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基于语音识别的游戏系统设计
作 者: 李瑜
导 师: 何伟
学 校: 重庆大学
专 业: 信号与信息处理
关键词: 语音识别 游戏系统 SOPC技术 μC/GUI
分类号: TN912.34
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
近年来,语音识别作为人机交互方式之一,受到广泛关注。课题所设计的语音识别游戏系统,结合这一趋势,将其应用在游戏系统中,为用户带来传统游戏模式之外更多的娱乐体验,具有良好的发展前景。课题以Altera公司的DE2-70FPGA开发套件为核心,结合FPGA强大的并行处理能力和Nios II软核处理器灵活性的特点,进行SOPC系统硬件设计。分析研究了语音识别算法,并对μC/GUI图形库进行移植以构建出友好的人机交互界面。最后实现一个性能稳定、界面友好、成本较低、升级方便的语音识别游戏系统。课题主要工作包含了硬件设计和软件设计两个部分:硬件设计的主要工作是根据Avalon总线规范,构建基于Nios II软核处理器的SOPC系统。具体工作包括:①利用WM8731和乒乓操作原理,设计语音采集模块完成模拟语音数字化;②编写PS/2自定义模块,并采用软件译码方式实现键盘与FPGA通信,方便录入用户姓名等信息;③根据LTM触摸屏时序,结合IP核构建触摸屏硬件模块,为系统人机交互中游戏界面设计提供硬件基础。此外,还添加如存储器、定时器等其他外设组件,并通过Quartus II工具进行集成综合到SOPC系统中,完成硬件部分设计。软件设计主要是根据搭建完成的SOPC系统,结合课题的功能规划进行各个模块软件实现。其主要工作包括3个方面:①分析研究语音识别算法,选取基于短时能量和平均过零率的双门限算法进行有效语音提取、利用MFCC特征参数算法提取能表征语音的特征信息、采用基于遗传算法的矢量量化识别算法进行模板生成和识别判决,并结合FPGA并行处理能力强的特点,利用硬件资源实现加速;②移植μC/GUI图形库,通过对μC/GUI图形库下对中文字体、窗口控件、图片以及对话框的应用,为系统的三种工作模式(用户创建模式、语音登陆游戏模式和用户删除模式)提供了一个友好的人机交互界面;③游戏设计,系统游戏包含嵌入式平台游戏与由平台控制的PC机游戏。嵌入式平台游戏包含推箱子和贪吃蛇两款游戏,通过游戏算法结合μC/GUI图形库来实现;PC游戏是嵌入式平台接收语音指令后通过串口控制PC机上自带的游戏。从实验结果可以看出,该系统具有识别率高、交互界面友好、操作简单、使用方便等优点,并且系统成本低、体积小、软硬件可升级,具有良好的应用前景。
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全文目录
摘要 3-4 ABSTRACT 4-9 1 绪论 9-13 1.1 课题研究背景及意义 9 1.2 国内外研究现状 9-10 1.3 论文主要工作及章节安排 10-13 1.3.1 论文主要工作 10-11 1.3.2 章节安排 11-13 2 相关技术与理论 13-17 2.1 Nios II 处理器及 SOPC 技术简介 13-14 2.1.1 Nios II 处理器系统 13-14 2.1.2 SOPC 技术简介 14 2.2 语音信号简介 14-15 2.2.1 听觉机理和语音基础 14-15 2.2.2 语音识别算法评估指标 15 2.3 本章小结 15-17 3 语音识别算法分析 17-31 3.1 语音信号时域分析处理 17-21 3.1.1 语音信号数字化 17-18 3.1.2 语音信号预加重 18 3.1.3 语音信号加窗分帧 18-19 3.1.4 有效语音端点检测 19-21 3.2 语音信号频域分析处理 21-25 3.2.1 LPC 线性预测系数 21-23 3.2.2 LPCC 线性预测倒谱系数 23-24 3.2.3 Mel 频率倒谱系数 24-25 3.3 语音识别算法分析处理 25-30 3.3.1 DTW 动态时间归正识别技术 25-26 3.3.2 HMM 隐马尔可夫模型 26-27 3.3.3 基于矢量量化的识别技术 27-30 3.4 本章小结 30-31 4 系统总体方案设计 31-37 4.1 系统功能分析 31 4.2 系统设计要求 31-32 4.3 系统总体方案设计 32-36 4.3.1 系统硬件方案设计 35-36 4.3.2 系统软件方案设计 36 4.4 本章小结 36-37 5 系统硬件设计 37-49 5.1 语音采集模块 37-39 5.2 PS/2 键盘模块 39-41 5.2.1 PS/2 概述 39-41 5.2.2 PS/2 模块设计 41 5.3 LTM 触摸屏模块 41-47 5.3.1 LTM 简介 41-43 5.3.2 LTM 触摸面板接口配置 43-44 5.3.3 LCD 图像显示设计 44-46 5.3.4 LCD 触摸操作设计 46-47 5.4 SOPC 硬件系统设计与实现 47-48 5.5 本章小结 48-49 6 系统软件设计 49-65 6.1 人机交互界面设计 49-54 6.1.1 人机交互界面需求分析 49 6.1.2 μC/GUI 图形库移植 49-52 6.1.3 μC/GUI 图形库在界面设计中的应用 52-54 6.2 语音识别算法实现 54-59 6.2.1 预处理 54-55 6.2.2 MFCC 特征参数提取 55-56 6.2.3 模板建立 56-58 6.2.4 模板匹配 58-59 6.3 游戏设计 59-62 6.4 实验结果 62-64 6.5 本章小结 64-65 7 工作总结与展望 65-67 7.1 工作总结 65 7.2 下一步研究方向 65-67 致谢 67-69 参考文献 69-71 附录 71 A. 作者在攻读硕士学位期间参与课题及成果 71
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 电声技术和语音信号处理 > 语音信号处理 > 语音识别与设备
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