远程无线网络语音通信控制系统设计

张艳+平震宇



摘 要: 由于语音通信受环境的影响较大,导致传统的语音通信控制系统无法满足用户需求,控制质量较低。因此,构建远程无线网络语音通信控制系统,系统中的语音识别模块利用CG6565语音卡进行语音信号的收集,并对其进行降噪处理。降噪后的语音信号被转换成便于处理的数字信号,并将数字信号的特性参数提取出来。语音识别模块对特性参数进行识别、调整和测量后组成语音文件夹,并将语音文件夹反馈到远程无线网络控制模块。远程无线网络控制模块对语音文件夹中的语音文件进行一系列的处理,处理后的语音文件被传输到用户手中,实现系统对用户设备的远程语音控制。软件给出了语音通信信号的目标函数,以及该目标函数的调用代码。实验结果表明,所设计的系统具有较高的控制效率和控制准确率,控制质量总体较高。
关键词: CG6565语音卡; 无线网络; 语音通信; 控制系统
中图分类号: TN915?34; TN912.3 文献标识码: A 文章编号: 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
隨着科技的不断进步,简单的语音通信传输系统已无法满足人们对智能化环境的需求,语音通信控制系统渐渐得到人们的关注。近年来,语音通信控制系统被广泛应用于社区管理、电子商务和计算机工程等领域,为人们的工作和生活带来了极大的便利[1?3]。由于语音通信受环境的影响较大,传统的语音通信控制系统无法满足用户需求,控制质量较低。因此,构建出控制质量较高的语音通信控制系统,对语音通信应用领域的进步和智能化环境的改善具有重要价值[4?6]。
以往研究的语音通信控制系统均存在一定的问题,如文献[7]提出电子狗语音通信控制系统,该系统可以为用户提供设备轨迹的智能导航和设备不正常行为提醒等功能,用户只需将该系统安装到需要控制的设备上,便可以对设备进行语音控制。但该系统价格昂贵,普通人群无法承受。文献[8]提出机器人语音通信控制系统,用户可事先在系统上录制语音指令,日后在工作和生活中,可随时调用该语音指令。但语音指令的实施限制较多,故该系统在实际生活中的应用性较低。文献[9]提出HAVC语音通信控制系统,该系统可利用语音同时控制多种设备,控制质量较高。但系统的开发算法过于复杂且智能调节能力较弱;文献[10]提出远程遥感语音通信控制系统,该系统可为不同用户提供专属个性化服务。但系统的使用流程较为复杂,功能也需进一步完善。为了解决以上问题,构建远程无线网络语音通信控制系统。远程无线网络控制技术是国际型的语音连接通信手段,其传输速率高达300 Mb/s,被广泛用于数据通信、智能遥感以及音频传输等领域。实验结果表明,所设计的系统具有较高的控制效率和控制准确率,控制质量总体较高。
1 远程无线网络语音通信控制系统设计
构建远程无线网络语音通信控制系统中的语音识别模块,通过CG6565语音卡采集,将语音信号变换成便于处理的数字信号,同时对数字信号的特性参数进行识别、调整以及测量,最终形成语音文件夹,并将语音文件夹传输到远程无线网络控制模块中进行处理,完成用户设备的远程语音控制。
1.1 语音识别模块设计
1.1.1 模块工作原理
远程无线网络语音通信控制系统中的语音识别模块由语音卡、语音预处理平台、语音特性处理平台、语音面板平台和语音配置平台组成,其结构图如图1所示。
由图1可知,语音识别模块的工作原理为:先利用语音卡进行语音的采集和降噪,并将降噪后的语音文件传递到语音预处理平台。语音预处理平台利用A/D转换技术,将语音信号放大并转换成便于处理的数字信号。预处理平台在数字信号中引入一个自主调节参数的管控指令,该指令可将数字信号的辐射、频率波动等干扰数据删除,并转换成语音信号传输到特性处理平台。特性处理平台能够将数字信号的特性参数提取出来,组成特性集合。特性参数可以使语音信号被准确识别,不同的语音信号所拥有的特性参数也不同,且语音信号越复杂,特性处理平台的工作难度就越大。远程无线网络语音通信控制系统中预设的特性参数的种类主要有:语音音调、语音发声几率、离散傅里叶变换谱线、梅尔频率倒谱、信号能量以及信号峰值等。
