基于ARM的嵌入式语音识别的研究

论文摘要

目前的语音识别系统普遍采用PC或者服务器的形式作为系统的工作平台,这种方式不可避免地存在体积大、功耗高、不便于携带、实用性低等问题。并且通常的语音识别系统由于噪声、混响等实际情况而导致语音增强处理的过程过于复杂,无法在嵌入式系统中顺利的使用。针对以上问题,本文在总结传统语音增强技术的基础上,展开了对嵌入式语音识别系统的研究,并就课题中所涉及到的相关理论和关键技术进行了深入的探讨,主要包括以下几个方面的工作。首先,介绍了嵌入式系统和语音识别中语音信号增强技术的发展和研究现状,指出了目前语音增强技术存在的问题,论述了课题的主要研究内容;并在介绍几种常用的阵列麦克风拓扑结构设计方案的基础上,全面的分析了各种阵列麦克风语音增强方案的性能指标。其次,研究了一种高效实时的在混响环境下带干扰噪声的语音信号增强方案。该方案以阵列麦克风为前端语音拾取设备,对每个麦克风之间采样得到的语音信号进行多径角度分集接收处理,通过分析语音信号之间的相位关系,多波束形成,对相干信号延时处理并加权合并提高信噪比以实现对采集得到的语音信号的增强处理,并通过调整权值矩阵滤除非语音频段信号和噪声,进而进一步降低可能引入的噪声污染。再次,对系统的硬件平台进行了详细的设计,介绍了嵌入式操作系统的特点及其移植的相关知识;在基于S3C2440的硬件平台上,详细的阐述了系统引导程序BootLoader的编写及Windows CE 6.0的移植过程;并介绍了系统软件的总体设计和关键的语音增强算法的详细研究过程。最后,对系统进行了大量的综合仿真试验,总结系统的各方面能力并分析存在的问题,为进一步的研究提供了方向和宝贵的经验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 嵌入式系统概述
• 1.1.1 嵌入式系统简介
• 1.1.2 嵌入式系统的发展趋势
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 语音增强算法的研究和现状
• 1.3.1 语音信号的特性
• 1.3.2 国内外的研究现状
• 1.4 现有语音识别系统存在的问题
• 1.5 本文的主要工作和结构安排
• 第2章 阵列麦克风语音增强的原理
• 2.1 引言
• 2.2 语音信号中远场和近场的确定
• 2.3 传统语音阵列信号处理模型
• 2.4 阵列麦克风的拓扑结构及语音处理模型
• 2.4.1 麦克风均匀线阵模型
• 2.4.2 麦克风均匀圆阵模型
• 2.4.3 三维均匀直线阵列和均匀球面阵列模型
• 2.4.4 各种麦克风阵列拓扑比较总结
• 2.5 常用的阵列语音增强算法研究
• 2.5.1 固定波束形成
• 2.5.2 自适应波束形成方法
• 2.5.3 后置自适应波束形成方法
• 2.5.4 几种麦克风阵列语音增强的优缺点比较
• 2.6 本章小结
• 第3章 硬件系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 硬件系统概述
• 3.3 硬件系统详细设计
• 3.3.1 地址空间分配和片选信号定义
• 3.3.2 SDRAM 存储系统
• 3.3.3 FLASH 存储系统
• 3.3.4 电源系统及接口
• 3.3.5 异步串行接口
• 3.3.6 USB 接口
• 3.3.7 LCD 接口
• 3.3.8 网络接口模块
• 3.3.9 音频接口
• 3.3.10 JTAG 调试模块
• 3.3.11 其它常用接口电路
• 3.4 本章小结
• 第4章 嵌入式系统软件平台构建
• 4.1 引言
• 4.2 嵌入式操作系统概述
• 4.2.1 嵌入式操作系统简介
• 4.2.2 Windows Embedded CE 简介
• 4.3 Windows Embedded CE 的移植
• 4.3.1 Windows Embedded CE 系统移植的前提
• 4.3.2 开发环境的建立
• 4.3.3 BSP 移植所需要做的工作
• 4.3.4 BSP 移植的流程和步骤
• 4.4 嵌入式操作系统WinCE 的定制
• 4.5 本章小结
• 第5章 软件系统设计
• 5.1 引言
• 5.2 软件系统工作流程
• 5.3 语音识别软件设计
• 5.3.1 Speech 组件简介
• 5.3.2 识别软件的设计
• 5.3.3 部分实现的代码
• 5.4 语音信号增强方法的关键技术
• 5.4.1 基本原理及其设计模型
• 5.4.2 系统建模
• 5.5 综合仿真实验
• 5.5.1 实验过程概述
• 5.5.2 综合实验结果比较
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介