語音操作軟件的數據庫設計與實現

鄭宇煜　蔡震東　丘洪偉　陳栩聰

摘? 要：近年來，隨著互聯網的快速發展和廣泛普及，語音識別技術趨于完善，語音識別技術能將人們的語音信號轉換為文字。文中所述軟件通過語音識別并記錄的方式，為用戶減少重復機械的操作，給用戶的日常電腦使用中帶來更好的體驗，而軟件的良好運營離不開數據庫的支持。該研究以“基于大數據的云助理”為背景，語音識別技術為核心，使用C/S為架構，從理論和實踐兩方面去闡述關于該語音操作軟件的數據庫設計與實現。

關鍵詞：語音操作;SQL數據庫技術;C/S結構;E-R圖

中圖分類號：TN912.3? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）02-0015-03

Abstract：In recent years，with the rapid development and widespread popularity of the internet，speech recognition technology has become more sophisticated，and speech recognition technology can convert peoples speech signals into text. It is proposed that the software uses voice recognition and recording to reduce the repeated mechanical operations for the user and bring a better experience to the daily computer use of the user. The good operation of the software is inseparable from the support of the database behind him. The research takes “big data-based cloud assistant” as the background，speech recognition technology as the core，and uses C/S as the architecture. The theoretical and practical aspects of the database design and implementation of the speech operation software are explained.

Keywords：voice operation;SQL database technology;C/S structure;E-R diagram

0? 引? 言

隨著時代的進步和物聯網的興起，語音識別技術已經逐漸覆蓋我們的日常生活。本文所述的語音操作軟件是一個基于C#語言編寫、以微軟的SQL為數據庫的語音軟件。在聯網情況下，通過外接API，針對用戶操作喚醒與用戶操作相對應的命令，喚醒命令就從客戶端與服務器里的數據庫進行交互，并回傳用戶所喚醒的命令，最后實現用戶指定的操作。由于語音操作軟件需要存儲大量的數據，而大量數據的存儲集合會給服務器帶來壓力、長久的數據存儲產生的冗余也需要有應對方法，因此提高數據庫的運行效率和對數據庫進行長久考量就顯得尤為重要。針對上述情況，本文從數據庫的概念設計、邏輯設計等方面去解決所述語音操作軟件所遇到的問題。

1? 系統分析

1.1? C/S結構

本文的語音操作軟件采用的是C/S架構。C/S架構是客戶端/服務器，也是分布式架構，它將軟件的任務分解為兩層，分別是客戶端和服務器，軟件在客戶端上實現客戶端與用戶的交流，在服務器上根據相應的命令進行數據管理。

這種架構模式的主要優勢：首先在于具有較強的交互性，用戶可以較為直觀地感受軟件帶來的變化，讓用戶有較好的參與感;其次是安全性，C/S架構對信息的控制力強，其一是因為它是建立在特定的平臺上，影響范圍有限，其二是它所面對的用戶群體是固定的，傳播范圍也同樣具有一定限制;最后是擁有較好的數據處理能力，由于C/S架構分為客戶端（Client）和服務器（Server），該架構的計算層面主要是根據客戶端反饋的數據，服務器通過數據執行相應計算，最后返回客戶端所需要的數據，在這個過程中，客戶端的主要作用是與用戶進行良好的交互，服務器則是承擔計算的主要角色，這種分布式的架構不僅減輕了服務器的負擔，也使服務器有更好的數據處理能力。C/S架構模型如圖1所示。

1.2? 軟件模塊的設計與實現

（1）語音操作模塊。語音操作模塊是本文所述軟件的主要功能模塊，它針對用戶的命令完成已制定的操作。在聯網情況下，用戶在客戶端輸入的實時語音，通過網絡上傳到服務器上，服務器對用戶指令進行反應，并返回對應的操作數值給客戶端，客戶端接收到操作數值完成操作。用戶也可以在客戶端自定義命令，并上傳到服務器里的用戶個人庫模塊進行存放，方便用戶調用。

（2）個人庫模塊。個人庫模塊是本文所述軟件的主要模塊之一，它主要的功能是存放每個用戶所擁有的命令庫，并在用戶需要時進行調用。個人庫模塊是用戶專屬的數據庫，它是由服務器進行存儲。

（3）喚醒庫模塊。喚醒庫模塊是本文所述軟件的次要模塊之一，它的主要的功能是同一條命令可以擁有多條喚醒的語言方式。一個人不僅有一個稱呼，計算機指令也一樣，喚醒庫通過保存別名的方式擴寬指令的呼喚范圍。

