語音識別技術(shù)在無線傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫培剛，鄭貴金，張全禹

(綏化學(xué)院 電氣工程學(xué)院，黑龍江 綏化 152061)

語音識別技術(shù)在無線傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫培剛，鄭貴金，張全禹

(綏化學(xué)院 電氣工程學(xué)院，黑龍江 綏化 152061)

本文主要研究了語音識別技術(shù)和無線傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)組成及工作原理，并將語音識別技術(shù)應(yīng)用到無線傳輸系統(tǒng)中。語音識別系統(tǒng)采用具有語音處理功能的凌陽單片機(jī)SPCE061A系統(tǒng)，并將其融入到無線傳輸系統(tǒng)中，組成了一種低功耗、低成本、智能性和應(yīng)用性較強(qiáng)的語音控制的無線通信系統(tǒng)。

單片機(jī)SPCE061A ； 語音識別技術(shù)；無線傳輸系統(tǒng)

隨著電子科技技術(shù)的發(fā)展，無線傳輸系統(tǒng)在人們生活中應(yīng)用得越來越廣泛。如無線溫度計、遙控鎖及智能家居的多功能遙控器等，已經(jīng)成為人們生活中隨處可見的無線傳輸裝置。目前市場上的智能家居無線傳輸裝置多采用紅外線、藍(lán)牙或者ZigBee傳輸模塊，紅外線和藍(lán)牙的傳輸距離很短，一般在10 m以內(nèi)；而使用ZigBee模塊除需要掌握ZigBee協(xié)議外，還需要組網(wǎng)來擴(kuò)展距離，并且成本較高[1-2]。本文以智能家居的多功能遙控器為例，設(shè)計了一種低成本、低功耗、并具有語音識別功能的簡易智能家居無線傳輸裝置。下面分別從智能家居的語音識別模塊和無線傳輸裝置的系統(tǒng)組成和電路設(shè)計等方面進(jìn)行敘述。

1 系統(tǒng)組成

1.1 語音識別系統(tǒng)

語音識別系統(tǒng)的組成如圖1所示：

圖1 語音識別系統(tǒng)框圖

語音通過話筒轉(zhuǎn)換為電信號后，需要進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理主要包括增益調(diào)節(jié)和反混疊濾波處理，濾波器采用100～4 000Hz的帶通濾波器，用于對環(huán)境噪音進(jìn)行去噪處理；由A/D轉(zhuǎn)換將語音的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過線性預(yù)測倒普特征處理，提取出語音的特征模型。語音識別的訓(xùn)練階段，需要將訓(xùn)練成功的語音特征模型進(jìn)行存儲，作為模型比對的標(biāo)準(zhǔn)；語音的識別階段，是將新輸入的語音指令特征模型與訓(xùn)練存儲的語音特征模型進(jìn)行識別判斷，如果匹配成功，系統(tǒng)輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號，對智能家居中無線傳輸模塊的發(fā)射端進(jìn)行相應(yīng)的控制。

1.2 無線傳輸系統(tǒng)

無線傳輸系統(tǒng)主要包括發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)。

1.2.1 發(fā)射系統(tǒng)

發(fā)射系統(tǒng)框圖如圖2所示。語音識別系統(tǒng)語音識別匹配成功后，會輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號。數(shù)據(jù)信號由編碼電路進(jìn)行編碼處理，轉(zhuǎn)換為脈沖信號。不同的數(shù)據(jù)信號，轉(zhuǎn)換的脈沖信號占空比不同，以區(qū)別不同的指令信息。編碼后的脈沖信號，經(jīng)由調(diào)制電路調(diào)制，轉(zhuǎn)換為高頻已調(diào)信號，通過功率放大、濾波等處理后經(jīng)由天線發(fā)射出去[3]。

圖2 發(fā)射系統(tǒng)框圖

1.2.2 接收系統(tǒng)

接收系統(tǒng)框圖如圖3所示。接收天線接收到高頻已調(diào)信號后，由解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，去除載波，恢復(fù)出脈沖信號[4]，再由解碼電路進(jìn)行解碼處理，還原電平信號。再由電平信號對家用電器進(jìn)行相應(yīng)的控制。

圖3 接收系統(tǒng)框圖

這樣，就可以通過無線傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)語音信號對家用電器的遠(yuǎn)距離控制。

2 電路設(shè)計

2.1 語音識別電路

語音識別有專用的語音識別集成器件，如AP7003系列、LD3320等語音識別專用芯片。這些芯片一般都是集成了語音識別處理器、AD/DA轉(zhuǎn)換器以及內(nèi)部RAM等，可以很方便的實(shí)現(xiàn)語音識別功能[5]。我們這里選用的凌陽SPCE061系列單片機(jī)，它除了能夠?qū)崿F(xiàn)語音識別功能外，還可以由用戶自行對單片機(jī)其它端口進(jìn)行設(shè)置和編程，擴(kuò)展智能家居控制器的功能[6]。凌陽SPCE061系列是針對于語音和DSP處理的一款專用的單片機(jī)系統(tǒng)，16位微處理器，工作電壓為2.6～3.6V，休眠狀態(tài)下，工作電流小于2 μA，內(nèi)置ADC和AGC專用語音通道，兩組16位I/O口。系統(tǒng)框圖如圖4所示：

