語(yǔ)音操作軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄭宇煜　蔡震東　丘洪偉　陳栩聰

摘? 要：近年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和廣泛普及，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)趨于完善，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)能將人們的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為文字。文中所述軟件通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別并記錄的方式，為用戶減少重復(fù)機(jī)械的操作，給用戶的日常電腦使用中帶來(lái)更好的體驗(yàn)，而軟件的良好運(yùn)營(yíng)離不開數(shù)據(jù)庫(kù)的支持。該研究以“基于大數(shù)據(jù)的云助理”為背景，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)為核心，使用C/S為架構(gòu)，從理論和實(shí)踐兩方面去闡述關(guān)于該語(yǔ)音操作軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：語(yǔ)音操作;SQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù);C/S結(jié)構(gòu);E-R圖

中圖分類號(hào)：TN912.3? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）02-0015-03

Abstract：In recent years，with the rapid development and widespread popularity of the internet，speech recognition technology has become more sophisticated，and speech recognition technology can convert peoples speech signals into text. It is proposed that the software uses voice recognition and recording to reduce the repeated mechanical operations for the user and bring a better experience to the daily computer use of the user. The good operation of the software is inseparable from the support of the database behind him. The research takes “big data-based cloud assistant” as the background，speech recognition technology as the core，and uses C/S as the architecture. The theoretical and practical aspects of the database design and implementation of the speech operation software are explained.

Keywords：voice operation;SQL database technology;C/S structure;E-R diagram

0? 引? 言

隨著時(shí)代的進(jìn)步和物聯(lián)網(wǎng)的興起，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)已經(jīng)逐漸覆蓋我們的日常生活。本文所述的語(yǔ)音操作軟件是一個(gè)基于C#語(yǔ)言編寫、以微軟的SQL為數(shù)據(jù)庫(kù)的語(yǔ)音軟件。在聯(lián)網(wǎng)情況下，通過(guò)外接API，針對(duì)用戶操作喚醒與用戶操作相對(duì)應(yīng)的命令，喚醒命令就從客戶端與服務(wù)器里的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互，并回傳用戶所喚醒的命令，最后實(shí)現(xiàn)用戶指定的操作。由于語(yǔ)音操作軟件需要存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，而大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)集合會(huì)給服務(wù)器帶來(lái)壓力、長(zhǎng)久的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)產(chǎn)生的冗余也需要有應(yīng)對(duì)方法，因此提高數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行效率和對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行長(zhǎng)久考量就顯得尤為重要。針對(duì)上述情況，本文從數(shù)據(jù)庫(kù)的概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)等方面去解決所述語(yǔ)音操作軟件所遇到的問(wèn)題。

1? 系統(tǒng)分析

1.1? C/S結(jié)構(gòu)

本文的語(yǔ)音操作軟件采用的是C/S架構(gòu)。C/S架構(gòu)是客戶端/服務(wù)器，也是分布式架構(gòu)，它將軟件的任務(wù)分解為兩層，分別是客戶端和服務(wù)器，軟件在客戶端上實(shí)現(xiàn)客戶端與用戶的交流，在服務(wù)器上根據(jù)相應(yīng)的命令進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。

這種架構(gòu)模式的主要優(yōu)勢(shì)：首先在于具有較強(qiáng)的交互性，用戶可以較為直觀地感受軟件帶來(lái)的變化，讓用戶有較好的參與感;其次是安全性，C/S架構(gòu)對(duì)信息的控制力強(qiáng)，其一是因?yàn)樗墙⒃谔囟ǖ钠脚_(tái)上，影響范圍有限，其二是它所面對(duì)的用戶群體是固定的，傳播范圍也同樣具有一定限制;最后是擁有較好的數(shù)據(jù)處理能力，由于C/S架構(gòu)分為客戶端（Client）和服務(wù)器（Server），該架構(gòu)的計(jì)算層面主要是根據(jù)客戶端反饋的數(shù)據(jù)，服務(wù)器通過(guò)數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)計(jì)算，最后返回客戶端所需要的數(shù)據(jù)，在這個(gè)過(guò)程中，客戶端的主要作用是與用戶進(jìn)行良好的交互，服務(wù)器則是承擔(dān)計(jì)算的主要角色，這種分布式的架構(gòu)不僅減輕了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，也使服務(wù)器有更好的數(shù)據(jù)處理能力。C/S架構(gòu)模型如圖1所示。

1.2? 軟件模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（1）語(yǔ)音操作模塊。語(yǔ)音操作模塊是本文所述軟件的主要功能模塊，它針對(duì)用戶的命令完成已制定的操作。在聯(lián)網(wǎng)情況下，用戶在客戶端輸入的實(shí)時(shí)語(yǔ)音，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器上，服務(wù)器對(duì)用戶指令進(jìn)行反應(yīng)，并返回對(duì)應(yīng)的操作數(shù)值給客戶端，客戶端接收到操作數(shù)值完成操作。用戶也可以在客戶端自定義命令，并上傳到服務(wù)器里的用戶個(gè)人庫(kù)模塊進(jìn)行存放，方便用戶調(diào)用。

（2）個(gè)人庫(kù)模塊。個(gè)人庫(kù)模塊是本文所述軟件的主要模塊之一，它主要的功能是存放每個(gè)用戶所擁有的命令庫(kù)，并在用戶需要時(shí)進(jìn)行調(diào)用。個(gè)人庫(kù)模塊是用戶專屬的數(shù)據(jù)庫(kù)，它是由服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)。

（3）喚醒庫(kù)模塊。喚醒庫(kù)模塊是本文所述軟件的次要模塊之一，它的主要的功能是同一條命令可以擁有多條喚醒的語(yǔ)言方式。一個(gè)人不僅有一個(gè)稱呼，計(jì)算機(jī)指令也一樣，喚醒庫(kù)通過(guò)保存別名的方式擴(kuò)寬指令的呼喚范圍。

