STITP项目申请表格式.doc

南京邮电大学大学生科技创新训练计划（STITP）立项申请表项目名称基于嵌入式的语音识别报警监控系统设计与实现项目所属一级专业门工学项目所属二级专业类信号与信息处理类项目来源科研 自拟课题 其他项目类别A.工学硬件（含软硬结合） B.软件 C.理科和人文社科项目实施时间起始时间： 2012 年 5 月 完成时间： 2013 年 5 月申请人姓名学号年级所在院系、专业联系电话E-mail主持人沈恒武B10020223大二强化培养部理工强化10020223成 员杨飞B10020118大二强化培养部理工强化10020118史苏晟B10040116大二强化培养部理工强化10040116导 师姓名邓萍年龄33单位自动化学院行政职务/专业技术职务自动化学院助教/混沌通信系统中CSK和DCSK关键技术的研究主要成果多次参加STITP创新项目工作，具有丰富的指导经验。一、申请理由（包括自身具备的知识条件、自己的特长、兴趣、已有的实践创新成果等）针对目前生活小区中普遍存在的因无法报警或报警不及时而产生的安全隐患， 提出了一种语音识别报警监控系统。当报警情况发生时，语音识别模块识别到匹配的报警语音类型，通过数据总线通知数据处理传输模块，之后通过数据传输通知上位机控制中心，主控计算机在监控程序的判断指挥下可实现声/光报警通知小区值班人员。根据报警类型，中心值班人员确认采取对应措施进行应对。实验证明，该语音报警系统方便快捷可靠，在一定程度上减少了因安全受到侵犯或一些突发事件而带来的损失，增加了居民的安全感，适于在楼宇智能中推广使用。1自身具备的知识条件：我们都是在校的本科二年级学生，所学的主要专业课知识包括：电路分析基础、信号与系统、数字电路与逻辑设计、模拟电子电路、微型计算机原理与接口技术，大学物理，C/C+语言、计算机组成原理等。我们已基本掌握了电路方面相关知识，对待问题有自己的看法与思路。2特长与兴趣我们热爱科技创新活动，有开阔、创新的思维，有较强的动手实践能力，积极参加学校组织的各类活动。我们的组员有热情，有活力，有毅力，不怕吃苦，在学习上也是十分刻苦，能力较强，对电子/电气信息方面很感兴趣，做事认真有责任心，善于利用课外业余时间学习课外专业技术知识，并积极向高年级学生请教，开展专业学习和讨论，参与高年级学生的一些专业实践创新活动，相信能够承担和胜任本项目的实践活动。3.实践创新成果在校学习两年，我们接触到的实践课程有电工电子实验，物理实验，电子装配实验，程序语言设计，数学实验等，由于我们都才大二，而且我们组组队时间不长，暂时还未集体的组队完成一个项目，但我们都学过一些基本的动手实践课程，如电子装配，自己完成了一个万用表的焊接，电工电子实验中我们也接触到了关于电路分析，数字电路，模拟电路的一些实践操作，为实践积累下不少经验。参加这样的实践创新训练比赛一直是我们组的愿望，没有做过没关系，关键在于我们热爱学习，有浓厚的兴趣想把项目做好。我们对这个课题有很高的激情，都希望能在这个活动中学习更多新的知识，在实践中不断锻炼自我，提高自我，展现自我，为以后的学习和工作打下良好的基础，也希望能够创作出优秀的作品，以此丰富、充实我们的大学生活。二、项目方案（包括项目的训练目标、前期准备、组织实施、过程管理、实践环节、教师指导、项目结题等）实践环节：1、智能防盗报警系统的硬件组成该系统的核心处理器是凌阳16位单片机SPCE061A68,用以实现讲话人个性的确认,再执行对应的操作命令，所以系统主要由讲话人个性识别模块、词语识别模块、防盗报警控制模块、防盗控制器和报警系统等组成，在训练学习时,通过麦克风把讲话人语音信号送入到采集前端电路，对采集到的语音信号进行特征化和语音处理，从而提取讲话人的个性特征参数并存储到RAM 单元中,建立讲话人的个性特征参数库.识别时把需要识别的语音命令与个性特征参数进行模式匹配，语音识别结果信号通过防盗报警控制电路、防盗系统和报警系统,使扬声器发出报警声。本系统的硬件分别由麦克风、反混叠滤波电路、凌阳16位单片机SPCE061A(语音训练、语音识别电路和音频输出电路)、存储器SPR4096、防盗报警控制电路、防盗系统、报警系统、按键、电源和扬声器等组成.系统组成框图如图1所示。麦克风预加重滤波器存储扩展SPR4096防盗电路凌阳SPCE061A单片机防盗报警控制12键键盘报警电路图1智能防盗报警硬件框图2、凌阳 16 位单片机 SPCE061A 的功能和特点本系统的核心部件是凌阳16位单片机SPCE061A芯片,片内集成有32位可编程的多功能I/O 端口,7 通道10 位电压模- 数转换器(ADC),自动增益控制功能的语音输入方式,11种IRQ中断和中断控制可处理的3种FIQ中断，并由指令BREAK控制的软中断和包含两个16 位定时器/ 计数器，能提供有容量比较大的C函数库和语音函数库，特别适用特定人孤立词的语音识别系统，工作电压低(2.65.5V),频率范围宽(0.37549.152MHZ)。