语音警报安防监控系统方案

1、 淮 阴 工 学 院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：祥学 号：1091302132专 业：通信工程设计(论文)题目：语音报警安防监控系统（单片机+传感器+语音处理）指 导 教 师:胡荣林2012年12月7号 毕 业 设 计（论文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述课题研究的背景在当前智能视频监控技术实现智能视频监控的基础上，对将声音识别技术引入到智能安防中进行研究。由于在智能视频监控中研究的对象为视频图像序列，通过对视频序列的分析与处理进行各种报警预防处理，来实现智能监控。但是对于摄像头监控围以外的区域发

2、生的事情并不能进行视频监控与图像序列分析，无法观察到发生了什么事情。特别在小区环境中，并不能通过摄像头观察到整个小区的各个角落到底发生了什么事情。同时，即使是在摄像头的监控区域，如果监控的人没有做监控规N#I-的事情，即使发生了任何事情，摄像头获得的图像序列也不会进行任何报警处理。比如，在小区的停车监控区进行防偷车的行为监控，如果在监控区域或者附近有人进行争吵，而此时并没有工作人员对争吵区域所在的视频进行监视，那么是不知道那里发生了任何事情的，同时也不会有报警记录，无法通知相关人员处理突发事件。本文研究目的是通过引入语音识别技术中的情感识别和关键词识别技术来处理视频序列无法处理的如争吵、打架、

3、发生火灾的呼救等与语音有关的信息，例如，当发生火灾的事情出现在小区的非视频监控区域的时候，不可能通过摄像机来获得任何报警预告信息，但是在这种情况下，如果有人发现火灾，并进行呼救的话，就可以对呼救人的语音进行关键词识别和语音情感分析，对监控人员进行告警通知并进行突发事情处理。如何通过对语音的分析处理来增强小区安防监控的智能化程度，实现真正的智能安防小区，是本文所要探讨研究的问题。研究方面1. 单片机:单片机AT89C51采集设备的各种信息，根据不同设备和传感器，可以是压力、流量、温湿度、电压、电流等，然后与预先存储在单片机的阈值比较，若超出正常围，则通过机拨号电路拨打维护人员的固定或移动，等待拨

4、通后再控制ISD4004构成的数码语音电路播放相对应的故障信息。维护人员听到信息后根据故障优先级作相应处理。11 语音电路 ISD4004语音芯片是由美国ISD公司推出的新产品，单片录放语音时间8-16min，操作简单，音质好。芯片含振荡器、防混滤波器；平滑滤波器、自动静噪、音频放大器与高密度多电平闪烁存贮阵列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制，操作命令通过串行通信接口(SPI或Microwire)送人。芯片采用多电平直接模拟量存贮技术，每个采样值直接存贮在片的闪烁存贮器中，因此能够非常真实自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路固置化和压缩造成的量化噪声和金属声。

5、采样频率可为40，53，64，80kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降，片信息存于闪烁存贮器中，可在断电情况下保存100年(典型值)，反复录音10万次。 ISD4004与单片机连接较为简单，单片机的P12P14分别控制ISD4004的片选信号SS、串行输入引脚MOSI、串行输出引脚MISO与串行时钟输入。值得注意的是ISD4004供电电压为3 V，需要专门的稳压电路。同相模拟输入(ANAIN+)和反相模拟输入(ANAIN一)端最大输入电平为16mV。音频输出可直接接人机受话器端代替麦克风。 ISD4004工作于SPI串行接口。SPI协议是一个同步串行数据传输协议，录音、放音、停止时

6、序图 应用注意： (1)电源(VCCA，VCCD) 为使噪声最小，芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并分别引到外封装的不同管脚上，模拟和数字电源端最好分别走线，尽可能靠近供电电源处相连，而去耦电容应尽量靠近器件。 (2)地线(VSSA，VSSD) 芯片的模拟和数字电路也使用不同的地线。几个VSSA尽量在引脚焊盘上相连，并用低阻通路连到电源图上，VSSD也用低阻通路连到电源上。 (3)同相模拟输入(ANAIN+) 这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。 12 机与单片机接口电路 机电路与单片机AT89C51接口如图4所示。单片机用于模拟拨打动作，摘机一拨号一通话一挂机。摘

7、机动作利用双组继电器代替机叉簧完成，拨号利用单片机IO口通过软件控制话机按键电路完成，通话则是把语音电路信号输出接人话机电路麦克风的输入端，达到控制放音。 2 系统软件设计 检测电路程序因所连接设备而异，故不做介绍，重点介绍ISD4004录放音程序和机拨号程序。 21 主程序 主程序完成对设备信息和数据的采集，并且与用户设置的门限值比较，从而判断设备是否有故障，若有故障则调用报警子程序即通过播放报警语音。 22 录放音程序 录放音程序主要是接收指令后通过SPI总线对ISD4004进行控制。需要注意的是系统在启用前，要预先录制报警语音，为了能灵活播放语音信息，报警语音是分段存放在ISD4004中

