基于语音感知的智能家居嵌入式控制系统研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151100089硕士学位论（文学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：信息处理与智能控制论文题目：基于语音感知的智能家居嵌入式控制系统研究英文题目：ResearchonSmartHomeEmbeddedControlSystemBasedonSpeechPerception学生姓名：刘鹏辉导师姓名：房建东教授二○一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要随着现代科学技术的发展，人机交互的方式也在不断进步。从之前的手动控制到手机控制逐渐转向人类最天然、自由、直接

2、的语音交互方式。智能家居具有舒适健康、安全、高效等优点，其发展方向之一也必为嵌入式语音感知识别控制。本文设计了一套基于语音感知的智能家居嵌入式控制系统，系统在确认家庭成员的情况下，可以通过语音指令和家庭环境融合后控制居家设备。改善了目前智能家居中存在无确认操控人、决策因素单一等缺点。对语音信号进行预处理后，提取了Mel频率倒谱系数特征向量；针对高斯混合模型参数估计时存在奇异阵的问题，使用修正EM算法进行优化，实现了家庭成员的确认；通过高斯混合模型拟合语音隐含状态观测符号概率分布，利用隐马尔可夫模型完成了语音

3、指令识别。Linux操作系统下实现了音频采集、家庭成员的确认和语音指令的识别。本文采用Cortex-A9的Tiny4412开发板作为硬件系统上位机，并移植Linux操作系统为软件平台，同时设计ZigBee无线传感、控制网络为下位机。在上位机移植ALSA音频库和本文研究的算法，实现音频采集存储、家庭成员的确认和语音指令的识别；下位机用来实时采集环境信息和对居家设施的无线控制。系统启动后，首先通过语音确认家庭成员，然后语音指令识别结果和实时环境信息共同决策形成控制指令，上位机将控制指令通过串口发送至下位机，控制

4、对应的居家设备。实验条件下对系统进行测试分析，测试结果表明：系统可以在确认家庭成员的情况下，通过语音指令结合实时环境信息控制居家设施。关键词：智能家居；ZigBee；GMM；语音感知；Linux操作系统I内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofmodernscienceandtechnology,thewayofhuman-computerinteractionisalsoimproving.Fromthepreviousmanualcontroltomobilep

5、honecontrolgraduallyturnedtothemostnatural,freeanddirectwayofhumanvoiceinteraction.Smarthomehastheadvantagesofcomfort,health,safetyandefficiency,andoneofitsdevelopmentdirectionsisembeddedspeechrecognitionandcontrol.Thispaperdesignedasetofintelligenthomeemb

6、eddedcontrolsystembasedonvoiceperception.Undertheconditionofconfirmingthefamilymembers,thesystemcancontrolthehomeequipmentthroughthecombinationofvoiceinstructionsandhomeenvironment.Improvedtheshortcomingsofcurrentsmarthome,suchasnoidentifyingcontroller,sin

7、gledecisionfactorandsoon.Afterpreprocessingthespeechsignal,theMelfrequencycepstrumcoefficienteigenvectorisextracted;InviewoftheproblemofthesingulararrayintheestimationoftheparametersoftheGaussmixedmodel,themodifiedEMalgorithmisusedtooptimizethefamilymember

8、s;Then,Gaussianmixturemodelwasusedtofittheprobabilitydistributionoftheobservedsymbolsinthehiddenstateofthespeech,andthespeechinstructionrecognitionsimulationwasperformedusingthehiddenMarkovmodel.UndertheLinux