系统电路简单,造价低,容易推向市场。3、语音识别系统结构语音识别是本系统性能好坏的关键。为了增加抗噪能力，首先进行预处理(反混叠滤波、预加重)，经过滤波器组进行有选择性提取有用信号，通过对 PARCOR 系数、线性预测系数、过零次数提取和能量相关函数等参数的计算匹配对信号进行处理。语音进行分析处理后与训练库的语音进行模式匹配，最后得到匹配距离最小语音识别结果。语音识别系统的基本结构如图2所示。语音预处理 反混叠滤波器滤波器组PARCOR系统线性预测系统过零次数数量关系函数训练聚类模块存储识别结果输出模式匹配识别图2 语音识别系统结构框图语音输入预处理A/D转换特征提取参考模板模式匹配存储识别结果输出图3 语音信号处理过程框图4、语音信号处理工作原理语音信号处理过程大致由预处理(反混叠滤波、预加重)来消除工频干扰，为了方便后面SPCE061A对语音信号的数字化处理。因此，将预处理后的语音模拟信号进行模数转换，再进行特征参数提取,用反映语音信号特征的若干参数来代表语音信号,然后根据目标任务的不同，采用相应的处理方法。语音识别一般分为两个阶段：训练阶段和识别阶段。训练阶段是让语音信号特征参数建模处理，由此得到识别基本单元具有共同特点的标准数据,用来形成参数模板。将所需要识别的全部单元参数模板组合在一起，成为参考模板库。在识别阶段将识别的语音信号特征提取后一一与参考模板库的数据比较，寻找出最接近的参考模板所对应的语音信号。这样就得到了识别结果。语音信号处理过程的结构框图如图3所示。4.1 预处理由于噪声对语音识别存在着严重干扰,严重影响识别的准确性。为了抗噪声干扰,所以,采用反混叠滤波的方法滤除高于1/2采样频率的信号成分或噪声，信号带宽限制在一个特定范围内.噪声主要来源于高频干扰部分，为了提高信号与噪声比，对语音信号的高频部分进行提升(预加重),这样也有利用抑制低频干扰和白噪声干扰。4.2 特征参数的提取建立特征参数空间。讲话人所说的一个词的特征参数对应特征参数一个点，一个命令对应特征参数一组点，这些点可以用多变量概率密度函数来描述。这一组点就能有效地描述讲话人的个性特征。对于不同的人讲同一个词对应的特征参数值不同,对应特征参数空间上的点不同。这两组点的分布函数的方差比，用F表示, 作为语音识别时的有效度量准则。F反映了不同讲人的个性特征参数空间点的分散程度与各讲话人自身个性点的分散程度之间的对比关系。4.3 语音识别过程由于动态时间规整(DTW)方法在特定人短语音的语音识别上效果较好。本系统模式匹配采用DTW方法。DTW 是把时间规整和距离测度计算结合起来的一种非线性规整技术。如设参考模板的特征矢量序列为 ;输入语音特征矢量序列为 ,那么，动态时间规整是要寻求时间规整函数M= （N），把输入模板时间轴N 非线性地映射到参考模板的时间轴 M,并且（N）满足其中是第N 帧输入矢量和第M帧参考矢量的距离，D 是相应于最优时间规整下二模板的距离测度，加权后得其中和(1)式中的含义相同。加权系数一般采用对称形式。， (3)(2)式分母用来补尝规整函数F中点数投影。定义常数。累计距离也可以用递推公式计算 (4)设初始条件为最后得到计算结果为作为二模板间的DP 匹配距离。5 、系统软件设计系统的工作过程主要分两大步:第一步是模式训练;第二步是模式匹配。系统完成这两步的主程序流程图如图4所示。YY系统上电结束初始化初始化启动训练启动识别继续训练防盗报警控制输出出错识别成功否成功否识别否NYNN图4 系统主程序流程图三、学校提供条件（包括项目开展所需的实验实训情况、配套经费、相关扶持政策等）1、学校拥有大量的纸质和电子的图书、期刊、报纸等可供方便参阅；2、学校有电子阅览室，电脑设备等使用方便，上网便利；3、学校各实验室的开放以及现有的软件和硬件等实验实训场地和仪器设备，实验室常用的电路板焊接加工工具，常用元器件等为项目组实验项目的开展提供了有力的保障；4、 学校各级都有专人负责组织协调大学生实践创新训练活动，并提供一定的配套经费支持，能够为学生实施训练项目创造良好的环境。5、学校提供完善的配套扶持政策。学校将奖励项目组成员相应的学生创新学分，奖励项目组认定的指导教师的一定的教学工作量。四、预期成果本项目的主要预期成果为：1）实现报警系统的语音智能化， 提供原理图一份，实现方案设计、提供项目结题报告1份。2）提供出基于嵌入式智能语音报警监控系统一套创新点本语音报警监控系统为非接触报警，报警隐蔽便捷及时，可用于楼宇安全监控，非常适用于行动不便的老人和孩子，通