張艷+平震宇

摘 要： 由于語音通信受環(huán)境的影響較大，導(dǎo)致傳統(tǒng)的語音通信控制系統(tǒng)無法滿足用戶需求，控制質(zhì)量較低。因此，構(gòu)建遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中的語音識別模塊利用CG6565語音卡進行語音信號的收集，并對其進行降噪處理。降噪后的語音信號被轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號，并將數(shù)字信號的特性參數(shù)提取出來。語音識別模塊對特性參數(shù)進行識別、調(diào)整和測量后組成語音文件夾，并將語音文件夾反饋到遠程無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊。遠程無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊對語音文件夾中的語音文件進行一系列的處理，處理后的語音文件被傳輸?shù)接脩羰种?，實現(xiàn)系統(tǒng)對用戶設(shè)備的遠程語音控制。軟件給出了語音通信信號的目標(biāo)函數(shù)，以及該目標(biāo)函數(shù)的調(diào)用代碼。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計的系統(tǒng)具有較高的控制效率和控制準(zhǔn)確率，控制質(zhì)量總體較高。

關(guān)鍵詞： CG6565語音卡； 無線網(wǎng)絡(luò)； 語音通信； 控制系統(tǒng)

中圖分類號： TN915?34； TN912.3 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）04?0074?04

Design of remote voice communication control system for wireless network

ZHANG Yan， PING Zhenyu

（1. Suzhou College of Information Technology， Suzhou 215200， China； 2. Jiangsu Vocational College of Information Technology， Wuxi 214101， China）

Abstract： A remote speech communication control system for wireless network was established to eliminate the environment influence in the voice communication and satisfy the users′ requirements and improve the control quality. The CG6565 voice card is adopted in speech recognition module of the system to collect the speech signal and carry out the noise reduction processing. After the noise reduction， the speech signal is converted into digital signal easy to process， and the feature parameters of the digital signal are extracted. The feature parameters are identified， adjusted and measured by the voice identification module to form a speech folder， which is fed back to the remote wireless network control module. The remote wireless network control module is adopted to process the speech files in the speech folder. The processed audio files are transmitted to the user， by which the system can implement the remote voice control to the user′s equipment. The objective function of the voice communication signal and the calling code of the objective function are given by the software. The experimental results show that the designed system has high control accuracy and efficiency， and its overall control quality is high.

Keywords： CG6565 voice card； wireless network； voice communication； control system

0 引 言

隨著科技的不斷進步，簡單的語音通信傳輸系統(tǒng)已無法滿足人們對智能化環(huán)境的需求，語音通信控制系統(tǒng)漸漸得到人們的關(guān)注。近年來，語音通信控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于社區(qū)管理、電子商務(wù)和計算機工程等領(lǐng)域，為人們的工作和生活帶來了極大的便利[1?3]。由于語音通信受環(huán)境的影響較大，傳統(tǒng)的語音通信控制系統(tǒng)無法滿足用戶需求，控制質(zhì)量較低。因此，構(gòu)建出控制質(zhì)量較高的語音通信控制系統(tǒng)，對語音通信應(yīng)用領(lǐng)域的進步和智能化環(huán)境的改善具有重要價值[4?6]。

以往研究的語音通信控制系統(tǒng)均存在一定的問題，如文獻[7]提出電子狗語音通信控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以為用戶提供設(shè)備軌跡的智能導(dǎo)航和設(shè)備不正常行為提醒等功能，用戶只需將該系統(tǒng)安裝到需要控制的設(shè)備上，便可以對設(shè)備進行語音控制。但該系統(tǒng)價格昂貴，普通人群無法承受。文獻[8]提出機器人語音通信控制系統(tǒng)，用戶可事先在系統(tǒng)上錄制語音指令，日后在工作和生活中，可隨時調(diào)用該語音指令。但語音指令的實施限制較多，故該系統(tǒng)在實際生活中的應(yīng)用性較低。文獻[9]提出HAVC語音通信控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可利用語音同時控制多種設(shè)備，控制質(zhì)量較高。但系統(tǒng)的開發(fā)算法過于復(fù)雜且智能調(diào)節(jié)能力較弱；文獻[10]提出遠程遙感語音通信控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可為不同用戶提供專屬個性化服務(wù)。但系統(tǒng)的使用流程較為復(fù)雜，功能也需進一步完善。為了解決以上問題，構(gòu)建遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)。遠程無線網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是國際型的語音連接通信手段，其傳輸速率高達300 Mb/s，被廣泛用于數(shù)據(jù)通信、智能遙感以及音頻傳輸?shù)阮I(lǐng)域。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計的系統(tǒng)具有較高的控制效率和控制準(zhǔn)確率，控制質(zhì)量總體較高。

