车载蓝牙语音控制系统的语音识别算法研究与设计

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随着计算机应用的普及与发展,将语音与计算机交流作为人类与计算机之间连接的方式已成为最方便、快捷的交流方式。将能够让机器理解人类思想的高科技技术语音识别技术与汽车智能控制相互融合,不仅能够满足人们对于汽车功能逐年增多的需求,还能够使得人们在安全、方便、快捷的方式下完成娱乐、休闲、工作等活动。因此,研究车载蓝牙语音控制系统有着十分重要的意义。本文采用了CSR公司研发的BlueCore系列芯片BlueCore5-Multimedia,应用了基于隐马尔科夫的语音识别方法,研究并设计了车载语音控制系统的语音识别过程。通过驾驶人员的简单语音命令,对车载MOST网络中的多媒体节点进行智能控制。实验证明本系统成功实现了车载语音控制系统中各子模块及系统功能,能够进行完整的语音训练、识别过程,且系统具有良好的语音训练成功率及较高的语音识别率。第1章阐明了项目背景与意义,简要介绍语音识别技术的历史与发展、车载语音控制系统的研究现状。语音识别技术起源于20世纪50年代,是语音信号处理中的一个至关重要的分支,它以语音为主要研究对象交叉至各学科、各种研究领域。近年来,利用语音识别技术制作的芯片逐步实现了小型、轻便的语音系统。这些小型语音控制系统日渐被应用在汽车系统上来进行一些智能控制,目前已有多家汽车生产商推出具有不同特点的语音控制系统的新型车。第2章研究了语音识别的基本原理。其识别流程包括预处理、加窗分帧、端点检测、特征参数提取、模板匹配。着重研究了特征参数提取中的LPC和MFCC两种系数提取方法。分析了目前主要应用较多的三种语音模板匹配方法,具体包括动态时间规整、隐马尔科夫模型及人工神经网络算法,比较了三种模型各自的优、劣势以及其实用的不同场合。第3章深入研究基于DHMM的语音识别技术在本系统中的应用。针对车载蓝牙语音控制系统的实际功能需求设计语音信号从预处理、端点检测、特征参数提取到模板匹配的各阶段算法。详细讨论了本系统中用到的预处理过程中的参数设置、端点检测方法。阐述了本系统采用LPCC参数提取方法,DHMM模板匹配方法,并详细说明了各算法的基本结构的确定及各算法具体实现流程。此外,详细地介绍了本系统中语音命令的制定及提示语的制作过程。第4章详细描述了车载蓝牙语音控制系统的总体设计过程。深入研究了主控芯片BC5-MM的性能及特点以及软件开发过程中使用到的开发环境Bluelab,给出了选取该芯片为主控芯片的主要原因。在分析系统需求的基础上,针对软件系统的功能特点,说明了硬件系统的设计及实现过程。描述了本系统的总体设计流程,按照实现顺序,说明了识别算法部分的训练程序设计过程及识别程序设计过程。第5章是系统调试及功能验证部分,本章首先给出了车载蓝牙语音控制系统的硬件实物图以及调试所使用的开发板实物图,接着基于此硬件平台设计了语音控制过程中的三部分实验方案,分别测试了语音训练、语音识别、系统总体功能完成情况。训练成功率、识别率验证结果表明本系统语音训练过程、识别过程均能够良好完成。最后对系统进行一系列步骤操作,结果表明系统可正常工作且基本满足用户需求。第6章对全文进行系统总结,并对系统待研究问题进行了展望,可在语音的抗噪声优化及语音匹配过程的优化工作中加以深入研究。本文结合了BC5-MM芯片的特点,成功地研究并设计了车载蓝牙语音控制系统中的语音识别过程,并通过实验证明该系统具有较好的识别效果,满足控制功能的需求,为今后车载语音控制系统的研究及深入开发做了探索工作。
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