语音识别技术范文

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关键词：语音识别；特征提取；模式匹配；模型训练

Abstract:This text briefly introduces the theoretical basis of the speech-identification technology，its mode of classification，the adopted key technique and the difficulties and challenges it have to face.Then，the developing prospect ion and application of the speech-identification technology are discussed in the last part.

Keywords:Speech identification;Character Pick-up;Mode matching;Model training

一、语音识别技术的理论基础

语音识别技术：是让机器通过识别和理解过程把语音信号转变为相应的文本或命令的高级技术。语音识别以语音为研究对象，它是语音信号处理的一个重要研究方向，是模式识别的一个分支，涉及到生理学、心理学、语言学、计算机科学以及信号处理等诸多领域，甚至还涉及到人的体态语言（如人在说话时的表情、手势等行为动作可帮助对方理解），其最终目标是实现人与机器进行自然语言通信。

不同的语音识别系统，虽然具体实现细节有所不同，但所采用的基本技术相似，一个典型语音识别系统主要包括特征提取技术、模式匹配准则及模型训练技术三个方面。此外，还涉及到语音识别单元的选取。

（一） 语音识别单元的选取

选择识别单元是语音识别研究的第一步。语音识别单元有单词（句）、音节和音素三种，具体选择哪一种，由具体的研究任务决定。

单词（句）单元广泛应用于中小词汇语音识别系统，但不适合大词汇系统，原因在于模型库太庞大，训练模型任务繁重，模型匹配算法复杂，难以满足实时性要求。

音节单元多见于汉语语音识别，主要因为汉语是单音节结构的语言，而英语是多音节，并且汉语虽然有大约1300个音节，但若不考虑声调，约有408个无调音节，数量相对较少。因此，对于中、大词汇量汉语语音识别系统来说，以音节为识别单元基本是可行的。

音素单元以前多见于英语语音识别的研究中，但目前中、大词汇量汉语语音识别系统也在越来越多地采用。原因在于汉语音节仅由声母（包括零声母有22个）和韵母（共有28个）构成，且声韵母声学特性相差很大。实际应用中常把声母依后续韵母的不同而构成细化声母，这样虽然增加了模型数目，但提高了易混淆音节的区分能力。由于协同发音的影响，音素单元不稳定，所以如何获得稳定的音素单元，还有待研究。

（二） 特征参数提取技术

语音信号中含有丰富的信息，但如何从中提取出对语音识别有用的信息呢？特征提取就是完成这项工作，它对语音信号进行分析处理，去除对语音识别无关紧要的冗余信息，获得影响语音识别的重要信息。对于非特定人语音识别来讲，希望特征参数尽可能多的反映语义信息，尽量减少说话人的个人信息（对特定人语音识别来讲，则相反）。从信息论角度讲，这是信息压缩的过程。

线性预测（LP）分析技术是目前应用广泛的特征参数提取技术，许多成功的应用系统都采用基于LP技术提取的倒谱参数。但线性预测模型是纯数学模型，没有考虑人类听觉系统对语音的处理特点。

Mel参数和基于感知线性预测（PLP）分析提取的感知线性预测倒谱，在一定程度上模拟了人耳对语音的处理特点，应用了人耳听觉感知方面的一些研究成果。实验证明，采用这种技术，语音识别系统的性能有一定提高。

也有研究者尝试把小波分析技术应用于特征提取，但目前性能难以与上述技术相比，有待进一步研究。

（三）模式匹配及模型训练技术

模型训练是指按照一定的准则，从大量已知模式中获取表征该模式本质特征的模型参数，而模式匹配则是根据一定准则，使未知模式与模型库中的某一个模型获得最佳匹配。

语音识别所应用的模式匹配和模型训练技术主要有动态时间归正技术（DTW）、隐马尔可夫模型（HMM）和人工神经元网络（ANN）。

DTW是较早的一种模式匹配和模型训练技术，它应用动态规划方法成功解决了语音信号特征参数序列比较时时长不等的难题，在孤立词语音识别中获得了良好性能。但因其不适合连续语音大词汇量语音识别系统，目前已被HMM模型和ANN替代。

