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基于μ’nSP~（TM）处理器的嵌入式语音控制技术研究

作　者: 银兵
导　师: 李泉溪
学　校: 河南理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 语音识别 语音编码 μ’nSPTM处理器 隐马尔可夫模型 语音分析
分类号: TN912.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


开发嵌入式语音识别控制器,对人机交流及肢体残疾人都有着重大意义,目前,语音识别主要硬件平台除计算机外则为DSP芯片,但DSP芯片存在价格高不易于推广和应用的缺点。为此,本文采用具有DSP功能廉价的μ’nSPTM系列单片机为硬件平台,设计了小词汇量和孤立词的嵌入式语音识别系统。为实现嵌入式语音识别控制器研究,本文分析总结了语音技术国内外发展情况,及嵌入式领域内语音分析处理算法与硬件平台。介绍了语音信号处理技术,重点研究了与语音信号编码和识别有关的倒谱分析和线性预测分析方法,并在附录中给出主要程序。讨论了波形编码、参数编码与混合编码三种语音压缩技术,对于语音识别技术,重点讨论了模板匹配法与隐马尔可夫模型。在硬件设计方面,采用具有DSP功能及性价比高的μ’nSPTM系列单片机为核心处理器,并对处理器进行了最小系统设计、电源管理单元设计、音频输入输出单元设计、存储器扩展、串口通信与显示、电机控制、外部时钟等单元设计。基于硬件平台,开发了相应的语音识别控制器程序。在程序开发过程中,以语音信号的采集、压缩与识别为重点过程,采用波形编码与混合编码完成语音编码,并以隐马尔可夫模型（HMM）方法完成语音信号识别。最后,通过实验证实了此语音控制器的实用性,此控制器能较好的完成语音信号编码与解码,且识别率高达93%以上。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-18
  1.1 课题背景与选题意义  10-11
  1.2 语音处理技术国内外发展情况  11-14
    1.2.1 国外语音处理技术发展情况  11-12
    1.2.2 国内语音处理技术发展情况  12-14
  1.3 嵌入式语音处理技术发展  14-16
    1.3.1 嵌入式语音识别硬件结构  14-15
    1.3.2 嵌入式语音识别算法  15-16
  1.4 本课题研究的主要内容  16-18
2 语音信号处理技术  18-32
  2.1 语音信号生成数学模型  18-19
  2.2 语音信号预处理  19-20
  2.3 语音信号特性  20-25
    2.3.1 语音信号时域与频谱特性  20-22
    2.3.2 语音信号统计特性  22
    2.3.3 短时平均能量与幅度  22-23
    2.3.4 短时过零率与相关分析  23-25
  2.4 语音信号倒谱分析  25-27
    2.4.1 倒谱分析基本原理  25
    2.4.2 倒谱分析实验  25-27
  2.5 语音信号线性预测分析  27-30
    2.5.1 线性预测分析基本原理  27-29
    2.5.2 线性预测分析实验  29-30
  2.6 本章小结  30-32
3 嵌入式语音信号编码存储  32-38
  3.1 语音信号波形编码  32-35
  3.2 语音信号的参数编码  35-36
  3.3 语音信号的混合编码  36-37
  3.4 本章小结  37-38
4 嵌入式语音识别  38-44
  4.1 语音识别基本原理  38-39
  4.2 模板匹配法  39-41
  4.3 隐马尔可夫模型  41-43
  4.4 本章小结  43-44
5 嵌入式语音控制系统硬件设计  44-64
  5.1 系统总体设计  44
  5.2 嵌入式处理器选择  44-48
  5.3 处理器最小系统设计  48
  5.4 电源系统设计  48-49
  5.5 电机控制单元设计  49-50
  5.6 语音信号采集  50-53
    5.6.1 语音输入信号AD 转换器  50-52
    5.6.2 AD 转换器相关寄存器  52-53
  5.7 语音信号输出  53-57
    5.7.1 语音信号输出硬件设计  54-56
    5.7.2 语音信号输出寄存器  56-57
  5.8 扩展辅助功能单元设计  57-63
    5.8.1 存储器设计  57-61
    5.8.2 串口通信设计  61
    5.8.3 显示电路设计  61-62
    5.8.4 时钟电路设计  62-63
  5.9 本章小结  63-64
6 嵌入式语音控制软件设计与测试  64-94
  6.1 语音控制器软件总体设计  64-65
  6.2 开发环境介绍  65-66
  6.3 嵌入式语音压缩程序设计  66-77
    6.3.1 语音信号编码算法  66-69
    6.3.2 语音压缩编码与解码  69-77
  6.4 嵌入式语音识别程序设计  77-87
    6.4.1 语音识别功能模块  77-81
    6.4.2 语音识别设计  81-87
  6.5 系统测试与分析  87-94
    6.5.1 硬件系统仿真测试  87-88
    6.5.2 语音控制测试方案  88-89
    6.5.3 语音压缩与播放测试  89-90
    6.5.4 语音识别测试  90-91
    6.5.5 语音测试结果分析  91-92
    6.5.6 整机测试  92-94
7 总结与展望  94-96
  7.1 总结  94-95
  7.2 展望  95-96
参考文献  96-98
附录  98-105
作者简历  105-106
学位论文数据集  106

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 电声技术和语音信号处理 > 语音信号处理
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