本發(fā)明涉及一種語音識別系統(tǒng)，特別是涉及一種基于骨傳導高噪聲環(huán)境下的語音識別系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

語音是人類交流最方便的一種方式，如用語音實現(xiàn)操作則會帶來很大方便，目前一般的語音識別系統(tǒng)，采用模擬濾波和MCU(單片機)語音處理，由于模擬濾波裝置體積大，過濾噪聲范圍由元件參數(shù)制約，調(diào)整不方便，過濾噪聲范圍易受環(huán)境溫度影響，而簡單的數(shù)字語音儲存、語音識別技術(shù)，受環(huán)境噪聲和音量的影響大，語音識別的效果差,造成識別出錯，引起操作或控制失誤。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于骨傳導高噪聲環(huán)境下的語音識別系統(tǒng)，其克服現(xiàn)有裝置濾波調(diào)整不方便、通用性差、體積大、結(jié)構(gòu)復雜、受環(huán)境噪聲和音量的影響大、語音識別的效果差、易造成識別出錯、引起操作或控制失誤等問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于骨傳導高噪聲環(huán)境下的語音識別系統(tǒng)，其特征在于，其包括：

送話器，用于發(fā)送語音；

語音接收模塊，用于接收訓練語音或辨識語音；接收訓練語音，儲存使用者的語音命令；接收辨識語音，與多個訓練語音比較辨識，并按功能設置，通過開關(guān)量IO接口輸出不同的操作邏輯信號；

驅(qū)動電路模塊，用于放大控制電路的信號；

邏輯開關(guān)量IO接口，用于執(zhí)行不同的操作、控制電路實現(xiàn)對多種設備的控制，用于對壓力、流量、溫度進行調(diào)節(jié)；

控制設定模塊，用于控制、設定工作；

工作狀態(tài)顯示模塊，用于顯示整個系統(tǒng)工作狀況；

通信接口模塊，用于連接通信設備；

語音處理模塊，用于處理語音信號；語音處理模塊包括相互連接的語音回放模塊和DSP模塊，語音回放模塊用于實現(xiàn)清晰的語音通信或在對操作命令識別后，按功能設置進行相應操作時，為進一步提高操作正確率，在每一個指令收到后，系統(tǒng)會通過語音回放回饋給使用者，便于及時確認；DSP模塊用于接收訓練語音或辨識語音；對環(huán)境噪聲進行過濾、消噪和語音信號的閉環(huán)音量自動調(diào)節(jié)，使語音不受環(huán)境噪聲和音量的影響，實現(xiàn)清晰的通信或正確的語音訓練儲存和語音識別；DSP模塊包括DA轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字濾波模塊、PID控制模塊和AD轉(zhuǎn)換模塊，DA轉(zhuǎn)換模塊用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號；數(shù)字濾波模塊用于對信號進行處理；PID控制模塊用于測量、比較和執(zhí)行實際值和期望值；AD轉(zhuǎn)換模塊用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；

信號調(diào)理模塊，使語音信號達到A/D要求；

受話器，用于接收語音。

優(yōu)選地，所述DSP模塊包括以下步驟的工作過程：

步驟一，接收語音信號；

步驟二，進行DA轉(zhuǎn)換；

步驟三，進行數(shù)字濾波處理；

步驟四，存儲識別信號；

步驟五，經(jīng)開關(guān)量IO，進行調(diào)節(jié)控制；

步驟六，進行AD轉(zhuǎn)換和回放。

優(yōu)選地，所述DSP模塊采用數(shù)學運算處理方法實現(xiàn)正確識別，并進行相應操作。

優(yōu)選地，所述DSP模塊采用TI公司TMS320LF2407A控制器，TMS320LF2407A與通用的CPU和微處理器相比，價格低、應用廣泛、有很強的數(shù)字信息處理功能，它集C2xx內(nèi)核增強型TMS320設計結(jié)構(gòu)及低功耗、高性能、優(yōu)化外圍電路于一體，16位數(shù)字信號處理，帶有硬件乘法器和乘加指令,每條指令在25ns完成，語音經(jīng)10位高速AD轉(zhuǎn)換器語音轉(zhuǎn)換等數(shù)字信息處理能力為本發(fā)明提供合適的硬件基礎(chǔ)；DSP具有程控性、重復性，抗干擾性能好，能夠?qū)崿F(xiàn)自適應算法、數(shù)據(jù)壓縮，它具有模擬信號的無法替代的特性。

