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1、南京航空航天大学 硕士学位论文 车载多媒体语音指令控制系统的开发 姓名：肖方 申请学位级别：硕士 专业：测试计量技术及仪器 指导教师：施玉霞 2010-12 南京航空航天大学硕士学位论文 i 摘 要 随着世界汽车工业的快速发展和嵌入式技术的不断进步，车载多媒体越来越多的出现在人 们生活中。车载多媒体设备的交互方式需要很好的便利性和安全性，语音指令以其方便、快捷 的特点成为交互方式的首选。实用化研究也是近年来语音识别的一个新兴研究方向，语音识别 技术应用于车载系统将有力地促进车载设备方便、快捷、安全地使用和普及。 本课题致力于车载多媒体语音指令控制系统的开发研究。针对嵌入式系统存在的存储空间 有
2、限和实时性要求高等问题，主要从语音识别算法的优化和车载多媒体语音指令控制系统平台 的构建着手研究。 (1) 针对传统 MFCC 特征提取之后得到的语音特征矢量序列数据量很大，占用较多存储空 间的缺点，采取矢量量化技术对特征矢量进行优化处理。仿真实验表明：语音信号经该算法处 理后，数据的存储量减少近 91%。 (2) 针对车载多媒体语音指令控制系统操作对象不唯一的特点， 采用 DHMM 算法进行语音 训练和识别， 实现了非特定人语音指令控制。 然而该算法的训练模块将会产生大量的语音数据， 于是将训练过程在 PC 机上实现， 且只需开发时在 PC 机上进行训练， 以后的使用过程完全脱离 PC 机，
3、节约并合理地利用了嵌入式系统资源。 (3) 研究了车载多媒体语音指令控制系统的软件平台。主要包括嵌入式软件开发环境的构 建、启动引导程序设计、内核剪裁编译和移植、音频驱动程序的裁剪移植和根文件系统的制作 等。同时还详细阐述了 Qt/Embedded 图形界面开发平台的特点和宿主机交叉开发环境的搭建过 程。最终将系统的软件平台移植到 ARM9 开发板上，成功构建出车载多媒体语音指令控制系统 的软件平台。 (4) 以构建的嵌入式系统软件平台为基础， 在 ARM9 开发板上实现车载语音指令控制系统。 操作者通过麦克风输入语音指令，识别后传送给车载系统，完成相应的指令操作。实验测试结 果表明：程序运行
4、速度快、可靠，界面设计合理，操作简便而舒适，符合人们的习惯，系统的 识别正确率和实时性均满足了汽车对于车载多媒体的实用需求。 关键词：关键词：语音指令，Linux，Qt，车载多媒体系统，矢量量化，隐马尔科夫模型，ARM 嵌入式语音指令控制系统软件平台的研究与开发 ABSTRACT With the development of modern automobile industry and embedded technology，vehicle multimedia system has been popular among our life.As operation mode of vehic
5、ular equipments should be more convenience and more security,voice commands, a natural and rapid interactive way, has become the first choice.Practical research is a new direction in speech recognition field，so application of speech recognition technology to vehicular system will improve the applica
6、tions and popularization of vehicular devices greatly. The article is dedicated to study the development of vehicular speech command control system.As the problems of limited storage and high real-time in embedded system, the study work of the paper mainly on algorithm optimization of speech recogni
7、tion and construction of vehicular speech command control system. (1) Aiming at the large amout data of speech feature vector sequence after the traditional MFCC, Vector Quantization technique is adopted to optimize data quantity.The experimental results show that the method reduces the data storage
8、 by 91%. (2) Aiming at more than one to operate the vehicular speech command control system, DHMM algorithm is adopted to identify non-specific human voice command control. Meanwhile training module of HMM is finished in PC for more rational use of embedded resource. (3) The paper studies the softwa
9、re platform of the vehicular speech command control system. It mainly include construction of embedded software development environment、 design of bootloader in Linux、 detailed processing of clipping and complie-transplant for kernel、 clipping-transplant for audio driver and creating of a root files
10、ystem etc.The article also explains characteristics of the Qt/Embedded graphical interface development platform and construction of cross development environment. Finally, the text transplants Linux software platforms to ARM9 development board and construct vehicular speech command control system su
11、ccessfully. (4) Vehicular speech command control system is realized in ARM9 development platform based on embedded software platform constructed. The operator inputs voice commands by MIC and then the vehicle-mounted system completes the corresponding instruction operation according to the identify
12、result. Test results show that both identification accuracy and real-time of the system meet the practical needs of vehicle-mounted multimedia for automobile. Key Words: speech command, Linux, Qt, vehicular multimedia system, VQ, HMM, ARM 嵌入式语音指令控制系统软件平台的研究与开发 图表清单 图表清单 图 2.1 语音识别原理图.7 图 2.2 窗函数的 FFT 示意图.9 图 2.3 MFCC 特征矩阵输出结果图.12 图 2.4 LBG 算法流程图.16 图 2.5 DTW 路径搜索 .16 图 2.6 HMM 的组成示意图.18 图 2.7 DHMM 识别过程简图.19 图 2.8 前向算法的前向概率.21 图 2.9 Baum-Welch 算法流程图.23 图 3.1 系统硬件平台框图.254 图 3.2 系统软件平台框架图.25 图 3.3 宿主机交叉开发环境示意图.