HMM模型是语音信号时变特征的有参表示法。它由相互关联的两个随机过程共同描述信号的统计特性，其中一个是隐蔽的（不可观测的）具有有限状态的Markor链，另一个是与Markor链的每一状态相关联的观察矢量的随机过程（可观测的）。隐蔽Markor链的特征要靠可观测到的信号特征揭示。这样，语音等时变信号某一段的特征就由对应状态观察符号的随机过程描述，而信号随时间的变化由隐蔽Markor链的转移概率描述。模型参数包括HMM拓扑结构、状态转移概率及描述观察符号统计特性的一组随机函数。按照随机函数的特点，HMM模型可分为离散隐马尔可夫模型（采用离散概率密度函数，简称DHMM）和连续隐马尔可夫模型（采用连续概率密度函数，简称CHMM）以及半连续隐马尔可夫模型（SCHMM，集DHMM和CHMM特点）。一般来讲，在训练数据足够的，CHMM优于DHMM和SCHMM。HMM模型的训练和识别都已研究出有效的算法，并不断被完善，以增强HMM模型的鲁棒性。

人工神经元网络在语音识别中的应用是现在研究的又一热点。ANN本质上是一个自适应非线性动力学系统，模拟了人类神经元活动的原理，具有自学、联想、对比、推理和概括能力。这些能力是HMM模型不具备的，但ANN又不个有HMM模型的动态时间归正性能。因此，现在已有人研究如何把二者的优点有机结合起来，从而提高整个模型的鲁棒性。 二、语音识别的困难与对策

目前，语音识别方面的困难主要表现在：

（一）语音识别系统的适应性差，主要体现在对环境依赖性强，即在某种环境下采集到的语音训练系统只能在这种环境下应用，否则系统性能将急剧下降；另外一个问题是对用户的错误输入不能正确响应，使用不方便。

（二）高噪声环境下语音识别进展困难，因为此时人的发音变化很大，像声音变高，语速变慢，音调及共振峰变化等等，这就是所谓Lombard效应，必须寻找新的信号分析处理方法。

（三）语言学、生理学、心理学方面的研究成果已有不少，但如何把这些知识量化、建模并用于语音识别，还需研究。而语言模型、语法及词法模型在中、大词汇量连续语音识别中是非常重要的。

（四）我们对人类的听觉理解、知识积累和学习机制以及大脑神经系统的控制机理等分面的认识还很不清楚；其次，把这方面的现有成果用于语音识别，还有一个艰难的过程。

（五）语音识别系统从实验室演示系统到商品的转化过程中还有许多具体问题需要解决，识别速度、拒识问题以及关键词（句）检测技术等等技术细节要解决。

三、语音识别技术的前景和应用

语音识别技术发展到今天，特别是中小词汇量非特定人语音识别系统识别精度已经大于98%，对特定人语音识别系统的识别精度就更高。这些技术已经能够满足通常应用的要求。由于大规模集成电路技术的发展，这些复杂的语音识别系统也已经完全可以制成专用芯片，大量生产。在西方经济发达国家，大量的语音识别产品已经进入市场和服务领域。一些用户交机、电话机、手机已经包含了语音识别拨号功能，还有语音记事本、语音智能玩具等产品也包括语音识别与语音合成功能。人们可以通过电话网络用语音识别口语对话系统查询有关的机票、旅游、银行信息，并且取得很好的结果。

语音识别是一门交叉学科，语音识别正逐步成为信息技术中人机接口的关键技术，语音识别技术与语音合成技术结合使人们能够甩掉键盘，通过语音命令进行操作。语音技术的应用已经成为一个具有竞争性的新兴高技术产业。

参考文献

[1]科大讯飞语音识别技术专栏. 语音识别产业的新发展.企业专栏.通讯世界，2007.2:(总l12期)

[2]任天平，门茂深.语音识别技术应用的进展.科技广场.河南科技，2005.2:19-20

[3]俞铁城.科大讯飞语音识别技术专栏.语音识别的发展现状.企业专栏.通讯世界，2006.2 (总122期)

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中图分类号： TN912.3?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）13?0043?03

Summary of speech recognition technology and its application

YU Lin?lin

（Naval Aviation Military Representative Office Stationed in Beijing， Beijing 100041， China）

Abstract： As a key technology of human?computer interface in information technology， speech recognition has great research significance and broad application value. the development history of speech recognition technology is introduced， the basic knowledge of speech recognition is expounded， such as concept， basic principle， the acoustic modeling approach. The application of speech recognition technology in various fields are briefly introduced.

