嵌入式命令词语音识别系统
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o第 2
第卷5期 0 02 年 104 0月
信 处号 理 S
GINA L oRC D EP S S G
V.0 N.5o 2 .01 .
Oc.
0 M2 t
【
入嵌式令命语词音识别统
系罡 郭 锦宇李李小 兵 刘波 王 仁 华
中国(科学术大技电学工程与信子科学系息,合 20肥2 370
)摘
要:当语音识别今技的一个重要术应就用嵌是式入台上平的令词识命系统别本文提出了,一种新组的解合和码
置
度信一的遍解方码,同法时算法在高精度 运算低、复度杂方两做面了很大的出力努最,在 终 PA( o aA 3 ) D C m pPq 3 0Q i6 平 上台现了实一个基 于 H Ml b定的点令命词语音识系统。别系统具有 较的鲁强性和集棒词拒外能识, 而且力统也系具有完 整性、高精 度低运、算杂度复整体,计框设灵架活可以,常非易容移植到各的嵌入种式台。平 关键 词:令词语命识音别嵌;入;式鲁棒性:子空间分 ;置信度布
oC mma deRo n nS tes nO E e d dPfra n g ic o y tm bmd e It m i
Ou G n L i y Li a n b uLB o a WgR hea Goag i n J o ug Xi i i nn u
(e a tnf clo i inerg nf r tSni c , T fi 3 , 70 Dpr emt et ncE g ne n Ido amo c n eS U HeCe2 0 2 ) E or ia ni e
.
..
bAta tCu rnl n ft emo t i otn p l oas o p ehrc ig os c mm a c nd o ene d dr sc: re t oeo h spmr t pa it nfs ce e o t nn i oy a cii not l i m d e br
p
t r. nh pr w e t e e -as l rh wn i ttre oi d O rV e nfi f W r a ln I oip et e rs n w eo sa oimh h ei a sc d g aO・j i. t e otp o i m f s a , p an pa gt n gce dn n ec o h s da
rccn c dpme icu ya a oxl ywte flm e np eMM -e ao ndcrnl ty mo D A(o P a Q6 .0h mal y ilm et d
aH b s mmc a ot d oss neP C mapqiA 3 3) T
一
sse m ir b sadC e t oOd;na do,es ms h t r i ,e i uca ly o ptxad ty u t a r e V w r i si n t d ty i gatavr hhacr,o c lm yn e s o n j n O c th i sen l y ye g c e w i
l i l e inf/ a sn v ary t p tdet v r xb ed fsg ire di e ea sb o re ooe en f bm d a op .e l y ydo eee l tr d dmf
K y
r sW cm a mdc nr l eed e sm ;o ut e ssb p c i u ro ; of e c u a e O d: o n to m; bds t d o eyr b ss ; u saeds i fnc n da e srn b i tim ee
1 引
言音语识技别在最近术几年十已经获得飞了速发的,展 并 且 在些领域得一了到用应比如桌,面台的平写听、机电信 领 的 域自 动音语服等等务 ,在内容量存和速都度限有制嵌入的 平台上面实现具有一式般续语连识音别能的功时实统系 比
都着力于
算运资源识别性能和二者的衷折 。文章先会首介 整绍个系的统法, 算后介然绍系统点定策, 最后会略出一给些 的实
结验 果。
. . . .
