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智能语音机器人,智能语音机器人原理,智能

来源:语言识别 时间:2022/10/25
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很多人不知道#智能语音机器人#实现原理,今天晟兴智能语音机器人(sxznai.   (1)初始化

  (2)递推

  (3)终止

式(2)表示的是初始前向概率,bi(o1)为观察值序列处于t=1时刻在状态i时的输出概率,由于它服从连续高斯混合分布,故此值往往极小。根据大量实验观察,通常小于10-10,此值在定点DSP中已不能用Q格式表示。分析式(3)可以发现,随着时间t的增加,还会有大量的小数之间的乘法加法运算,使得新的前向概率值at+1更小,逐渐趋向于0,定点DSP采用普通的Q格式进行计算时便会负溢出,即便不发生负溢出也会大大丢失精度。因此必须寻找一种解决方法,在不影响DSP实时性的前提下,既不发生负溢出,又能提高精度。2DSP实现语音识别孤立词语音识别一般采用DTW动态时间规整算法。连续语音识别一般采用HMM模型或者HMM与人工神经网络ANN相结合。为了能实时控制机器人,首先需要考虑的是能够实现实时地语音识别。而考虑到CHMM的巨大计算量以及成本因素,采用了数据处理能力强大,成本相对较低的定点数字信号处理器,即定点DSP。本实验采用的是TI公司多媒体芯片TMSDM。定点DSP要能准确、实时的实现语音识别,必须考虑2点问题:精度问题和实时性问题。精度问题的产生原因已经由1.4节详细阐述,这里不再赘述。因此必须找出一种可以提高精度,而又不会对实时性造成影响的解决方法。基于以上考虑,本文提出了一种动态指数定标方法。这种方法类似于科学计数法,用2个32b单元,一个单元表示指数部分EXP,另一个单元表示小数部分Frac。首先将待计算的数据按照指数定标格式归一化,再进行运算。这样当数据进行运算时,仍然是定点进行,从而避开浮点算法,从而使精度可以达到要求。对于实时性问题,通常,语音的频率范围大约是~Hz左右,因而本实验采样率取8kHz,16b量化。考虑识别的实现,必须将语音进行分帧处理。研究表明,大约在10~30ms内,人的发音模型是相对稳定的,所以本实验中取32ms为一帧,16ms为帧移的时间间隔。解决实时性问题必须充分利用DSP芯片的片上资源。利用EDMA进行音频数据的搬移,提高CPU利用率。采用PING—PONG缓冲区进行数据的缓存,以保证不丢失数据。CHMM训练的模板放于外部存储器,由于外部存储器较片内存储器的速度更慢,因此开启CACHE。建立DSP/BIOS任务,充分利用BIOS进行任务之间的调度,实时处理新到的语音数据,检测语音的起止点,当有语音数据时再进入下一任务进行特征提取及识别。将识别结果用扬声器播放,并送入到机器人的控制模块。实验中,采用如图3的程序架构。

图3 机器人识别软件框图3机器人控制机器人由自然条件下的语句进行控制。这些语句描述了动作的方向,以及动作的幅度。为了简单起见,让机器人只执行简单命令。由手机进行遥控,DSP模块识别出语音命令,送控制命令到ARM模块,驱动左右机械轮执行相应动作。3.1硬件结构

机器人的硬件结构如图4所示。

图4 机器人硬件结构机器人主要有2大模块,一个是基于DSP的语音识别模块;另一个是基于ARM的控制模块,其机械足为两滑轮。由语音识别模块识别语音,由控制模块控制机器人动作。3.2语音控制首先根据需要,设置了如下几个简单命令:前、后、左、右。机器人各状态之间的转移关系如图5所示。其中,等待状态为默认状态,当每次执行前后或左右转命令后停止,即回到等待状态,此时为静止状态。

图5 机器人状态语音的训练模板库由4个命令加10个阿拉伯数字共14个组成,如下所示。命令:“前”、“后”、“左”、“右”;数字:“0~9”。命令代表动作的方向,数字代表动作的幅度。当执行前后命令时,数字的单位为dm,执行左右转弯命令时,数字的单位为角度单位的20°。每句命令句法为命令+数字。例如,语音“左2”表示的含义为向左转弯40°,“前4”表示向前直行4dm。机器人语音控制的关键在于语音识别的准确率。表1给出了5个男声样本的识别统计结果。

表1 识别统计结果4结语工作中,成功地将CHMM模型应用于定点DSP上,并实现了对机器人的语音控制。解决了CHMM模型巨大计算量及精度与实时性之间的矛盾。提出了一种新的端点检测算法,对于对抗短时或较低能量的环境噪音具有明显效果。同时需要指出的是,当语音识别指令增多时,则需要定义更多的句法,并且识别率也可能会相应降低,计算量也会相应变大。下一步研究工作应更注重提高大词汇量时的识别率及其鲁棒性。

晟兴智能语音机器人

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