1、语音信号的提取与识别技术说话人识别系统的研究开题报告 中 北 大 学毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名： 学 号： 学 院、系：信息与通信工程学院通信工程系专 业：通信工程设计(论文)题目：语音信号提取与识别技术指导教师: 2006年 3 月 8 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生
2、写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 771487文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如0201140102,为10位数），不能只写最后2位或1位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见和所在专业意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业
3、设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述 语音信号识别研究的根本目的是研究出一种具有听觉功能的机器，能直接接受人的口呼命令，理解人的意图并做出相应的反映。语音识别系统的研究涉及微机技术、人工智能、数字信号处理、模式识别、声学、语言学和认知科学等许多学科领域，是一个多学科综合性研究领域。近年来，高性能数字信号处理芯片DSP （DigitalSignalProcess）技术的迅速发展，为语音识别的实时实现提供了可能，其中，AD公司的数字信号处理芯片以其良好的性价比和代码的可移植性被广泛地应用于各个领域。因此，我们采用AD公司的定点DSP处理芯片ADS
4、P2181实现了语音信号的识别。1语音识别的基本过程根据实际中的应用不同，语音识别系统可以分为：特定人与非特定人的识别、独立词与连续词的识别、小词汇量与大词汇量以及无限词汇量的识别。但无论那种语音识别系统，其基本原理和处理方法都大体类似。一个典型的语音识别系统的原理图如图1所示1。 语音识别过程主要包括语音信号的预处理、特征 提取、模式匹配几个部分。预处理包括预滤波、采样和量化、加窗、端点检测、预加重等过程。语音信号识别最重要的一环就是特征参数提取。提取的特征参数必须满足以下的要求：（1）提取的特征参数能有效地代表语音特征，具有很好的区分性； （2）各阶参数之间有良好的独立性；（3）特征参数要
5、计算方便，最好有高效的算法，以保证语音识别的实时实现。在训练阶段，将特征参数进行一定的处理后，为每个词条建立一个模型，保存为模板库。在识别阶段，语音信号经过相同的通道得到语音特征参数，生成测试模板，与参考模板进行匹配，将匹配分数最高的参考模板作为识别结果。同时，还可以在很多先验知识的帮助下，提高识别的准确率。2系统的硬件结构21ADSP2181的特点2AD公司的DSP处理芯片ADSP2181是一种16 b的定点DSP芯片，他内部存储空间大、运算功能强、接口能力强。有以下的主要特点：（1）采用哈佛结构，外接1667 MHz晶振，指令周期为30 ns，指令速度为33 MIs，所有指令单周期执行；（
6、2）片内集成了80 kB的存储器：16 kB字的（24b）的程序存储器和16kB（16b）的数据存储器；（3）内部有3个独立的计算单元：算术逻辑单元（ALU）、乘累加器（MAC）和桶形移位器（SHIFT），其中乘累加器支持多精度和自动无偏差舍入；（4）一个16 b的内部DMA端口（IDMA），供片内存储器的高速存取；一个8 b自举DMA（BDMA）口，用于从自举程序存储器中装载数据和程序；（5）6个外部中断，并且可以设置优先级或屏蔽等。由于ADSP2181以上的特点，使得该芯片构成的系统体积小、性能高、成本和功耗低，能较好地实现语音识别算法。22系统的硬件结构在构成语音识别电路时，我们采用了A
7、DSP2181的主从结构设计方式，通过IDMA口由CPU装载程序。语音识别系统的硬件结构如图2所示。在这种结构中，PC机为主CPU，ADSP2181为从CPU，由PC机通过IDMA口将程序装载到ADSP2181的内部存储器中。PC机总线通过CPLD译码，形成等控制信号，与ADSP2181的IDMA口相连。这样，在ADSP2181全速运行时，主机可以查询从机的运行状态，可以访问到ADSP2181内部所有的程序存储器和数据存储器。这对程序的编译和调试，以及语音信号的实时处理带来了极大的方便。参考文献1 RabinerL，Juang BHFundamentals ofspeechrecognitio
8、nMPTRPrentice Hall，19932苏淘，吴顺君，廖晓群高性能数字信号处理器与高速实时信号处理M西安：西安电子科技大学出版社，19993 Analog Inc.Using ADSP-2100 family volume lZ.4 Analog Inc.Using ADSP-2100 family volume 2Z.可根据需要自行加页，加页格式同此页。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：语音识别的DSP实现技术 1浮点运算的定点实现在语音识别的算法中，有许多的浮点运算。用定点DSP来实现浮点运算是在编写语音识别程序中需要首先解