回
2 基系本框统
2架 统框系架 . 1
较困难 但是,现实般大小一命令识词别务任并太不难 ,其中 的
关键鲁棒性是和集词拒绝外问题 。嵌式平入台, 一般上输 入比 较困难 和不方 ,便样这命词识令别技就得术到武用之 地, 以预见命令词识可别务在任动移备设便携、 PA等 上 D 面着有泛广应用前的。
景本
将介绍我文们在 P 平台上实A的一现命令词识个别 D
统,系着介重绍的新o e s a. 解n码算法及统系现实方法、 的p s 细技巧。系统虽节然是 P 在上A现实但,整个是架很是框
D 我们实现命 令词识 系别 的统体 是载 Cm a P Qo pqi A H 6 P0 A,是一这款流主 的 AP产 品 它。采用I l 3 3DD n et
S og R S - 1 20 R r t n S MA 1 1位 IC 架构处 理 器 A ,3 频主2 6z 0M H ,
灵,活 可很容易以移的植各到种入嵌平式。 嵌台入式台平 对 运资算源求要严,因格此们在我算法设 、计 统设计系等面方
1
M的主存B
,P 上 W'A C 6 m DE发可以开过通E b de V m deC d( V )发, 开 CE也支持 MF , 编其开程发和 P上 EC V CC
收稿
日期 :20年 7 013月 4日; 修日期:回200 年 1 3日5 0 月
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56
2
信号 处 理
第2卷 0
VC很类 ,似但在 是 c U me ̄理、处存内地址对等齐方等面 有点同。 不
分时布候需只表就查以了可,样这运算量也相应降来了下 。
2 置
信度度量( ofec aue. 4 C ndne s ,以r下称简 C i MeM )
在识 系别 统实际工 的时候 作 常,会常 到遇集 词的外问 题 (u o-oa ru,简 称 ) oo t fcl by — v oav,因此 我们常常 必 对识 须别
鲁棒2前端 . 性
模2识式别重要很的一个环节是特征提取, 就对语音识别 系 统说来 的,征特参不仅能够数好很的 反各映种发音的信 好 , 而且息能够较好有的声噪鲁棒。性 本采用特征参文数以 为1 阶
MFC系 数、 C2C O系及 数他 的们一阶 和二阶 D lea 数 系 t为基 础 经过,MS Vt 方 处理法 形 。成+ 方N法 (el N+5] SMV m a ls b a nt n r co za n tu co dta a er l o a是一种前端 )F C变 M r i a ivn m i inC
结果
计算 C值然后进判决,以行对O V词汇行拒识进。 MO O拒V识一个假是设验问题检, O根N据y a—e n emrn aPs 则,准 o 如 果给出两概个率布 p 分t poHX1( H) (, X ) ,和么那设检验假
判决 如: 矿下
e s l e
p
Xi H( ≥丁i )
判
为 日 。 判日为
换法,方这 方法种在 A r u rao 2数据上的库验结果为:多实 环(境 unio) l m cl dtn  ̄和干练语净(音 n ̄练后 l错的率误 io t i l) ca) e l l和MF C系 比统较对相减平均少到达4了%, C 其实现不3难 ,
如下 :
其 T是门限中H ,设代表识别结果正确假 H 假,代表设识 o ,别果错结误。我 可们 以用最优采路获得径的 然似作值为
Y’
Y 一 ., , (= , “ )
这 : 里
i 11t
=
(
) 1
PHx () o ,l但 H 是概率分的布不取好定,我采用们大语音量 I 训 练填的充模型(r fll) i 的e然度得分来似近似H 的 率概分布 ,, 一
(
)2
l般说来我们把计算C 时
候的l I0X一(  ̄H叫 1M o  ̄( )H XIl o
)做对
似数然比 (g lhoe t ,简称 L ,R系统采如用 1 lk doro o i i ai L )
几种 C下度 方法 量 :M
() 3
C
M0 i (nR j) = nmmGLi ),0
1
)(
7其, Y中 是3 .维的 M9 C系F数,是语音T长帧 C。
C
1 ÷I L0 M R= ( Li )血 ( ,)
i =
l.L 垒 1
( 8
)( …)
9
2声 模型学及空间子分布 . 3
我的们统系用采是右相关的韵声单母 H元M M模型, 其 中右 关的声母 相状3 态HM M韵母 , 5状 H 态MM都是, 4
合混高斯 布分。 子空 间布 ‘分Sbpc ir u o ,以 简下称 S )(use s i atn Dtb Di是 一
I
I