1 遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)設(shè)計

構(gòu)建遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)中的語音識別模塊，通過CG6565語音卡采集，將語音信號變換成便于處理的數(shù)字信號，同時對數(shù)字信號的特性參數(shù)進行識別、調(diào)整以及測量，最終形成語音文件夾，并將語音文件夾傳輸?shù)竭h程無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊中進行處理，完成用戶設(shè)備的遠程語音控制。

1.1 語音識別模塊設(shè)計

1.1.1 模塊工作原理

遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)中的語音識別模塊由語音卡、語音預(yù)處理平臺、語音特性處理平臺、語音面板平臺和語音配置平臺組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

由圖1可知，語音識別模塊的工作原理為：先利用語音卡進行語音的采集和降噪，并將降噪后的語音文件傳遞到語音預(yù)處理平臺。語音預(yù)處理平臺利用A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，將語音信號放大并轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號。預(yù)處理平臺在數(shù)字信號中引入一個自主調(diào)節(jié)參數(shù)的管控指令，該指令可將數(shù)字信號的輻射、頻率波動等干擾數(shù)據(jù)刪除，并轉(zhuǎn)換成語音信號傳輸?shù)教匦蕴幚砥脚_。特性處理平臺能夠?qū)?shù)字信號的特性參數(shù)提取出來，組成特性集合。特性參數(shù)可以使語音信號被準(zhǔn)確識別，不同的語音信號所擁有的特性參數(shù)也不同，且語音信號越復(fù)雜，特性處理平臺的工作難度就越大。遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的特性參數(shù)的種類主要有：語音音調(diào)、語音發(fā)聲幾率、離散傅里葉變換譜線、梅爾頻率倒譜、信號能量以及信號峰值等。

語音模板平臺為特性處理平臺提供語音的重播和語音信號存儲功能，是特性處理平臺中特性參數(shù)提取工作準(zhǔn)確率的保障。

語音配置平臺接收特性處理平臺處理過的語音信號和語音特性集合參數(shù)，并對二者進行識別、調(diào)整和測量。該平臺將語音信號配置到對應(yīng)的特性參數(shù)中，并根據(jù)特性參數(shù)，將語音信號按照時間長度、語音內(nèi)容、語言等類別分別存于不同語音文件夾中。不同的語音文件夾所包含的語音管理標(biāo)準(zhǔn)也不同。語音識別模塊將這些語音文件夾反饋到遠程無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊進行管理。

1.1.2 語音卡設(shè)計

遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)選用某公司生產(chǎn)的CG6565語音卡，作為語音識別模塊的核心元件。CG6565語音卡擁有成本低、擴展性高和音頻處理融合性強等優(yōu)點，為語音采集工作提供多路T1/E1 PSTN 中繼接口；內(nèi)置高速能量處理器，應(yīng)用靈活，處理效率高，滿足遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)對硬件的需求。圖2為CG6565語音卡的工作原理圖。

由圖2可知，CG6565語音卡擁有完整的PCB板監(jiān)管平臺，包含驅(qū)動芯片和調(diào)節(jié)芯片。在CG6565語音卡的工作過程中，驅(qū)動芯片先進行PCB板的參數(shù)調(diào)節(jié)工作，再將CG6565語音卡初始化，隨后開始語音采集工作。由于采集到的語音信號往往存在噪音，而噪音不但無法被遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)中的其他元件所識別，也會大大降低整個系統(tǒng)的使用壽命。因此，利用PCB板監(jiān)管平臺中的調(diào)節(jié)芯片對語音信號進行降噪處理。

