CN109003364A - 一种基于语音识别的智能家居门禁系统 - Google Patents

一种基于语音识别的智能家居门禁系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于语音识别的智能家居门禁系统，包括：门禁设备；中央控制器，用于接收用户指令、根据用户指令控制其他模块工作；采集模块，用于采集用户语音信号；处理模块，对采集的用户语音信号进行识别处理，将识别结果反馈到中央控制器；执行模块，用于根据指令执行所述门禁设备的解锁或上锁操作。本发明通过采集用户的语音信号，对语音信号进行识别处理，将获取的用户语音信号和预存的语音信号进行匹配，当匹配成功时控制门禁系统执行上锁或解锁操作，识别准确度高，安全性能强；同时，能够释放用户双手，操作便捷，提高用户体验。

Description

一种基于语音识别的智能家居门禁系统
技术领域
本发明涉及智能家居技术领域，特别是一种基于语音识别的智能家居门禁系统。
背景技术
随着智能家居系统的智能化水平越来越高，相应的也出现了一些智能化门禁系统用于智能家居中，现有技术中，出现了一些基于IC卡、密码识别或指纹识别的门禁系统来代替原来使用钥匙的机械门锁，但是由于IC卡容易丢失，而密码开锁和指纹识别开锁又需要腾出手来进行操作，导致使用起来不方便；因此，亟需一种基于语音识别的智能家居门禁系统来解决上述问题。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种基于语音识别的智能家居门禁系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
本发明提供一种基于语音识别的智能家居门禁系统，包括：门禁设备；
中央控制器，用于接收用户指令、根据用户指令控制其他模块工作；
采集模块，用于采集用户语音信号；
处理模块，对采集的用户语音信号进行识别处理，将识别结果反馈到中央控制器；
执行模块，用于根据指令执行所述门禁设备的解锁或上锁操作。
优选地，所述系统还包括数据库模块，用于储存用户语音信号。
优选地，所述系统还包括提示模块，用于根据接收的用户指令提示用户进行下一步操作的信息或处理结果。
优选地，所述采集模块具体为麦克风。
优选地，所述用户指令具体包括：录入指令、解锁或上锁指令；
当中央处理器接收到录入指令后，中央处理器控制采集模块采集用户语音信号，将采集到的用户语音信号储存到所述数据库模块中；
当中央处理器接收到解锁或上锁指令后，中央处理器控制采集模块采集用户语音信号，若处理模块对该语音信号的识别结果正确时，中央处理器控制执行模块执行解锁或上锁操作；若处理模块对该语音信号的识别结果为错误时，中央处理器控制提醒模块发出相应的提示信息。
优选地，所述处理模块，进一步包括依次连接的：
预处理单元，对采集的用户语音信号进行去噪、加窗、分帧处理；
第一处理单元，对预处理后的用户语音信号进行短时傅里叶变换，获取用户语音信号的对数能量谱；
第二处理单元，对获取的对数能量谱作进一步处理，获取用户语音信号的Gabor谱；
第三处理单元，对Gabor谱作进一步处理，获取Gabor谱的局部能量分布谱；
特征提取单元，根据所述局部能量分布谱获取用户语音信号的特征参数；
识别单元，将获取的特征参数与数据库模块中预存的语音信号的特征参数进行对比，若相似度大于设定的阈值，则判定该用户语音信号识别正确；否则判定为识别错误。
本发明的有益效果为：本发明通过采集用户的语音信号，对语音信号进行识别处理，将获取的用户语音信号和预存的语音信号进行匹配，当匹配成功时控制门禁系统执行上锁或解锁操作，识别准确度高，安全性能强；同时，能够释放用户双手，操作便捷，提高用户体验。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的框架结构图；
图2为本发明处理模块的框架结构图。
附图标记：
中央控制器100、采集模块200、处理模块300、执行模块400、数据库模块500、提示模块600、门禁设备900、预处理单元310、第一处理单元320、第二处理单元330、第三处理单元340、特征提取单元350、识别单元360
具体实施方式
结合以下应用场景对本发明作进一步描述。
参见图1，其示出一种基于语音识别的智能家居门禁系统，包括：门禁设备900；
中央控制器100，用于接收用户指令、根据用户指令控制其他模块工作；
采集模块200，用于采集用户语音信号；
处理模块300，对采集的用户语音信号进行识别处理，将识别结果反馈到中央控制器100；
执行模块400，用于根据指令执行所述门禁设备900的解锁或上锁操作。
本发明上述实施例，通过采集用户的语音信号，对语音信号进行识别处理，将获取的用户语音信号和预存的语音信号进行匹配，当匹配成功时控制门禁系统执行上锁或解锁操作，识别准确度高，安全性能强；同时，能够释放用户双手，操作便捷，提高用户体验。