C M2 =K 个 二( (L i), T m n Ri )L… 0
’i l i =
其中
L R 解是码列序的中 第 Lji 音素个的数似然对,T 是比 这i个音的帧数素。N音是个素,T是语音总帧数。数 eifl 模 训型采用练的从 是83lr 6 语 识别数音据(B库 6 D )8 3 的 练训集随中机选挑2 00句话, 205这 50句 基本把话所的 有音素覆盖到了, f l型模用采 3i erl状态 3 ,个混高合斯 2 。
通种参过绑数定对声学模型进压缩的方法 行 同,也时能
降语低识别音的算量, 这对我运们入嵌式平语台音识系别来统
说
是种很实一用方的。S法方法实 际就上对是个各斯高的 D 参分数段 (也称 流) ,然对后个每分别矢段量量。 训化练S D有
两地个方注意:要 其一, 流的义,定那 些特征份合为量段, 一这可以通个 过大量 对 维3系的数取相关求来义定 , 比如【9 提中的 到 1 1 】
流3 定的 :义
1*FM 3 (C +CA FCCMA C C)+ F M
2
遍解码( — -asn eo i g .5 Oe p D scn )d 一
般的 O
V决判都是采两用遍 (osp判决 法方,O t -a w s 也
就)是说: 首识先出别音语信号对应词的列序及他以们的界 边信息, 后然每对个所对段应观察序的, 再采列用填充模型或 反 模型来等进行设假检验。 种这方法一个有假设, 是第一就 解码遍给的段出信息正是的。 确是实际但, 当发上错误解 码时, 生给出错误的会词列这序相样的应段边信息也极界能可 错 ,这样计算 误 就会不C准。确] 【M6 提出中一了种一遍 解 码 (6.ns dc
d g ep s ooei 的)想思利用,C 信 解息码并终最 a nM 得到 C M,也就 是把u 信 息入到加似度然计算的去,
中其二, 类聚离距度,测比如】【b aahr 1y中 hta ca距离 测 ty
。 度 r
∑
1+∑2
1
【
r )n 半 ㈣I+磊 1 I
我 的系统们选择1 个3 、2流 6个 本 码这,样 首在 先 内5
对嵌入式系统来说 oe a n. s 解s还有一个非码常的优好: p点在
tO a sW— s 解码为进行第二了遍的O V判,决系需统保要 留pO 一第解码遍输时入语音特征的量矢 ,个矢量这组数般一会 占 非用常大的存储 问, 空eps o码能解很好解决的这个问 而n.s a 题 。的6eps策略o不,同 【和 n】. sa 本提出文一种新的了epos n .sa
存
间空要求上较不使 用 D的S统系低降一大。 在搜索截时的 候,每输 一帧特征矢入,量 所有对用到的本计算码斯概率高 分 量 最终形成,输出概的计率, 这算在样索时搜候计概率算
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第
5 期
嵌
式命入令语词识别系统音
57
2
策 略:
我们 知 道 Vt r iie 解码b 时动态候规 公式 如划 下 :
其
余 58个词 O V为词假设检,验判后决述前种三 C 的 M
E R结O如下果: E (=u0, Q1 ,1 o B,a =5 ,后 . 5 .=3 . m 2e00 0
=
v (m xV.=iL (t l ). t( Uo ) j a1))
()1 0
实验配置同面此 )
中其 i 为状态,o 特征,我是们可把 C 信以嵌入息到解 t
M码 中去, 用
表I 种三法 C算 能性 M
EE CRM0 C 1 CMM2 .
Lo j) 其d RL ( lo gLlj + t(* iLR ) o io) f mn Lk 代替1 i g, t L k (f定义 如
: 下
t-g. o … )
t- a swop s
o e ・ as1 n ・ ・ sp
-o eps ‘an
s0 96 .4 0
006 . 5 1 0O
1 .4 5
0 0 9 .5
060 .53 60
0 74. 5
0
01 4.6
00 1 .3 9
001 4 4.
, (
1g
ep-1( - )) ̄ +(x (ax f) - 1*
2( )
1
中其e o 为a现 在oe san s- sp - sn算, 法n- -s 和e aosp 而o ep 1sn- s ap 解码相 同,但是算计C 时候 不虑考I si 对 U 影响 M。n st l
t 可以到 看e oa ns.s 或者oep s. 都显明于好 opts, 而 np.s 1 a -ws a 加 入sI i对L 对RC 和 C性有明能提显高作, 用 nstl tL M 0M 1
