语音识别技术在智能家居中的研究与应用

杨静

【摘要】随着现阶段科学技术的发展，我国的人工智能也在不断的发展，人工智能中的语音识别系统的应用也越来越广泛。人工智能的语音识别技术是人机交互的产物，也是能够进一步的实现人机交互的关键性技术。语音识别技术和手动的操作不同，能够通过语音信号的识别将指令变成机器语言，让机器能够通过指令作出相应的反应和操作，实现人机的交互。本文对于语音识别技术在智能家居中的应用进行了研究，明确现阶段的语音识别技术在智能家居的实际应用中的问题，介绍语音识别技术在智能家居的应用优势，希望能够进一步的促进语音识别技术使用在家居中的发展。

【关键字】语音识别技术;智能家居;应用

随着现阶段的我国经济的发展，人们在日常生活中会更加的注意自身的生活质量，注重生活中家用电器的使用方便的情况，语音识别技术应用在智能家居中为人民的生活带来了便利。现在我国的大部分地区的生活环境处于一个快节奏的生活环境，和传统家居的按键的使用模式相比，现在的语音识别技术的智能家居能够更符合人民的生活需要。语言是人与人之间最直接方便的沟通方式，将这种沟通方式应用到和家居的沟通中，能够为家中的老人和小孩带来便利。现阶段的家居产品的功能较多，家中的老人使用起来并不方便，现在的语音识别技术的智能家居能够有效的解决这一问题。由此可见，将语音识别技术应用在智能家居当中是让人民获得更加舒适的生活的趋势。

1. 语音识别技术智能家居应用的意义

1.1 语音识别技术

语音识别技术也称为自动语音识别（Automatic Speech Recognition，ASR），语音识别技术的研发目的是将人类的语言内容转换成机器或系统能够识别的语言，比如：机器语言、二级制代码、ASCII等。让机器能够通过人类的语言明确自身的任务。语音识别技术发展到今天已经发展了半个多世纪，动态规划和线性预测分析技术解决了语音识别中最为重要的问题，语音信号模型的问题。到了21世纪，语音识别技术的研究重点已经能够实现即兴的口语，自然的对话以及各种语种的翻译。

1.2 语音识别技术应用在智能家居

近20年来，语音识别技术取得显著进步，它开始从实验室走向市场，并催生了智能语音的产业。所谓智能语音产业，主要指通过语音合成技术和语音识别技术为用户提供各种服务的产业。一般来说，用户只需要用说话的方式给服务终端发布命令，就能得到相应的服务。这一产业最早出现于20世纪60年代，但是由于技术并不成熟且市场应用推广有限，消费者对其认知度也较低。在全球物联网的浪潮下，智能语音产业已经成为IT领域中的一项新兴产业，用户认知度和市场规模正在逐渐扩大。如今，国内的智能语音市场已经呈现出一派欣欣向荣之象，表现最为突出、竞争最为激烈的当属智能电视领域。各大电视传统企业纷纷走上变革之路，推出自己的智能电视，比如：长虹、海尔等。现阶段的海尔空调更是推出了智能空调，用户只需要对着小巧的语音遥控器说话，通过语音遥控器就可以进行智能的辨识并给空调发出指令实现自动开关机、调温、开启省电、自清扫、换气、除甲醛等各种模式的转变。

目前，我国的语音识别技术有了很大的进步，语音识别的准确率也在逐步地提高，对于口音不太重的方言也能够识别。而我们常用到的语音识别可能就是Siri或者智能音箱，由于智能家居系统在我国的普及程度还不是很高，所以这方面技术的应用还有很大的发展空间。

2. 语音识别技术的基本原理

先了解一下语音怎么变成文字，语音实际上是一种波如图2.1所示，在进行语音识别开始之前需要将首尾端的静音切除，目的是降低对于后面步骤的干扰。切除静音的操作一般称为VAD。将声音进行分帧处理，将分的每一帧变成多维向量，就可以简单的了解这一帧语音的内容，这一部分操作称为声学特征提取。

到现在为止声音就变成了12行、N列的矩阵，接下来就是将矩阵转化成文本，首先将帧识别成状态，再把状态组成音素，最后把音素合成单词。每一帧对应的状态可以在“声学模型”中读取，声学模型中存在着大量的参数，将帧和状态（参数）进行对比，哪一概率大就是哪一个。如果想要做到能够识别任意文本就需要使用隐马尔可夫模型（Hidden Markov Model，HMM），首先构建一个状态网络，然后再状态网络中寻找和声音最匹配的路径，只要你的状态网络足够的大，包括任意文本就可以了。搭建状态网络是通过单词级网络展开成音素网络，然后再展开成状态网络，语音识别的过程就是在状态网络中找到最优解，找到语音和这个路径相匹配的概率最大。这样，一个语音的识别技术就基本的完成了。整个语音识别的原理如图2.2所示：

