1、语音识别技术在智能家居中的应用现状 浅析 马畅骏 山东省潍坊第一中学 摘 要： 本文论述了智能家居和语音识别的相关概念, 简要介绍了语音识别的相关原理, 并对其在具体智能家居上的应用技术实现过程进行了简单阐述, 最后对智能家 居和语音识别技术的未来进行了展望。 关键词： 语音识别; 智能家居; 应用现状; 作者简介：马畅骏, 山东省潍坊第一中学。 随着社会的发展和科技的进步, 人们在日常生活中和机器的交流越来越频繁。 家 居作为和人们生活接触最频繁自然的直接交互, 各类家用电器也早已融入人们 的生活。 而随着生活节奏的加快, 与传统的家居机器的按键等交流方式相比, 人 们更倾向于和家居进行智能
2、交互, 于是产生了智能家居这一概念。 而语言作为人 与人之间最自然直接的沟通方式, 自然也希望我们的语言也可以作为人机交互 的沟通方式。 语音识别技术随着软硬件的飞速发展与各个模型的完善建立日趋成 熟, 将语音识别技术应用到智能家居上是人们获得更舒适生活的必然趋势。 1 智能家居的概念和发展现状 1984年, 第一栋智能家居建筑在美国建成, 标志着智能家居真正走入人们的生 活。 智能家居这一概念, 最早由美国提出, 是用户通过电脑或手机利用网络将家 庭信息管理平台和家居的各个系统有机结合, 形成的一种相对舒适便利、 安全高 效的居住环境。 智能家居最早的应用来自于房间的布线系统, 布线系统通过
3、线缆将各类家用设 备连接在一起。 但通常布线需要在入住施工前布局铺设好, 一旦布设好, 不易修 改, 也十分不方便, 所以人们逐渐的使用无线连接方式来替代有线连接方式。 但 是由于家用的信息管理系统不够完善, 布线系统的使用情况并不理想。 为了使用 户可以及时了解和处理家中的信息, 人们发明了智能家居网关平台。 家居信息处理平台, 又称为智能家居网关平台, 是作为中间的桥梁将家居系统 调度和控制连接起来, 方便用户同时对多个家居设备的控制的一个应用于智能 家居上的关键和核心技术。 嵌入式家电是智能家居网关的典型表现, 由于网络无 线技术的发展嵌入式家电可以遍布家庭的任何一个角落, 而不必考虑布
4、线的问 题, 而随着嵌入式小尺寸的服务器代替原有的 PC机式的服务器, 嵌入式智能家 居网关成为主要形式, 也成为人们在解决家居信息处理平台技术研究的关键。 而嵌入式技术的发展离不开网络的发展, 外网、 家居内网及家居子网是智能家居 的必须的网络支持, 外网即外部宽带接入, 提供外部的信息交互通道, 如电话 线等。 内网的作用是协调内部设备与系统的交互。 子网用来实现家电的直接控制, 通过遥控等方式进行。 智能家电是最直接的表现, 与传统家电相比, 它应用了计 算机技术和数字化技术, 拥有着远程控制的功能。 虽然智能家电方兴未艾, 但是 由于市场上的接口不同, 导致其兼容性低, 阻碍智能家电的
5、发展。 语言是人类最直接的交流方式, 所以人们开始不满足于通过遥控或手动来操作, 于是语音识别技术开始应用与智能家居方面, 人们可以离开电脑和手机, 通过 直接与家电交流来实现人们的需求。 比如当你想看电视的时候, 只需要跟电视说: 打开央视一套, 而不是去寻找遥控器。 2 语音识别技术的发展过程与基本原理 2.1 语音识别技术的发展过程与现状 语音识别技术起步于语音信号处理。在 1939 年, Dudley实验室发明了第一个声 码器, 为语音产生模型奠定了基础。1948年“语图回放机”的发明则是语音合 成技术的雏形。在 1952年, 贝尔研究所的 Davis等人研制出第一个“说话人孤 立数字
6、识别系统”, 是最早的语音识别技术的原型。在 20世纪的60 年代到80 年代期间, 语音识别技术飞速发展, 先后提出了矢量量化模型、 隐性马尔克夫模 型, 神经网络等技术来解决大量词汇、非特定人和连续语音的障碍。20世纪90 年代后, 伴随着处理器存储器等硬件水平的提高, 语音识别技术逐渐从实验室 的研究走向大众的生活里。 从简单的智能语音识别输入法发展到语音遥控智能家 居智能驾驶等技术, 极大地方便了人们的生活。 2.2 语音识别系统的基本原理 语音识别实际上为模式识别的一种, 计算机首先对输入的语音信号进行前端信 号的预处理, 数字化和消除噪声过后, 则对输入的语音信号进行特征提取, 建