Keywords： speech recognition； recognition principle； acoustic modeling approach； multi?dimension pattern recognition system

0 引 言

语言是人类相互交流最常用、最有效、最重要和最方便的通信形式，语音是语言的声学表现，与机器进行语音交流是人类一直以来的梦想。随着计算机技术的飞速发展，语音识别技术也取得突破性的成就，人与机器用自然语言进行对话的梦想逐步接近实现。语音识别技术的应用范围极为广泛，不仅涉及到日常生活的方方面面，在军事领域也发挥着极其重要的作用。它是信息社会朝着智能化和自动化发展的关键技术，使人们对信息的处理和获取更加便捷，从而提高人们的工作效率。

1 语音识别技术的发展

语音识别技术起始于20世纪50年代。这一时期，语音识别的研究主要集中在对元音、辅音、数字以及孤立词的识别。

20世纪60年代，语音识别研究取得实质性进展。线性预测分析和动态规划的提出较好地解决了语音信号模型的产生和语音信号不等长两个问题，并通过语音信号的线性预测编码，有效地解决了语音信号的特征提取。

20世纪70年代，语音识别技术取得突破性进展。基于动态规划的动态时间规整（Dynamic Time Warping， DTW）技术基本成熟，特别提出了矢量量化（Vector Quantization，VQ）和隐马尔可夫模型（Hidden Markov Model，HMM）理论[1]。

20世纪80年代，语音识别任务开始从孤立词、连接词的识别转向大词汇量、非特定人、连续语音的识别，识别算法也从传统的基于标准模板匹配的方法转向基于统计模型的方法。在声学模型方面，由于HMM能够很好的描述语音时变性和平稳性，开始被广泛应用于大词汇量连续语音识别（Large Vocabulary Continous Speech Recognition， LVCSR）的声学建模[2?3]；在语言模型方面，以N元文法为代表的统计语言模型开始广泛应用于语音识别系统[4]。在这一阶段，基于HMM/VQ、HMM/高斯混合模型、HMM/人工神经网络的语音建模方法开始广泛应用于LVCSR系统，语音识别技术取得新突破。

20世纪90年代以后，伴随着语音识别系统走向实用化，语音识别在细化模型的设计、参数提取和优化、系统的自适应方面取得较大进展[5]。同时，人们更多地关注话者自适应、听觉模型、快速搜索识别算法以及进一步的语言模型的研究等课题[6]。此外，语音识别技术开始与其他领域相关技术进行结合，以提高识别的准确率，便于实现语音识别技术的产品化。

2 语音识别基础

2.1 语音识别概念

语音识别是将人类的声音信号转化为文字或者指令的过程[7]。语音识别以语音为研究对象，它是语音信号处理的一个重要研究方向，是模式识别的一个分支。语音识别的研究涉及微机技术、人工智能、数字信号处理、模式识别、声学、语言学和认知科学等许多学科领域，是一个多学科综合性研究领域[8]。

根据在不同限制条件下的研究任务，产生了不同的研究领域。这些领域包括：根据对说话人说话方式的要求，可分为孤立字（词）、连接词和连续语音识别系统；根据对说话人的依赖程度，可分为特定人和非特定人语音识别系统；根据词汇量的大小，可分为小词汇量、中等词汇量、大词汇量以及无限词汇量语音识别系统。

2.2 语音识别基本原理

从语音识别模型的角度讲，主流的语音识别系统理论是建立在统计模式识别基础之上的。语音识别的目标是利用语音学与语言学信息，把输入的语音特征向量序列[X=x1，x2，…，xT]转化成词序列[W=w1，w2，…，wN]并输出。基于最大后验概率的语音识别模型如下式所示：

[W=argmaxW{P（W|X）}=argmaxWP（W|X）P（W）P（X）=argmaxW{P（X|W）P（W）}=argmaxW{logP（X|W）+λlogP（W）}]