中k其 为l f模型状的序态,号Z e irl 为输概出率。 里使这 用nmi 的原U是:对 因OV 词 先识别一 O 为个集内词 , 样这别识列 表的音素边的即界使用采oe asn . sp 不太可能很好,也尤 其出是现入插者删除错误或的候,时因 此我 们脆使干填充模用的各个型态的状对数似然比的最 值小来拟 模H信息。 1 由我们于的识别法算采的用带修是剪r(n) em搜 P ue的 Ba索算 口法 4 1,这样解码在任的 何t 11时候都 存着在一个有被没 剪修、 的仍活跃然网络节的实点例( sne的链 表 I (t c )a n里这简 称 为 It ,而s计算每个音素在的C 值的时候我可们以n l t i ) sM 同 时考 虑s Is中所 有音的输素概率出对C 影的响而 n,t l i tM 这对算运量本根不就有会么要什,求体具下如 :
虽
对然C M2 性能造 成降 低 但,是完 可 以仍然 采全用 o
ep - s C。 -asn的 M21
3定点现
实
一
般处 理器 处 理 浮 点 数基本 是 把 它上分 指 为 数
(
p nn和 数尾(at )s e oet x ) m sna i 表来示然后再在这个基础,进 上
行减乘加处理除 ,是但在个一点定理器处上( 嵌式入处器
一
理般是
定点处器 理),没 浮有点运单元,算如用果点浮程编
将不
不得定点用模拟浮运算点 这,将会样重影严响度, 这速
)
n t f , s一I )
r
(
31)
是我们要
点定现实系的原因。统 在定点 处器上理,常用的就是用一个 1 位或 者3 位的6 2
一
a
、粤 【 g/l 』
( 14
)数来表示个浮点数,一他 指数往往是固定的, 的一来说般它
的一位代表第 ns (位 ig 果是无符如数,号就 不用 sn 位)了i g 。 以个一1 位的6有号数符例为如,果数是 指0, 么他的那 动态范是:围 1.+~ 近似) 1 (,这种数称为 15 . 式格, 格 X1 .Y 式相当于后 位Y小是数,前X 位整数是。因此个一1 数 6
不位同 解理是 不值 同的 。
其
k为 fl 中型状模态列号序C, 为 itel Mr 帧时 候此素音第 i 个 态状的 值,C过累通加以可得到素的 音C值,进而 M M 根公据(式 ))) 7 ( (计算 整个的三词种C 值。
8
9 M 们知道我假,设检有两类错验误: pT l正确0 但,是绝 了,拒叫错也拒绝误a(e ey :HFl s
3特征提 部分取定实点 现 .1
整个 识别系主统要需要定点实现部是分特提取, 征统 系
他其分部需要定实点现括包索中搜概率算计以端点检测及 少量 计等算 特征。提取须必可能精尽否确则后面搜索造对 成
一
j R nt e。ci ) e o
T p2 H错误,y e: 0但是 接受,也了虚警(a叫Aa F s 。lm) le r 这 样两种误的错错率如下误 :
F =PT Rp 1 r=r y( eE r ) o(5 )
1定影响
,实 前现我参考们T[ ,2根据系统实际情况 终最得 】
到 M
FC 算计主步要如下: C骤
F APT = 2p r= ( yre rE ) o,
1 预处 理
y :x)) . ( * 1 . =(( - 9 nx n )n 0 .
7
2 加H mnm .a i 窗g: )wn ()z )(H m i ( (=) y, n是 a wmn n n
g本文采 F用= R值 的 q(aEr a "简写,为 ER A F E url tl o R e)
作为 C E能性价评,值一般来说E R越 越好。 好M E 下 面我们是单对 独e o a方做法测试的果 结(n s p. 没有s加
窗
数。 函E 3 FT=nF ( n ,用采实数 T (F .)F. ( F )T ) (z F) Fn是复数,序
。列
入
鲁棒性前端、S 等 D) 测,试集为命一词令据数库:l 4 人发音
7, 7 男女,每 人3 9 个词,其中 15个1词集内词为,3
求4能量取谱:p) I l n. (=I () nF l
5 得到 Flr k b )Mealr () . i Bn f(: =l t(n )t emi f p e
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信号 处理
第2 0 卷
6D T换变计算M FC _ r = Cn( ( ) . C Cco: )i Dr m )f (
b7 倒谱
升:提c )_r n* nL,得各维动使范 态. =coi ) C ()( n
(接围。近
一表
各2算种的法识别能 B s性le ai 一点系统浮( e n没使 用 ) S D 8 0 % .
