Nghiên cứu về nhận dạng tiếng nói ứng dụng vào điều khiển xe lăn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

HÀ THỊ THU GIANG

NGHIÊN CỨU VỀ NHẬN DẠNG TIẾNG NÓI

ỨNG DỤNG VÀO ĐIỀU KHIỂN XE LĂN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

THÁI NGUYÊN - 2017

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

HÀ THỊ THU GIANG

NGHIÊN CỨU VỀ NHẬN DẠNG TIẾNG NÓI

ỨNG DỤNG VÀO ĐIỀU KHIỂN XE LĂN

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60.48.01.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học: TS. Vũ Việt Vũ

THÁI NGUYÊN - 2017

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu về nhận dạng tiếng nói ứng

dụng vào điều khiển xe lăn” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả

nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa

từng dùng bảo vệ để lấy bất kì học vị nào. Trong phần kiến thức chung,

nghiên cứu giải thuật áp dụng tôi có tham khảo ở một số tài liệu và đã có trích

dẫn đúng và đầy đủ. Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng

khoa học và trước pháp luật.

Thái Nguyên, tháng 11 năm 2017

Tác giả luận văn

Hà Thị Thu Giang

ii

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy Vũ Việt Vũ,

người đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành

luận văn này.

Em cũng xin cảm ơn sự dạy dỗ và giúp đỡ nhiệt tình của tất cả các quý

thầy cô tại trường đại học Công Nghệ Thông Tin và Truyền Thông Thái

Nguyên. Tất cả các kiến thức mà em được truyền đạt sẽ là hành trang quí giá

trên con đường học tập, làm việc và nghiên cứu sau này.

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng năm 2017

Tác giả luận văn

Hà Thị Thu Giang

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii

MỤC LỤC................................................................................................................. iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT......................................................................................v

DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ vi

DANH MỤC CÁC HÌNH........................................................................................ vii

MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1

Chương 1.....................................................................................................................3

TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG TIẾNG NÓI ........................................................3

1.1 Tổng quan về lĩnh vực xử lý tiếng nói...............................................................3

1.1.1. Tiếng nói là gì?...........................................................................................3

1.1.2. Biểu diễn tín hiệu tiếng nói ........................................................................3

1.1.3. Các bài toán trong lĩnh vực xử lý tiếng nói................................................6

1.2. Nhận dạng tiếng nói..........................................................................................7

1.2.1. Khái niệm nhận dạng tiếng nói ..................................................................7

1.2.2 Tổng quan về bài toán nhận dạng................................................................9

1.2.3. Các bước xử lý trong bài toán nhận dạng tiếng nói .................................11

1.3. Các khó khăn gặp phải trong nghiên cứu về nhận dạng tiếng nói..................14

1.4. Nghiên cứu về nhận dạng tiếng nói ở Việt Nam ............................................15

1.5. Ứng dụng ........................................................................................................16

1.6. Kết luận...........................................................................................................16

Chương 2...................................................................................................................17

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG TIẾNG NÓI ..............17

2.1. Mô hình Markov ẩn (Hidden Markov Model - HMM) ..................................17

2.1.1. Chuỗi Markov...........................................................................................17

2.1.2. Mô hình Markov ẩn..................................................................................18

2.1.3. Tính Likelihood: thuật toán Forward .......................................................21

2.1.4. Thuật toán Viterbi cho bài toán giải mã...................................................25

2.1.5. Học trên mô hình Markov ẩn: Thuật toán Forward-Backward................27

iv

2.2. Mạng Nơ ron nhân tạo ....................................................................................28

2.2.1. Cấu trúc mạng Nơron ...............................................................................28

2.2.2. Mạng Nơ ron lan truyền thẳng một lớp....................................................30

2.2.3. Mạng Nơ ron lan truyền thẳng nhiều lớp .................................................31

2.2.4. Học trong mạng Nơ ron nhiều lớp ...........................................................32

2.2.5. Học xây dựng cấu trúc mạng nơ ron ........................................................33

2.3. Mô hình âm học ..............................................................................................34

2.3.1. Mô hình toán học của hệ thống nhận dạng..................................................34

2.3.2 Đơn vị huấn luyện cho Tiếng Việt................................................................34

2.4. Mô hình ngôn ngữ...........................................................................................35

2.5. Kết luận...........................................................................................................36

Chương 3...................................................................................................................37

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE LĂN BẰNG TIẾNG NÓI...............37

3.1. Giới thiệu ........................................................................................................37

3.2. Giới thiệu về hệ thống xe lăn và quy trình điều khiển....................................39

3.2.1. Giới thiệu về các thành phần chính của xe lăn.........................................39

3.2.2. Quy trình điều khiển hoạt động của xe lăn...............................................39

3.3. Nhiệm vụ và chức năng của hệ thống.............................................................40

3.3.1. Nhiệm vụ của hệ thống.............................................................................40

3.3.2. Chức năng của hệ thống ...........................................................................40

3.4. Thiết kế hệ thống điều khiển xe lăn................................................................40

3.4.1. Phần mềm, thư viện và CSDL nhận dạng. ...............................................40

3.4.2. Các bước của giải thuật điều khiển xe lăn................................................41

3.4.3. Thiết kế phần mềm...................................................................................43

3.5. Chạy thử..........................................................................................................51

KẾT LUẬN...............................................................................................................52

Những kết quả đã đạt được .............................................................................52

Hướng phát triển tiếp theo của đề tài..............................................................52

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................54