地鐵車廂乘車站名動態(tài)顯示的設(shè)計和應用摘要： 介紹一種基于專用的語音識別芯片HM2007，應用于地鐵車廂內(nèi)乘車站名動態(tài)顯示系統(tǒng)，在車輛不作任何改動的基礎(chǔ)上實現(xiàn)車廂內(nèi)廣播報站與站名顯示器的同步。關(guān)鍵詞： 語音識別 地鐵車廂廣播 車站名動態(tài)顯示1.概述 語音識別技術(shù)成為當代數(shù)字時代的重要開發(fā)領(lǐng)域，在計算機應用、多媒體技術(shù)應用和遠程工業(yè)自動化控制應用等等，成果令人屬目。語音識別技術(shù)簡單說是指用電子裝置來識別某些人的某些特征語音，以實現(xiàn)自動化控制，“君子動口，不動手”。語音識別的手段一般分為二大類，一類利用在PC機或微型計算機上開發(fā)語音識別系統(tǒng)，通過編程軟件達到對語音的識別，另一類采用專門的語音識別芯片來進行簡單的語音識別。前者對軟件、硬件要求高、體積大、費用高，通常應用在識別容量很大的、復雜的系統(tǒng)。后者硬件體積小、價格便宜、使用非常方便，但識別容量比較小，它是簡單語音識別在自動控制應用中的一種優(yōu)先方案。語音識別芯片又分為SI和SD二種，SI（Speaker Independent，與說話人無關(guān)）及 SD（Speaker Dependent，與說話人有關(guān)）的語音識別功能，SI可利用單片機實現(xiàn)多人的識別，而SD為單獨人的識別，它具有保密性。語音識別芯片的型號目前也比較多，如：OKI公司的MSM6679A-110、TOSHIBA公司的TC6658、臺灣HMC公司的HM2007等，它們在應用上各有特點。根據(jù)本項目的設(shè)計要求，采用臺灣HMC公司的HM2007語音識別芯片。 2. HM2007的性能特點 HM2007是CMOS語音識別大規(guī)模集成電路，外接64K非易失性SRAM，能識別40個字組的語音（0.9秒字長），或1.92秒字長，但識別僅20個字組的語音。按正常人的講話速度，一般每秒吐字2到4個，如選擇0.9秒，那么每字長的漢字以1到3為宜?？刂品椒ㄍㄟ^鍵盤手工操作或CPU自動控制，可以開發(fā)成 SD和SI，識別響應時間小于300 ms。芯片采用單片結(jié)構(gòu)，將語音識別需要的全部電路：CPU、A/D、ROM、語音的AMP放大器、壓縮器、濾波器、震蕩器和接口界面等集中在一片芯片內(nèi)，這樣外圍電路就非常少，如圖一。略 其中： MIC IN為語音輸入端 DATA OUT為數(shù)據(jù)輸出端HM2007語音識別的過程是以模型為單元進行識別的，首先通過輸入放置語音的地址號，將語音錄入到SRAM中，便在系統(tǒng)中建立了特定的語音樣本（模型），然后進行識別樣本、分析。當有語音輸入時，它與預存的模型進行比較，如果比較匹配相同，其輸出不同相應的數(shù)據(jù)編碼（八位），如：D1、D2、D3、 D4、 D5、 D6、 D7、 D8，其中前四位的數(shù)字為十位數(shù)顯示從0到4、后四位的數(shù)字為個位數(shù)顯示從0到9，如果識別結(jié)果是01010101編碼（十進制：55），表示語音太長；如果識別結(jié)果是01100110編碼（十進制：66），表示語音太短；如果識別結(jié)果是01110111編碼（十進制：77），表示語音不匹配。所有錄音的語音樣本內(nèi)容存放在SRAM中，數(shù)據(jù)可在斷電情況下永久保存10年以上。 HM2007的技術(shù)參數(shù)：工作電壓4----5.5V，工作電流1.5mA，工作溫度 -20-----+70度，正常的語音輸入電壓：20mV。3. 設(shè)計和應用 項目主要針對目前上海地鐵列車在車廂內(nèi)無LED動態(tài)站名顯示而設(shè)計，通過將列車車廂廣播的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，自動控制LED發(fā)光二極管，使得廣播的內(nèi)容（每個車站站名）與發(fā)光二極管顯示面板聲光同步，將顯示面板放置地鐵車輛的每扇車門上方，并且顯示面板以地鐵運營線路為背景，列車進站和出站時能分別指示，讓乘客非常直觀地、一目了然地隨時了解車輛在運行時自己所乘的位置，從而方便乘客的上下車，提高了地鐵服務水平。在國外的地鐵列車上應用已相當普遍。 