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目前市面上的大多數(shù)假肢主要是通過(guò)腦電信號(hào)與肌電信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的，不過(guò)，由于腦電信號(hào)的信息率低，而肌電信號(hào)又需要進(jìn)行復(fù)雜的信號(hào)處理，容易造成殘疾人的肌肉出現(xiàn)酸痛感，這也使目前市面中的假肢都存在一定的不足，這給殘疾人的生活帶來(lái)許多不便。為了彌補(bǔ)這些不足，本文將語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于嵌入式假肢中，通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)來(lái)對(duì)殘疾人的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，以此實(shí)現(xiàn)殘疾人對(duì)嵌入式假肢的控制目的。為此，以下便對(duì)嵌入式假肢智能控制系統(tǒng)中語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)進(jìn)行深入的研究。

1嵌入式假肢智能控制系統(tǒng)中語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的研究

1.1技術(shù)結(jié)構(gòu)分析

在嵌入式假肢智能控制系統(tǒng)中，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在硬件結(jié)構(gòu)上分為語(yǔ)音識(shí)別芯片、擴(kuò)展電路以及功能模塊三個(gè)組成部分。由語(yǔ)音識(shí)別芯片對(duì)殘疾人所發(fā)出的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，并通過(guò)內(nèi)部語(yǔ)音識(shí)別程序來(lái)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行處理，然后將處理結(jié)果發(fā)送給功能模塊進(jìn)行執(zhí)行。

1.2語(yǔ)音識(shí)別芯片

在嵌入式假肢智能控制系統(tǒng)中，語(yǔ)音識(shí)別芯片的型號(hào)為SPCE061A，該芯片高度集成了MCU、RAM、A/D、D/A與ROM，該芯片具有內(nèi)積運(yùn)算功能以及16*16位的乘法運(yùn)算功能。SPCE061A能夠?qū)Ω鞣N復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，其處理性能強(qiáng)大，價(jià)格低廉，而且能夠進(jìn)行中斷處理。語(yǔ)音識(shí)別芯片可對(duì)至少10個(gè)中斷源及中斷向量進(jìn)行有效支持，這使其在實(shí)時(shí)語(yǔ)音識(shí)別及處理方面有著非常明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，同時(shí)其還具有自動(dòng)增益控制功能，這能夠使殘疾人通過(guò)麥克風(fēng)來(lái)進(jìn)行語(yǔ)音控制，從而大大提高了殘疾人對(duì)嵌入式假肢的控制便利性。

1.3擴(kuò)展電路

在擴(kuò)展電路中，分布有語(yǔ)音采集電路、電源模塊、程序下載模塊、音頻輸出模塊、擴(kuò)展存儲(chǔ)模塊以及通信模塊，擴(kuò)展電路會(huì)通過(guò)語(yǔ)音采集電路來(lái)采集語(yǔ)音信號(hào)，然后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)至控制芯片中。而音頻輸出信號(hào)會(huì)將需要輸出的控制指令進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行語(yǔ)音輸出。電源模塊則能夠?yàn)橄到y(tǒng)的各個(gè)功能模塊提供工作電壓。擴(kuò)展存儲(chǔ)模塊能夠?qū)φZ(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行外部Flash存儲(chǔ)。而程序下載模塊則是在控制芯片中寫(xiě)入事先編好的程序，通信模塊用于實(shí)現(xiàn)PC端和控制芯片之間的通信。

1.4功能模塊

在嵌入式假肢智能控制系統(tǒng)中，其功能模塊是通過(guò)電機(jī)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，在其功能模塊中，主要包括電機(jī)主體、編碼器、位置傳感器、驅(qū)動(dòng)器以及壓力傳感器。其中，驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)對(duì)語(yǔ)音識(shí)別芯片所發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行接收，同時(shí)還能接收編碼器的反饋信號(hào)，并可對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向及啟停進(jìn)行控制。而壓力傳感器則可對(duì)假肢所受到的外界壓力情況進(jìn)行檢測(cè)，并利用轉(zhuǎn)換電路將信號(hào)向語(yǔ)音識(shí)別芯片，由芯片來(lái)處理反饋信息，并下達(dá)控制指令來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制。

