CN101673112A - 智能家居语音控制器 - Google Patents

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Abstract

智能家居语音控制器。它结合语音识别技术、嵌入式技术以及现场总线技术实现了智能家居的集中、非特定人语音控制，且控制模块和识别模块是全自动的，提供了良好的人机交互界面。

Description

智能家居语音控制器
所属技术领域：
本发明结合现场总线技术可实现智能家具的集中、非特定人语音控制。
技术背景
随着科技的发展，越来越多的智能家居产品进入人们的生活，现在的智能家居产品是通过按钮控制的，人们要学会使用如此多的按钮是很困难的，且必须接触按钮才能实现智能家居的控制，尽管遥控器能在一定的距离内实现智能家居的控制，但必须对准对象，这就要求被控对象的体积比较大，且距离很有限。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种更有好的人机交互界面，使人们能方便地、自然地对智能家居进行控制。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：智能家居语音控制器，其特征：结合现场总线技术、嵌入式技术可实现智能家居的集中、非特定人语音控制，且能实现训练模块和识别模块的全自动化。
所述控制器采用ARM芯片，型号为S3C2410；所述现场总线技术采用RS-485；
本发明的有益效果：提供一种友好的人机交互界面，使人们能方便地对智能家居进行控制，其实现采用嵌入式技术且操作系统采用Linux，大大节约了成本。
附图说明
图1基于VQ和HMM的语音识别原理图
图2智能家居语音控制系统框图
图3RS-485半双工连接图
图4日光灯控制电路图
图5电风扇控制电路图
具体实施措施
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明硬件采用S3C2410处理器、操作系统采用Linux。包括硬件设计和软件设计。
硬件部分包括功率放大电路、自增益控制电路(AGC)、低通滤波器和AD变换电路，功率放大器及自增益电路采用M51304L芯片实现，低通滤波器采用4阶巴特沃思性低通滤波器，截止频率为4000Hz，其中AD变换电路采用IIS接口。
软件部分包括音频设备程序、特征提取模块、训练模块、识别模块、以及语音识别数据库的设计。
通过音频设备程序可实现语音信号的量化，本发明采用PCM进行采样，采样频率为8000Hz，单声道量化，量化后的数据采用8位有符号数据表示，量化后的数据需要进行预加重，预加重的传输函数为H(Z)＝1-uZ-1，本系统取为0.98。然后采用多门限过零率与短时能量相结合的方法进行端点检测。
本发明采用MFCC作为特征向量。首先对信号进行分帧，每帧为15ms，即120点，帧移为30点，分帧后进行加窗，窗函数采用120点的汉明窗，然后对加窗后的信号进行256点FFT；FFT的输出经过26维的Mel频率滤波器组然后取对数就得到MFCC，取前面9维及其一阶差分作为特征向量，不取0阶。
训练模块设计包括码书的设计和HMM的设计以及置信度的设计。为每个单词设计一个码书，码书的尺寸选为32.码书的设计采用LBG算法，但该算法对初始码书的依赖性较大，故对初始码书采用删除算法。在HMM的设计中，为每个单词建立一个HMM，HMM的状态数取为5，察值数目取为32。HMM的结构采用无跨越从左到右模型，类型则采用离散的HMM。HMM的训练通常采用Baum-Welch算法。训练时需要三至五人，每人对每个语句说三至五次，训练的语音存储在二进制文件中，然后再对该文件进行语音端点检测。
识别模块包括矢量量化和观察值序列的概率计算以及拒识。语音矢量经过矢量量化分配给某个码字所代表的胞腔，然后用该码字的索引作为待识别语音的标识。把从矢量量化器输出的码字索引序列转化为观察值序列，进一步计算该HMM产生该序列的概率，概率的计算采用前向-后向算法，然后对概率的对数与量化失真之差最大的词条进一步处理，如果该概率大于给定的阀值，则执行相应的控制命令。该命令由ARM通过其UART端口发送到RS-485总线上。如果该HMM产生该序列的概率小于给定的阀值时，则ARM不发送控制命令。阀值是训练时产生的该词条的概率对数与量化失真之差的最小值。拒识方法除了设置阀值外，还结合该语音模型的帧数，即识别语句只有帧数与该模型相接近时，才有可能被认为该语句。图1中置信度是阀值与语音帧数同时满足的情况。
本发明中共设计两个数据库，利用BerkeleyDB实现，一个用于存储码书，另一个用于存储HMM的参数。并且利用BerkeleyDB的open函数实现了训练模块和识别模块的自动化。方法为：首先利用open函数以DB_RDONLY打开数据库，如果函数返回值为-1，则执行识别程序，否则执行训练程序。
下面讲述智能家居语音控制器是如何控制各种设备的。
经智能家居语音控制器识别后的语音如果是控制信号，如“开灯”、“关灯”等，则通过RS-485接口发送到总线上，连接在总线上的智能家居对信号进行检测，如果智能家居能识别总线上的信号则执行相应命令，不能识别则什么都不做。例如，当语音控制器发送“开灯信号”时，连接在总线上的图4的单片机能识别该信号，然后向P1.0发送高电平，三极管导通，继电器K吸合，则日光灯打开，而图5的单片机智能识别“调为1档”、“调为2档”等指令，不能识别“开灯”，故什么都不做，当语音控制器发送与电风扇相关的控制信号时，图5的单片机根据不同的控制信号，向晶闸管发送不同占空比的信号则可以控制电风扇的转速。

Claims (1)

1.智能家居语音控制器：通过按钮对智能家居进行控制，其特征结合嵌入式技术、语音识别技术以及现场总线技术实现了智能家居的集中、非特定人语音控制且训练模块和识别模块是全自动化的。
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