基于FPGA的关键词识别系统实现（一）_mfccfpga - CSDN文库

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基于基于FPGA的关键词识别系统实现（一）的关键词识别系统实现（一）

摘要：随着微电子技术的高速发展，基于片上系统SOC 的关键词识别系统的研究已成为当前语音处理领域的研

究热点和难点.运用Xilinx 公司ViterxII Pro 开发板作为硬件平台，结合ISE10.1 集成开发环境，完成了语音帧输

出.MFCC.VQ和HMM等子模块的设计；提出了一种语音帧压缩模块架构，有效实现了语音帧信息到VQ 标号序

列的压缩，实现了由语音帧压缩模块和HMM模块构建的FPGA关键词识别系统.仿真实验结果表明，该系统具有

较高的识别率和实时性，为关键词识别系统的FPGA硬件电路的实现研究提供了实例. 　　1 引言　　关键词识

别是指检测连续语音流中是否包含有特定的词并识别出该词

　　摘要：随着微电子技术的高速发展，基于片上系统SOC 的关键词识别系统的研究已成为当前语音处理领域的研究热点和

难点.运用Xilinx 公司ViterxII Pro 开发板作为硬件平台，结合ISE10.1 集成开发环境，完成了语音帧输出.MFCC.VQ和HMM等

子模块的设计；提出了一种语音帧压缩模块架构，有效实现了语音帧信息到VQ 标号序列的压缩，实现了由语音帧压缩模块和

HMM模块构建的FPGA关键词识别系统.仿真实验结果表明，该系统具有较高的识别率和实时性，为关键词识别系统的FPGA

硬件电路的实现研究提供了实例.

　　1 引言

　　关键词识别是指检测连续语音流中是否包含有特定的词并识别出该词，其在人机交互.国防监听.工业控制.交通管理和产品

证件防伪等领域都有着广泛应用.目前关键词识别的应用主要基于通用计算机，该类系统很难满足市场对实际产品便携性.节能

性.实时性和低成本等方面的要求.随着数字电子和集成电路等技术的飞速，基于片上系统SOC 的关键词识别已成为当前语音处

理领域的研究热点.

　　本文在MATLAB 对关键词识别系统可行性进行仿真的基础上，采用Xilinx 公司的ViterxII Pro 开发板作为硬件平台，使用

集成开发环境ISE10.1 进行设计，结合FPGA 逻辑设计流程和常用设计技巧，实现了基于FPGA 的关键词识别系统.在系统设

计实现中，提出了集语音帧输出.MFCC 特征参数提取和VQ矢量量化技术于一体的帧压缩模块的架构，有效实现了语音帧信息

到VQ 标号序列的压缩；同时提出了以遍历搜索失真测度模块为的VQ 模块和并行全搜索的HMM模块架构，完成了高速的搜索

匹配.

　　2 关键词识别原理概述

　　关键词识别的实现包括训练过程和识别过程.训练过程通过处理大量的训练样本不断优化各关键词的模型参数，直到该模

型参数能够完整并有效地表征该关键词特征信息.识别过程将提取到的待识别语音关键词的特征信息与各关键词的模型分别进

行匹配，通过的得分判断是否属于给定关键词，并给出识别结果.

　　本文首先通过MATLAB 对设计的关键词识别原理进行了可行性研究，其仿真流程框图如图1 所示.

　　3 系统总体结构方案设计

　　按照关键词识别系统的工作流程，本文设计的基于FPGA 的关键词识别系统架构如图2 所示.系统主要包含五个组成模

块：端点检测.特征参数提取.矢量量化.HMM识别和状态机模块.

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