2嵌入式假肢智能控制系統(tǒng)中語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

2.1語(yǔ)音識(shí)別程序

在嵌入式假肢智能控制系統(tǒng)中，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的功能實(shí)現(xiàn)是通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別程序來(lái)完成的。語(yǔ)音識(shí)別程序共包括四個(gè)組成部分，分別是API函數(shù)、語(yǔ)音源文件、初始化程序以及主控程序。在語(yǔ)音識(shí)別時(shí)，會(huì)先進(jìn)行初始化程序，然后在主控程序中調(diào)入API函數(shù)與語(yǔ)音源文件，然后由主控程序發(fā)出控制處理信號(hào)。在語(yǔ)音錄制過(guò)程中，首先要進(jìn)行語(yǔ)音采樣，該系統(tǒng)在定時(shí)中斷控制下通過(guò)8kHz來(lái)對(duì)采樣的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的語(yǔ)音信號(hào)按照某種算法來(lái)進(jìn)行壓縮編碼，最后將編碼后的語(yǔ)音信號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)介質(zhì)當(dāng)中。該系統(tǒng)在語(yǔ)音識(shí)別程序設(shè)計(jì)中，應(yīng)用了臺(tái)灣凌陽(yáng)公司所錄制的SCAM-DVR函數(shù)庫(kù)，并對(duì)相應(yīng)的API函數(shù)進(jìn)行了調(diào)用。

2.2語(yǔ)音識(shí)別流程

嵌入式假肢智能控制系統(tǒng)中語(yǔ)音識(shí)別功能的實(shí)現(xiàn)，使其能夠聽(tīng)懂殘疾人的語(yǔ)音命令，并根據(jù)語(yǔ)音命令的不同做出對(duì)應(yīng)的響應(yīng)。該系統(tǒng)可根據(jù)不同對(duì)象在說(shuō)話時(shí)的依賴(lài)程度，將其劃分成兩種，一種是能夠?qū)μ囟ǖ臍埣踩说恼Z(yǔ)音命令進(jìn)行識(shí)別，其只能對(duì)特定的對(duì)象語(yǔ)音進(jìn)行辨認(rèn)，這需要?dú)埣踩诉M(jìn)行相應(yīng)的訓(xùn)練后方可使用。還有一種是能夠?qū)λ袑?duì)象的語(yǔ)音命令進(jìn)行識(shí)別，不需要進(jìn)行特定的訓(xùn)練。此外，根據(jù)不同殘疾人的說(shuō)話方式差異，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)既可進(jìn)行孤立詞識(shí)別，也可進(jìn)行連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別，在孤立詞詞別中，只能對(duì)單個(gè)詞匯進(jìn)行單次識(shí)別，而在連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別中，則可對(duì)正常說(shuō)話中的語(yǔ)句進(jìn)行語(yǔ)別。此外，為了使嵌入式假肢智能控制系統(tǒng)的語(yǔ)音識(shí)別準(zhǔn)確率更高，還應(yīng)用了特定人識(shí)別方式。該系統(tǒng)的語(yǔ)音識(shí)別功能實(shí)現(xiàn)流程如下：在訓(xùn)練過(guò)程中，嵌入式假肢智能控制系統(tǒng)啟動(dòng)后會(huì)對(duì)RAM進(jìn)行初始化，并由使用者進(jìn)行訓(xùn)練，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)獲取訓(xùn)練結(jié)果，并提示訓(xùn)練成功，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)建立使用者的語(yǔ)音特征模型。在識(shí)別過(guò)程中，嵌入式假肢智能控制系統(tǒng)會(huì)在啟動(dòng)后對(duì)識(shí)別器進(jìn)行初始化，并獲得識(shí)別結(jié)果，然后識(shí)別出語(yǔ)音命令，同時(shí)確認(rèn)語(yǔ)音命令是否能夠被執(zhí)行，當(dāng)不能執(zhí)行時(shí)，會(huì)重新獲取識(shí)別結(jié)果，如果能夠執(zhí)行，則會(huì)自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)操作，從而完成整個(gè)識(shí)別過(guò)程。

3結(jié)語(yǔ)

總而言之，本文針對(duì)殘疾人人群在日常生活中的種種不便，同時(shí)考慮到現(xiàn)有假肢在動(dòng)作控制上存在的不足，提出一種以語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)為核心的嵌入式假肢智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)埣踩怂l(fā)出的語(yǔ)音命令進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，然后根據(jù)語(yǔ)音識(shí)別結(jié)果來(lái)做出相應(yīng)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)了殘疾人通過(guò)語(yǔ)音來(lái)控制假肢的目的，大大提高了殘疾人的生活質(zhì)量，并為殘疾人對(duì)假肢的控制帶來(lái)了很大便利，使殘疾人能夠具有更強(qiáng)的自信心重返社會(huì)。

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作者:張燁 劉恒 單位:吉林藝術(shù)學(xué)院