語音識別技術在智能家居中的應用現狀淺析

馬暢駿

摘 要 本文論述了智能家居和語音識別的相關概念，簡要介紹了語音識別的相關原理，并對其在具體智能家居上的應用技術實現過程進行了簡單闡述，最后對智能家居和語音識別技術的未來進行了展望。

關鍵詞 語音識別；智能家居；應用現狀

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）203-0085-02

隨著社會的發展和科技的進步，人們在日常生活中和機器的交流越來越頻繁。家居作為和人們生活接觸最頻繁自然的直接交互，各類家用電器也早已融入人們的生活。而隨著生活節奏的加快，與傳統的家居機器的按鍵等交流方式相比，人們更傾向于和家居進行智能交互，于是產生了智能家居這一概念。而語言作為人與人之間最自然直接的溝通方式，自然也希望我們的語言也可以作為人機交互的溝通方式。語音識別技術隨著軟硬件的飛速發展與各個模型的完善建立日趨成熟，將語音識別技術應用到智能家居上是人們獲得更舒適生活的必然趨勢。

1 智能家居的概念和發展現狀

1984年，第一棟智能家居建筑在美國建成，標志著智能家居真正走入人們的生活。智能家居這一概念，最早由美國提出，是用戶通過電腦或手機利用網絡將家庭信息管理平臺和家居的各個系統有機結合，形成的一種相對舒適便利、安全高效的居住環境。

智能家居最早的應用來自于房間的布線系統，布線系統通過線纜將各類家用設備連接在一起。但通常布線需要在入住施工前布局鋪設好，一旦布設好，不易修改，也十分不方便，所以人們逐漸的使用無線連接方式來替代有線連接方式。但是由于家用的信息管理系統不夠完善，布線系統的使用情況并不理想。為了使用戶可以及時了解和處理家中的信息，人們發明了智能家居網關平臺。

家居信息處理平臺，又稱為智能家居網關平臺，是作為中間的橋梁將家居系統調度和控制連接起來，方便用戶同時對多個家居設備的控制的一個應用于智能家居上的關鍵和核心技術。嵌入式家電是智能家居網關的典型表現，由于網絡無線技術的發展嵌入式家電可以遍布家庭的任何一個角落，而不必考慮布線的問題，而隨著嵌入式小尺寸的服務器代替原有的PC機式的服務器，嵌入式智能家居網關成為主要形式，也成為人們在解決家居信息處理平臺技術研究的關鍵。

而嵌入式技術的發展離不開網絡的發展，外網、家居內網及家居子網是智能家居的必須的網絡支持，外網即外部寬帶接入，提供外部的信息交互通道，如電話線等。內網的作用是協調內部設備與系統的交互。子網用來實現家電的直接控制，通過遙控等方式進行。智能家電是最直接的表現，與傳統家電相比，它應用了計算機技術和數字化技術，擁有著遠程控制的功能。雖然智能家電方興未艾，但是由于市場上的接口不同，導致其兼容性低，阻礙智能家電的發展。

語言是人類最直接的交流方式，所以人們開始不滿足于通過遙控或手動來操作，于是語音識別技術開始應用與智能家居方面，人們可以離開電腦和手機，通過直接與家電交流來實現人們的需求。比如當你想看電視的時候，只需要跟電視說：打開央視一套，而不是去尋找遙控器。

2 語音識別技術的發展過程與基本原理

2.1 語音識別技術的發展過程與現狀

語音識別技術起步于語音信號處理。在1939年，Dudley實驗室發明了第一個聲碼器，為語音產生模型奠定了基礎。1948年“語圖回放機”的發明則是語音合成技術的雛形。在1952年，貝爾研究所的Davis等人研制出第一個“說話人孤立數字識別系統”，是最早的語音識別技術的原型。在20世紀的60年代到80年代期間，語音識別技術飛速發展，先后提出了矢量量化模型、隱性馬爾克夫模型，神經網絡等技術來解決大量詞匯、非特定人和連續語音的障礙。20世紀90年代后，伴隨著處理器存儲器等硬件水平的提高，語音識別技術逐漸從實驗室的研究走向大眾的生活里。從簡單的智能語音識別輸入法發展到語音遙控智能家居智能駕駛等技術，極大地方便了人們的生活。

