CN109243458A - 一种用于智能机器人的语音识别系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于智能机器人的语音识别系统，所述语音识别系统包括处理模块、拾音模块、存储模块、A/D转换模块、语音识别模块、语音判定模块、数据接口模块和结果输出模块，所述处理模块分别与所述存储模块、所述语音判定模块、所述数据接口模块和结果输出模块电性连接，所述语音判定模块依次与所述语音识别模块、所述A/D转换模块和所述拾音模块电性连接。本发明通过拾音模块、A/D转换模块、语音识别模块和语音判定模块可实现语音指令的快速识别，且准确度高，在实际使用中，当该语音识别系统应用于智能机器人后，可提升智能机器人的运行效率和识别效果，从而让智能机器人与人的交互更加顺畅，提高人们的使用感受。
Description
技术领域
本发明属于语音识别技术领域，具体涉及一种用于智能机器人的语音识别系统。
背景技术
机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作，可分为一般机器人和智能机器人。一般机器人是指不具有智能，只具有一般编程能力和操作功能的机器人。智能机器人至少要具备以下三个要素：一是感觉要素，用来认识周围环境状态；二是运动要素，对外界做出反应性动作；三是思考要素，根据感觉要素所得到的信息，思考出采用什么样的动作。
智能机器人之所以叫智能机器人，这是因为它有相当发达的“大脑”。最主要的是，这样的机器人可以进行按目的安排的动作。正因为这样，这种机器人才是真正的机器人。
语音是人人交互中最常见的方式，也是最直接和最有效的方式之一。在现代社会，智能机器人的出现与普及使得人类的生活状态发生改变，人们越来越习惯借助机器人完成各种日常事务。我们希望和机器人交流时就像和人类交流一样的便捷，机器人不仅能够“听见”人类的语音，并且能够“听懂”语音的意思。让机器人听懂语音的人机交互方式就是语音识别。
现有用于智能机器人的语音识别系统无法快速准确的获得语音指令，使得智能机器人的运行效率较低，识别效果较差，使得智能机器人与人的交互不够顺畅。
为此，我们提供一种用于智能机器人的语音识别系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于智能机器人的语音识别系统，可实现语音指令的快速识别，且准确度高，提升了智能机器人的运行效率和识别效果，从而让智能机器人与人的交互更加顺畅，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种用于智能机器人的语音识别系统，所述语音识别系统包括处理模块、拾音模块、存储模块、A/D转换模块、语音识别模块、语音判定模块、数据接口模块和结果输出模块，所述处理模块分别与所述存储模块、所述语音判定模块、所述数据接口模块和结果输出模块电性连接，所述语音判定模块依次与所述语音识别模块、所述A/D转换模块和所述拾音模块电性连接；
所述存储模块包括至少两组存储单元，其中一组存储单元用于对系统进行备份，剩余存储单元用于存储包含有语句的至少一个语句集合的语音数据；
所述语音判定模块包括语音判定单元和语音输出单元，利用语音判定单元从音频特征中选择一个或多个最优候选识别特征，并将一个或多个最优候选识别特征传输至语音输出单元，由语音输出单元将一个或多个最优候选识别特征输出给处理模块；
所述数据接口模块用于与外部服务器的数据接口进行连接，用于传输数据和系统的更新；
所述处理模块用于处理语音语音判定模块中的语音输出单元输出的一个或多个最优候选识别特征，并将处理结果输出给结果执行模块；
所述结果执行模块用于执行处理模块的处理结果中的相应动作；
所述语音识别模块包括语音提取单元和特征压缩单元，语音提取单元根据收到的语音指令提取输入指令中的短时音频特征，从短时音频特征提取过零率、基频和美尔倒谱系数特征，所述特征压缩单元根据提取的过零率、基频和美尔倒谱系数特征从语音指令中找出相互间相似度满足预设条件的音频特征，并将找出的音频特征传输至所述语音判定单元；
所述A/D转换模块用于将接收到的语音指令进行数字化处理，并将接收到的数字化语音指令传输至语音识别模块；
所述拾音模块用于获取接收输入的语音指令，并将接收到的语音指令传输至A/D转换模块。
优选的，所述拾音模块由包括呈矩阵式分布的至少四组麦克风组成。
优选的，所述处理模块采用STM32F103RCT6的单片机集成芯片，所述A/D转换模块为AD7606集成芯片。
优选的，所述语言识别模块还包括语音播报单元，语音播报单元用于播报获取的语音指令。
优选的，所述语音识别模块还包括语种识别单元，语种识别单元用于对输入的语言语种进行识别。
优选的，所述语音识别系统还包括无线通讯模块，无线通讯模块用于无线连接远程语音输入设备，用于远程输入语音指令。
优选的，所述无线通讯模块为2G模块、3G模块、4G模块、5G模块、WiFi模块、蓝牙模块、GPRS模块中的一种或几种。
优选的，所述拾音模块和A/D转换模块之间设置有噪声过滤模块，用于将拾音模块获取的语音指令消除噪声后，将无噪音频信号发送至A/D转换模块。
