語音警報(bào)安防監(jiān)控系統(tǒng)方案

1、 淮 陰 工 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告學(xué) 生 姓 名：祥學(xué) 號(hào)：1091302132專 業(yè)：通信工程設(shè)計(jì)(論文)題目：語音報(bào)警安防監(jiān)控系統(tǒng)（單片機(jī)+傳感器+語音處理）指 導(dǎo) 教 師:胡榮林2012年12月7號(hào) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）開 題 報(bào) 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述課題研究的背景在當(dāng)前智能視頻監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上，對(duì)將聲音識(shí)別技術(shù)引入到智能安防中進(jìn)行研究。由于在智能視頻監(jiān)控中研究的對(duì)象為視頻圖像序列，通過對(duì)視頻序列的分析與處理進(jìn)行各種報(bào)警預(yù)防處理，來實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控。但是對(duì)于攝像頭監(jiān)控圍以外的區(qū)域發(fā)

2、生的事情并不能進(jìn)行視頻監(jiān)控與圖像序列分析，無法觀察到發(fā)生了什么事情。特別在小區(qū)環(huán)境中，并不能通過攝像頭觀察到整個(gè)小區(qū)的各個(gè)角落到底發(fā)生了什么事情。同時(shí)，即使是在攝像頭的監(jiān)控區(qū)域，如果監(jiān)控的人沒有做監(jiān)控規(guī)N#I-的事情，即使發(fā)生了任何事情，攝像頭獲得的圖像序列也不會(huì)進(jìn)行任何報(bào)警處理。比如，在小區(qū)的停車監(jiān)控區(qū)進(jìn)行防偷車的行為監(jiān)控，如果在監(jiān)控區(qū)域或者附近有人進(jìn)行爭(zhēng)吵，而此時(shí)并沒有工作人員對(duì)爭(zhēng)吵區(qū)域所在的視頻進(jìn)行監(jiān)視，那么是不知道那里發(fā)生了任何事情的，同時(shí)也不會(huì)有報(bào)警記錄，無法通知相關(guān)人員處理突發(fā)事件。本文研究目的是通過引入語音識(shí)別技術(shù)中的情感識(shí)別和關(guān)鍵詞識(shí)別技術(shù)來處理視頻序列無法處理的如爭(zhēng)吵、打架、

3、發(fā)生火災(zāi)的呼救等與語音有關(guān)的信息，例如，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)的事情出現(xiàn)在小區(qū)的非視頻監(jiān)控區(qū)域的時(shí)候，不可能通過攝像機(jī)來獲得任何報(bào)警預(yù)告信息，但是在這種情況下，如果有人發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，并進(jìn)行呼救的話，就可以對(duì)呼救人的語音進(jìn)行關(guān)鍵詞識(shí)別和語音情感分析，對(duì)監(jiān)控人員進(jìn)行告警通知并進(jìn)行突發(fā)事情處理。如何通過對(duì)語音的分析處理來增強(qiáng)小區(qū)安防監(jiān)控的智能化程度，實(shí)現(xiàn)真正的智能安防小區(qū)，是本文所要探討研究的問題。研究方面1. 單片機(jī):單片機(jī)AT89C51采集設(shè)備的各種信息，根據(jù)不同設(shè)備和傳感器，可以是壓力、流量、溫濕度、電壓、電流等，然后與預(yù)先存儲(chǔ)在單片機(jī)的閾值比較，若超出正常圍，則通過機(jī)撥號(hào)電路撥打維護(hù)人員的固定或移動(dòng)，等待撥

4、通后再控制ISD4004構(gòu)成的數(shù)碼語音電路播放相對(duì)應(yīng)的故障信息。維護(hù)人員聽到信息后根據(jù)故障優(yōu)先級(jí)作相應(yīng)處理。11 語音電路 ISD4004語音芯片是由美國ISD公司推出的新產(chǎn)品，單片錄放語音時(shí)間8-16min，操作簡(jiǎn)單，音質(zhì)好。芯片含振蕩器、防混濾波器；平滑濾波器、自動(dòng)靜噪、音頻放大器與高密度多電平閃爍存貯陣列。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作必須由微控制器控制，操作命令通過串行通信接口(SPI或Microwire)送人。芯片采用多電平直接模擬量存貯技術(shù)，每個(gè)采樣值直接存貯在片的閃爍存貯器中，因此能夠非常真實(shí)自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路固置化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲。

