数字滤波技术在机器人语音控制中的应用

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1、摘要语音控制是重要的人机交互方式之一，现在大部分关于机器人的语音控制的研究都是基于PC机，并且假设是在实验室环境下进行的，然而机器人的实际使用环境是复杂多变的，因而不可避免的会引入各种各样的噪声，这些噪声会破坏语音原有的特性，如果不能够对这些噪声进行有效的消减，就有可能会影响到后期的语音识别和控制。本文针对智能教育机器人和智能轮椅等基于DSP的智能机器人语音控制中的语音降噪进行了一些初步的研究。本文的主要工作是设计了一个语音采集系统，并从各种有效的信号处理方法中选出合适的模拟和数字信号处理方法，结合实际应用背景(DSP-TMS320LF2407)加畎优化处理。本文的工作主要包括以下三个方面：

2、1．信号调理部分：要想对语音信号进行有效的数字处理，首先需要有一个性能优良的模拟前端。对于语音信号来说：一方面从麦克风出来的信号是一个微弱的信号，需要对它进行必要的放大；另一方面语音信号是一个宽带信号，而模数转换器的采样速率是有限的，为了不违背奈奎斯特定理，必须在语音信号进入模数转换器之前进行带宽限制，也就是要引入抗混叠滤波器。另外，为了后面自适应滤波器的需要，在模拟通道中，设计了两个相同结构的信号调理电路，一路负责采集语音信息，一路负责采集噪声。其中每一路包括一个两级的麦克风信号放大器和一个MFB(MultipleFeedBack)结构的三阶ButterWorth低通滤波器。2．模数转换部

3、分：任何低通滤波器从通带到阻带的过渡带的衰减速率都是有限的，如果只是机械的照搬奈奎斯特定理，就不可避免的会引入很大的混叠效应。因此，我们在模数转换部分采用了过采样技术。一方面它可以有效的降低混叠效应；另一方面它可以提高模数转换部分的信噪比，等效于提高了模数转换的精度。3．数字滤波部分：因为智能机器人的应用环境是不确定的，所以用固定结构的滤波器是无法有效地降低噪声的。就目前而言，带自适应滤波器的自适应噪声抵消法对含噪语音的增强效果最好。所以，我们针对TMS320LF2407的具体特点，漫计了一个基于LMS算法，64阶的横向结构的自适应滤波器，并进行了必要的优化处理。实验证明，该方案对部分噪声具

4、有较好的滤除效果。关键字：机器人，语音控制、过采样、自适应滤波器数字滤波技术在机器人语音控制中的应用TheApplicationofDigitalFilterTechniquesforSpeechControlinaRobotJinlongChen(ControlTheoryandControlEngineering)DirectedbyKuiYuanAbstractSpeech-controlisoneofthemostimportanthuman—machineinteractivemethods．Now,mostoftheresearchofspeech．controlisbasedo

5、nPCandwithoutconsiderationofthenoise．Buttheenvironmentwhererobotworksisvarious，sothespeechsignalmaybecorruptedbyvariousnoises．Withouteliminatesthem，thecorruptedspeechsignalmaybeuselessforus．Inthisthesis，someeffectivesignalprocessingmethodsareadoptedandoptimizedwiththeapplicationplatform--TMS320LF24

6、07．Andthemcanbeseparatedintothreeparts：1．SignalConditioning：Agoodanalogfrontendisaneedfordigitalsignalprocessing．Asforthespeechsignal，ononehand，itshouldbeamplifiedbecausetheoutputsignalofmicrophoneisfeeble，ontheotherhand，itisawidebandsignalandthesamplerateofanalogtodigitalconverter(ADC)isfinite，soa

7、flanti·aliasingfilterisneedtobeaddedbeforeitgetsintotheADC．Inthisthesis，asatrade．oma3”orderButterworthLowpassfilterbasedonMultipleFeedback(MFB)topologyisadopted．2．AnalogtoDigitalConverter：Theattenuationrate