7、 立起所需的模型库。 在实际的识别部分, 计算机仍然对测试语音信号进行相同的 预处理和特征提取过程。 提取过相应的特征后, 则和建立好的语音模板库中的语 音信息进行比较, 根据建立好的判别系统判别是否匹配, 匹配则识别出相应的 结果进行输出。 图1 语音识别的原理 下载原图 3 语音识别技术在智能家居中的应用 3.1 在智能电视中的应用 语音识别技术在电视中的应用包括以下的 3 个方面, 语音的输入、处理和执行。 首先是语音的输入, 该过程可以通过遥控器、 智能电视内置的传声器或相应的手 机App 进行, 但是使用手机 App需要用户使手机和电视处于同一网段, 通过Wi Fi传输语音数据。用户
8、可以通过对这三者说出自己的需求来实现对智能电视的 操作, 比如换台、上网或者打开已下载的 App 等。其次是对语言信号进行处理, 这里有两种方式。一是通过网络, 在进行特征提取、降噪处理之后, 将语音信号 送至网络识别客户端, 再由网络识别客户端发送到智能电视上进行命令的执行。 二是在本地进行识别, 该方法通过声学模型和语法模型共同进行语音识别, 直 接将命令传输至智能电视。 最后是用户命令的执行, 通过语音识别引擎对语音信 号的处理后, 再将命令送至相应的接口, 实现相应功能模块的执行。 3.2 在空调方面的应用 目前, 由于家居中的空调大部分都是不连接网络, 因此语音信号的识别通常在 本地
9、进行, 这样就无法通过网络进行语言的输入, 所以用户只能通过遥控器或 家居空调的内置传声器进行语音的输入。 而且语言的处理也需要在本地进行, 这 就需要用户建立自己的词库, 这是尤为重要的一步, 用户通过朗读命令控制表 中的词汇, 再经空调的处理, 将用户自己的语音特征矢量储存在词库中。 在词库 建立后, 用户命令的执行就简单了, 用户只需要将命令控制词进行简单的组合, 就可以控制家居空调的全部功能。例如, 用户如果想将温度升高到 23, 只需 要说出“空调”“升高”“2”“3”“度”这几个关键词, 空调就可以正确处 理并执行用户的命令。 3.3 在照明方面的应用 家居照明系统的语音识别由语音
10、采集设备和控制中枢构成。 与智能电视和空调不 同, 家居照明系统需要进行布线, 但是语音输入的方法是一样的, 同样可以通 过远程设备 (手机、 遥控器等) 或者内置传声器等语言采集设备来实现语音信号 的采集, 但是由于大部分照明系统都使用内置传声器进行语音信号的采集, 而 且室内环境嘈杂, 这就需要进行程度更深的降噪处理。 而且和家居空调一样, 家 居照明系统同样是一种不连接网络的设备, 因此语音信号的识别也必须在本地 进行, 这同样可以通过建立词库的方式来实现, 并且该词库的建立比家居空调 要简单得多, 最后将建立好的词库储存在控制中枢的储存器中, 就可以实现家 居的智能化。 语音识别在智能
11、家居中的应用不仅限制于以上智能电视、 智能空调和室内照明中 的应用, 还包括扫地机器人、智能微波炉等上的应用。小小的语音识别技术的应 用模块可以极大的改变未来我们的家居生活。 4 结论 本文介绍了智能家居在过去 40 年里的发展历程及现状, 并详细的介绍了语音识 别在智能家居方面的应用, 并在智能电视、 家居空调和智能家居照明系统的应用 进行了简析。目前, 语音识别技术已经足够成熟, 已被广泛应用于手机等设备, 但是智能家居还处于探索阶段, 并未广泛应用于千家万户, 未来希望飞速发展 的语音识别技术将带动智能家居的发展和进步。 参考文献 1詹新明, 黄南山, 杨灿.语音识别技术研究进展J.现代计算机 (专业版) , 2008, 24 (9) :43-45. 2陈越.基于语音控制的 LED家居智能照明系统研究J.无线互联科技, 2016 (9) . 3曹璇, 刘访.基于语音识别的家居空调控制系统设计J.家电科技, 2013 (7) :62-63. 4秦洪花, 赵霞.智能电视语音识别技术专利分析J.电视技术, 2015, 39 (10) :52-55. 5黄仿元.利用语音识别技术实现的室内照明电路控制系统J.电子制作, 2013 (14) :39-40.