優(yōu)選地，所述PID控制模塊具有閉環(huán)音量自動調(diào)節(jié)，閉環(huán)音量自動調(diào)節(jié)采用離散量PID調(diào)節(jié)，使語音不受環(huán)境噪聲和音量的影響。

優(yōu)選地，所述PID控制模塊具有語音訓練，用于從DSP對采集到的語音樣本進行分析處理中，提取出語音特征信息，建立一個特征模型，存儲于存儲器中。

優(yōu)選地，所述PID控制模塊具有語音識別，用于從DSP對采集到的語音樣本進行類似的分析處理中，提取出語音的特征信息，然后將這個特征信息模型與已有的特征模型信號進行對比，如果二者達到了一定的匹配度，則輸入的語音被識別，作出相應動作。

本發(fā)明的積極進步效果在于：本發(fā)明無需任何模擬濾波器，裝置完全集成化，使用DSP模塊及相關(guān)技術(shù)，裝置性能優(yōu)良；從經(jīng)濟的角度講，本發(fā)明使用的僅僅為一塊通用DSP模塊和少量普通電子元件組成的外圍電路，由于采用通用電子器件，器件成本低廉，從應用的角度講，語音是人類交流最方便的一種方式，用語音實現(xiàn)清晰的通信或相應的操作具有很廣應用前景。本發(fā)明調(diào)整方便，通用性好，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，不受環(huán)境噪聲和音量的影響，語音識別的效果好，不會造成識別出錯、引起操作或控制失誤。本發(fā)明具有噪聲抑制、音量自動調(diào)節(jié)、語音儲存、語音識別等功能，利用DSP強大的數(shù)字信號處理能力，完成音源波頻譜分量分析，然后根據(jù)所希望的頻率特性進行濾波，同時對語音信號幅值進行離散量的閉環(huán)音量自動調(diào)節(jié)。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明基于骨傳導高噪聲環(huán)境下的語音識別系統(tǒng)的原理框架圖。

圖2為本發(fā)明中PID控制模塊的工作過程的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

如圖1所示，本發(fā)明公開了一種基于骨傳導高噪聲環(huán)境下的語音識別系統(tǒng)，其包括送話器、語音接收模塊、驅(qū)動電路模塊、邏輯開關(guān)量IO(輸入輸出)接口、控制設定模塊、工作狀態(tài)顯示模塊、通信接口模塊、DA(數(shù)模)轉(zhuǎn)換模塊、PID(比例-積分-微分)控制模塊、AD(模數(shù))轉(zhuǎn)換模塊、DSP(數(shù)字信號處理)模塊、語音處理模塊、數(shù)字濾波模塊、語音回放模塊、信號調(diào)理模塊、受話器，其中：

送話器，用于發(fā)送語音；

語音接收模塊，用于接收訓練語音或辨識語音；接收訓練語音，儲存使用者的語音命令；接收辨識語音，與多個訓練語音比較辨識，并按功能設置，通過開關(guān)量IO接口輸出不同的操作邏輯信號；

驅(qū)動電路模塊，用于放大控制電路的信號；

邏輯開關(guān)量IO接口，用于執(zhí)行不同的操作、控制電路實現(xiàn)對多種設備的控制，用于對壓力、流量、溫度進行調(diào)節(jié)；

控制設定模塊，用于控制、設定工作；

工作狀態(tài)顯示模塊，用于顯示整個系統(tǒng)工作狀況；

通信接口模塊，用于連接通信設備；

語音處理模塊，用于處理語音信號；語音處理模塊包括相互連接的語音回放模塊和DSP模塊，語音回放模塊用于實現(xiàn)清晰的語音通信或在對操作命令識別后，按功能設置進行相應操作時，為進一步提高操作正確率，在每一個指令收到后，系統(tǒng)會通過語音回放回饋給使用者，便于及時確認，使控制正確率達到100％；