8、的，播放时根据地址播放每段语音。播放时要根据每段录音的长短做相应的延时。 3 结 语 上述系统利用单片机、语音电路和机完成了设备远程语音报警功能，可以广泛应用于油田、电信、电力等无人职守设备的故障报警。如果在系统中增加Modem，还可以完成远程计算机监控功能。2. 传感器:传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾)，并将探知的信息传递给其他装置或器官。国家标准GB766587对传感器的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受被测量的信息，并能

9、将检测的感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。3. 语言处理3.1 语音信息的预处理:语音信号的高频预加重、分帧、加窗等几个特征参数提取前的语音信息分析处理过程。3.2 预加重: 预加重是一种重要的前处理技术。由于语音信号的平均功率谱受声门激励和口鼻辐射的影响，高频端大约在800Hz以上按6dB倍频程跌落，使得高频部分的能量比较小，易受干扰。为此，在分析语音信号之前，需对其高频部分进行增强。另外，为了对数字化的语音信号进行平滑处理以与减少在以后的信号处理中受到硕士学位论文第-二

10、章语音识别相关基础理论知识有限精度的影响，也必须首先对语音信号进行预加重。用具有6dB倍频程的提升高频特性的预加重数字滤波器实现。3.3 分帧: 语音信号虽然是一种典型的非平稳信号，是时变得，但是由于语音的形成过程是与发音器官的运动密切相关的，人的发音器官的肌肉运动速度较慢，这种物理运动比起声音振动速度缓慢得多，因此可以假定语音信号为短时平稳的，即在10-20ms这样的时间段，其频谱特征和某些物理特征参量可近似的看作是不变的。这样，就可以采用平稳过程的分析处理方法来处理了。这种时间依赖处理的基本方法，是将语音信号分帧加以处理。这些帧就好像是来自一个具有固定特征的持续语音片断一样，各帧一般都按要

11、求重复(常是周期的)，对每帧语音进行处理等效于对固定特性的持续语音进行处理。各帧之间常有一些叠接，对每帧的处理结果是一个数或一组数。因此经过处理后将从原始语音序列产生一个新的依赖于时间的序列，并被用于描述语音信号的特征。所以，一般每秒的帧数约为33到100之间，视实际情况而定，分帧虽然可以采用连续分段的方法，但一般要采用交叠分段的方法，这是为了使帧与帧之间平滑过度，保持其连续性。前一帧和后一帧的交叠部分称为帧移。帧移与帧长的比值一般取为oNl2之间。在语音信号分析中常用“短时分析”表述。3.4 加窗: 语音信号的分帧是通过对可移动的有限长度窗口进行加权的方法来实现的。这个窗口若用代数的函数形式

12、表达出来，就称为窗函数。一般，人们把乘以窗函数后取出的短时语音区间称为帧，这个区间的长度称为帧长(也称窗宽)，把相邻两个区间之间的间隔称为帧移(或窗移)。在语音信号常用得比较多的是矩形窗、汉明窗、汉宁窗。参考文献1力，钱向民，邹采荣等语音信号中的情感识别研究J软件学报，2001，12：105010552丹宁，蔡莲红基于韵律特征的汉语情感语音分类A第一届中国情感计算与智能交互学术会议论文集C，20033朱朝辉，志庚等E-Teatrix中虚拟人物与情感系统构造A第一届中国情感计算与智能交互学术会议论文集C：中国科学院自动化研究所，2003：242-2474方，徐明星，牟晓隆等汉语语音听写机技术的研

13、究与实现J软件学报，1999，10(4)：436-4445吴旭辉，吴亚栋基于特征空间轨迹匹配方式的语音关键词检测法J计算机工程与应用，2003，39(36)：83866郝杰，星网络语音识别中关键词的后验可信测度J清华大学学报，2002，42(7)：885-8887王守觉，徐健，王宪宝等基于仿生模式识别的多镜头人脸身份确认系统研究J电子学报，2003，31(1)：8王守觉，兆洲，向东等通用神经网络硬件中神经元基本数学模型的讨论J电子学报，2001，29(5)：5775809王守觉，晓霞，徐春燕等一种基于高维空间覆盖动态搜索方法的非特定人连续数字语音识别的研究J电子学报，2005，33(10)：1