5、采樣頻率可為40，53，64，80kHz，頻率越低，錄放時(shí)間越長，而音質(zhì)則有所下降，片信息存于閃爍存貯器中，可在斷電情況下保存100年(典型值)，反復(fù)錄音10萬次。 ISD4004與單片機(jī)連接較為簡(jiǎn)單，單片機(jī)的P12P14分別控制ISD4004的片選信號(hào)SS、串行輸入引腳MOSI、串行輸出引腳MISO與串行時(shí)鐘輸入。值得注意的是ISD4004供電電壓為3 V，需要專門的穩(wěn)壓電路。同相模擬輸入(ANAIN+)和反相模擬輸入(ANAIN一)端最大輸入電平為16mV。音頻輸出可直接接人機(jī)受話器端代替麥克風(fēng)。 ISD4004工作于SPI串行接口。SPI協(xié)議是一個(gè)同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，錄音、放音、停止時(shí)

6、序圖 應(yīng)用注意： (1)電源(VCCA，VCCD) 為使噪聲最小，芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并分別引到外封裝的不同管腳上，模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能靠近供電電源處相連，而去耦電容應(yīng)盡量靠近器件。 (2)地線(VSSA，VSSD) 芯片的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。幾個(gè)VSSA盡量在引腳焊盤上相連，并用低阻通路連到電源圖上，VSSD也用低阻通路連到電源上。 (3)同相模擬輸入(ANAIN+) 這是錄音信號(hào)的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動(dòng)。 12 機(jī)與單片機(jī)接口電路 機(jī)電路與單片機(jī)AT89C51接口如圖4所示。單片機(jī)用于模擬撥打動(dòng)作，摘機(jī)一撥號(hào)一通話一掛機(jī)。摘

7、機(jī)動(dòng)作利用雙組繼電器代替機(jī)叉簧完成，撥號(hào)利用單片機(jī)IO口通過軟件控制話機(jī)按鍵電路完成，通話則是把語音電路信號(hào)輸出接人話機(jī)電路麥克風(fēng)的輸入端，達(dá)到控制放音。 2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 檢測(cè)電路程序因所連接設(shè)備而異，故不做介紹，重點(diǎn)介紹ISD4004錄放音程序和機(jī)撥號(hào)程序。 21 主程序 主程序完成對(duì)設(shè)備信息和數(shù)據(jù)的采集，并且與用戶設(shè)置的門限值比較，從而判斷設(shè)備是否有故障，若有故障則調(diào)用報(bào)警子程序即通過播放報(bào)警語音。 22 錄放音程序 錄放音程序主要是接收指令后通過SPI總線對(duì)ISD4004進(jìn)行控制。需要注意的是系統(tǒng)在啟用前，要預(yù)先錄制報(bào)警語音，為了能靈活播放語音信息，報(bào)警語音是分段存放在ISD4004中

8、的，播放時(shí)根據(jù)地址播放每段語音。播放時(shí)要根據(jù)每段錄音的長短做相應(yīng)的延時(shí)。 3 結(jié) 語 上述系統(tǒng)利用單片機(jī)、語音電路和機(jī)完成了設(shè)備遠(yuǎn)程語音報(bào)警功能，可以廣泛應(yīng)用于油田、電信、電力等無人職守設(shè)備的故障報(bào)警。如果在系統(tǒng)中增加Modem，還可以完成遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)監(jiān)控功能。2. 傳感器:傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件(如光、熱、濕度)或化學(xué)組成(如煙霧)，并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。國家標(biāo)準(zhǔn)GB766587對(duì)傳感器的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受被測(cè)量的信息，并能

