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基于HMM的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要：介紹語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用狀況與發(fā)展，以及在嵌入式系統(tǒng)中使用HMM語(yǔ)音識(shí)別算法的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)基于HMM語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的系統(tǒng)進(jìn)行介紹。關(guān)鍵詞：SoC芯片 HMM 語(yǔ)音識(shí)別 嵌入式系統(tǒng)
語(yǔ)音識(shí)別ASR（Automatic Speech Recognition）系統(tǒng)的實(shí)用化研究是近十年語(yǔ)音識(shí)別研究的一個(gè)主要方向。近年來(lái)，消費(fèi)類電子產(chǎn)品對(duì)低成本、高穩(wěn)健性的語(yǔ)音識(shí)別片上系統(tǒng)的需求快速增加，語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)大量地從實(shí)驗(yàn)室的PC平臺(tái)轉(zhuǎn)移到嵌入式設(shè)備中。
語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)目前在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用主要為語(yǔ)音命令控制，它使得原本需要手工操作的工作用語(yǔ)音就可以方便地完成。語(yǔ)音命令控制可廣泛用于家電語(yǔ)音遙控、玩具、智能儀器及移動(dòng)電話等便攜設(shè)備中。使用語(yǔ)音作為人機(jī)交互的途徑對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)是最自然的一種方式，同時(shí)設(shè)備的小型化也要求省略鍵盤以節(jié)省體積。
嵌入式設(shè)備通常針對(duì)特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)，只需要對(duì)幾十個(gè)詞的命令進(jìn)行識(shí)別，屬于小詞匯量語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。因此在語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的要求不在于大詞匯量和連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別，而在于識(shí)別的準(zhǔn)確性與穩(wěn)健性。
對(duì)于嵌入式系統(tǒng)而言，還有許多其它因素需要考慮。首先是成本，由于成本的限制，一般使用定點(diǎn)DSP，有時(shí)甚至只能考慮使用MPU，這意味著算法的復(fù)雜度受到限制；其次，嵌入式系統(tǒng)對(duì)體積有嚴(yán)格的限制，這就需要一個(gè)高度集成的硬件平臺(tái)，因此，SoC（System on Chip）開(kāi)始在語(yǔ)音識(shí)別領(lǐng)域嶄露頭角。SoC結(jié)構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)大大減少了芯片數(shù)量，能夠提供高集成度和相對(duì)低成本的解決方案，同時(shí)也使得系統(tǒng)的可靠性大為提高。
語(yǔ)音識(shí)別片上系統(tǒng)是系統(tǒng)級(jí)的集成芯片。它不只是把功能復(fù)雜的若干個(gè)數(shù)字邏輯電路放入同一個(gè)芯片，做成一個(gè)完整的單片數(shù)字系統(tǒng)，而且在芯片中還應(yīng)包括其它類型的電子功能器件，如模擬器件（如ADC/DAC）和存儲(chǔ)器。
筆者使用SoC芯片實(shí)現(xiàn)了一個(gè)穩(wěn)定、可靠、高性能的嵌入式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。包括一套全定點(diǎn)的DHMM和CHMM嵌入式語(yǔ)音識(shí)別算法和硬件系統(tǒng)。
1 硬件平臺(tái)
本識(shí)別系統(tǒng)是在與Infineon公司合作開(kāi)發(fā)的芯片UniSpeech上實(shí)現(xiàn)的。UniSpeech芯片是為語(yǔ)音信號(hào)處理開(kāi)發(fā)的專用芯片，采用0.18μm工藝生產(chǎn)。它將雙核（DSP+MCU）、存儲(chǔ)器、模擬處理單元（ADC與DAC）集成在一個(gè)芯片中，構(gòu)成了一種語(yǔ)音處理SoC芯片。這種芯片的設(shè)計(jì)思想主要是為語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音壓縮編碼領(lǐng)域提供一個(gè)低成本、高可靠性的硬件平臺(tái)。
該芯片為語(yǔ)音識(shí)別算法提供了相應(yīng)的存儲(chǔ)量和運(yùn)算能力。包括一個(gè)內(nèi)存控制單元MMU（Memory Management Unit）和104KB的片上RAM。其DSP核為16位
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