2.2 語音識別系統的基本原理

語音識別實際上為模式識別的一種，計算機首先對輸入的語音信號進行前端信號的預處理，數字化和消除噪聲過后，則對輸入的語音信號進行特征提取，建立起所需的模型庫。在實際的識別部分，計算機仍然對測試語音信號進行相同的預處理和特征提取過程。提取過相應的特征后，則和建立好的語音模板庫中的語音信息進行比較，根據建立好的判別系統判別是否匹配，匹配則識別出相應的結果進行輸出。

3 語音識別技術在智能家居中的應用

3.1 在智能電視中的應用

語音識別技術在電視中的應用包括以下的3個方面，語音的輸入、處理和執行。首先是語音的輸入，該過程可以通過遙控器、智能電視內置的傳聲器或相應的手機App進行，但是使用手機App需要用戶使手機和電視處于同一網段，通過WiFi傳輸語音數據。用戶可以通過對這三者說出自己的需求來實現對智能電視的操作，比如換臺、上網或者打開已下載的App等。其次是對語言信號進行處理，這里有兩種方式。一是通過網絡，在進行特征提取、降噪處理之后，將語音信號送至網絡識別客戶端，再由網絡識別客戶端發送到智能電視上進行命令的執行。二是在本地進行識別，該方法通過聲學模型和語法模型共同進行語音識別，直接將命令傳輸至智能電視。最后是用戶命令的執行，通過語音識別引擎對語音信號的處理后，再將命令送至相應的接口，實現相應功能模塊的執行。

3.2 在空調方面的應用

目前，由于家居中的空調大部分都是不連接網絡，因此語音信號的識別通常在本地進行，這樣就無法通過網絡進行語言的輸入，所以用戶只能通過遙控器或家居空調的內置傳聲器進行語音的輸入。而且語言的處理也需要在本地進行，這就需要用戶建立自己的詞庫，這是尤為重要的一步，用戶通過朗讀命令控制表中的詞匯，再經空調的處理，將用戶自己的語音特征矢量儲存在詞庫中。在詞庫建立后，用戶命令的執行就簡單了，用戶只需要將命令控制詞進行簡單的組合，就可以控制家居空調的全部功能。例如，用戶如果想將溫度升高到23℃，只需要說出“空調”“升高”“2”“3”“度”這幾個關鍵詞，空調就可以正確處理并執行用戶的命令。

3.3 在照明方面的應用

家居照明系統的語音識別由語音采集設備和控制中樞構成。與智能電視和空調不同，家居照明系統需要進行布線，但是語音輸入的方法是一樣的，同樣可以通過遠程設備（手機、遙控器等）或者內置傳聲器等語言采集設備來實現語音信號的采集，但是由于大部分照明系統都使用內置傳聲器進行語音信號的采集，而且室內環境嘈雜，這就需要進行程度更深的降噪處理。而且和家居空調一樣，家居照明系統同樣是一種不連接網絡的設備，因此語音信號的識別也必須在本地進行，這同樣可以通過建立詞庫的方式來實現，并且該詞庫的建立比家居空調要簡單得多，最后將建立好的詞庫儲存在控制中樞的儲存器中，就可以實現家居的智能化。

語音識別在智能家居中的應用不僅限制于以上智能電視、智能空調和室內照明中的應用，還包括掃地機器人、智能微波爐等上的應用。小小的語音識別技術的應用模塊可以極大的改變未來我們的家居生活。

4 結論

本文介紹了智能家居在過去40年里的發展歷程及現狀，并詳細的介紹了語音識別在智能家居方面的應用，并在智能電視、家居空調和智能家居照明系統的應用進行了簡析。目前，語音識別技術已經足夠成熟，已被廣泛應用于手機等設備，但是智能家居還處于探索階段，并未廣泛應用于千家萬戶，未來希望飛速發展的語音識別技術將帶動智能家居的發展和進步。

參考文獻

[1]詹新明，黃南山，楊燦.語音識別技術研究進展[J].現代計算機（專業版），2008，24（9）：43-45.

[2]陳越.基于語音控制的LED家居智能照明系統研究[J].無線互聯科技，2016（9）.

[3]曹璇，劉訪.基于語音識別的家居空調控制系統設計[J].家電科技，2013（7）：62-63.

[4]秦洪花，趙霞.智能電視語音識別技術專利分析[J].電視技術，2015，39（10）：52-55.

[5]黃仿元.利用語音識別技術實現的室內照明電路控制系統[J].電子制作，2013（14）：39-40.endprint