9、將檢測(cè)的感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。3. 語言處理3.1 語音信息的預(yù)處理:語音信號(hào)的高頻預(yù)加重、分幀、加窗等幾個(gè)特征參數(shù)提取前的語音信息分析處理過程。3.2 預(yù)加重: 預(yù)加重是一種重要的前處理技術(shù)。由于語音信號(hào)的平均功率譜受聲門激勵(lì)和口鼻輻射的影響，高頻端大約在800Hz以上按6dB倍頻程跌落，使得高頻部分的能量比較小，易受干擾。為此，在分析語音信號(hào)之前，需對(duì)其高頻部分進(jìn)行增強(qiáng)。另外，為了對(duì)數(shù)字化的語音信號(hào)進(jìn)行平滑處理以與減少在以后的信號(hào)處理中受到碩士學(xué)位論文第-二

10、章語音識(shí)別相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)有限精度的影響，也必須首先對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行預(yù)加重。用具有6dB倍頻程的提升高頻特性的預(yù)加重?cái)?shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)。3.3 分幀: 語音信號(hào)雖然是一種典型的非平穩(wěn)信號(hào)，是時(shí)變得，但是由于語音的形成過程是與發(fā)音器官的運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)的，人的發(fā)音器官的肌肉運(yùn)動(dòng)速度較慢，這種物理運(yùn)動(dòng)比起聲音振動(dòng)速度緩慢得多，因此可以假定語音信號(hào)為短時(shí)平穩(wěn)的，即在10-20ms這樣的時(shí)間段，其頻譜特征和某些物理特征參量可近似的看作是不變的。這樣，就可以采用平穩(wěn)過程的分析處理方法來處理了。這種時(shí)間依賴處理的基本方法，是將語音信號(hào)分幀加以處理。這些幀就好像是來自一個(gè)具有固定特征的持續(xù)語音片斷一樣，各幀一般都按要

11、求重復(fù)(常是周期的)，對(duì)每幀語音進(jìn)行處理等效于對(duì)固定特性的持續(xù)語音進(jìn)行處理。各幀之間常有一些疊接，對(duì)每幀的處理結(jié)果是一個(gè)數(shù)或一組數(shù)。因此經(jīng)過處理后將從原始語音序列產(chǎn)生一個(gè)新的依賴于時(shí)間的序列，并被用于描述語音信號(hào)的特征。所以，一般每秒的幀數(shù)約為33到100之間，視實(shí)際情況而定，分幀雖然可以采用連續(xù)分段的方法，但一般要采用交疊分段的方法，這是為了使幀與幀之間平滑過度，保持其連續(xù)性。前一幀和后一幀的交疊部分稱為幀移。幀移與幀長的比值一般取為oNl2之間。在語音信號(hào)分析中常用“短時(shí)分析”表述。3.4 加窗: 語音信號(hào)的分幀是通過對(duì)可移動(dòng)的有限長度窗口進(jìn)行加權(quán)的方法來實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)窗口若用代數(shù)的函數(shù)形式

12、表達(dá)出來，就稱為窗函數(shù)。一般，人們把乘以窗函數(shù)后取出的短時(shí)語音區(qū)間稱為幀，這個(gè)區(qū)間的長度稱為幀長(也稱窗寬)，把相鄰兩個(gè)區(qū)間之間的間隔稱為幀移(或窗移)。在語音信號(hào)常用得比較多的是矩形窗、漢明窗、漢寧窗。參考文獻(xiàn)1力，錢向民，鄒采榮等語音信號(hào)中的情感識(shí)別研究J軟件學(xué)報(bào)，2001，12：105010552丹寧，蔡蓮紅基于韻律特征的漢語情感語音分類A第一屆中國情感計(jì)算與智能交互學(xué)術(shù)會(huì)議論文集C，20033朱朝輝，志庚等E-Teatrix中虛擬人物與情感系統(tǒng)構(gòu)造A第一屆中國情感計(jì)算與智能交互學(xué)術(shù)會(huì)議論文集C：中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所，2003：242-2474方，徐明星，牟曉隆等漢語語音聽寫機(jī)技術(shù)的研