优选地，所述系统还包括数据库模块500，用于储存用户语音信号。
本发明上述实施例，通过数据库储存用户预设的用户语音信号，供处理模块300进行语音信号识别时调用进行匹配，能够同时储存不同用户的信号；并且用户通过在数据库中添加或删除不同用户的语音信号来达到门禁系统使用的授权和解除授权。
优选地，所述系统还包括提示模块600，用于根据接收的用户指令提示用户进行下一步操作的信息或处理结果。
本发明上述实施例，通过设置提示模块，能够发出相应的提示信息提示用户使用，提高用户使用体验。
优选地，所述采集模块200具体为麦克风。
本发明上述实施例，通过设置内嵌式麦克风准确地采集用户的语音信号，为之后的用户语音信号识别奠定了基础。
优选地，所述用户指令具体包括：录入指令、解锁或上锁指令；
当中央处理器接收到录入指令后，中央处理器控制采集模块200采集用户语音信号，将采集到的用户语音信号储存到所述数据库模块500中；
当中央处理器接收到解锁或上锁指令后，中央处理器控制采集模块200采集用户语音信号，若处理模块300对该语音信号的识别结果正确时，中央处理器控制执行模块400执行解锁或上锁操作；若处理模块300对该语音信号的识别结果为错误时，中央处理器控制提醒模块发出相应的提示信息。
优选地，处理模块300，进一步包括依次连接的：
预处理单元310，对采集的用户语音信号进行去噪、加窗、分帧处理；
第一处理单元320，对预处理后的用户语音信号进行短时傅里叶变换，获取用户语音信号的对数能量谱；
第二处理单元330，对获取的对数能量谱作进一步处理，获取用户语音信号的Gabor谱；
第三处理单元340，对Gabor谱作进一步处理，获取Gabor谱的局部能量分布谱；
特征提取单元350，根据所述局部能量分布谱获取用户语音信号的特征参数；
识别单元360，将获取的特征参数与数据库模块500中预存的语音信号的特征参数进行对比，若相似度大于设定的阈值，则判定该用户语音信号识别正确；否则判定为识别错误。
本发明上述实施例，采用上述方式对用户语音信号进行识别处理，首先对采集到的语音信号进行预处理，去除噪声的影响，同时为语音信号进行加窗分帧处理，为后续的特征提取奠定基础；然后通过对语音信号进行短时傅里叶变换、对数能量谱提取、Gabor谱提取和局部能量谱的提取，获取语音信号的特征参数，并且根据该特征参数与预存的语音信号的特征参数进行比较，从而识别语音信号的正确性，准确度高，能够准确识别出用户的语音信号，为门禁系统的安全性能提供了保障。
优选地，所述预处理单元310对采集的语音信号进行分帧处理，具体包括：
对接收的第一语音信号进行分帧处理，获取语音序列Υz(i)，z＝1,2,…,Z，其中i表示帧的索引，帧数为Z。
优选地，所述第一处理单元320，对预处理后的用户语音信号进行短时傅里叶变换，获取用户语音信号的对数能量谱，具体包括：
对获取的语音序列进行短时傅里叶变换(STFT)，其中采用的变换函数为：
式中，Υz(i)表示第z帧语音序列，HM(i0-i)表示汉明窗函数；Sz(λ)表示Υz(i)的STFT系数，hl＝0,1,…,HL，HL表示汉明窗长度，j表示正交关系系数。
获取语音序列STFT系数的对数能量谱，其中采用的对数能量函数为：
式中，Melz(ζ)表示Mel滤波函数，其中ζLX，ζSX分别表示Mel频率谱的下限和上限，0≤a<A，A表示Mel滤波器的数量，DEz(a)表示对数能量，Melz(ζ)表示Mel滤波器组的滤波结果，其中所有帧的DEz(a)构成对数能量谱DE，ωDE表示调整因子。
本发明上述实施例，采用自定义对数能量函数获取语音信号的对数能量谱，能够有效地表示出语音信号的能量分布，准确性高。
优选地，所述第二处理单元330，对获取的对数能量谱作进一步处理，获取用户语音信号的Gabor谱，具体包括：
其中采用的Gabor谱函数为：
φp,q＝conv(DE,XHpq)
式中，φp,q表示语音信号的Gabor谱，conv(·)表示卷积算子，DE表示对数能量谱，XHpq表示Gabor小波核函数，其中
式中，p表示Gabor小波的核方向，p＝1,2,…,P，P表示Gabor小波核方向数量，q表示Gabor小波的核尺度，q＝1,2,…,Q，Q表示Gabor小波核尺度数量，W＝(x,y)表示像素点的空间位置，σ表示高斯函数的半径，λq表示核尺度q对应的尺度参数，θp表示核函数方向。
本发明上述实施例，采用上述Gabor谱函数获取语音信号的Gabor谱，能够放大语音信号的局部信息，同时最大程度地保留信号原有的信息，提高了语音信号识别的鲁棒性。
优选地，所述第三处理单元340，对Gabor谱作进一步处理，获取Gabor谱的局部能量分布谱，具体包括：
将Gabor谱φζ,q分成个小块Φxy；
其中， 表示块尺寸；
分别获取每个小块Φxy的Gabor一阶不变矩参数，其中采用的一阶不变矩参数获取函数为：