調(diào)節(jié)芯片內(nèi)置多種降噪方法，包括引入同質(zhì)化噪音吸收過濾、傅里葉變換吸音器、動態(tài)吸收、縮減語音譜線波動和白噪聲綜合吸波等。對于能夠被準(zhǔn)確預(yù)測的普通噪音，只利用一種方法便可以獲取到所需信號；而在較為嘈雜且冗長的語音信號中，常存在較多的語音變量和高頻率的動態(tài)信號，此時需要利用多種方法才能對其進行有效降噪。

1.2 遠程無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊設(shè)計

控制系統(tǒng)中的遠程無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊利用無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化無線電傳輸器和紅外線傳輸器處理語音識別模塊中語音文件夾的語音文件，并將其傳輸?shù)接脩羰种?，進而實現(xiàn)遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)對用戶需求的服務(wù)。圖3為遠程無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊結(jié)構(gòu)圖。

由圖3可知，遠程無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊由無線電傳輸器、單片微型計算機、微型繼電器和紅外線傳輸器組成。無線電傳輸器和紅外線傳輸器的配置參數(shù)經(jīng)由無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后，能夠控制遠程無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊中的其他元件。為了提高遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)的語音控制效率，可在系統(tǒng)中無限配備遠程無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊。

遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)的電源直接為無線電傳輸器、單片微型計算機和微型繼電器供電，微型繼電器利用其過繼電量對紅外線傳輸器供電。無線電傳輸器利用無線電傳輸技術(shù)感應(yīng)語音識別模塊傳輸語音文件夾，并將其中的語言文件傳輸?shù)絾纹⑿陀嬎銠C。單片微型計算機對語音文件進行地址編碼，該編碼相當(dāng)于語音文件的“身份證”，未經(jīng)編碼的語音文件無法進行輸出操作。由于速率過高的語音文件會降低遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)的整體準(zhǔn)確率，因此，編碼后的語音文件會經(jīng)由紅外線傳輸器進行減速處理。經(jīng)減速處理后的語音文件可輸出給用戶使用。

2 遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 語音通信信號目標(biāo)函數(shù)的建立

利用最小均方算法對遠程無線網(wǎng)絡(luò)中的語音通信信號進行控制，設(shè)置語音通信信號的初始能量為：

（1）

式中：代表語音通信信號的標(biāo)準(zhǔn)輸出值；代表語音通信信號的實際輸出值；K和S表示語言信號量，利用算法軟件對進行分類，可得：

（2）

在式（2）中選擇一個最佳的語音通信信號管控方案，軟件給出的s命令方案主要有：梯度模型構(gòu)建、提取動態(tài)變量和網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)修正。

以網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)修正方案為例，其進行語音通信信號管控的流程為：優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，將其保存后進行遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信系統(tǒng)的初始化。設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)伸縮參數(shù)和平移參數(shù)分別為和，無線網(wǎng)絡(luò)接口的權(quán)值和閾值分別為和。隨機給予無線網(wǎng)絡(luò)接口閾值一個初始值，設(shè)標(biāo)準(zhǔn)語音通信信號參數(shù)為，梯度向量為，則可得到語音通信信號的標(biāo)準(zhǔn)輸出的實時輸出，如下：

式中：T為遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)的控制周期；t為遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)的工作時間。

此時，實時梯度向量為：

經(jīng)歷一系列的推導(dǎo)可得出，經(jīng)語音通信控制方案處理后的語音通信信號目標(biāo)函數(shù)為：

2.2 語音通信信號目標(biāo)函數(shù)的調(diào)用代碼設(shè)計

語音通信信號的目標(biāo)函數(shù)存儲于一個臨時文件夾中，當(dāng)用戶需要利用該函數(shù)進行系統(tǒng)管理時，可通過軟件對其進行調(diào)用。語音通信信號目標(biāo)函數(shù)的調(diào)用代碼為：

void Digital_Line_Graphic_app&Watchdog（ECU remove）

{

INCOMPLETE： Enter information processing program code & recall Windows

FILE * File OPEN，* File OPEN 0；

%顯示文件內(nèi)容，調(diào)至可修改狀態(tài)

