软件设计 - 实时语音识别系统在家庭监护机器人的实现

　　1.2 软件设计

　　HTK（Hidden Markov Model Toolkit）是一套专门的建立和处理隐马可夫模型（HMMs）的实验工具包，由英国剑桥大学工程系（Cambridge University Engineering Department，CUED）开发的，主要应用于语音识别领域，也可以应用于语音合成、字符识别和DNA排序等研究领域。HTK经过剑桥大学、 Entropic公司及Microsoft公司的不断增强和改进，使其在语音识别领域处于世界领先水平。

　　基于HTK的语言识别时，识别结果适用只能显示在DOS或终端上，而且不利于将结果保存、移植或者二次开发利用。在本语音识别系统中使用了HTK接口工具ATK（AnApplication Toolkit for HTK）。ATK是由英国剑桥大学开发的开源语音识别工具，是对HTK的C++多线程封装，跟HTK一样，它支持Linux和Windows，它包括 HTK（HTKLib）、AHTK、AGram、ANGram、ADict、AHMMs、AResource、ARMan、ARec、ACode、 ASour ce、ATee、AComponent、ABuffer、APacket、Asyn、FLite（SYNLib）、ALog模块部件。

　　基于ATK的语音识别软件应用系统的由语音信号采集模块、基于DMA的双向高速RAM存取模块、ATK语音识别模块、系统管理模块、语音输出模块等模块组成，如图4所示。

　　

　　图4 系统软件设计结构图

　　在软件设计中，系统管理模块主要负责系统的总体管理调度，是应用系统的调度中心；语音信号采集模块主要负责控制数据采集芯片TPS 65930;基于DMA的双向RAM存取模块主要负责实现DMA驱动及双向RAM的读写存取，使用了通道1来实现高速地把语音信号采集到的数据存储到 RAM上，并使用通道2实现高速地把RAM的数据取出来，用于语音的识别；语音输出模块主要负责把相应的音频数据送到TPS65930，并控制TPS6 5930对接收到的音频解码输出到功放电路，实现语音输出的功能。软件的设计流程图如图5所示。

　　

　　图5 软件设计流程

　　2 语音识别系统实验及结果

　　文中设计的语音识别系统如图6所示。在实验中总共进行了3轮话语测试，每轮300句话语测试，其中 150句为家庭监护机器人需要识别的话语，150句话语为机器人不予置理的无关话语。本系统只设置10个需要识别的话语，由15名学生分别读音进行测试。同时对无关话语也是由该15名学生，每人10句分别随机读音测试。从显示结果可以看出，第1轮中，先测试的150句无关话语中，能正确识别出无关话语数为 150句，识别出无关话语率为100%，但对需识别的话语中，正确识别出148句，2句识别出错，识别率为98.67%;在第2轮中，同样先测试的150 句无关话语中，能正确识别出无关话语数为150句，识别出为无关话语率为100%，但对需识别的话语中，正确识别出142句，8句识别出错，识别率为 94.67%;在第3轮中，同样先测试的150句无关话语中，能正确识别出无关话语数为150句，识别出无关话语率为100%，但对需识别的话语中，正确识别出146句，识别率为97.33%.在3轮测试中，系统都能实时响应所有语句，未出现漏句现象。并且在实验测试的过程中，系统的响应速度都非常快，感观上没有时间延迟，与真人交流速度相当。

　　

　　图6 系统实验界面

　　从实验测试结果可看出，对于识别10个需要识别的话语的识别率高达94.67%以上，具有较高的识别率，因而该语音识别系统较好达到了家庭监护机器人使用的要求。

　　3 结论

　　文中通过DSP、DMA和ARM Cortex-A8的并行处理，利用双缓冲的方法，在嵌入式Linux上实现了基于ATK的实时语音识别系统。该系统可以实时地实现语音识别，具有较高识别率，较快的响应速度。可以应用在家庭监护机器人及其相关领域中。