語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，也被稱為自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別（Automatic Speech Recognition，ASR），是以語(yǔ)音為研究對(duì)象，通過(guò)語(yǔ)音信號(hào)處理和模式識(shí)別讓機(jī)器理解人類語(yǔ)言，并將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可輸入的數(shù)字信號(hào)的一門技術(shù)。

語(yǔ)音識(shí)別的技術(shù)歷程

現(xiàn)代語(yǔ)音識(shí)別可以追溯到1952年，Davis等人研制了世界上第一個(gè)能識(shí)別10個(gè)英文數(shù)字發(fā)音的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從此正式開(kāi)啟了語(yǔ)音識(shí)別的進(jìn)程。語(yǔ)音識(shí)別發(fā)展到今天已經(jīng)有70多年，但從技術(shù)方向上可以大體分為三個(gè)階段。

下圖是從1993年到2017年在Switchboard上語(yǔ)音識(shí)別率的進(jìn)展情況，從圖中也可以看出1993年到2009年，語(yǔ)音識(shí)別一直處于GMM-HMM時(shí)代，語(yǔ)音識(shí)別率提升緩慢，尤其是2000年到2009年語(yǔ)音識(shí)別率基本處于停滯狀態(tài)。2009年隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)，特別是DNN的興起，語(yǔ)音識(shí)別框架變?yōu)镈NN-HMM，語(yǔ)音識(shí)別進(jìn)入了DNN時(shí)代，語(yǔ)音識(shí)別精準(zhǔn)率得到了顯著提升。

2015年以后，由于“端到端”技術(shù)興起，語(yǔ)音識(shí)別進(jìn)入了百花齊放時(shí)代，語(yǔ)音界都在訓(xùn)練更深、更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)利用端到端技術(shù)進(jìn)一步大幅提升了語(yǔ)音識(shí)別的性能，直到2017年微軟在Swichboard上達(dá)到詞錯(cuò)誤率5.1%，從而讓語(yǔ)音識(shí)別的準(zhǔn)確性首次超越了人類，當(dāng)然這是在一定限定條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還不具有普遍代表性。

語(yǔ)音識(shí)別原理

語(yǔ)音識(shí)別的本質(zhì)是一種基于語(yǔ)音特征參數(shù)的模式識(shí)別，即通過(guò)學(xué)習(xí)，系統(tǒng)能夠把輸入的語(yǔ)音按一定模式進(jìn)行分類，進(jìn)而依據(jù)判定準(zhǔn)則找出最佳匹配結(jié)果。目前，模式匹配原理已經(jīng)被應(yīng)用于大多數(shù)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)中。如圖1是基于模式匹配原理的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)框圖。

一般的模式識(shí)別包括預(yù)處理，特征提取，模式匹配等基本模塊。如圖所示首先對(duì)輸入語(yǔ)音進(jìn)行預(yù)處理，其中預(yù)處理包括分幀，加窗，預(yù)加重等。其次是特征提取，因此選擇合適的特征參數(shù)尤為重要。

常用的特征參數(shù)包括：基音周期，共振峰，短時(shí)平均能量或幅度，線性預(yù)測(cè)系數(shù)（LPC），感知加權(quán)預(yù)測(cè)系數(shù)（PLP），短時(shí)平均過(guò)零率，線性預(yù)測(cè)倒譜系數(shù)（LPCC），自相關(guān)函數(shù)，梅爾倒譜系數(shù)（MFCC），小波變換系數(shù)，經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解系數(shù)（EMD），伽馬通濾波器系數(shù)（GFCC）等。

在進(jìn)行實(shí)際識(shí)別時(shí)，要對(duì)測(cè)試語(yǔ)音按訓(xùn)練過(guò)程產(chǎn)生模板，最后根據(jù)失真判決準(zhǔn)則進(jìn)行識(shí)別。常用的失真判決準(zhǔn)則有歐式距離，協(xié)方差矩陣與貝葉斯距離等。

語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)涉及的領(lǐng)域有哪些

它涉及的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，包括但不限于以下幾個(gè)方面：

智能語(yǔ)音助手：智能語(yǔ)音技術(shù)為我們帶來(lái)了智能助理，如Siri、小愛(ài)同學(xué)等。用戶可以通過(guò)語(yǔ)音與智能助理進(jìn)行交流，詢問(wèn)天氣、定鬧鐘、發(fā)送消息等，實(shí)現(xiàn)更加直觀、便捷的操作。

智能家居：借助智能語(yǔ)音技術(shù)，用戶可以通過(guò)簡(jiǎn)單的口頭指令控制家居設(shè)備，例如開(kāi)關(guān)燈、調(diào)整溫度、播放音樂(lè)等，實(shí)現(xiàn)智能家居的全方位控制和管理。

醫(yī)療領(lǐng)域：語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)可以輔助醫(yī)生對(duì)病人進(jìn)行診斷，對(duì)病人的病情和治療方案進(jìn)行記錄等。此外，它還可以應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備的操作中，使得醫(yī)療設(shè)備更加智能化和便利化。

教育領(lǐng)域：語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)可以輔助學(xué)生進(jìn)行口語(yǔ)練習(xí)，提高學(xué)生的英語(yǔ)口語(yǔ)水平等。另外，它還可以應(yīng)用于教育評(píng)測(cè)中，通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別來(lái)評(píng)估學(xué)生的語(yǔ)音表達(dá)能力、語(yǔ)感等。

金融領(lǐng)域：語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)可以用于身份驗(yàn)證、語(yǔ)音指令操作等。此外，它還可以應(yīng)用于金融客戶服務(wù)中，使得客戶可以通過(guò)語(yǔ)音來(lái)查詢賬戶信息、進(jìn)行轉(zhuǎn)賬等操作，更加便捷快速。

游戲領(lǐng)域：語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)可以應(yīng)用于游戲領(lǐng)域，如通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別來(lái)與游戲角色進(jìn)行交互，使得游戲更加真實(shí)、有趣。

智能客服：語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)可以幫助用戶通過(guò)語(yǔ)音指令獲取客服服務(wù)，解決客服等待時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。

語(yǔ)音翻譯：在全球化的今天，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)可以幫助人們實(shí)現(xiàn)不同語(yǔ)言之間的翻譯。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)將在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，并為人們的生活帶來(lái)更多便利。

審核編輯：黃飛