上式表明，要寻找的最可能的词序列[W]，应该使[P（X|W）]与[P（W）]的乘积达到最大。其中，[P（X|W）]是特征矢量序列[X]在给定[W]条件下的条件概率，由声学模型决定。[P（W）]是[W]独立于语音特征矢量的先验概率，由语言模型决定。由于将概率取对数不影响[W]的选取，第四个等式成立。[logP（X|W）]与[logP（W）]分别表示声学得分与语言得分，且分别通过声学模型与语言模型计算得到。[λ]是平衡声学模型与语言模型的权重。从语音识别系统构成的角度讲，一个完整的语音识别系统包括特征提取、声学模型、语言模型、搜索算法等模块。语音识别系统本质上是一种多维模式识别系统，对于不同的语音识别系统，人们所采用的具体识别方法及技术不同，但其基本原理都是相同的，即将采集到的语音信号送到特征提取模块处理，将所得到的语音特征参数送入模型库模块，由声音模式匹配模块根据模型库对该段语音进行识别，最后得出识别结果[9]。

语音识别系统基本原理框图如图1所示，其中：预处理模块滤除原始语音信号中的次要信息及背景噪音等，包括抗混叠滤波、预加重、模/数转换、自动增益控制等处理过程，将语音信号数字化；特征提取模块对语音的声学参数进行分析后提取出语音特征参数，形成特征矢量序列。语音识别系统常用的特征参数有短时平均幅度、短时平均能量、线性预测编码系数、短时频谱等。特征提取和选择是构建系统的关键，对识别效果极为重要。

图1 语音识别基本原理框图

由于语音信号本质上属于非平稳信号，目前对语音信号的分析是建立在短时平稳性假设之上的。在对语音信号作短时平稳假设后，通过对语音信号进行加窗，实现短时语音片段上的特征提取。这些短时片段被称为帧，以帧为单位的特征序列构成语音识别系统的输入。由于梅尔倒谱系数及感知线性预测系数能够从人耳听觉特性的角度准确刻画语音信号，已经成为目前主流的语音特征。为补偿帧间独立性假设，人们在使用梅尔倒谱系数及感知线性预测系数时，通常加上它们的一阶、二阶差分，以引入信号特征的动态特征。

声学模型是语音识别系统中最为重要的部分之一。声学建模涉及建模单元选取、模型状态聚类、模型参数估计等很多方面。在目前的LVCSR系统中，普遍采用上下文相关的模型作为基本建模单元，以刻画连续语音的协同发音现象。在考虑了语境的影响后，声学模型的数量急剧增加，LVCSR系统通常采用状态聚类的方法压缩声学参数的数量，以简化模型的训练。在训练过程中，系统对若干次训练语音进行预处理，并通过特征提取得到特征矢量序列，然后由特征建模模块建立训练语音的参考模式库。

搜索是在指定的空间当中，按照一定的优化准则，寻找最优词序列的过程。搜索的本质是问题求解，广泛应用于语音识别、机器翻译等人工智能和模式识别的各个领域。它通过利用已掌握的知识（声学知识、语音学知识、词典知识、语言模型知识等），在状态（从高层至底层依次为词、声学模型、HMM状态）空间中找到最优的状态序列。最终的词序列是对输入的语音信号在一定准则下的一个最优描述。在识别阶段，将输入语音的特征矢量参数同训练得到的参考模板库中的模式进行相似性度量比较，将相似度最高的模式所属的类别作为识别中间候选结果输出。为了提高识别的正确率，在后处理模块中对上述得到的候选识别结果继续处理，包括通过Lattice重打分融合更高元的语言模型、通过置信度度量得到识别结果的可靠程度等。最终通过增加约束，得到更可靠的识别结果。

2.3 声学建模方法

常用的声学建模方法包含以下三种：基于模式匹配的动态时间规整法（DTW）；隐马尔可夫模型法（HMM）；基于人工神经网络识别法（ANN）等。

DTW 是较早的一种模式匹配的方法。它基于动态规划的思想，解决孤立词语音识别中的语音信号特征参数序列比较时长度不一的模板匹配问题。在实际应用中，DTW通过计算已预处理和分帧的语音信号与参考模板之间的相似度，再按照某种距离测度计算出模板间的相似度并选择最佳路径。