Λ1＝ωΛ1q20+ωΛ2q02+ωΛ3q11
其中，
式中，Λ1表示一阶不变矩参数，分别代表块的宽和高，qαβ表示α+β阶归一化中心矩，fαβ表示α+β阶中心矩，表示能量重心，其中KTαβ表示α+β阶矩，其中，q20即qαβ中α＝2，β＝0，ωΛ1，ωΛ2，ωΛ3表示设定的调整因子；
经上述处理，将从每一个小块获取的Gabor一阶不变矩参数组合得到Gabor局部能量分布谱。
本发明上述实施例，采用上述一阶不变矩餐宿获取函数获取语音洗好的能量分布谱，能够进一步放大能量谱的局部能量的变化信息，突出语音信号中的特征部分，提高了语音信号特征参数提取的准确性和适应性。
优选地，所述特征提取单元350，根据所述局部能量分布谱获取用户语音信号的特征参数，具体包括
采用离散余弦变换消除Gabor局部能量分布谱间系数的相关性，从而得到Gabor局部能量分布谱的倒谱系数，并将其记为DPp,q，同时，也从DPp,q的一阶、二阶差分中提取统计特征，记为和组合得到的语音信号的特征参数为：
本发明上述实施例，采用Gabor局部能量分布谱的倒谱系数及其一阶、二阶差分的均值、标准值、最大值、最小值、峰值、偏度、范围、中值等构成语音信号的特征参数，能够有效地降低特征参数获取的冗余度，提高特征参数的识别性能。
优选地，采用的Gabor小波核尺度数量Q＝5，核方向数量P＝8。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种基于语音识别的智能家居门禁系统，其特征在于，包括：门禁设备；
中央控制器，用于接收用户指令、根据用户指令控制其他模块工作；
采集模块，用于采集用户语音信号；
处理模块，对采集的用户语音信号进行识别处理，将识别结果反馈到中央控制器；
执行模块，用于根据指令执行所述门禁设备的解锁或上锁操作。
2.根据权利要求1所述的一种基于语音识别的智能家居门禁系统，其特征在于，所述系统还包括数据库模块，用于储存用户语音信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于语音识别的智能家居门禁系统，其特征在于，所述系统还包括提示模块，用于根据接收的用户指令提示用户进行下一步操作的信息或处理结果。
4.根据权利要求1所述的一种基于语音识别的智能家居门禁系统，其特征在于，所述采集模块具体为麦克风。
5.根据权利要求2所述的一种基于语音识别的智能家居门禁系统，其特征在于，所述用户指令具体包括：录入指令、解锁或上锁指令；
当中央处理器接收到录入指令后，中央处理器控制采集模块采集用户语音信号，将采集到的用户语音信号储存到所述数据库模块中；
当中央处理器接收到解锁或上锁指令后，中央处理器控制采集模块采集用户语音信号，若处理模块对该语音信号的识别结果正确时，中央处理器控制执行模块执行解锁或上锁操作；若处理模块对该语音信号的识别结果为错误时，中央处理器控制提醒模块发出相应的提示信息。
6.根据权利要求5所述的一种基于语音识别的智能家居门禁系统，其特征在于，处理模块，进一步包括依次连接的：
预处理单元，对采集的用户语音信号进行去噪、加窗、分帧处理；
第一处理单元，对预处理后的用户语音信号进行短时傅里叶变换，获取用户语音信号的对数能量谱；
第二处理单元，对获取的对数能量谱作进一步处理，获取用户语音信号的Gabor谱；
第三处理单元，对Gabor谱作进一步处理，获取Gabor谱的局部能量分布谱；
特征提取单元，根据所述局部能量分布谱获取用户语音信号的特征参数；
识别单元，将获取的特征参数与数据库模块中预存的语音信号的特征参数进行对比，若相似度大于设定的阈值，则判定该用户语音信号识别正确；否则判定为识别错误。
7.根据权利要求6所述的一种基于语音识别的智能家居门禁系统，其特征在于，所述第一处理单元，对预处理后的用户语音信号进行短时傅里叶变换，获取用户语音信号的对数能量谱，具体包括：
对获取的语音序列进行短时傅里叶变换(STFT)，其中采用的变换函数为：
式中，Υz(i)表示第z帧语音序列，HM(i0-i)表示汉明窗函数；Sz(λ)表示Υz(i)的STFT系数，hl＝0,1,…,HL，HL表示汉明窗长度，j表示正交关系系数；
获取语音序列STFT系数的对数能量谱，其中采用的对数能量函数为：
式中，Melz(ζ)表示Mel滤波函数，其中ζLX，ζSX分别表示Mel频率谱的下限和上限，0≤a<A，A表示Mel滤波器的数量，DEz(a)表示对数能量，Melz(ζ)表示Mel滤波器组的滤波结果，其中所有帧的DEz(a)构成对数能量谱DE，ωDE表示调整因子。
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Application publication date: 20181214

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