基于PSTN的智能家居遠(yuǎn)程語(yǔ)音控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：結(jié)合語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、嵌入式技術(shù)設(shè)計(jì)了智能家居語(yǔ)音控制系統(tǒng)，根據(jù)智能家居控制的特點(diǎn)以及人機(jī)自然交互的理念，設(shè)計(jì)了一種利用S3C2410設(shè)計(jì)的智能家居語(yǔ)音控制器，給出了整體設(shè)計(jì)框圖、硬件電路的各部分具體構(gòu)成以及相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)思想。該方案設(shè)計(jì)并研制出的語(yǔ)音控制器具有成本低，且既能進(jìn)行本地控制又能通過(guò)PSTN實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，該語(yǔ)音控制系統(tǒng)的語(yǔ)音識(shí)別效率高，可靠性強(qiáng)。
關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程控制；語(yǔ)音識(shí)別；PSTN；MFCC；HMM

0 引言
隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的智能家居產(chǎn)品進(jìn)入人們的家庭，如何對(duì)它們進(jìn)行簡(jiǎn)單、有效的控制是擺在人們面前的一個(gè)難題。另一方面，人們渴望用電話在需要時(shí)遠(yuǎn)程控制各種家電以方便生活之需。目前，針對(duì)智能家居的遠(yuǎn)程控制往往采用類似于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層體系結(jié)構(gòu)，成本較高。由于家電控制網(wǎng)絡(luò)傳送的信息量是很少的，不必像計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)那樣進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，故結(jié)合語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、PSTN(公共交換電話網(wǎng))等實(shí)現(xiàn)了智能家居的本地及遠(yuǎn)程控制。

1 整體方案設(shè)計(jì)
目前，常用的語(yǔ)音識(shí)別方法有DTW(動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整)、HMM(隱馬爾科夫模型)、VQ(矢量量化)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，考慮到數(shù)據(jù)量、實(shí)時(shí)性、識(shí)別率及控制人為多數(shù)的問(wèn)題，采用了VQ和HMM相結(jié)合的方式。
語(yǔ)音控制系統(tǒng)主要有預(yù)處理、特征提取、語(yǔ)音識(shí)別及控制程序組成，其原理框圖如圖1所示，圖1中碼書(shū)是輸入矢量的近似矢量的集合。

當(dāng)前控制技術(shù)正從傳統(tǒng)控制向現(xiàn)場(chǎng)總線控制以及網(wǎng)絡(luò)控制跨越，RS 485是現(xiàn)場(chǎng)總線中使用較廣泛的一種，本文結(jié)合語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、嵌入式技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，采用ARM(三星公司生產(chǎn)的S3C2410)作為語(yǔ)音控制器的處理器，設(shè)計(jì)了智能家居語(yǔ)音控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)框圖如圖2所示。

2 硬件設(shè)計(jì)
硬件部分包括預(yù)處理模塊設(shè)計(jì)、振鈴檢測(cè)電路、總線接口設(shè)計(jì)以及電器控制電路設(shè)計(jì)。其中，預(yù)處理模塊包括功率放大電路、自增益控制電路(AGC)、低通濾波器和A／D變換電路。
預(yù)處理包括自增益控制電路、低通濾波器及A／D變換電路。自增益控制電路是為了把輸入的語(yǔ)音信號(hào)控制在一定的幅度內(nèi)，低通濾波器是為了濾除高頻(大于濾波器截止頻率)噪聲。自增益控制電路采用M51304L芯片實(shí)現(xiàn)；低通濾波器采用4節(jié)巴特沃思型低通濾波器，其截止頻率為4．8 kHz；預(yù)加重電路采用集成運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。A／D變換電路采用UDA1341芯片，采樣頻率設(shè)置為8 kHz，通過(guò)S3C2410的IIS接口與處理器相連。
2．1 振鈴檢測(cè)電路設(shè)計(jì)
如圖3所示，電鈴檢測(cè)信號(hào)通過(guò)C8，D1，R3～R5和C9共同構(gòu)成的整形電路整形后輸入光電耦合器TLP521，在光耦的后端轉(zhuǎn)化為TTL電平，然后送到ARM的UART1的RXD端進(jìn)行檢測(cè)。