HMM是对语音信号的时间序列结构所建立的统计模型，是在马尔可夫链的基础上发展起来的，它是一种基于参数模型的统计识别方法。HMM可模仿人的言语过程，可视作一个双重随机过程：一个是用具有有限状态数的马尔可夫链来模拟语音信号统计特性变化的隐含的随机过程，另一个是与马尔可夫链的每一个状态相关联的观测序列的随机过程[10]。

ANN以数学模型模拟神经元活动，将人工神经网络中大量神经元并行分布运算的原理、高效的学习算法以及对人的认知系统的模仿能力充分运用到语音识别领域，并结合神经网络和隐含马尔可夫模型的识别算法，克服了ANN在描述语音信号时间动态特性方面的缺点，进一步提高了语音识别的鲁棒性和准确率。其中成功的方法就是在混合模型中用ANN替代高斯混合模型估计音素或状态的后验概率。2011年，微软以深度神经网络替代多层感知机形成的混合模型系统大大提高了语音识别的准确率。

3 语音识别的应用

语音识别技术有着非常广泛的应用领域和市场前景。在语音输入控制系统中，它使得人们可以甩掉键盘，通过识别语音中的要求、请求、命令或询问来作出正确的响应，这样既可以克服人工键盘输入速度慢，极易出差错的缺点，又有利于缩短系统的反应时间，使人机交流变得简便易行，比如用于声控语音拨号系统、声控智能玩具、智能家电等领域。在智能对话查询系统中，人们通过语音命令，可以方便地从远端的数据库系统中查询与提取有关信息，享受自然、友好的数据库检索服务，例如信息网络查询、医疗服务、银行服务等。语音识别技术还可以应用于自动口语翻译，即通过将口语识别技术、机器翻译技术、语音合成技术等相结合，可将一种语言的语音输入翻译为另一种语言的语音输出，实现跨语言交流[11]。

语音识别技术在军事斗争领域里也有着极为重要的应用价值和极其广阔的应用空间。一些语音识别技术就是着眼于军事活动而研发，并在军事领域首先应用、首获成效的，军事应用对语音识别系统的识别精度、响应时间、恶劣环境下的顽健性都提出了更高的要求。目前，语音识别技术已在军事指挥和控制自动化方面得以应用。比如，将语音识别技术应用于航空飞行控制，可快速提高作战效率和减轻飞行员的工作负担，飞行员利用语音输入来代替传统的手动操作和控制各种开关和设备，以及重新改编或排列显示器上的显示信息等，可使飞行员把时间和精力集中于对攻击目标的判断和完成其他操作上来，以便更快获得信息来发挥战术优势。

4 结 语

语音识别的研究工作对于信息化社会的发展，人们生活水平的提高等方面有着深远的意义。随着计算机信息技术的不断发展，语音识别技术将取得更多重大突破，语音识别系统的研究将会更加深入，有着更加广阔的发展空间。

参考文献

[1] 马志欣，王宏，李鑫.语音识别技术综述[J].昌吉学院学报，2006（3）：93?97.

[2] RABINER L R， JUANG B H. An introduction to hidden Markov models [J]. IEEE ASSP Magazine， 1986， 3（1）： 4?16.

[3] GALES M， YOUNG S. The application of hidden Markov models in speech recognition [J]. Foundations and Trends in Signal Processing， 2008， 1（3）： 195?304.

[4] JELINEK F. Continuous speech recognition by statistical methods [J]. Proceedings of the IEEE， 1976， 64（4）： 532?556.

[5] 倪崇嘉，刘文举，徐波.汉语大词汇量连续语音识别系统研究进展[J].中文信息学报，2009，23（1）：112?123.

[6] 顾亚强.非特定人语音识别关键技术研究[D].长沙：国防科学技术大学，2009.

[7] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T21023?2007 中文语音识别系统通用技术规范[S].北京：中国标准出版社，2007.

[8] 王文慧.基于ARM的嵌入式语音识别系统研究[D].天津：天津大学，2008.