13、究與實(shí)現(xiàn)J軟件學(xué)報(bào)，1999，10(4)：436-4445吳旭輝，吳亞棟基于特征空間軌跡匹配方式的語音關(guān)鍵詞檢測(cè)法J計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2003，39(36)：83866郝杰，星網(wǎng)絡(luò)語音識(shí)別中關(guān)鍵詞的后驗(yàn)可信測(cè)度J清華大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，42(7)：885-8887王守覺，徐健，王憲寶等基于仿生模式識(shí)別的多鏡頭人臉身份確認(rèn)系統(tǒng)研究J電子學(xué)報(bào)，2003，31(1)：8王守覺，兆洲，向東等通用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)硬件中神經(jīng)元基本數(shù)學(xué)模型的討論J電子學(xué)報(bào)，2001，29(5)：5775809王守覺，曉霞，徐春燕等一種基于高維空間覆蓋動(dòng)態(tài)搜索方法的非特定人連續(xù)數(shù)字語音識(shí)別的研究J電子學(xué)報(bào)，2005，33(10)：1

14、7901793天任數(shù)字語音處理M：華中科技大學(xué)，2003畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）開 題 報(bào) 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：解決的問題：通過利用現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、IC卡技術(shù)，通過有效的傳輸網(wǎng)絡(luò)，建立一個(gè)由住宅小區(qū)綜合物業(yè)管理中心與安防系統(tǒng)、信息服務(wù)系統(tǒng)、物業(yè)管理系統(tǒng)以與家居智能化組成的"三位一體"住宅小區(qū)服務(wù)和管理集成系統(tǒng)，使小區(qū)與每個(gè)家庭能達(dá)到安全、舒適、溫馨和便利的生活環(huán)境，最終目的是使每個(gè)住戶得到滿足其需求的最佳方案。采用手段： 1、Web服務(wù)器的構(gòu)建Web Service是一個(gè)可命名的網(wǎng)絡(luò)資源，允許在Web站點(diǎn)上放置可編

15、程的元素，是一種基于Web的較理想的分布式計(jì)算和處理模式，具有完好的封裝性，松散的耦合，標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和高度可集成能力等主要特征。目前，Web Service的平臺(tái)較多，最典型的有微軟的Net和Sun的J2EE。這些平臺(tái)的性能各有千秋。其中，基于成本和Linux操作系統(tǒng)的考慮，本文選擇開源的基于Apache Axis的Web Service實(shí)現(xiàn)方案。Apache Axis采用了兼容的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，利用SOAP運(yùn)行環(huán)境和基于Java的API框架實(shí)現(xiàn)了Web服務(wù)的核心組件技術(shù)?；赪eb Service的Web服務(wù)器是由面向用戶的外部接口和部功能模塊組成。其中，外部接口主要涉與用戶賬戶管理、日志管理、觸發(fā)

16、器的管理和配置、報(bào)警器的管理和配置、音視頻的數(shù)據(jù)管理、報(bào)警的的管理和與控制服務(wù)器的鏈路參數(shù)的配置和監(jiān)視。部接口主要有專注與控制服務(wù)器聯(lián)系的通訊模塊和日志管理模塊。為了保證通訊的開放行和系統(tǒng)的擴(kuò)展行，部通訊模塊的協(xié)議的設(shè)計(jì)遵照TCP/IP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，參照電子協(xié)議簇的POP3協(xié)議請(qǐng)求和應(yīng)答方式。日志管理模塊主要完成用戶登陸和操作等事件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取。2、控制服務(wù)器的構(gòu)建控制服務(wù)器是系統(tǒng)的核心服務(wù)器。它主要通過并串口的通訊方式完成外圍設(shè)備的控制。此外，任何事件必須導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,以備以后查閱。并口數(shù)據(jù)的定時(shí)讀取為了與時(shí)獲取觸發(fā)器的報(bào)警信號(hào)，系統(tǒng)需要打開一個(gè)定時(shí)器，不斷讀取并口IO卡的數(shù)據(jù)。時(shí)間間

