嵌入式假肢智能控制系统中语音识别技术

文/张烨 刘恒

目前市面上的大多数假肢主要是通过脑电信号与肌电信号来进行控制的，不过，由于脑电信号的信息率低，而肌电信号又需要进行复杂的信号处理，容易造成残疾人的肌肉出现酸痛感，这也使目前市面中的假肢都存在一定的不足，这给残疾人的生活带来许多不便。为了弥补这些不足，本文将语音识别技术应用于嵌入式假肢中，通过语音识别技术来对残疾人的语音信号进行识别，以此实现残疾人对嵌入式假肢的控制目的。为此，以下便对嵌入式假肢智能控制系统中语音识别技术进行深入的研究。

1 嵌入式假肢智能控制系统中语音识别技术的研究

1.1 技术结构分析

在嵌入式假肢智能控制系统中，语音识别技术在硬件结构上分为语音识别芯片、扩展电路以及功能模块三个组成部分。由语音识别芯片对残疾人所发出的语音信号进行识别，并通过内部语音识别程序来对语音信号进行处理，然后将处理结果发送给功能模块进行执行。

1.2 语音识别芯片

在嵌入式假肢智能控制系统中，语音识别芯片的型号为SPCE061A，该芯片高度集成了MCU、RAM、A/D、D/A与ROM，该芯片具有内积运算功能以及16*16位的乘法运算功能。SPCE061A能够对各种复杂的数字信号进行处理，其处理性能强大，价格低廉，而且能够进行中断处理。语音识别芯片可对至少10个中断源及中断向量进行有效支持，这使其在实时语音识别及处理方面有着非常明显的应用优势，同时其还具有自动增益控制功能，这能够使残疾人通过麦克风来进行语音控制，从而大大提高了残疾人对嵌入式假肢的控制便利性。

1.3 扩展电路

在扩展电路中，分布有语音采集电路、电源模块、程序下载模块、音频输出模块、扩展存储模块以及通信模块，扩展电路会通过语音采集电路来采集语音信号，然后通过模数转换存储至控制芯片中。而音频输出信号会将需要输出的控制指令进行相应转换，然后进行语音输出。电源模块则能够为系统的各个功能模块提供工作电压。扩展存储模块能够对语音信号进行外部Flash存储。而程序下载模块则是在控制芯片中写入事先编好的程序，通信模块用于实现PC端和控制芯片之间的通信。

1.4 功能模块

在嵌入式假肢智能控制系统中，其功能模块是通过电机来进行驱动的，在其功能模块中，主要包括电机主体、编码器、位置传感器、驱动器以及压力传感器。其中，驱动器负责对语音识别芯片所发出的信号进行接收，同时还能接收编码器的反馈信号，并可对电机的转速、转向及启停进行控制。而压力传感器则可对假肢所受到的外界压力情况进行检测，并利用转换电路将信号向语音识别芯片，由芯片来处理反馈信息，并下达控制指令来对电机进行相应的控制。

2 嵌入式假肢智能控制系统中语音识别技术的实现

2.1 语音识别程序

在嵌入式假肢智能控制系统中，语音识别技术的功能实现是通过语音识别程序来完成的。语音识别程序共包括四个组成部分，分别是API函数、语音源文件、初始化程序以及主控程序。在语音识别时，会先进行初始化程序，然后在主控程序中调入API函数与语音源文件，然后由主控程序发出控制处理信号。在语音录制过程中，首先要进行语音采样，该系统在定时中断控制下通过8kHz来对采样的语音信号进行A/D转换，然后将转换后的语音信号按照某种算法来进行压缩编码，最后将编码后的语音信号存储到存储介质当中。该系统在语音识别程序设计中，应用了台湾凌阳公司所录制的SCAM-DVR函数库，并对相应的API函数进行了调用。

2.2 语音识别流程

嵌入式假肢智能控制系统中语音识别功能的实现，使其能够听懂残疾人的语音命令，并根据语音命令的不同做出对应的响应。该系统可根据不同对象在说话时的依赖程度，将其划分成两种，一种是能够对特定的残疾人的语音命令进行识别，其只能对特定的对象语音进行辨认，这需要残疾人进行相应的训练后方可使用。还有一种是能够对所有对象的语音命令进行识别，不需要进行特定的训练。此外，根据不同残疾人的说话方式差异，语音识别技术既可进行孤立词识别，也可进行连续语音识别，在孤立词词别中，只能对单个词汇进行单次识别，而在连续语音识别中，则可对正常说话中的语句进行语别。此外，为了使嵌入式假肢智能控制系统的语音识别准确率更高，还应用了特定人识别方式。该系统的语音识别功能实现流程如下：在训练过程中，嵌入式假肢智能控制系统启动后会对RAM进行初始化，并由使用者进行训练，系统会自动获取训练结果，并提示训练成功，系统会自动建立使用者的语音特征模型。在识别过程中，嵌入式假肢智能控制系统会在启动后对识别器进行初始化，并获得识别结果，然后识别出语音命令，同时确认语音命令是否能够被执行，当不能执行时，会重新获取识别结果，如果能够执行，则会自动执行相应操作，从而完成整个识别过程。

3 结语

总而言之，本文针对残疾人人群在日常生活中的种种不便，同时考虑到现有假肢在动作控制上存在的不足，提出一种以语音识别技术为核心的嵌入式假肢智能控制系统，该系统能够对残疾人所发出的语音命令进行自动识别，然后根据语音识别结果来做出相应的动作，从而实现了残疾人通过语音来控制假肢的目的，大大提高了残疾人的生活质量，并为残疾人对假肢的控制带来了很大便利，使残疾人能够具有更强的自信心重返社会。