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一、引言

随着我国外语教学的不断发展，各种外语口语教学工具与学习方法也应运而生。然而外语口语的学习对于学习者而言既是重点也是难点，当前的计算机辅助教学只是侧重于外语单词记忆教学与语法教学，并且因为外语口语学习者的学习水平不一，在学习过程中很难将自己的不正确发音找出来。于是，在外语口语学习中就可以应用语言识别技术，该系统具备外语口语发音的纠正功能，学习者通过该系统进行外语口语的学习与练习，就能纠正自己错误的发音，避免因为多次错误发音而形成不良习惯。因此，对外语口语训练中语音识别技术进行研究，能够提高外语口语学习者的学习效率。

二、外语口语学习中语音识别技术应用的重要意义

随着中国改革开放程度的深化以及全球经济一体化的飞速发展，世界各国的交往越来越频繁，学习并掌握一门外语，对于人们的工作与生活而言，已经成为必不可少的工具。在学习外语的需求不断增长的情况下，出现了各种外语教学方法、教学工具以及语言学校等，然而国人在外语学习过程中，外语的口语教学与学习一直是较难突破的难题，其主要原因有以下几个方面：

（一）各种外语发音的特点与汉语发音的特点存在较大差异，因而可能导致国人在学习外语时由于受到母语的深厚影响而犯下许多自己根本无法察觉或者是很难察觉的发音错误。

（二）目前在国内合格的外语口语教师还是很少，自己发音标准又能够准确地指导别人进行口语学习的外语教师，即便是在一些大中城市的中小学中也相当缺乏。同时，一般的媒体教学也不能够针对学生的特定情况，有效地让学生与教师互动进行口语训练，只能够单方面地进行传授，所以起到的作用也不是很有效。

外语口语训练中语音识别技术的应用，让软件具备了矫正错误发音的功能，能够为学习者及时改正错误的发音提供帮助，从而有效避免错误反复而变成一种恶性习惯，并使外语学习者口语学习的效率与效果得到一定程度的提高，获得更大的市场价值与社会效益。

三、外语口语训练中语音识别的关键技术

（一）语音识别

在语音识别技术中，语音识别是第一步也是最重要的一步，接下来几个步骤的精确度都会受其影响，它能够在语法与音素模型的基础上，将输入的语音信号翻译成单词串。同时，许多基于计算机的语言训练活动都可以应用这一部分，比如基于语音的选择题或者是与计算机的对话训练等等。

（二）语音评分

在基于语音识别技术的外语口语学习系统中，语音评分技术是最基本也是最核心的组成部分。语音评分技术能够评价并反馈学习者的口语发音情况，可以让学习者通过反馈的结果对自己的学习结果进行检查。通常情况下，按照语音评分技术，目前的外语口语学习系统主要可以分为两种：一种是基于语音特征比较的评分方法，它通过将学习者的发音与标准语音进行对比参考，从一个较为主观的角度对一段语音质量进行评价，通常采用动态时间规整技术实现，因为其具备运算量小的特点，因而在嵌入式系统与手持设备中运用较多;另一种是基于声学模型的评分方法，它能够通过语音识别技术将以计算发音质量所需的小单元切割出来，然后再通过事先训练好的声学模型与其进行对比，最后根据评分机制对其评分，因为该方式较为客观，目前主流的外语口语学习系统中均采用这种技术，其主要是基于隐马尔可夫模型（HMM）技术实现。

如图1，基于HMM的语音评分流程图所示，其语音评分的关键技术分为以下几步：

图1 基于HMM的语音评分流程图

1.首先，对学习者所输入的语音进行特征提取;

2.其次，将已经训练好的HMM作为模板，再采用Viterbi算法将语言以计算发音质量所需的小单元进行分割，并强制对齐;

3.最后，采用不同的评分机制对不同的需要进行评分，将评分结果得出。同时，在某些情况下，要注意将说话验证在语音评分开始时加入，从而将学习者发音内容与标准发音完全不同的部分挡下，保证整个口语学习系统的可信度更高。此外，由于同样的声音可能代表的意义不同，因而在这些更加复杂的应用中，需要将各种词发生概率的大小、上下文的关系进行综合考虑，并将语言模型加入，从而为声学模型的判断提供更好的辅助。