圖4 凌陽SPCE061A系統(tǒng)

語音信號由話筒送入凌陽SPCE061A單片機(jī)，通過內(nèi)部的自動增益調(diào)節(jié)、濾波和AD轉(zhuǎn)換處理后，再由微處理器進(jìn)行線性預(yù)測特征倒普處理提取特征模型。訓(xùn)練階段，訓(xùn)練成功的語音特征模型存入到凌陽SPCE061A單片機(jī)內(nèi)部的RAM中； 識別階段，如果輸入的語音與訓(xùn)練的語音特征模型匹配成功，由揚(yáng)聲器反饋成功信息，并控制PROTB輸出相應(yīng)的電平[7-8]。

2.2 發(fā)射電路設(shè)計

發(fā)射電路由編碼和調(diào)制電路組成，如圖5所示：

圖5 發(fā)射電路

編碼芯片選用的是常用的SC2262。凌陽單片機(jī)PROTB口輸出的電平送入數(shù)據(jù)端D0～D5，由編碼芯片SC2262編碼處理，并由17腳串行輸出序列脈沖信號。圖中晶體管9018、315M晶振和電容C1、C2、C4組成石英晶體振蕩器，用于產(chǎn)生315MHz的載波信號。通過序列脈沖信號對晶體管基極的控制，完成ASK調(diào)制。 發(fā)射電路的工作電壓為12V，在空曠地的發(fā)射距離為50～100 m之間，發(fā)射功率為10mW，數(shù)據(jù)的傳輸速率為4 kb·s-1，可以滿足智能家居無線傳輸裝置的要求。

2.3 接收電路設(shè)計

接收電路中的解調(diào)電路采用的是2ASK解調(diào)電路，如圖6所示：

調(diào)節(jié)電容C2，使諧振頻率為315MHz。接收到的高頻已調(diào)信號由晶體管Q1進(jìn)行選頻放大，Q2和Q3的緩沖隔離，經(jīng)二極管包絡(luò)檢波電路進(jìn)行檢波，經(jīng)過比較器LM258輸出解調(diào)后的脈沖序列信號[9-10]。

脈沖序列信號的解碼由解碼芯片SC2272進(jìn)行解碼。如圖7所示：

圖6 2ASK解調(diào)電路

圖7 SC2272解碼電路

脈沖序列信號由解碼芯片SC2272的14腳輸入，經(jīng)過解碼處理后，由數(shù)據(jù)端D0～D5輸出電平，輸出的電平與凌陽單片機(jī)PROTB口的電平一致，并由控制電路檢測電平信息后進(jìn)行相應(yīng)的操作控制，從而完成語音識別的遠(yuǎn)程控制。接收電路的工作電壓為12V，工作靜態(tài)電流為4mA,接收靈敏度為-105dBm,接收信號頻率為315MHz。

語音識別系統(tǒng)在生活中的應(yīng)用越來越廣泛，將語音識別技術(shù)融入到無線傳輸系統(tǒng)中，提高了無線傳輸系統(tǒng)的智能性和安全性。本文以具有語音控制功能的智能家居無線傳輸系統(tǒng)為例，介紹了以凌陽單片機(jī)為核心的語音識別系統(tǒng)、以編解碼片SC2262/SC2272、315M振蕩電路、2ASK解調(diào)電路為主體的無線傳輸系統(tǒng)的工作原理，可以實(shí)現(xiàn)通過語音對智能家居的無線控制，且成本很低。但文中的設(shè)計也有諸多不足之處，如語音模板的錄入需要相對安靜的環(huán)境來完成、語音識別過程有短暫的延時、在有障礙物的情況下傳輸距離會大幅度減小等現(xiàn)象，需要進(jìn)一步的改進(jìn)。

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責(zé)任編輯 喻曉敏

The application of speech recognition technology in wireless communication system

SUN Pei-gang, ZHENG Gui-jin, ZHANG Quan-yu

(Institute of Electric Engineering, College of Suihua, Suihua 152061, Heilongjiang,China)

This paper mainly studies the system composition and working principle of the speech recognition technology and the wireless communication system, and the application of the speech recognition technology in a wireless communication system. The speech recognition system uses a voice processing function of single chip microcomputer SPCE061A system applied in a wireless communication system.The wireless communication system is characterized with low power consumption, low cost, intelligent and strong application of voice control.

single chip microcomputer SPCE061A; speech recognition technology; wireless communication system

TN99

A

1003-8078(2016)06-0073-03

2016-09-01 doi 10.3969/j.issn.1003-8078.2016.06.19

孫培剛，男，吉林敦化人，講師，碩士，主要研究方向?yàn)殡娮?、無線通信。

綏化學(xué)院校級科研項(xiàng)目(K1302003)。