（4）指令庫(kù)模塊。指令庫(kù)模塊是本文所述軟件的擴(kuò)展模塊，它主要的功能是拓展用戶能使用的命令。用戶獲取新命令的方式一般有兩種，第一種是通過(guò)自己在客戶端編寫指令，將指令及其附屬內(nèi)容上傳至數(shù)據(jù)庫(kù);第二種是根據(jù)用戶自身的權(quán)限在服務(wù)器的指令庫(kù)中下載指令。指令庫(kù)包含多種官方制作的命令，用戶在聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)下，通過(guò)點(diǎn)擊客戶端的指令庫(kù)按鈕，可以得到多種命令，用戶可以根據(jù)自身的權(quán)限下載權(quán)限內(nèi)的命令。

（5）軟件實(shí)現(xiàn)。軟件的UI如圖2所示。

2? 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

2.1? 設(shè)計(jì)策略

數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)策略是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的重要前奏和基礎(chǔ)，它決定了管理員設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的角度。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)策略一般分為兩種，分別是自底向上和自頂向下的策略。自底向上策略從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和底層業(yè)務(wù)入手，從子系統(tǒng)開始完善，再將各個(gè)子系統(tǒng)集成并進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合，最后完成對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì);該語(yǔ)音操作軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)策略選擇的是自頂向下策略，它從軟件的高層入手，通過(guò)用戶需求，分析軟件實(shí)現(xiàn)目標(biāo)、方法、策略等，從高層構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，再進(jìn)行步步細(xì)化，直至成為可以識(shí)別的特定數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用。

2.2? 總體設(shè)計(jì)

在數(shù)據(jù)庫(kù)的總體設(shè)計(jì)中，首先是概念設(shè)計(jì)，即對(duì)用戶需求進(jìn)行歸納總結(jié)，然后將需求抽象化進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)建模。概念設(shè)計(jì)常使用E-R圖作為表現(xiàn)形式。E-R圖也稱為實(shí)體-聯(lián)系圖，它有三個(gè)關(guān)鍵詞：實(shí)體集、聯(lián)系、屬性。

實(shí)體集是指客觀存在的實(shí)體的集合，在E-R圖中使用矩形表示，它擁有著相同的數(shù)據(jù)類型和屬性，既可以是現(xiàn)實(shí)存在的事物，也可以是抽象存在的概念在該軟件中的實(shí)體集有用戶信息、個(gè)人庫(kù)、喚醒庫(kù)、管理員、指令庫(kù)。

聯(lián)系是指實(shí)體集之間的關(guān)系，在E-R圖中使用菱形表示，它們通常表示實(shí)體集之間“一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多”的關(guān)系。

屬性是指實(shí)體上所具有的某項(xiàng)特性的值，在E-R圖中使用橢圓表示。在該軟件中的屬性有用戶ID、指令I(lǐng)D、郵箱、密碼、權(quán)限等。該軟件的E-R圖如圖3所示。

邏輯設(shè)計(jì)階段，邏輯設(shè)計(jì)是將前一個(gè)步驟的概念模型通過(guò)數(shù)據(jù)模型表示出來(lái)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化。這一階段主要通過(guò)范式來(lái)規(guī)范化數(shù)據(jù)庫(kù)，范式從小到大環(huán)環(huán)嵌套，通過(guò)范式要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行約束，從而達(dá)到減少冗余，提高效率的效果。但減少冗余其實(shí)也意味著增加對(duì)服務(wù)器的壓力，因此在使用范式約束的時(shí)候就需要衡量好范式與服務(wù)器之間的關(guān)系。第一范式的含義是每個(gè)屬性對(duì)應(yīng)的域具有原子性，并且每個(gè)屬性的值包含該域的單個(gè)值時(shí)。第二范式的含義是在第一范式的基礎(chǔ)上，任意非主屬性不能依賴候選鍵屬性集合的真子集。第三范式，也是在效率上普遍被認(rèn)可的范式，在滿足第二范式的基礎(chǔ)上，第三范式下任何一個(gè)非主屬性都不傳遞依賴任何關(guān)鍵字。這一階段的主要任務(wù)是反映業(yè)務(wù)邏輯，是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)必不可少的一部分。

2.3? 表與表的聯(lián)系

本文所述的語(yǔ)音操作軟件是由微軟的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)編寫的，使用PowerDesigner軟件針對(duì)該語(yǔ)音操作軟件的表與表之間的主外鍵聯(lián)系進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，對(duì)表里的屬性、數(shù)據(jù)類型、實(shí)體等進(jìn)行了一系列的建模。使用PowerDesigner軟件的建模結(jié)果如圖4所示。

3? 結(jié)? 論

通過(guò)使用設(shè)計(jì)策略、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)等前期準(zhǔn)備之后進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的編寫，本文使用了Visio軟件和PowerDesigner分別繪制了E-R圖和語(yǔ)音操作軟件的概念模型，最后得出表與表之間的聯(lián)系。

本軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)是本文所述的語(yǔ)音操作軟件的基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)之初就需要進(jìn)行多個(gè)步驟的精密策劃，同時(shí)需要考慮在未來(lái)數(shù)據(jù)量的增加給數(shù)據(jù)庫(kù)帶來(lái)一系列需要維護(hù)情況。本文所述的語(yǔ)音操作軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)單實(shí)用，為該數(shù)據(jù)庫(kù)以后的開發(fā)提供了一定的支持。

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作者簡(jiǎn)介：鄭宇煜（1998.02-），男，漢族，廣東揭陽(yáng)人，本科，研究方向：數(shù)據(jù)庫(kù)管理。