语音模板平台为特性处理平台提供语音的重播和语音信号存储功能,是特性处理平台中特性参数提取工作准确率的保障。
语音配置平台接收特性处理平台处理过的语音信号和语音特性集合参数,并对二者进行识别、调整和测量。该平台将语音信号配置到对应的特性参数中,并根据特性参数,将语音信号按照时间长度、语音内容、语言等类别分别存于不同语音文件夹中。不同的语音文件夹所包含的语音管理标准也不同。语音识别模块将这些语音文件夹反馈到远程无线网络控制模块进行管理。
1.1.2 语音卡设计
远程无线网络语音通信控制系统选用某公司生产的CG6565语音卡,作为语音识别模块的核心元件。CG6565语音卡拥有成本低、扩展性高和音频处理融合性强等优点,为语音采集工作提供多路T1/E1 PSTN 中继接口;内置高速能量处理器,应用灵活,处理效率高,满足远程无线网络语音通信控制系统对硬件的需求。图2为CG6565语音卡的工作原理图。
由图2可知,CG6565语音卡拥有完整的PCB板监管平台,包含驱动芯片和调节芯片。在CG6565语音卡的工作过程中,驱动芯片先进行PCB板的参数调节工作,再将CG6565语音卡初始化,随后开始语音采集工作。由于采集到的语音信号往往存在噪音,而噪音不但无法被远程无线网络语音通信控制系统中的其他元件所识别,也會大大降低整个系统的使用寿命。因此,利用PCB板监管平台中的调节芯片对语音信号进行降噪处理。
调节芯片内置多种降噪方法,包括引入同质化噪音吸收过滤、傅里叶变换吸音器、动态吸收、缩减语音谱线波动和白噪声综合吸波等。对于能够被准确预测的普通噪音,只利用一种方法便可以获取到所需信号;而在较为嘈杂且冗长的语音信号中,常存在较多的语音变量和高频率的动态信号,此时需要利用多种方法才能对其进行有效降噪。
1.2 远程无线网络控制模块设计
控制系统中的远程无线网络控制模块利用无线网络优化无线电传输器和红外线传输器处理语音识别模块中语音文件夹的语音文件,并将其传输到用户手中,进而实现远程无线网络语音通信控制系统对用户需求的服务。图3为远程无线网络控制模块结构图。
由图3可知,远程无线网络控制模块由无线电传输器、单片微型计算机、微型继电器和红外线传输器组成。无线电传输器和红外线传输器的配置参数经由无线网络优化后,能够控制远程无线网络控制模块中的其他元件。为了提高远程无线网络语音通信控制系统的语音控制效率,可在系统中无限配备远程无线网络控制模块。
远程无线网络语音通信控制系统的电源直接为无线电传输器、单片微型计算机和微型继电器供电,微型继电器利用其过继电量对红外线传输器供电。无线电传输器利用无线电传输技术感应语音识别模块传输语音文件夹,并将其中的语言文件传输到单片微型计算机。单片微型计算机对语音文件进行地址编码,该编码相当于语音文件的“身份证”,未经编码的语音文件无法进行输出操作。由于速率过高的语音文件会降低远程无线网络语音通信控制系统的整体准确率,因此,编码后的语音文件会经由红外线传输器进行减速处理。经减速处理后的语音文件可输出给用户使用。
2 远程无线网络语音通信控制系统软件设计
2.1 语音通信信号目标函数的建立
利用最小均方算法对远程无线网络中的语音通信信号进行控制,设置语音通信信号的初始能量为:
(1)
式中:代表语音通信信号的标准输出值;代表语音通信信号的实际输出值;K和S表示语言信号量,利用算法软件对进行分类,可得:
(2)
在式(2)中选择一个最佳的语音通信信号管控方案,软件给出的s命令方案主要有:梯度模型构建、提取动态变量和网络神经修正。
以网络神经修正方案为例,其进行语音通信信号管控的流程为:优化无线网络参数,将其保存后进行远程无线网络语音通信系统的初始化。设无线网络伸缩参数和平移参数分别为和,无线网络接口的权值和阈值分别为和。随机给予无线网络接口阈值一个初始值,设标准语音通信信号参数为,梯度向量为,则可得到语音通信信号的标准输出的实时输出,如下:
式中:T为远程无线网络语音通信控制系统的控制周期;t为远程无线网络语音通信控制系统的工作时间。
此时,实时梯度向量为:
经历一系列的推导可得出,经语音通信控制方案处理后的语音通信信号目标函数为:
2.2 语音通信信号目标函数的调用代码设计