（4）指令庫模塊。指令庫模塊是本文所述軟件的擴展模塊，它主要的功能是拓展用戶能使用的命令。用戶獲取新命令的方式一般有兩種，第一種是通過自己在客戶端編寫指令，將指令及其附屬內容上傳至數據庫;第二種是根據用戶自身的權限在服務器的指令庫中下載指令。指令庫包含多種官方制作的命令，用戶在聯網的狀態下，通過點擊客戶端的指令庫按鈕，可以得到多種命令，用戶可以根據自身的權限下載權限內的命令。

（5）軟件實現。軟件的UI如圖2所示。

2? 數據庫設計

2.1? 設計策略

數據庫的設計策略是數據庫設計的重要前奏和基礎，它決定了管理員設計數據庫的角度。數據庫設計策略一般分為兩種，分別是自底向上和自頂向下的策略。自底向上策略從基礎數據管理和底層業務入手，從子系統開始完善，再將各個子系統集成并進行數據綜合，最后完成對整個數據庫的設計;該語音操作軟件的數據庫設計策略選擇的是自頂向下策略，它從軟件的高層入手，通過用戶需求，分析軟件實現目標、方法、策略等，從高層構建數據模型，再進行步步細化，直至成為可以識別的特定數據庫及其應用。

2.2? 總體設計

在數據庫的總體設計中，首先是概念設計，即對用戶需求進行歸納總結，然后將需求抽象化進行數據庫建模。概念設計常使用E-R圖作為表現形式。E-R圖也稱為實體-聯系圖，它有三個關鍵詞：實體集、聯系、屬性。

實體集是指客觀存在的實體的集合，在E-R圖中使用矩形表示，它擁有著相同的數據類型和屬性，既可以是現實存在的事物，也可以是抽象存在的概念在該軟件中的實體集有用戶信息、個人庫、喚醒庫、管理員、指令庫。

聯系是指實體集之間的關系，在E-R圖中使用菱形表示，它們通常表示實體集之間“一對一、一對多、多對多”的關系。

屬性是指實體上所具有的某項特性的值，在E-R圖中使用橢圓表示。在該軟件中的屬性有用戶ID、指令ID、郵箱、密碼、權限等。該軟件的E-R圖如圖3所示。

邏輯設計階段，邏輯設計是將前一個步驟的概念模型通過數據模型表示出來，并對數據進行規范化。這一階段主要通過范式來規范化數據庫，范式從小到大環環嵌套，通過范式要求對數據進行約束，從而達到減少冗余，提高效率的效果。但減少冗余其實也意味著增加對服務器的壓力，因此在使用范式約束的時候就需要衡量好范式與服務器之間的關系。第一范式的含義是每個屬性對應的域具有原子性，并且每個屬性的值包含該域的單個值時。第二范式的含義是在第一范式的基礎上，任意非主屬性不能依賴候選鍵屬性集合的真子集。第三范式，也是在效率上普遍被認可的范式，在滿足第二范式的基礎上，第三范式下任何一個非主屬性都不傳遞依賴任何關鍵字。這一階段的主要任務是反映業務邏輯，是數據庫設計必不可少的一部分。

2.3? 表與表的聯系

本文所述的語音操作軟件是由微軟的SQL數據庫編寫的，使用PowerDesigner軟件針對該語音操作軟件的表與表之間的主外鍵聯系進行一一對應，對表里的屬性、數據類型、實體等進行了一系列的建模。使用PowerDesigner軟件的建模結果如圖4所示。

3? 結? 論

通過使用設計策略、概念設計、邏輯設計等前期準備之后進行數據庫的編寫，本文使用了Visio軟件和PowerDesigner分別繪制了E-R圖和語音操作軟件的概念模型，最后得出表與表之間的聯系。

本軟件的數據庫是本文所述的語音操作軟件的基礎，在設計之初就需要進行多個步驟的精密策劃，同時需要考慮在未來數據量的增加給數據庫帶來一系列需要維護情況。本文所述的語音操作軟件的數據庫簡單實用，為該數據庫以后的開發提供了一定的支持。

參考文獻：

[1] 魏松，賀丹娜.基于MYSQL的學生信息管理系統數據庫設計 [J].計算機光盤軟件與應用，2012（14）：207+209.

[2] 張永梅.MySQL數據庫技術在公民健康信息管理系統中的應用 [D].西安：西安電子科技大學，2010.

[3] 李安娜.SQL SEVER數據庫設計及三種經典設計方法 [J].信息與電腦（理論版），2009（10）：84-85.

[4] 魏蘋.城市基礎地理信息數據庫設計與實現 [D].長春：吉林大學，2013.

作者簡介：鄭宇煜（1998.02-），男，漢族，廣東揭陽人，本科，研究方向：數據庫管理。