Design of Intelligent lock Control System by Voice Identification
摘要：該智能門衛(wèi)系統(tǒng)采用語音識別技術(shù)，在陵陽單片機SPCE061A上實現(xiàn)。硬件部分主要由SPCE061A單片機、電源與門控電路、外擴存儲器SPR4096、音頻輸入與輸出電路等組成。主要技術(shù)是該單片機在語音識別中的應(yīng)用和對門控電路的設(shè)計。該系統(tǒng)軟件部分由語音訓練模塊、語音識別模塊、語音數(shù)據(jù)處理模塊、語音播報模塊和密碼輸入與確認模塊組成，通過對系統(tǒng)的初始化和識別訓練實現(xiàn)了語音數(shù)據(jù)的采集、特征提取、特定語音識別和語音播放等功能。根據(jù)語音識別算法原理，對語音信號的預處理、特征提取、模式匹配做了分析。該系統(tǒng)實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，識別效果好，可用于家庭或小型辦公場所的門鎖控制。
關(guān)鍵詞: 語音識別、門控系統(tǒng)、線性預測、特征提取、模式匹配
Abstract：The intelligent guard system adopts the technology of the voice identification which based on the SPCE061A single chip. The system hardware is made up of SPCE061A single chip, the power and gating circuit, the extended memorizer SPR4096, the voice input and output circuit. The key technologies are the application of the SPCE061A single chip on voice recognition and the design of the door control circuit. The system software is made up of the voice training module, the voice identification module, the voice data processing module, the voice playing module and the code of input and output module. The system completes the functions of collecting the voice data, distilling character, special voice identification and voice playing in terms of initializing the system and the identification training. According to the voice identification arithmetic theory, the pretreatment of voice signal, the character distilling and pattern matching is analyzed. The results of the experiments indicate that the system capability is steady and the identification is effective. The system can be applied in house or small office safety protection.
Key Words：Voice identification, lock control, linear prediction, character distil, pattern match
引言
當前智能型門衛(wèi)系統(tǒng)中利用的識別技術(shù)有很多種，其中基于特定人的身份識別的技術(shù)也有很多，但相對于其他技術(shù)，語音識別技術(shù)是目前公認的比較方便與安全的識別技術(shù)之一，該技術(shù)是利用人體生物特征進行身份認證的一種技術(shù)。由于每個人的生物特征與其他人相比具有不同的唯一性和在一定時期內(nèi)不變的穩(wěn)定性，因此不易偽造和假冒，所以利用語音識別技術(shù)進行身份認證，安全、準確、可靠。
1 語音識別的分類
由于語音識別的目的和作用不同，識別又分為說話人識別和語音識別。
其中說話人識別，可分為與文本有關(guān)和與文本無關(guān)兩類。與文本有關(guān)的語音識別系統(tǒng)要求用戶按照規(guī)定的內(nèi)容發(fā)音，每個人的語音模型逐個被精確地建立，而識別時也必須按規(guī)定的內(nèi)容發(fā)音，因此可以達到較好的識別效果；而與文本無關(guān)的識別系統(tǒng)則不規(guī)定說話人的發(fā)音內(nèi)容，模型建立相對困難，但用戶使用方便，應(yīng)用范圍較寬。從用途上看，可分為說話人識別和說話人確認。前者判定某一待識別的聲音是多個話者中的一個，是多選一的問題，屬于閉集識別范圍。后者判定一個待識別的聲音“是或不是”某一特定說話者的語音，其輸出只有兩種結(jié)果，為肯定或否定的問題[1]。
該系統(tǒng)的核心處理器是陵陽16位單片機SPCE061A，并在其上實現(xiàn)與文本有關(guān)的說話人的確認，然后執(zhí)行相應(yīng)的命令與操作。該系統(tǒng)主要由說話人識別模塊、門鎖控制電機以及門鎖等部分組成。在訓練時，說話人的聲音通過麥克風進入說話人語音信號采集前端電路，由語音信號處理電路對采集的語音信號進行特征化和語音處理，提取說話人的個性特征參數(shù)并進行存儲，形成說話人特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫。在識別時，將待識別語音與說話人特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫進行匹配，通過輸出電路控制門控電機，最終實現(xiàn)對門鎖的控制[2]。
本系統(tǒng)的硬件部分由單片機SPCE061A、音頻輸出電路、音頻輸入電路、語音識別電路、門鎖控制電路、FLASH電路和按鍵電路等部分組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。硬件系統(tǒng)主要完成的任務(wù)是將語音信號數(shù)字化，實現(xiàn)語音數(shù)據(jù)的采集、上傳、保存、識別及播放[3]。
圖1 系統(tǒng)硬件框圖
2 硬件系統(tǒng)設(shè)計
2.1 CPU核心電路
SPCE061A 高性能 16 位單片機的工作電壓范圍為 2.6～5.5V，系統(tǒng)工作頻率為 0.375～49.152MHz。在片內(nèi)集成有 32 位可編程的多功能 I/O 端口、兩個 16 位定時器/計數(shù)器、7 通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、自動增益控制功能的麥克風輸入方式、雙通道10位DAC方式的音頻輸出功能及看門狗定時器。中斷控制器可處理3種 FIQ中斷和 11種IRQ 中斷，以及一個由指令BREAK控制的軟中斷。提供豐富的C函數(shù)庫和語音處理函數(shù)庫，因此非常適合數(shù)字聲音和語音識別產(chǎn)品的開發(fā)。使得設(shè)計電路簡單化，大大降低了硬件成本。
2.2 語音識別電路
語音識別電路的工作原理是智能系統(tǒng)在提取語音后，對語音信號進行分析，首先是噪音的濾除和預加重，然后語音信號經(jīng)過濾波器組進行信號的選擇，提取有用信號，通過PARCOR系數(shù)、線性預測系數(shù)、過零次數(shù)和能量性關(guān)函數(shù)等的計算匹配對信號進行處理選擇。語音信號在進行分析處理后與語音庫（即字典）里的語音量進行模式匹配，最后根據(jù)匹配的結(jié)果輸出語音識別結(jié)果。語音識別電路的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 語音識別電路框圖