3. 语音识别技术的智能家居发展现状

我国的语音识别技术起步在五十年代，随着计算机技术的发展，语音识别技术的研究从实验室中走向了大众生活中。1987年我国开始实施执行863计划，在计划中计算机方面的专家为语音识别技术申请了专门的立项，两年滚动一次。现阶段我国语音识别技术已经能够和外国的技术持平。对于汉语的语音识别技术具有自身的特点和优势，对于语音识别技术各个大学的科研机构都有实验室进行语音识别的研究。

1984年，第一栋智能家居建筑在美国，标志了智能家居已经能够实施到人民的生活当中。智能家居最早是由房间的布线系统应用的，布线系统通过线缆将各种家居设备了解在一起，但是布线的方式需要在建筑物的建筑过程中进行布设，布设好后，不容易修改，使用起来并不方便。为了解决这一问题，人们采用无线的方式代替有线的连接，但是由于家用电器的信息系统并不完善，并不是所有的家用电器都能够通过无限线的方式连接，布线系统使用的并不理想，并不能真正的方便人民的生活。为了能够方便人民的生活，能够远程的解决家中的信息，人們研发了智能家居网关平台。智能家居网关平台又称家居信息处理平台，是能够作为中间的桥梁将对家具系统的控制连接起来，方便用户同时对多个家用电器实施控制的核心技术。智能家居网关平台安装方式是嵌入式，由于网络的发展，嵌入式的家电不需要线的链接就能够覆盖整个房间的任何角落。随着嵌入式的智能家居网关平台的发展，智能家居网关平台服务器的尺寸越来越小，嵌入式的安装方式已经成为了智能家居网关平台的标志，也为智能家居投入到家庭中使用提供了关键的技术。语言是最直接的交流方式，人们不再满足于使用遥控器进行控制，人们可以只通过语言和家电进行交流，来满足自身的需求。

4. 语音识别技术应用在家居中

4.1 照明系统

家居智能照明系统的语音识别是语音采集设备和控制中枢组成，但是照明系统需要进行布线，但是语音的输入方式是一样的，可以通过手机等远程设备或者使用语言采集设备实现对于语音信号的采集。现阶段大部分的家居智能照明系统使用的都是内置传声器进行语音的采集工作，并且是内的声音环境会更为嘈杂，就需要进行深度的降噪处理。家居智能照明系统使用的是不联网的设备，所以语音信号的识别也必须在本地实施，可以通过建立状态网络的方式来实现，将建立好的词库安装在控制中枢的存储器中存储，进而实现智能的家居照明系统。

4.2 电视

语音识别技术应用在电视中，是通过语音的处理、执行和输入三个方面组成的。首先，语音的输入，语音输入的过程可以通過遥控器、远程设备、智能电视内置的传声器等得到实现，在远程设备中进行控制，需要远程设备下载专门的软件，但是使用远程设备需要用户使的远程设备和电视处在同一网段中，通过无线网络传输语音数据，实现对于电视控制。用户可以通过对遥控器、智能电视、远程设备说出自己的需求，实现对智能电视的操作，比如：换台或者连接网络直接找到想要看的节目等。其次，对于用户语音信号进行处理，实现对于语音信号的处理可以有两种方式。第一种方式是通过网络，对语音进行特征提取和降噪处理后，将语音信号传送到网络识别客户端中，再通过网络识别客户端发送到智能电视上，执行语音命令。另一种方式是在本地进行，直接在本地进行的方法通过语法模型和声学模型共同进行语音的识别，然后直接将命令传输给智能电视。最后，用户命令的执行，通过语音识别引擎对语音信号进行处理后，将命令传送到相应的接口，执行相应的功能模块。

4.3 空调

家居的智能空调大部分是不连接网络的，语音信号的识别一般只能在本地执行，用户可以通过遥控器或者在空调中内置传声器，达到用语音控制空调执行命令的方式，和照明系统一眼需要建立自己状态网络，用户通过状态网络中词汇的路径，找到最佳路径，然后空调根据最佳路径执行命令。比如：如果想要将空调的温度升高，只需要说空调、升高、23度就可以了，空调就能够正确的处理、执行这个命令。能够连接网的空调和电视一样需要在远程设备中安装软件，实现对于空调的设置。

5. 结束语

随着科技的发展，语音识别技术也在日益的完善，语音识别技术在智能家居中发挥了作用，改善了人民的生活，未来的语音识别技术会迅速的发展，应用到更多的领域当中。本文对于语音识别技术、语音识别技术的工作原理和语音识别技术加持下的智能家居进行了研究，对于语音识别技术的应用在家居中实现的智能家居也进行了简析。现阶段的语音识别技术应经能够和其他的科技强国媲美，假以时日，我国会超过其他的科技强国，成为世界第一。

参考文献：

[1]陈颖，汪功明，杨磊，等.语音识别技术在智能家居的应用技术浅析[J].科学技术创新，2019（31）.

[2]侯猛，胡晓红，赵航涛.在线语音识别技术在智能家居中的应用[J].信息与电脑（理论版），2018，418（24）：123-125.

[3]徐彬，杨丹，张锡冰.面向智能家居的CFCC语音识别技术应用研究[C]//全国信号和智能信息处理与应用学术会议.