基于语音识别的智能家居系统研究（1）

    预处理包括采样、去除噪音、端点检测、预加重、分帧、加窗等。而特征参数的提取,目前较为常用的有线性预测倒谱系数(LPCC)与Mel倒谱系数(MFCC)。本文采用的是MFCC。系统采用改进的动态时间规正DTW (Dynamic Time Warping)算法对语音进行训练和识别。

2 系统的硬件设计
2.1 系统的组成
    系统由ARM9核微处理器构成主控部分，接收外部的控制信号，负责信息的处理，调控系统各部件协同进行工作。接口电路提供微处理器与电话网络的接口，包括振铃检测电路、模拟摘挂机电路、语音电路、双音多频（DTMF）信号解码电路。系统的硬件框图如图2所示。其中振铃检测电路、模拟摘挂机电路可由电话接口模块替代。

    系统的工作过程是：当有电话接入时，电话接口模块中的振铃检测电路检测到有振铃信号并送微处理器；微处理器发送摘机信号到摘挂机电路，实现模拟摘机；语音模块立即播放语音提示，要启动家电控制则输入密码，正常通话则等待3s；当用户有按键输入时，相应的DTMF信号经双音多频信号解码电路解码并送微处理器对它进行判断；若输入的密码正确，则由语音模块播放提示音，要求用户输入语音控制命令；语音命令的模拟信号经A/D转换电路转换成数字信号后送微处理器进行语音识别；识别结果通过串口输出。
2.2硬件的设计
    系统以S3C2410芯片为核心，配合电话接口模块、语音单元、存储单元实现语音识别的训练及识别过程。该芯片是SAMSUNG公司生产的一款基于ARM920T内核的芯片，拥有独立的16 KB指令Cache和16 KB数据Cache，片内资源丰富并支持MMU虚拟内存管理单元，采用它作为程序的主控芯片可减少工作量，降低开发难度。为实现对语音的处理，系统的语音单元采用了PHILIPS公司的UDA1341TS语音编解码芯片。语音的模拟信号从电话线经过偏置和滤波处理后输入到UDA1341TS中转换为数字信号后再送到S3C2410进行处理。本系统和电话公用网之间的接口是PH8809电话模块，PH8809是专业设计的电话接口电路，采用标准DIP32P封装，体积小巧，具备振铃检测、摘挂机检测和控制及语音接收／输出、DTMF输入/输出等功能，并带有电话线断线检测端口及音量自动增益调节电路，集成度高，性能稳定。出于安全考虑，系统采用密码验证的方式对用户身份进行识别，而密码的输入借助于DTMF信号。HT9170是DTMF信号接收解码芯片，它可对接收到的DTMF信号进行检测和解码，并将不同的DTMF输入信号转换成相应的4位BCD码数字信号输出。系统的存储部分选用32 M×8 bit Flash K9F5608U芯片，用于烧写程序，2片8 M×32 bit大容量SDRAM芯片型号为HY57V561620。其中电话接口模块PH8809与语音编解码芯片UDA1341TS及DTMF解码电路HT9170、微处理器S3C2410的连接如图3所示。

    图3中，SW是摘挂机控制开关，高电平导通，低电平断开。RING为振铃信号输出，输出高电平时无振铃，输出低电平则表示有振铃。DXC是电话线断线检测输出，输出高电平表示电话线断线，输出低电平时电话线连接正常。