File OPEN = File OPEN（"d：＼＼Diff.txt"，"n+"）；

File OPEN 0 = File OPEN（"d：＼＼Diff.txt"，"n+"）；

%進入循環(huán)篩選過程

char x；

char *y="0"；

read file（&x，sizeof（char），1， File OPEN）；

if（a=="0"） %初級判斷指令

{

read?in（y，sizeof（char），0， File OPEN a）；

%打開文件，讀取并寫入

CStructing struct0，temperature，struct1；

struct0=" recognition result：＼n＼t"；

m_systools.gain_Window_ result（temperature）；

struct1=temperature+struct0；

m_systools.Fit_Window_ result（struct1）；

Type_in_data（）；

Void（）； }

supposing that （a==′0′） %二級判斷指令 {

read?in（y，sizeof（char），0，F(xiàn)ile OPEN0）；

CStructing struct0，temperature，struct1；

struct0=" recognition result： ＼n＼t"；

n_systools.Gain_Window_result（temperature）；

struct1=temperature+struct0；

n_systools.Fit t_Window_result（struct0）；

OnButtonAxis1Sub（）；

Void（）；

}

supposing that （a==′0′&a==NIL） %二級判斷指令 revert；

fclose（File OPEN）；

fclose（File OPEN1）；

AlertDialog：：Watchdog（remove）；

}

3 實 驗

為了驗證本文設(shè)計遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，進行對比實驗。語音通信控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量分為控制效率和控制準(zhǔn)確率。

實驗利用HAVC語音通信控制系統(tǒng)和遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)，在相同的實驗條件下對同一設(shè)備進行語音控制。圖4、圖5分別是HAVC語音通信控制系統(tǒng)和本文系統(tǒng)的控制效率曲線圖。

由圖4、圖5可看出：HAVC語音通信控制系統(tǒng)在語音干擾因素弱的情況下，控制效率曲線波動不大，控制效率的平均值為79.8%。在語音干擾因素強的情況下，控制效率的最大值和最小值分別為80.2%和59.5%，控制效率曲線波動明顯變大，控制效率整體下降。而語音干擾因素對本文系統(tǒng)的控制效率曲線幾乎無影響。在強干擾因素和弱干擾因素的情況下，系統(tǒng)控制效率的平均值分別為79.8%和79.3%，且兩種情況下的控制效率曲線波動均不明顯。實驗說明，遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)具有較高的控制效率。

實驗還記錄了HAVC語音通信控制系統(tǒng)和本文系統(tǒng)的控制準(zhǔn)確率數(shù)據(jù)，如表1和表2所示。

表1、表2中控制幅值頻率是指系統(tǒng)在對語音進行降噪等一系列處理時語音的損失頻率?？刂品殿l率與控制輸出頻率之和越接近于語音初始頻率，系統(tǒng)的控制準(zhǔn)確率就越高。由表1、表2可知：HAVC語音通信控制系統(tǒng)的控制準(zhǔn)確率隨控制幅值頻率的增加而降低，控制準(zhǔn)確率的平均值為93.51%。系統(tǒng)的控制準(zhǔn)確率雖不穩(wěn)定，但控制準(zhǔn)確率數(shù)值較高。而本文系統(tǒng)的控制準(zhǔn)確率平均值為97.48%，比HAVC語音通信控制系統(tǒng)的控制準(zhǔn)確率平均值高出3.97%，且系統(tǒng)的控制準(zhǔn)確率更加穩(wěn)定。實驗說明，遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)具有較高的控制準(zhǔn)確率。

4 結(jié) 論

本文構(gòu)建遠程無線網(wǎng)絡(luò)語音通信控制系統(tǒng)。其中的語音識別模塊利用CG6565語音卡進行語音信號的收集，并對其進行降噪處理。降噪后的語音信號被轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號，并將數(shù)字信號的特性參數(shù)提取出來。語音識別模塊對特性參數(shù)進行識別、調(diào)整和測量后組成語音文件夾，并將語音文件夾反饋到遠程無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊。遠程無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊對語音文件夾中的語音文件進行一系列的處理，處理后的語音文件被傳輸?shù)接脩羰种?，進而實現(xiàn)系統(tǒng)對用戶設(shè)備的遠程語音控制。軟件給出了語音通信信號的目標(biāo)函數(shù)，以及該目標(biāo)函數(shù)的調(diào)用代碼。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計的系統(tǒng)具有較高的控制效率和控制準(zhǔn)確率，控制質(zhì)量總體較高。

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