优选的，所述数据接口模块包括USB串行接口、RS-232串行接口和RS-485串行接口的一种或多种。
优选的，所述语音判定单元采用隐马尔可夫模型从音频帧特征中选择一个或多个最优候选识别特征。
本发明提出的一种用于智能机器人的语音识别系统，与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过拾音模块、A/D转换模块、语音识别模块和语音判定模块的组合可实现语音指令的快速识别，且准确度高，在实际使用中，当该语音识别系统应用于智能机器人后，可提升智能机器人的运行效率和识别效果，从而让智能机器人与人的交互更加顺畅，提高人们的使用感受。
附图说明
图1为本发明的连接示意图；
图2为本发明的存储模块的示意图；
图3为本发明的语音判定模块的示意图；
图4为本发明的语音识别模块的示意图；
图5为本发明的拾音模块的麦克风的布局示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1-5所示的一种用于智能机器人的语音识别系统，所述语音识别系统包括处理模块、拾音模块、存储模块、A/D转换模块、语音识别模块、语音判定模块、数据接口模块和结果输出模块，所述处理模块分别与所述存储模块、所述语音判定模块、所述数据接口模块和结果输出模块电性连接，所述语音判定模块依次与所述语音识别模块、所述A/D转换模块和所述拾音模块电性连接；
所述存储模块包括至少两组存储单元，其中一组存储单元用于对系统进行备份，剩余存储单元用于存储包含有语句的至少一个语句集合的语音数据；
所述语音判定模块包括语音判定单元和语音输出单元，利用语音判定单元从音频特征中选择一个或多个最优候选识别特征，并将一个或多个最优候选识别特征传输至语音输出单元，由语音输出单元将一个或多个最优候选识别特征输出给处理模块；
所述数据接口模块用于与外部服务器的数据接口进行连接，用于传输数据和系统的更新；
所述处理模块用于处理语音语音判定模块中的语音输出单元输出的一个或多个最优候选识别特征，并将处理结果输出给结果执行模块；
所述结果执行模块用于执行处理模块的处理结果中的相应动作；
所述语音识别模块包括语音提取单元和特征压缩单元，语音提取单元根据收到的语音指令提取输入指令中的短时音频特征，从短时音频特征提取过零率、基频和美尔倒谱系数特征，所述特征压缩单元根据提取的过零率、基频和美尔倒谱系数特征从语音指令中找出相互间相似度满足预设条件的音频特征，并将找出的音频特征传输至所述语音判定单元，过零率是指一个信号的符号变化的比率，例如信号从正数变成负数或反向，这个特征在语音对比、语音识别和音乐信息检索领域得到广泛使用，基音的频率即为基频，决定整个音的音高，在声音中，基频是指一个复音中基音的频率，在构成一个复音的若干个音中，基音的频率最低，强度最大，在声音处理领域中，梅尔倒谱系数是基于声音频率的非线性梅尔刻度的对数能量频谱的线性变换；
所述A/D转换模块用于将接收到的语音指令进行数字化处理，并将接收到的数字化语音指令传输至语音识别模块；
所述拾音模块用于获取接收输入的语音指令，并将接收到的语音指令传输至A/D转换模块。
具体的，所述拾音模块由包括呈矩阵式分布的至少四组麦克风组成，呈矩阵式分布的至少四组麦克风设置有多组，分别设置于智能机器人的四个侧面上，保证在各个侧面发出语音指令后智能机器人均可获取。
具体的，所述处理模块采用STM32F103RCT6的单片机集成芯片，该型号单片机是一个低电压，高性能32位单片机，器件采用ARM公司的高性能”Cortex-M3”内核，STM32F103RCT6单片机在电子行业中有着广泛的应用，STM32F103RCT6有64个引脚，51个外部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含7个外中断口，多达11个定时器,5个全双工串行通信口，2个读写口线，STM32F103RCT6可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程，所述A/D转换模块为AD7606集成芯片。
具体的，所述语言识别模块还包括语音播报单元，语音播报单元用于播报获取的语音指令，可验证发出的语音指令是否正确。
具体的，所述语音识别模块还包括语种识别单元，语种识别单元用于对输入的语言语种进行识别，可使得智能机器人可接收多种语种的语音指令。
具体的，所述语音识别系统还包括无线通讯模块，无线通讯模块用于无线连接远程语音输入设备，用于远程输入语音指令，可用于远程遥控智能机器人。
具体的，所述无线通讯模块为2G模块、3G模块、4G模块、5G模块、WiFi模块、蓝牙模块、GPRS模块中的一种或几种。
具体的，所述拾音模块和A/D转换模块之间设置有噪声过滤模块，用于将拾音模块获取的语音指令消除噪声后，将无噪音频信号发送至A/D转换模块，避免噪声对输入的语音指令造成干扰。
具体的，所述数据接口模块包括USB串行接口、RS-232串行接口和RS-485串行接口的一种或多种，方便与不同接口的外部服务器进行连接。
