IOB8 输出的 38KHz 的 PWM 高频载波信号与 IOB0 输出的低频脉冲信号经与门芯片调制后通过红外发射二极管将信号发射到接收装置。2.2.3 语音识别遥控器的工作原理SPCE061语音数据识别处理IOB8IOB0MIC 输入红外调制、发射电路语音输出4我们知道不同的电台对应着不同的红外编码，因此，当单片机识别到不同的语音信号时，就应该发射不同的红外编码信号。例如：当发出“开机”语音指令时，单片机识别后就应该发出控制开机的红外编码信号。而这在单片机语音信号处理中实现，通过语音指令控制 SPCE061A 的 IOB8、IOB0 的输出即可，也就是说，不同的语音指令对应着不同的红外编码信号，不同的红外编码信号对应 SPCE061A的 IOB8、IOB0 的不同输出，语音识别原理如图 2 所示。图 2 语音识别原理图目前的语音识别技术主要有两种模式：（1）、特定语者(Speaker Dependent，SD)模式，使用者可针对特定语者辨认词汇(可由使用者自行定义，如人名声控拨号) ，作简单快速的训练纪录使用者的声音特性来加以辨认。随着技术的成熟，进入语音适应阶段 SA(speaker adaptation)，使用者只要对于语音辨识核心，经过一段时间的口音训练后，即可拥有不错的辨识率。（2）、非特定语者模式(Speaker Independent，SI) ，使用者无需训练即可使用，并进行辨认。任何人皆可随时使用此技术，不限定语者即男性、女性、小孩、老人皆可，基于 MCU 的语音识别电路结构如图 3 所示。语音模型复杂声学、言语条件下的语音输入 语言模型声学模式训练语音匹配语音模式训练语音处理识别结果，理解结果语音识别结果输出滤除噪音预加重滤波器组PARCOR 系统线性预测系数过零次数能量相关函数等模式匹配词典语音分析5图 3 语音识别电路结构2.3 系统软件设计软件采用模块化程序结构，程序模块包括初始化、语音训练、语音识别、语音播放、红外发射、基本输入输出模块等，现在通过四条语音指令来说明该家用语音遥控器的功能，具体过程如下：（1）、语音训练：提示音 输入语音“请输入第一条指令” “开机”“请输入第二条指令” “频道加”“请输入第三条指令” “音量加” “请输入第 n 条指令” “关机”为了增强可靠性，以上命令训练两次，否则辨识的命令就会倾向于噪声。（2）、语音识别与红外发射发布命令 命令相应“开机” “发出红外编码信号 打开电视机”“频道加” “发出红外编码信号 电视频道加”“音量加” “发出红外编码信号 电视音量加” “关机” “发出红外编码信号 关闭电视机”（3）、程序流程：语音识别的软件流程图如图 4 所示。6789系统初始化定义存储器调用训练开始提示音训练第一条命令令成功否？是 是否 是训练第二条命令令成功否？训练第三条命令令是 是成功否？否 是训练第四条命令令成功否？调用训练结束提示示令辨识器初始化启动实时监控 获取语音命令发射红外编码信辨识主循环 是 是图 4 语音识别软件流程10二、研究方法与技术路线1、研究方法：以 nSP TM 为核心的凌阳 SPCE061A 微控制器特别适用于数字语音识别应用领域，它的内部具有 1616 位的乘法运算和内积运算的 DSP 功能，这不仅可以进行复杂的语音数字信号的压缩编码与解码，还可以做数字滤波器（Digital Filter），同时芯片内部也集成了 2 个 10 位 DAC（数-模转换）输出通道；7 通道 10 位电压模-数转换器（ADC）和单通道声音模-数转换器；声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制（AGC ）功能。家用电器语音遥控器正是充分利用凌阳 SPCE061A 微控制器的硬件资源优势；结合特定的语音识别算法，在软硬件协同设计的基础上最终实现家用电器的语音控制。系统采用模块化思想，将整个研究分为三个模块-语音命令初始化，语音学习，动作任务的程序代码编写，虚拟按键及其它构件的安装。先是分块调试，再整体调试。2、技术路线家用电器的语音遥控器是基于凌阳 SPCE061A 微控制器的软硬件协同应用开发，整个研究包括硬件平台的搭建和语音处理的代码调试两部分工作。根据凌阳公司提供的芯片产品说明书及指令函数的程序代码，编写语音学习命令及语音初始化模块程序；先在模拟环境下编写实现不同的动作任务（如电视选台，音量控制等）的程序代码，再结合SPCE061A 板进行实际调试；采用多次实验的方法来实现各个构件的正确安装，结合已有程序代码的 SPCE061A 板进行调试，达到遥控器准确地完成语音学习、识别及控制。动作任务的调试与实现先是单独实现，最后整合，再调试，最终完成研究目标。3、研究进度安排（1） 、2010 年 11 月至 2010 年 12 月 熟悉 SPCE061A 板和凌阳专用的编译开发环境。（2） 、2011 年 1 月至 2011 年 6 月 编写基本的简单语音识别代码，初步完成和SPCE061A 板和家用电器的联调。（3） 、2011 年 7 月至 2011 年 12 月 整个语音识别控制系统的优化调整、算法改进和硬件扩展。11三、 预期成果通过本研究项目的开展，在深入了解凌阳 SPCE061A 微控制器使用方法的基础上开发出家用电器的语音遥控器（样品机器），该智能遥控器能够正确的学习、识别输入的语音指令，能根据控制指令正确的发出指令信号且可以准确的完成动作，使遥控器完成相应的任务。并且力求该系统能够方便移植扩展，真正的实现多种家电遥控的语音控制。通过对基于凌阳 SPCE061A 微控制器的语音识别算法的深入研究和优化改进，不断提高语音识别的准确率，并且撰写相关的研究论文。四、经费预算支出科目金额（元）计 算 根 据 及 理 由资料费 400 调研、资料费实验材料费 800 实验耗材、SPCE061A 测试板科研业务费 300 调研、购买实验材料交通费合 计 1500五、推荐教师、导师意见12推荐教师意见“家电语音遥控器的研究与实现”创新研究项目，既具有较好的创新性又有很大的实用性。充分利用凌阳 SPCE061A 微控制器的硬件资源优势；结合特定的语音识别算法，在软硬件协同设计的基础上来实现家用电器的语音控制，该技术方案切实可行，个人同意推荐该项目的申报。签章年 月 日 导师意见“家电语音遥控器的研究与实现”创新研究项目，既具有较好的创新性又有很大的实用性， “基于凌阳 SPCE061A 微控制器的软硬件协同设计 ”的技术方案切实可行。该项目组的所有同学勤奋好学，具有较强的理论基础，同时也具备很高的科技研究兴趣，本人愿意指导该项目同学完成研究项目。签章 年 月 日六、系部审核意见“