DSP模塊用于接收訓練語音或辨識語音；對環(huán)境噪聲進行過濾、消噪和語音信號的閉環(huán)音量自動調(diào)節(jié)，使語音不受環(huán)境噪聲和音量的影響，實現(xiàn)清晰的通信或正確的語音訓練儲存和語音識別；DSP模塊包括DA轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字濾波模塊、PID控制模塊和AD轉(zhuǎn)換模塊，DA轉(zhuǎn)換模塊用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號；數(shù)字濾波模塊用于對信號進行處理；PID控制模塊用于測量、比較和執(zhí)行實際值和期望值；AD轉(zhuǎn)換模塊用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；經(jīng)過語音識別后，實現(xiàn)多種操作功能，針對不同語音命令進行操作或控制；為進一步提高正確率，在每一個指令收到后，系統(tǒng)會通過語音回放回饋給使用者，便于及時確認，使控制正確率達到100％，并由系統(tǒng)給控制接口以邏輯指令以執(zhí)行下一步操作；整個系統(tǒng)工作狀況由顯示器指示；整個系統(tǒng)還能通過通信接口應用于多平臺的控制，能走向工業(yè)機器人控制應用領(lǐng)域；

信號調(diào)理模塊，使語音信號達到A/D要求；

受話器，用于接收語音。

如圖2所示，DSP模塊包括以下步驟的工作過程：

步驟一，接收語音信號；

步驟二，進行DA轉(zhuǎn)換；

步驟三，進行數(shù)字濾波處理；

步驟四，存儲識別信號；

步驟五，經(jīng)開關(guān)量IO，進行調(diào)節(jié)控制；

步驟六，進行AD轉(zhuǎn)換和回放。

所述DSP模塊采用數(shù)學運算處理方法實現(xiàn)正確識別，并進行相應操作。

所述DSP模塊采用TI公司TMS320LF2407A控制器，TMS320LF2407A與通用的CPU和微處理器(MCU)相比，價格低、應用廣泛、有很強的數(shù)字信息處理功能，它集C2xx內(nèi)核增強型TMS320設計結(jié)構(gòu)及低功耗、高性能、優(yōu)化外圍電路于一體，16位數(shù)字信號處理，帶有硬件乘法器和乘加指令,每條指令在25ns完成，語音經(jīng)10位高速AD轉(zhuǎn)換器語音轉(zhuǎn)換等數(shù)字信息處理能力為本發(fā)明提供合適的硬件基礎(chǔ)；DSP具有程控性、重復性，抗干擾性能好，能夠?qū)崿F(xiàn)自適應算法、數(shù)據(jù)壓縮，它具有模擬信號的無法替代的特性。DSP模塊對音源信號進行數(shù)學運算處理方法來達到頻域濾波，并且對語音信號幅值進行離散量閉環(huán)音量自動調(diào)節(jié)。DSP模塊對采集到的語音樣本在濾波和音量自動調(diào)節(jié)之后，進行分析處理，提高匹配程度，達到正確語音識別。

在DSP模塊提供高速數(shù)字信號處理硬件基礎(chǔ)上，進行有效數(shù)字信號處理技術(shù)開發(fā)，通過研究人類語音特色，進行細微的頻譜分析，同時對各種環(huán)境噪聲和各種裝備工作時產(chǎn)生的噪聲開展頻譜研究和統(tǒng)計分析，鑒別出環(huán)境噪聲與人類語音的差別，在此基礎(chǔ)上，得出數(shù)字濾波傳遞函數(shù)，進行濾波，抑制環(huán)境噪聲，開發(fā)出語音識別軟件進行語音識別；語音識別對象是語音，決定音源質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)是“采樣率”，只要選擇采樣率>48KHz就能達到CD音質(zhì)，實現(xiàn)對語音的高音質(zhì)精確采集，確保整體數(shù)據(jù)處理分析的精度；一般的MCU是難以達到的，并由DSP模塊進一步作數(shù)字信號處理，完成噪聲抑制，數(shù)值PID控制、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)等；把語音信號處理要求和DSP模塊的數(shù)字信息處理技術(shù)結(jié)合起來實現(xiàn)高質(zhì)量語音通信和正確的語音識別。