具体的，所述语音判定单元采用隐马尔可夫模型从音频帧特征中选择一个或多个最优候选识别特征，隐马尔可夫模型是统计模型，它用来描述一个含有隐含未知参数的马尔可夫过程。其难点是从可观察的参数中确定该过程的隐含参数，然后利用这些参数来作进一步的分析，例如模式识别。是在被建模的系统被认为是一个马尔可夫过程与未观测到的(隐藏的)的状态的统计马尔可夫模型。隐马尔可夫模型作为一种统计分析模型，成为信号处理的一个重要方向，现已成功地用于语音识别，行为识别，文字识别以及故障诊断等领域。
隐马尔可夫模型是马尔可夫链的一种，它的状态不能直接观察到，但能通过观测向量序列观察到，每个观测向量都是通过某些概率密度分布表现为各种状态，每一个观测向量是由一个具有相应概率密度分布的状态序列产生。所以，隐马尔可夫模型是一个双重随机过程，是指具有一定状态数的隐马尔可夫链和显示随机函数集。
综上所述：本发明通过拾音模块、A/D转换模块、语音识别模块和语音判定模块可实现语音指令的快速识别，且准确度高，在实际使用中，当该语音识别系统应用于智能机器人后，可提升智能机器人的运行效率和识别效果，从而让智能机器人与人的交互更加顺畅，提高人们的使用感受。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于智能机器人的语音识别系统，其特征在于：所述语音识别系统包括处理模块、拾音模块、存储模块、A/D转换模块、语音识别模块、语音判定模块、数据接口模块和结果输出模块，所述处理模块分别与所述存储模块、所述语音判定模块、所述数据接口模块和结果输出模块电性连接，所述语音判定模块依次与所述语音识别模块、所述A/D转换模块和所述拾音模块电性连接；
所述存储模块包括至少两组存储单元，其中一组存储单元用于对系统进行备份，剩余存储单元用于存储包含有语句的至少一个语句集合的语音数据；
所述语音判定模块包括语音判定单元和语音输出单元，利用语音判定单元从音频特征中选择一个或多个最优候选识别特征，并将一个或多个最优候选识别特征传输至语音输出单元，由语音输出单元将一个或多个最优候选识别特征输出给处理模块；
所述数据接口模块用于与外部服务器的数据接口进行连接，用于传输数据和系统的更新；
所述处理模块用于处理语音语音判定模块中的语音输出单元输出的一个或多个最优候选识别特征，并将处理结果输出给结果执行模块；
所述结果执行模块用于执行处理模块的处理结果中的相应动作；
所述语音识别模块包括语音提取单元和特征压缩单元，语音提取单元根据收到的语音指令提取输入指令中的短时音频特征，从短时音频特征提取过零率、基频和美尔倒谱系数特征，所述特征压缩单元根据提取的过零率、基频和美尔倒谱系数特征从语音指令中找出相互间相似度满足预设条件的音频特征，并将找出的音频特征传输至所述语音判定单元；
所述A/D转换模块用于将接收到的语音指令进行数字化处理，并将接收到的数字化语音指令传输至语音识别模块；
所述拾音模块用于获取接收输入的语音指令，并将接收到的语音指令传输至A/D转换模块。
2.根据权利要求1所述的一种用于智能机器人的语音识别系统，其特征在于：所述拾音模块由包括呈矩阵式分布的至少四组麦克风组成。
3.根据权利要求1所述的一种用于智能机器人的语音识别系统，其特征在于：所述处理模块采用STM32F103RCT6的单片机集成芯片，所述A/D转换模块为AD7606集成芯片。
4.根据权利要求1所述的一种用于智能机器人的语音识别系统，其特征在于：所述语言识别模块还包括语音播报单元，语音播报单元用于播报获取的语音指令。
5.根据权利要求1所述的一种用于智能机器人的语音识别系统，其特征在于：所述语音识别模块还包括语种识别单元，语种识别单元用于对输入的语言语种进行识别。
6.根据权利要求1所述的一种用于智能机器人的语音识别系统，其特征在于：所述语音识别系统还包括无线通讯模块，无线通讯模块用于无线连接远程语音输入设备，用于远程输入语音指令。
7.根据权利要求6所述的一种用于智能机器人的语音识别系统，其特征在于：所述无线通讯模块为2G模块、3G模块、4G模块、5G模块、WiFi模块、蓝牙模块、GPRS模块中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种用于智能机器人的语音识别系统，其特征在于：所述拾音模块和A/D转换模块之间设置有噪声过滤模块，用于将拾音模块获取的语音指令消除噪声后，将无噪音频信号发送至A/D转换模块。
9.根据权利要求1所述的一种用于智能机器人的语音识别系统，其特征在于：所述数据接口模块包括USB串行接口、RS-232串行接口和RS-485串行接口的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的一种用于智能机器人的语音识别系统，其特征在于：所述语音判定单元采用隐马尔可夫模型从音频帧特征中选择一个或多个最优候选识别特征。
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