基于FPGA的语音识别技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文基于FPGA的语音识别技术研究论文作者：孙飞学生类别：全日制学科门类：工科学科专业：物理电子学指导教师：田学民职称：副教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofPhysicalElectronicsTheResearchofSpeechRecognitionTechnologybasedonFPGABySunFeiSupervisor:Prof.TianXue

2、minMarch2016摘要近年来语音识别技术在移动设备及PC端得到了广泛应用，语音玩具，语音家电也逐渐走入人们的生活。然而语音家电需要语音识别专用芯片的支持，虽然我国存在一部分语音识别芯片生产厂商，但其设计的芯片功能相对简单，还不能实现语音识别的高级应用。语音识别系统的构建方法有很多，FPGA运算速度快、设计周期短、资源丰富非常适合复杂的系统设计。本文针对室内环境设计了应用于智能家居的语音识别系统。在研究了语音的形成、听觉系统的原理以及隐马尔可夫模型的识别原理和相关算法的基础上，本文设计了适合于硬件的分帧加窗

3、模块。该模块由4个存储器协同工作，实时的实现了语音信号的分帧加窗；为了提高系统的实际应用价值，提高用户体验，本文针对室内语音环境——多碰撞声和摩擦声，设计了室内专用的端点检测系统。在设计之初，首先使用Matlab软件对大量语音信号进行了采集和分析，设计出了针对于室内环境的端点检测方法——基于短时能量差的波形描述方法。并结合短时能量和短时过零率最终完成了端点检测模块的设计。经多次测试，该模块能有效的排除室内噪声干扰，其语音段识别准确率达96%。在语音识别系统后半部分的设计中，本文使用Altera公司的IP核完成了

4、快速傅里叶变换。在设计特征提取模块时，组建了Mel滤波器组并建立查找表实现了取对数运算；在设计矢量量化模块时，由于码本生成过程复杂，在设计中首先使用Matlab实现了码本的生成，然后使用硬件语言实现了码本的搜索功能；在设计语音识别模块时，研究了相关识别算法，根据离散HMM的特点，解决了下溢问题及初始化问题，最终将模块仿真结果与软件计算结果比对，得到了准确的输出数据。关键词：智能家居语音识别FPGAHMMIIABSTRACTInrecentyears,speechrecognitiontechnologyhasb

5、eenwidelyusedinthemobiledeviceandthePC.Voiceapplianceshaveplayedanimportantroleinourlifethatwecanseethemeverywherenearly.However,thevoiceappliancesneedspeechrecognitionASICtogetwork.Although,therearesomeASICmanufacturersinournation,butthefunctionofthechipsth

6、eymadeissosimplethatcannotbeusedinamorehighlevel.Therearemanymethodstobuildaspeechrecognitionsystem,theFPGAhaveexcellentperformancesincomputing,cycleofdesigningandhardwareresources.So,itisverysuitforcomplexsystemdesigns.Inthispaper,aspeechrecognitionsystemth

7、atissuitforsmarthomeisdesigned.Afterstudytheformationofspeech,thetheoryofauditorysystemandtherelatedalgorithms,Ihavedesignedamoduletouseforframingwindowing.Themoduleconsistsoffourmemorys,itcanFinishtheworkofFramingwindowingsuccessfullyinrealtime.Inordertoimp

8、rovethesystemoftheapplicationvalueandtheexperienceofusersinpractical,aendpointdetectionsystemwhichiswellworkindoorisdesigned.Inthebeginningofdesign,Ihaveanalyzedalargenumberofspeechsignals,theni