通過對語音模板多次試驗和分析，發(fā)現(xiàn)按圖一所設(shè)計的語音識別芯片及附件組成的電路在實際生活的應用中，其識別效果不夠理想，因為人的發(fā)音隨人的身體狀況和周圍的環(huán)境變化，其前后的發(fā)音有一定的區(qū)別，故在模型匹配上有一定難度。所以在家庭、玩具、通信和工業(yè)自動控制領(lǐng)域，難以推廣的主要原因。然而應用在本項目中，其效果特別好，通過增加特殊的硬件電路，設(shè)計成的樣品，經(jīng)試驗識別率高達到100%左右。因為地鐵車廂內(nèi)的廣播的內(nèi)容具有規(guī)律性，內(nèi)容和音量具有恒定不變的特點。 LED站名顯示用HM2007語言識別芯片和特殊電路設(shè)計而成，具有獨特性和創(chuàng)造性，能達到簡單的語言識別，語音識別顯示器的輸入端間接地與車載廣播功放器相連接（采用變壓器或光電結(jié)合器），實施廣播模擬信號發(fā)出的語音進行車站名的自動識別。區(qū)別以前所設(shè)計的利用交流載波原理控制LED顯示、復雜的編程技術(shù)等方法。 語音識別器組成：（1）輸入控制部分（2）噪音濾波部分（3）語言識別部分（4）執(zhí)行顯示部分。（1）輸入控制部分： 通過結(jié)合器連接，如圖二所示，要求模擬語音輸入A點的電壓必須控制在大約20mv左右，以確保后期語音識別的正確性。在輸入電路中增加了RC微分電路和延時電路，即將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字方波信號，對語音輸入進行開關(guān)量的控制，確保在 T<0.9秒內(nèi)的正確輸入語音字長。圖中K為微型繼電器。（2）語音識別部分： 利用語音識別芯片HM2007和外接6264SRAM存儲器組成為主要部分，（HM2007中ROM已經(jīng)固化了語音語法技術(shù)）對語音的存儲及語音語法算法進行控制。附加電路：掃描鍵盤電路3*4鍵盤12個（其中0------9為地址號碼數(shù)字鍵，TRN為錄音鍵，CLR為清除鍵）、地址顯示采用二片數(shù)碼管和數(shù)據(jù)鎖存器74LS373、74LS47。HM2007的詳細內(nèi)容見產(chǎn)品說明書，圖三。（3）噪音濾波部分： 功能是自動識別（阻擋）無用的語音，例如：司機的講話及雜音等，確保輸入語音的可靠性、穩(wěn)定性，因為目前地鐵車輛廣播報站內(nèi)容在車站與車站之間（區(qū)間）有二次廣播。在建立模型時，我們將第一次的廣播語音內(nèi)容放在第77地址內(nèi)，第二次的廣播語音內(nèi)容放在第01到40之間的地址內(nèi)（如果車站有40個），而我們只要識別其中第二次的一段語音，如：“衡山路車站到了，乘客可以下車······”，就是“衡山路”三個字長度。為了能濾波55、66、77地址號碼，（其中：55、66在實際使用中不會產(chǎn)生）正確顯示01到40之間地址內(nèi)的內(nèi)容，特采用C031與門和UM3758串行編譯器進行濾波電路。如圖四：（4）執(zhí)行顯示部分： 將車廂廣播喇叭的模擬信息通過語音識別器轉(zhuǎn)變成數(shù)字信息，最終經(jīng)過譯碼電路、多路數(shù)據(jù)選擇器CD4514及RS485接口，去控制車廂內(nèi)車門上十個LED顯示面板。在進行廣播內(nèi)容更改時，本項目最大的特點是：不需要任何手段的手工軟件編程的修改，而是通過遠程電路控制技術(shù)進行按順序自動錄音地址和內(nèi)容。如圖五：利用濾波電路和脈沖鍵控多諧蕩器電路實現(xiàn)遠程集中輸入錄音功能。遠程輸入電路由與門電路、RC微分電路、延時電路和編碼電路組成，輸入IN來自與門電路C031的控制線，輸出OUT到鍵盤3*4，模擬二次地址編碼號碼的輸入，達到自動錄音功能。4. 結(jié)論 語音識別器及LED顯示面板的樣品設(shè)計和初試，符合設(shè)計要求，完全能應用到以前沒有LED顯示面功能的地鐵車輛上，與其他所設(shè)計的方式相比較，如：無線RF、紅外線和磁性控制，語音識別控制簡單、可靠性好、安裝方便、相對投資最小和不改動車廂內(nèi)任何電器，僅提供110VDC和音頻接口線。其缺點：一但音頻線路發(fā)生故障，既語音識別器就無法工作。 本項目的開發(fā)具有一定社會效益，能得到國內(nèi)外乘客、殘疾人員的歡迎，提高了地鐵服務質(zhì)量。參考文獻：1. HUALON MICRELECTRONICS CORPORATION TIWAN PRODUCT NUMBER: HM20072. 中國集成電路大全 COMS集成電路 國防工業(yè)出版社