语音通信信号的目标函数存储于一个临时文件夹中,当用户需要利用该函数进行系统管理时,可通过软件对其进行调用。语音通信信号目标函数的调用代码为:
void Digital_Line_Graphic_app&Watchdog(ECU remove)
{
INCOMPLETE: Enter information processing program code & recall Windows
FILE * File OPEN,* File OPEN 0;
%显示文件内容,调至可修改状态
File OPEN = File OPEN("d:\\Diff.txt","n+");
File OPEN 0 = File OPEN("d:\\Diff.txt","n+");
%进入循环筛选过程
char x;
char *y="0";
read file(&x,sizeof(char),1, File OPEN);
if(a=="0") %初级判断指令
{
read?in(y,sizeof(char),0, File OPEN a);
%打开文件,读取并写入
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′) %二级判断指令 {
read?in(y,sizeof(char),0,File 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) %二级判断指令 revert;
fclose(File OPEN);
fclose(File OPEN1);
AlertDialog::Watchdog(remove);
}
3 实 验
为了验证本文设计远程无线网络语音通信控制系统的控制质量,进行对比实验。语音通信控制系统的控制质量分为控制效率和控制准确率。
实验利用HAVC语音通信控制系统和遠程无线网络语音通信控制系统,在相同的实验条件下对同一设备进行语音控制。图4、图5分别是HAVC语音通信控制系统和本文系统的控制效率曲线图。
由图4、图5可看出:HAVC语音通信控制系统在语音干扰因素弱的情况下,控制效率曲线波动不大,控制效率的平均值为79.8%。在语音干扰因素强的情况下,控制效率的最大值和最小值分别为80.2%和59.5%,控制效率曲线波动明显变大,控制效率整体下降。而语音干扰因素对本文系统的控制效率曲线几乎无影响。在强干扰因素和弱干扰因素的情况下,系统控制效率的平均值分别为79.8%和79.3%,且两种情况下的控制效率曲线波动均不明显。实验说明,远程无线网络语音通信控制系统具有较高的控制效率。
实验还记录了HAVC语音通信控制系统和本文系统的控制准确率数据,如表1和表2所示。
表1、表2中控制幅值频率是指系统在对语音进行降噪等一系列处理时语音的损失频率。控制幅值频率与控制输出频率之和越接近于语音初始频率,系统的控制准确率就越高。由表1、表2可知:HAVC语音通信控制系统的控制准确率随控制幅值频率的增加而降低,控制准确率的平均值为93.51%。系统的控制准确率虽不稳定,但控制准确率数值较高。而本文系统的控制准确率平均值为97.48%,比HAVC语音通信控制系统的控制准确率平均值高出3.97%,且系统的控制准确率更加稳定。实验说明,远程无线网络语音通信控制系统具有较高的控制准确率。
4 结 论
本文构建远程无线网络语音通信控制系统。其中的语音识别模块利用CG6565语音卡进行语音信号的收集,并对其进行降噪处理。降噪后的语音信号被转换成便于处理的数字信号,并将数字信号的特性参数提取出来。语音识别模块对特性参数进行识别、调整和测量后组成语音文件夹,并将语音文件夹反馈到远程无线网络控制模块。远程无线网络控制模块对语音文件夹中的语音文件进行一系列的处理,处理后的语音文件被传输到用户手中,进而实现系统对用户设备的远程语音控制。软件给出了语音通信信号的目标函数,以及该目标函数的调用代码。实验结果表明,所设计的系统具有较高的控制效率和控制准确率,控制质量总体较高。
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