5定点系
(统 使用 S没 D)
浮点 系统( 只使 用S D) 点系定 统 只(使 S用 D 浮点)系 ( 只统用 o使eas n—s) p定系统 (点 只用 使e ao s—n )s
p40 . %716
. % 116 . %108 .% 5 0 5 . %8
般说,来一 个数可组视精以、度处理器位 来数
决
定是
采 用 1数位组或 3 6 2位组 数 ;同为 时处了理组各 个数单元范
围
同问不题, 考虑让每以个元采取固定不同的单指数 ; 另可
外对 于1位 输和入 1位输 , 6 6出为了精度起见 , 了除一的般
1位 运算外,可以考的在 虑 3上计位然算后在缩再或放 6者 2饱( t和a ) ls t 到 u位6上面我们所列。的输入和输出数除 a 组er 了 m) cfio)3 位数组 都外 1是r 和 ri 2 o _是(6位 组数他们。具 体
定点系
统 (使 S 用和 Deoa s i —s )p
1ll
- %2
从上表W的 E统计可以R到看定化后的系点识统精度别 失损小很另外我,可们看以到使用 S 后识D别有所率降下 ,
计算策略下: 如 输 1 5 . 格式,输出 入 4 2 . 1式 格 ( 1所之没以输 出 有15 . 格式 1 为了防止是 F T运在中算溢) F 。出
窗加用的是采 1位乘法。 输出输入和式都格 2是4 6 。.1
但影
很响小而,使 用o aesn s 基本—没有使得识率别降 低 p。 这
我里给出命令们任词的大概运算务统计量,作参
以预理采处 用3位运 , 算 然2后饱到和 1位数组。的 6 音语 4 运 量算评 .估2
考。其中 S 模型D用采26 个本码 1和 53个 ,流模大型仅概
用占 2左右K的字间空 0。
FT用采 1 位的针的实数对 F碟T型运算,个原位每 F 6F 运算采 饱用和法加除以 2 每次碟型后算的运入是输2 1 格, 4.式 为了,精起度见并虑考到速度当奇次碟数形运时候对算
个数据整组数进行整。归
令词命别运识量如算 下 (位单为: 每语秒音少次多类
运此算):
计算
能量谱入输出输都是 1, 6 位用 采 位运3算调整后 2 到
位1 。6
表 3统算法系的算量运能性 位:单万百, 次 秒加 法 乘 法 移位 比较 特征提 取搜部分 索 52. 36 6. 71 8 . 29 0. 5 2 9 .7 22 . 6 03 . 8 O 1 6
Lg o. 运算得到 Ft Bn b 采用 m3位的 数据,格式 i eka( f )xl 2
1是 格.式, 6 1 其6L中 g o运 算根据Ty ra 展开l多的式项近逼 o。
搜
索分( 部用 S使 D) C
计 算部 分
M
2l . 7
1 1 . 9
o2.
00 . 75
3 .2 o
6 0. 7
3 .1 2 05
. 0
D
变换T到 3得 位的出( . 格输式) 然倒谱提后升 C 21166 ,得 到1 格式6 M的 FC数系,我也们把可 67
步合在一 . C 和
起O ,外另于 由 很C, O 我们大用为改 C /, 用 便0定点处于。理 4
中其命对词令务的任定点程序分别计加统、法法乘移位、 、比较 种运四算数次( 乘加很 ,因此少分统开了)计 。于语 音识由别的搜索部运算分量任务、与模 大小型、 统系置配等都 关有,因搜此索分部的运算只量是作参为考 ;但是对特征于 提部取分 C和 算计部分其运,量较算稳为。 M
定3
搜索等部定分实点现 .2搜
部分索点运定算比容较易,主要是计概算,率lo g
加法
以通过可查,表样计算概这率的很变是容。 易使用S D 模型只是 计算概在时率有候不些,其同部分他类似处理。可
4
系性统
根据能本提出文的算框法架 我们,在P A平 台 ( oqp DCm a
iQ33 )实上时现实了个命令一词别系识统该。系有统 P 60 A 较高的识 别及率集词拒外识能,占用力源较资低 。为评估了 系 性能统,我们对系统了客观做测试测试。数库为 据 4人 1发音 ,7男7女,1 5长短不同个的网站名命令,词均长 3 度平大概9 个 音,素有所语音是都 K1样采率1Bt, 66i 化量,
5
束语结
文本出了一种提新的合解组和码计置信度的算解方
码法,
考虑到际情况实,采用了适合于 入嵌式统系比较的秀优 的 棒性鲁前方端、 同法采用 时了能同对时模进行压缩和提型
高解速度码的空间分子布法方,并 在这上述些方基法上础 实现 了个一定命令点词识别统。 整系系个的代码统有任没部何
下
的面验实包括没鲁性前棒; 端而线系统基(ane )B lse是有没
i使 S用 、也 o非eas D n —s算法 的浮解点码程序。 p
分汇编,
度损失很精,小而且 具相当有的低算复运度杂具
,一定有鲁性棒和 oV拒识能 ,力于一般对命令识词任务别 o 能已非常容易够行实进的实时, 现而且常非易移容植其它到 类型 的入式嵌平上。台
1 识别4率涓 .
我评 们给 出各 情种 况该下 命令 词 务任的 单词 错率 误
(R WE) :
( 下转 第4 页 4 )7
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4
47
信 号 处
理第
2卷
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LGOEB CMO ,o. ,P 30 3—3 1 9.v 6 1 P.3 8 31 . 98
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ijta nc l sma n to .lt D bl o
hne t tn ii s tC MA om ine i i m o ee de
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作简介 者 维新王 ,1 7 年 生博,士 研 究 生。 感趣兴的方 向 为 95 C AM统 中系智的能线天技术 、空信时号处理。
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参考文
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者 简作介 郭罡 男,, 士硕生 。 研方 究向是音识语别 、 音信号语
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