（三）发音错误检测与错误纠正

对于外语学习者而言，虽然知道系统能够评价其发音质量，但是单凭非母语学习者自己对其自身错误的所在还是不能清楚地了解到，对这个错误也不知道如何进行纠正。因而，外语口语学习者需要通过系统对发音的错误进行检测与定位，并将相应的错误纠正建议提供给学习者进行有效纠正。

1.发音错误的检测与定位

在外语口语训练中，导致错误发音的因素有很多。例如学习者不会发某种声音，或者是受到其他语言拼读方法的影响以及不能正确体会到两种声音的差别等等。语音识别器也是发音错误检测中使用的一种方法，比如用母语训练的语音识别器，但是因为在没有使用自适应技术的情况下，学习者发音的识别错误也有可能会当成是发音错误，因而这种方法就很难准确地检测到非母语学习者的发音是否正确。所以，目前对错误发音的检测比较合理的一种做法是：首先以发音专家的知识为依据，严格将容易出错的发音进行合理的分类，然后以不同的错误类型为依据，将其相应的检测算法设计出来，最后用各种错误检测算法对学习者的发音分别进行检测。

2.发音错误的纠正

系统将发音错误检测出来后，同时就对学习者所犯的错误根据专家关于发音错误的知识给出相应的错误提示与错误纠正建议。其中，对于这些发音专家知识的构建而言，是通过事先收集大量的经验数据而积累而成的，例如不同学习者的发音特点等，然后通过数据挖掘的聚类算法将不同学习者不同发音特征的聚类准确地计算出来，再由专家客观地评判分类的发音，最后将各聚类的改进建议提出来。

（四）回馈展示

在基于语音识别技术的外语口语学习系统中，这一部分是整个系统对用户的窗口，上述部分所产生的信息都可以通过分数条或者是数字的形式为外语学习者展示出来。同时只有通过这个模块，外语学习者才能够从基于语音识别技术的外语口语学习系统中获益，所以，整个系统的可用度都通过这一模块设计的好坏来决定。

四、结语

总而言之，随着社会经济与科学技术的快速发展，各种带有语音识别技术的便携式终端设备出现在人们的日常生活与学习中，为广大外语爱好者与学习者提供了不受教师资源、地点以及时间等限制的智能外语学习系统，有效地提高了外语学习者的学习效率与学习效果，相信在未来，也能够为外语学习者们提供更快、更好的电子学习手段。

【参考文献】

[1]卢永辉.语音识别技术在外语口语训练中的应用[J].电脑知识与技术，2014（04）：836-837，843.

[2]吴艳艳.孤立词语音识别的关键技术研究[D].青岛：青岛大学，2012.

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中图分类号:TP37文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)13-3541-02

1 引言

语音识别起源于20世纪50年代AT&T贝尔实验室的Audry系统,它第一次实现了10个英文数字的语音识别,这是语音识别研究工作的开端。作为一门交叉学科,它正逐步成为信息技术中人机接口的关键技术,被认为是2000年至2010年间信息技术领域十大重要的科技发展技术之一。语音识别技术与语音合成技术结合使人们能够甩掉键盘,取而代之的是以语音输入这样便于使用的、自然的、人性化的输入方式。

2 相关技术简介

2.1 语音识别技术

所谓语音识别技术就是让计算机(或机器)通过识别和理解过程把人类的语音信号转变为相应的文本或命令的技术,属于多维模式识别和智能计算机接口的范畴。语音识别技术的终极目标就是研制出一台能听懂任何人、任何内容的讲话的机器。语音识别按发音方式分为孤立词、连接词和连续语音的语音识别系统;按词汇量大小分为小词表、中词表和大词表以及无限词汇量语音识别;按说话人适应范围分为特定人、限定人和非特定人语音识别。