DSP模塊將語音信號從時域變換到頻域形式通常采用傅立葉變換，對于離散化的周期信號而言，快速傅立葉變換(FFT)是分析語音波形的最好的算法之一，利用FFT能直接得到波形所含的各頻譜分量。FFT是離散傅立葉變換(DFT)的一種快速算法；由于我們在計算DFT時一次復數(shù)乘法需用四次實數(shù)乘法和二次實數(shù)加法；一次復數(shù)加法則需二次實數(shù)加法；每運算一個X(k)需要4N次復數(shù)乘法及2N+2(N-1)＝2(2N-1)次實數(shù)加法；所以整個DFT運算總共需要4N2次實數(shù)乘法和N*2(2N-1)＝2N(2N-1)次實數(shù)加法；如此一來，計算時乘法次數(shù)和加法次數(shù)都是和N2成正比的，當N很大時，運算量是龐大的，因而需要改進對DFT的算法減少運算速度；根據(jù)傅立葉變換的對稱性和周期性，將DFT運算中有些項合并和有限項簡化。

設序列長度為N＝2L，L為整數(shù)；將N＝2L的序列x(n)(n＝0，1，…，N-1)，按N的奇偶分成兩組，也就是說我們將一個N點的DFT分解成兩個N/2點的DFT，它們又重新組合成一個如下式(1)所表達的N點DFT：

$X\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{\frac{N}{2}-1}{\Σ}}{x}_1\left(n\right)W_{\frac{N}{2}}^{nk}+W_N^k\underset{n=0}{\overset{\frac{N}{2}-1}{\Σ}}{x}_2\left(n\right)W_{\frac{N}{2}}^{nk}=X_1\left(n\right)+W_N^k{X}_2\left(n\right)\mathrm{...}\left(1\right)$

上式FFT運算序列是混亂的，但經(jīng)分析，信號流程有一定規(guī)律—即位碼倒置，本發(fā)明使用了位倒序的減接尋址方式和乘累加、移位累加指令實現(xiàn)；

利用快速傅立葉變換(FFT)對輸入語音信號進行離散傅立葉變換分析其頻譜，然后利用FIR數(shù)字濾波器，濾波器設計方法是利用濾波理論設計滿足要求的傳遞函數(shù)H(s),依據(jù)H(s)求出相應的數(shù)字濾波器傳遞函數(shù)H(z),根據(jù)所希望的頻率特性進行濾波，這種辦法具有較好的頻率選擇性和靈活性。

所述PID控制模塊具有閉環(huán)音量自動調(diào)節(jié)，閉環(huán)音量自動調(diào)節(jié)采用離散量PID調(diào)節(jié)，使語音不受環(huán)境噪聲和音量的影響。

所述PID控制模塊具有語音訓練，語音訓練用于從DSP對采集到的語音樣本進行分析處理中，提取出語音特征信息，建立一個特征模型，存儲于存儲器中。

所述PID控制模塊具有語音識別，語音識別用于從DSP對采集到的語音樣本進行類似的分析處理中，提取出語音的特征信息，然后將這個特征信息模型與已有的特征模型信號進行對比，如果二者達到了一定的匹配度，則輸入的語音被識別，作出相應動作。

本發(fā)明通過研究人類語音特色，同時通過對環(huán)境的各種噪聲和各種裝備工作時產(chǎn)生的噪聲開展頻譜研究和統(tǒng)計分析，鑒別出環(huán)境噪聲與人類語音的差別，利用DSP強大的數(shù)字信號處理能力，完成音源波頻譜分量分析，然后根據(jù)所希望的頻率特性進行濾波，同時對語音信號幅值進行離散量的閉環(huán)音量自動調(diào)節(jié)，使語音不受環(huán)境噪聲和音量的影響，實現(xiàn)高標準語音通信，通過與訓練語音比較，實現(xiàn)語音識別，并按要求進行操作和控制。由于采用DSP有效地數(shù)字信號處理技術(shù)，使用數(shù)學運算方法對音源信號處理，省去了濾波器等器件,克服現(xiàn)有的識別語音裝置通用性差、體積大、結(jié)構(gòu)復雜、成本高等問題，取得了裝置體積小、結(jié)構(gòu)簡單、頻率選擇方便、使用靈活、性能優(yōu)良等有益效果。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。