17、隔可根據(jù)實(shí)際的工作情況而定，通常時(shí)間間隔在幾十毫秒到幾秒之間，太短則會(huì)影響計(jì)算機(jī)響應(yīng)，太長則會(huì)影響事件的捕捉。為了正確讀取并口數(shù)據(jù)，控制服務(wù)器應(yīng)該在運(yùn)行狀態(tài)下設(shè)置IO端口號(hào)，以便與選用的硬件IO端口號(hào)一致。（2）觸發(fā)事件的判斷控制服務(wù)器取得并口數(shù)據(jù)之后，進(jìn)行分析來判斷是否有報(bào)警信號(hào)以與對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器，以便進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警動(dòng)作，如鳴音、錄像、撥打等。a、觸發(fā)器的編碼：由于可能存在多個(gè)觸發(fā)器，因此，需要事先為每個(gè)觸發(fā)器約定其報(bào)警信號(hào)對(duì)應(yīng)的并口數(shù)據(jù)。不同觸發(fā)器對(duì)應(yīng)的并口數(shù)據(jù)之間不能出現(xiàn)二進(jìn)制包容，例如，假設(shè)觸發(fā)器1對(duì)應(yīng)的并口數(shù)據(jù)為二進(jìn)制“00001011”，而觸發(fā)器3對(duì)應(yīng)的并口數(shù)據(jù)為二進(jìn)制“ 00000

18、011”，那么當(dāng)端口讀到的數(shù)據(jù)為二進(jìn)制“00001011”時(shí)，系統(tǒng)就無確判斷是一個(gè)觸發(fā)事件還是兩個(gè)觸發(fā)事件。b、觸發(fā)事件的分析：控制服務(wù)器從并口卡讀取到1個(gè)數(shù)據(jù)之后，需要分析出有哪些事件發(fā)生。具體方法是逐個(gè)將觸發(fā)器編碼與該數(shù)據(jù)進(jìn)行“與”運(yùn)算，如果結(jié)果等于此觸發(fā)器編碼，則說明有此觸發(fā)器有事件發(fā)生，應(yīng)予以響應(yīng)。因此，當(dāng)有多個(gè)事件同時(shí)發(fā)生，控制服務(wù)器也能全部響應(yīng)。c、觸發(fā)器與并口線的連接：為了從并口卡取得相應(yīng)的編碼，需將觸發(fā)器的信號(hào)輸出線與并口輸入端正確地連接起來。從電氣特性上來說,觸發(fā)信號(hào)通常是一個(gè)具有一定脈寬（幾百毫秒幾秒的數(shù)據(jù)量級(jí)）的脈沖信號(hào)。當(dāng)一個(gè)觸發(fā)事件產(chǎn)生時(shí)，觸發(fā)器應(yīng)該將并口對(duì)應(yīng)的輸入針

19、腳設(shè)置為高電平并持續(xù)一個(gè)脈寬時(shí)間長度。例如觸發(fā)器4在產(chǎn)生一個(gè)事件時(shí)，將并口輸入的第1、2 針腳設(shè)置為高電平，則邏輯上就應(yīng)該為觸發(fā)器4的事件編碼為“00000011”。因此，為了使控制服務(wù)器能夠準(zhǔn)確無誤地獲取觸發(fā)事件，需保證并口對(duì)觸發(fā)器的電氣信號(hào)接入和觸發(fā)信號(hào)的邏輯編碼一致。（3）報(bào)警設(shè)備的控制a、報(bào)警器的編碼：控制服務(wù)器獲取觸發(fā)事件之后，可以通過并口進(jìn)行各種報(bào)警動(dòng)作。當(dāng)有多個(gè)報(bào)警設(shè)備需要并口控制時(shí)，應(yīng)為每個(gè)設(shè)備進(jìn)行邏輯編碼。因此，當(dāng)獲得某特定事件后，控制服務(wù)器才能正確地通過并口輸出控制碼，達(dá)到啟動(dòng)響應(yīng)報(bào)警設(shè)備的目的。類似觸發(fā)器編碼，在為報(bào)警器編碼時(shí)，也要避免出現(xiàn)二進(jìn)制包容問題。b、輸入/輸出對(duì)應(yīng)關(guān)系的設(shè)置：控制服務(wù)器在獲取某觸發(fā)事件之后，應(yīng)該自動(dòng)向報(bào)警并口卡發(fā)送控制碼，準(zhǔn)確地打開相應(yīng)的報(bào)警器。為此，控制服務(wù)器需要對(duì)并口輸入的觸發(fā)事件和并口輸出的報(bào)警控制設(shè)定對(duì)應(yīng)關(guān)系，即控制服務(wù)器響應(yīng)某觸發(fā)事件后，應(yīng)向并口發(fā)送特定的數(shù)據(jù)，以便控制相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)報(bào)警設(shè)備。目前，輸入/輸出