2.2 多Agent技术

Agent的研究起源于人工智能领域,Agent具有自治性、社会性、反应性和能动性。智能Agent对自己的状态和行为有完全的控制能力,它能够在没有人或者在其他Agent的直接干预下,对复杂的刺激进行响应并产生内部状态的控制和适应性的行为,外界通过Agent的接口对Agent实现功能调用和通信,而无需知道Agent内部的具体工作过程。多Agent系统(MAS)由多个自主或半自主的智能体组成,每个Agent或者履行自己的职责,或者与其他Agent通信获取信息互相协作完成整个问题的求解。语音识别技术本就是人工智能的一个应用方面,而将人工智能的前沿理论―多Agent技术引入语音识别技术中是一项有意义的工作。

3 在语音识别中引入多Agent技术

3.1 多Agent语音识别原理

传统的语音识别存在自适应问题,对环境条件的依赖性强;噪声问题,讲话人产生情绪或心里上的变化,导致发音失真、发音速度和音调改变,产生Lombard/Loud效应;其它如识别速度问题、拒识问题以及关键词检测问题。而多Agent技术中自治智能和分布协同的特性能够在一定程度上解决这些问题。多Agent语音识别其基本原理就是将输入的语音,经过处理后,将其和语音模型库进行比较,从而得到识别结果,具体原理见图1。

该图中语音输入Agent就是待识别语音的原始输入,语音采集Agent指话筒、电话等设备的语音输入;数字化预处理Agent的功能包括语音信号采样、反混叠带通滤波、去除个体发音差异和设备、环境引起的噪声影响等;特征提取Agent用于提取语音中反映本质特征的声学参数,常用的特征有短时平均能量或幅度、短时平均跨零率、线性预测系数、基音频率、倒谱和共振峰等。在训练阶段,将特征参数进行一定的处理后,为每个词条建立一个模型,保存为模板库。在识别阶段,语音信号经过相同的通道得到语音特征参数,生成测试模板,通过模型匹配Agent和规则判别Agent将匹配分数最高的参考模板作为识别结果。同时在模式匹配和规则判别时还可以在很多专家知识的帮助下,以便提高识别的准确率。

3.2 多Agent语音识别流程

加入了多Agent技术的语音识别系统具体实现细节与传统的语音识别系统有所不同,加入了更多的智能协作的因素,但所应用的识别过程大致相似,具体流程见图2。

首先是系统中的协调Agent确定语音识别单元的选取。语音识别单元有单词(句)、音节和音素三种。然后在特征提取Agent中去除语音中对识别无关紧要的冗余信息,目前广泛应用的有基于线性预测分析技术提取的倒谱参数和基于感知线性预测分析提取的感知线性预测倒谱。接着采用适当的语音识别方法,通过对确定的语音特征进行模型训练、智能学习后得到模板库,然后用若干个特征提取Agent将待识别的输入语音信号的各个量化的特征通过分工协作的方式进行提取,最后模型匹配Agent将量化的语音特征与模板库进行模式匹配,通过友好的人机界面把识别结果输出。

4 多Agent语音识别技术在军事上的应用

最近十年内语音识别技术军事化应用非常广泛,目前研究比较多的有语音识别技术在智能武器装备开发领域的应用、在军事作战文书自动化过程中的应用、在军事测试设备和军队话务台的应用。下面重点介绍多Agent语音识别技术在军事作战文书自动化过程中的应用。

作战文书句式变化不大、语法简单、使用人群范围可定、语音识别模板库易于建立且要求不高,其语音识别易于实现。总体方案是:尽可能统一各军兵种作战文书类型;收集不同类型作战文书实例;构造作战文书词汇库;针对标图地域构造地名数据库;建立不同类型作战文书的句型库;分析军队标号的涵义建立模板库;将作战文书编译成标图指令来完成军事地图的标绘。其一般过程为作战文书的词处理、作战文书的语法分析、作战文书标图指令的形成,最后通过API接口传输给计算机完成自动标绘工作,如图3所示。

5 结束语

语音识别技术是非常重要的人机交互技术,有着非常广泛的应用领域和市场前景,为网上会议、商业管理、医药卫生、教育培训等各个领域带来了极大的便利。随着人工智能技术的发展,把多Agent技术应用到语音识别系统中,通过自治智能和分布协同的特性较好地解决了传统语音识别技术中存在的突出问题,这必将成为语音识别系统发展的主流。

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