语音识别是一门交叉学科。近二十年来,语音识别技术取得显著进步,开始从实验室走向市场。人们预计,未来10年内,语音识别技术将进入工业、家电、通信、汽车电子、医疗、家庭服务、消费电子产品等各个领域。 语音识别听写机在一些领域的应用被美国新闻界评为1997年计算机发展十件大事之一。很多专家都认为语音识别技术是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。 语音识别技术所涉及的领域包括:信号处理、模式星空体育登录入口 星空体育在线官网识别、概率论和信息论、发声机理和听觉机理、人工智能等等。
与机器进行语音交流,让机器明白你说什么,这是人们长期以来梦寐以求的事情。中国物联网校企联盟形象得把语音识别[1] 比做为“机器的听觉系统”。语音识别技术就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技术。语音识别技术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。语音识别技术车联网也得到了充分的引用,例如在翼卡车联网中,只需按一键通客服人员口述即可设置目的地直接导航,安全、便捷。
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。
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,飞行员利用语音输人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。
近几年来,特别是2009年以来,借助机器学习领域深度学习研究的发展,以及大数据语料的积累,语音识别技术得到突飞猛进的发展。
1)将机器学习领域深度学习研究引入到语音识别声学模型训练,使用带RBM预训练的多层神经网络,极大提高了声学模型的准确率。在此方面,微软公司的研究人员率先取得了突破性进展,他们使用深层神经网络模型(DNN)后,语音识别错误率降低了30%,是近20年来语音识别技术方面最快的进步。
2)目前大多主流的语音识别解码器已经采用基于有限状态机(WFST)的解码网络,该解码网络可以把语言模型、词典和声学共享音字集统一集成为一个大的解码网络,大大提高了解码的速度,为语音识别的实时应用提供了基础。
3)随着互联网的快速发展,以及手机等移动终端的普及应用,目前可以从多个渠道获取大量文本或语音方面的语料,这为语音识别中的语言模型和声学模型的训练提供了丰富的资源,使得构建通用大规模语言模型和声学模型成为可能。在语音识别中,训练数据的匹配和丰富性是推动系统性能提升的最重要因素之一,但是语料的标注和分析需要长期的积累和沉淀,随着大数据时代的来临,大规模语料资源的积累将提到战略高度。
近期,语音识别在移动终端上的应用最为火热,语音对话机器人、语音助手、互动工具等层出不穷,许多互联网公司纷纷投入人力、物力和财力展开此方面的研究和应用,目的是通过语音交互的新颖和便利模式迅速占领客户群。
而国内方面,科大讯飞、云知声、盛大、捷通华声、搜狗语音助手、紫冬口译、百度语音等系统都采用了最新的语音识别技术,市面上其他相关的产品也直接或间接嵌入了类似的技术。
从说话者与识别系统的相关性考虑 可以将识别系统分为3类:(1)特定人语音识别系统:仅考虑对于专人的线)非特定人语音系统:识别的语音与人无关,通常要用大量不同人的语音数据库对识别系统进行学习;(3)多人的识别系统:通常能识别一组人的语音,或者成为特定组语音识别系统,该系统仅要求对要识别的那组人的语音进行训练。 从说话的方式考虑 也可以将识别系统分为3类:(1)孤立词语音识别系统:孤立词识别系统要求输入每个词后要停顿;(2)连接词语音识别系统:连接词输入系统要求对每个词都清楚发音,一些连音现象开始出现;(3)连续语音识别系统:连续语音输入是自然流利的连续语音输入,大量连音和变音会出现。 从识别系统的词汇量大小考虑 也可以将识别系统分为3类:(1)小词汇量语音识别系统。通常包括几十个词的语音识别系统。(2)中等词汇量的语音识别系统。通常包括几百个词到上千个词的识别系统。(3)大词汇量语音识别系统。通常包括几千到几万个词的语音识别系统。随着计算机与数字信号处理器运算能力以及识别系统精度的提高,识别系统根据词汇量大小进行分类也不断进行变化。目前是中等词汇量的识别系统到将来可能就是小词汇量的语音识别系统。这些不同的限制也确定了语音识别系统的困难度。
①词汇表范围:这是指机器能识别的单词或词组的范围,如不作任何限制,则可认为词汇表范围是无限的。
②说话人限制:是仅能识别指定发话者的语音,还是对任何发话人的语音都能识别。
③训练要求:使用前要不要训练,即是否让机器先“听”一下给定的语音,以及训练次数的多少。
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人。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。