9、决的问题。这个问题可以通过数的定标方法来实现。数的定标就是决定小数点在定点数中的位置。Q表示法是一种常用的定标方法。其表示机制是：设定点数是x，浮点数是y，则Q法表示的定点数与浮点数的转换关系为：2数据精度的处理 用16 b的定点DSP实现语音识别算法时，虽然程 序的运行速度提高了，但是数据精度比较低。这可能由于中间过程的累计误差而引起运算结果的不正确。为了提高数据的运算精度，在程序中采用了以下的处理方法： （1）扩展精度在精度要求比较高的地方，将计算的中间变量采用32 b，甚至48 b来表示。这样，在指令条数增加不多的情况下却使运算精度大大提高了。 （2）采用伪浮点法来表示浮点数伪浮点法即用
10、尾数指数的方法来表示浮点数。这时，数据块的尾数可以采用Q115数据格式，数据块的指数相同。这种表示数据的方法有足够大的数据范围，可以完全满足数据精度的要求，但是需要自己编写一套指数和尾数运算库，会额外增加程序的指令数和运算量，不利于实时实现。以上两种方法，都可以提高运算精度，但在实际操作时，要根据系统的要求和算法的复杂度，来权衡考虑。3变量的维护在高级语言中，有全局变量与局部变量存储的区别，但在DSP程序中，所有声明的变量在链接时都会分给数据空间。所以如果按照高级语言那样定义局部变量，就会浪费大量的DSP存储空间，这对数据空间较为紧张的定点DSP来说，显然是不合理的。为了节省存储空间，在编写D
11、SP程序时，最好维护好一张变量表。每进入一个DSP子模块时，不要急于分配新的局部变量，应优先使用已分配但不用的变量。只有在不够时才分配新的局部变量。4循环嵌套的处理语音识别算法的实现，有许多是在循环中实现的。对于循环的处理，需要注意以下几个问题：（1）ADSP2100系列DSP芯片中，循环嵌套最多不能超过4重，否则就会发生堆栈溢出，导致程序不能正确执行。但在语音识别的DSP程序中，包括中断在内的嵌套程序往往超过4重。这时不能使用DSP提供的dountil指令，只能自己设计出一些循环变量，自己维护这些变量。由于这时没有使用 DSP的循环堆栈，所以也不会导致堆栈溢出。另外，如果采用jump指令从循
12、环指令中跳出，则必须维护好PC，LOOP和CNTR三个堆栈的指针。（2）尽量减少循环体内的指令数。在多重循环的内部，减少指令数有利于降低程序的执行次数。这样有利于减少程序的执行时间、提高操作的实时性。5采用模块化的程序设计方法在语音识别算法的实现中，为了便于程序的设计和调试，采用了模块化的程序设计方法。以语音识别的基本过程为依据进行模块划分，每个模块再划分为若干个子模块，然后以模块为单元进行编程和调试。在编写程序之前，首先用高级语言对每个模块进行算法仿真，在此基础上再进行汇编程序的编写。在调试时，可以采用高级语言与汇编语言对比的调试方式，这样可以通过跟踪高级语言与汇编语言的中间状态，来验证汇编
13、语言的正确性，并及时的发现和修改错误，缩短编程周期。另外，在程序的编写过程中，应在关键的部分加上必要的注释与说明，以增强程序的可读性。在总调时，需要在各模块中设置好相应的入口参数与出口参数，维护好堆栈指针与中间变量等。6利用C语言与汇编语言的混合编程现在，大多数的DSP芯片都支持汇编语言与C或C语言的混合编程，ADSP2181也不例外。用C语言开发DSP程序具有缩短开发周期、降低程序复杂度的优点，但是，程序的执行效率却不高，会增加额外的机器周期，不利于程序的实时实现。为此，在用C语言编写语音识别算法时，我们采用了定点化处理技术。ADSP2181是16位定点处理器，定点化处理应注意以下几个问题3
14、，4：（1）ADSP2181支持小数和整数两种运算方式，在计算时应选择小数方式，使计算结果的绝对值都小于1； （2）用双字定点运算库代替C语言的浮点库，提高运算精度；（3）注意在每次乘加运算之后进行饱和操作，防止结果的上溢和下溢；（4）循环处理后的一组数据可能有不同的指数，要进行归一化处理，以便后续定点操作对指数和尾数部分分别处理。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见： 指导教师： 年 月 日所在系审查意见： 系主任： 年 月 日附件：参考文献注释格式学术期刊 作者论文题目期刊名称，出版年份，卷(期)：页次如果作者的人数多于3人，则写前三位作者的名字后面加“等”，作者之间以逗号
15、隔开。例如：1 李峰,胡征,景苏等. 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展. 无机化学学报， 2001, 17(3): 3153242 J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods. Journal of Crystal Growth, 2001,233:57学术会议论文集 作者论文题目文集编者姓名学术会议文集名称，出版地：出版者，出版年份：页次例如：3 司宗国 谢去病 王群重子湮没快度关联的研究见赵维勤，高崇寿编第五届高能粒子产生和重离子碰撞理论研讨会文集，北京：中国高等科学技术中心，1996：105图书 著者书名版本出版地
16、：出版者，出版年页次如果该书是第一版则可以略去版次。例如：4韩其智 孙洪洲群论北京：北京大学出版社，1987101预印本 作者论文题目预印本编号（出版年份）例如：5Xiaofeng Guo and Jianwei QiuThe leading power corrections to the structure functionshepph/9810548(1998)学位论文 作者论文题目学士(或硕士、博士)学位论文. 出版地：出版者，出版年份例如：6 陈异. 纳米粒子形貌控制研究. 硕士学位论文. 北京：中国科学院, 2002电子文献 主要责任者. 电子文献题名电子文献的出处或可获地址. 发表或更新日期例如：7 王明亮. 关于中国学术期刊标准化数据库系统工程的进展. 1998-08-16专利 专利所有者. 专利名称. 专利国别：专利号，日期.例如：8 姜锡洲.一种温热外敷药制备方案. 中国专利：881056073，1989-07-26.