14、7901793天任数字语音处理M：华中科技大学，2003毕 业 设 计（论文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：解决的问题：通过利用现代通信网络技术、计算机技术、自动控制技术、IC卡技术，通过有效的传输网络，建立一个由住宅小区综合物业管理中心与安防系统、信息服务系统、物业管理系统以与家居智能化组成的"三位一体"住宅小区服务和管理集成系统，使小区与每个家庭能达到安全、舒适、温馨和便利的生活环境，最终目的是使每个住户得到满足其需求的最佳方案。采用手段： 1、Web服务器的构建Web Service是一个可命名的网络资源，允许在Web站点上放置可编

15、程的元素，是一种基于Web的较理想的分布式计算和处理模式，具有完好的封装性，松散的耦合，标准协议和高度可集成能力等主要特征。目前，Web Service的平台较多，最典型的有微软的Net和Sun的J2EE。这些平台的性能各有千秋。其中，基于成本和Linux操作系统的考虑，本文选择开源的基于Apache Axis的Web Service实现方案。Apache Axis采用了兼容的标准和协议，利用SOAP运行环境和基于Java的API框架实现了Web服务的核心组件技术。基于Web Service的Web服务器是由面向用户的外部接口和部功能模块组成。其中，外部接口主要涉与用户账户管理、日志管理、触发

16、器的管理和配置、报警器的管理和配置、音视频的数据管理、报警的的管理和与控制服务器的链路参数的配置和监视。部接口主要有专注与控制服务器联系的通讯模块和日志管理模块。为了保证通讯的开放行和系统的扩展行，部通讯模块的协议的设计遵照TCP/IP协议标准，参照电子协议簇的POP3协议请求和应答方式。日志管理模块主要完成用户登陆和操作等事件的数据存储和读取。2、控制服务器的构建控制服务器是系统的核心服务器。它主要通过并串口的通讯方式完成外围设备的控制。此外，任何事件必须导入到数据库服务器,以备以后查阅。并口数据的定时读取为了与时获取触发器的报警信号，系统需要打开一个定时器，不断读取并口IO卡的数据。时间间

17、隔可根据实际的工作情况而定，通常时间间隔在几十毫秒到几秒之间，太短则会影响计算机响应，太长则会影响事件的捕捉。为了正确读取并口数据，控制服务器应该在运行状态下设置IO端口号，以便与选用的硬件IO端口号一致。（2）触发事件的判断控制服务器取得并口数据之后，进行分析来判断是否有报警信号以与对应的触发器，以便进行相应的报警动作，如鸣音、录像、拨打等。a、触发器的编码：由于可能存在多个触发器，因此，需要事先为每个触发器约定其报警信号对应的并口数据。不同触发器对应的并口数据之间不能出现二进制包容，例如，假设触发器1对应的并口数据为二进制“00001011”，而触发器3对应的并口数据为二进制“ 00000

18、011”，那么当端口读到的数据为二进制“00001011”时，系统就无确判断是一个触发事件还是两个触发事件。b、触发事件的分析：控制服务器从并口卡读取到1个数据之后，需要分析出有哪些事件发生。具体方法是逐个将触发器编码与该数据进行“与”运算，如果结果等于此触发器编码，则说明有此触发器有事件发生，应予以响应。因此，当有多个事件同时发生，控制服务器也能全部响应。c、触发器与并口线的连接：为了从并口卡取得相应的编码，需将触发器的信号输出线与并口输入端正确地连接起来。从电气特性上来说,触发信号通常是一个具有一定脉宽（几百毫秒几秒的数据量级）的脉冲信号。当一个触发事件产生时，触发器应该将并口对应的输入针

19、脚设置为高电平并持续一个脉宽时间长度。例如触发器4在产生一个事件时，将并口输入的第1、2 针脚设置为高电平，则逻辑上就应该为触发器4的事件编码为“00000011”。因此，为了使控制服务器能够准确无误地获取触发事件，需保证并口对触发器的电气信号接入和触发信号的逻辑编码一致。（3）报警设备的控制a、报警器的编码：控制服务器获取触发事件之后，可以通过并口进行各种报警动作。当有多个报警设备需要并口控制时，应为每个设备进行逻辑编码。因此，当获得某特定事件后，控制服务器才能正确地通过并口输出控制码，达到启动响应报警设备的目的。类似触发器编码，在为报警器编码时，也要避免出现二进制包容问题。b、输入/输出对应关系的设置：控制服务器在获取某触发事件之后，应该自动向报警并口卡发送控制码，准确地打开相应的报警器。为此，控制服务器需要对并口输入的触发事件和并口输出的报警控制设定对应关系，即控制服务器响应某触发事件后，应向并口发送特定的数据，以便控制相应的一个或多个报警设备。目前，输入/输出