语音识别技术原理简介

语音识别技术原理简介

自动语音识别技术(Auto Speech Recognize，简称ASR)所要解决的问题是让计算机能够“听懂”人类的语音，将语音中包含的文字信息“提取”出来。ASR技术在“能听会说”的智能计算机系统中扮演着重要角色，相当于给计算机系统安装上“耳朵”，使其具备“能听”的功能，进而实现信息时代利用“语音”这一最自然、最便捷的手段进行人机通信和交互。

语音识别技术所面临的问题是非常艰巨和困难的。尽管早在二十世纪五十年代，世界各国就开始了对这项技术孜孜不倦的研究，特别是最近二十年，国内外非常多的研究机构和企业都加入到语音识别技术的研究领域，投入了极大的努力，也取得了丰硕的成果，但是直到今天，距离该技术得到完美解决还存在着巨大的差距，不过这并不妨碍不断进步的语音识别系统在许多相对受限的场合下获得成功的应用。

如今，语音识别技术已经发展成为涉及声学、语言学、数字信号处理、统计模式识别等多学科技术的一项综合性技术。基于语音识别技术研发的现代语音识别系统在很多场景下获得了成功的应用，不同任务条件下所采用的技术又会有所不同。下图是在一个相对通用的任务条件下的语音识别系统示意图。语音识别系统构建过程整体上包括两大部分：训练和识别。训练通常是离线完成的，对预先收集好的海量语音、语言数据库进行信号处理和知识挖掘，获取语音识别系统所需要的“声学模型”和“语言模型”;而识别过程通常是在线完成的，对用户实时的语音进行自动识别。识别过程通常又可以分为“前端”和“后端”两大模块：“前端”模块主要的作用是进行端点检测(去除多余的静音和非说话声)、降噪、特征提取等;“后端”模块的作用是利用训练好的“声学模型”和“语言模型”对用户说话的特征向量进行统计模式识别(又称“解码”)，得到其包含的文字信息，此外，后端模块还存在一个“自适应”的反馈模块，可以对用户的语音进行自学习，从而对“声学模型”和“语音模型”进行必要的“校正”，进一步提高识别的准确率。

语音识别技术发展历史及现状

语音识别的研究工作大约开始于20世纪50年代，当时ATT Bell实验室基于共振峰提取技术实现了第一个可识别十个英文数字的语音识别系统——Audry系统。

60年代，计算机的应用推动了语音识别的发展。这时期的重要成果是提出了动态时间规划(DP)和线性预测分析技术(LPC)，其中后者较好地解决了语音信号产生模型的问题，对语音识别的发展产生了深远影响。

70年代，语音识别领域取得了较大进展。在理论上，LP技术得到进一步发展，动态时间归正技术(DTW)基本成熟，特别是提出了矢量量化(VQ)和隐马尔可夫模型(HMM)理论。在实践上，实现了基于线性预测倒谱和DTW技术的特定人孤立语音识别系统。

80年代，MFCC的参数提取技术和HMM模型的深入使用使得语音识别技术得到进一步的发展，语音识别的问题逐步在理论体系上得到了比较完整和准确的描述，同时在实践上又逐步研发出效率较高的解决算法。

90年代以来，在美国国防部的Darpa测试、Ears计划、近期的Gales计划，以及我国863计划等推动下，一大批高水平的研究机构和企业加入到语音识别的研究领域，极大地推动了语音识别技术的发展和应用。语音识别系统已经从过去的小词汇量、孤立词识别、特定人识别、安静环境等简单任务逐步发展到大词汇量、连续语音、非特定人、噪声环境下的识别任务，从单纯的语音识别任务发展到语音翻译任务，从实验室系统走向商用系统。