DSP嵌入式说话人识别系统的设计与实现

知的非线性特性。在DSP硬件资源配置中，MFCC在识别性能和DSP内部空间占用方面也取得了很好的平衡。在该系统中使用16个滤波器(M=16)构成的滤波器组。图4所示是MFCC的提取过程。

2．3 识别方法选择与实现

基于该系统对速度、识别效率、存储空间的要求，这里的识别方法选为高斯混合模型。高斯混合模型(GMM)可以看成是状态数为1的连续分布隐马可夫模型CDHMM。一个M阶混合高斯模型的概率密度函数是由M个高斯概率密度函数加权求和得到，所示如下：

式中：X是一个D维随机向量；bi(Xi)是子分布，i=1，2，…，M是子分布；ωi是混合权重，i=1，2，…，M。对GMM模型参数的估计方法该系统采用最大似然估计。对于一组长度为T的训练矢量序列X={X1，X2，…，XT}，GMM的似然度可表示为：

由于式(5)是参数λ的非线性函数，很难直接求出其最大值。因此，该系统采用EM算法估计参数λ。

2．4 算法实现过程中的具体考虑．

(1)FFT变换点数的选择。FFT变换点数选择很重要，如果选择太大，则运算复杂度变大，使系统响应时间变长，如果选择太小则可能造成频率分辨率过低，提取参数误差过大。该系统中选取的点数为240点。
(2)模型参数的选择。首先模型阶数M必须适中，必须足够大，可以充分表示出空间的分布。然而，阶数也不能太大，否则数据数量不足，也无法准确描述特征空间分布。考虑该系统对参数的存储空间要求，并综合以上考虑，该系统选用的阶数为32阶。
(3)协方差矩阵类型。考虑到减少计算量，这里采用对角阵。在高维特征空间中，对角阵比全矩阵优势更为明显。
(4)方差限定。当训练数据不足或者是存在噪声干扰时，方差幅度会很小，这样会导致模型概率函数的奇异性，所以每次EM迭代时，都需要对方差进行限定。即：

根据实验结果，该系统选取S2 min为0．025
(4)模型初值的设定：EM算法是寻找局部最大概率的模型。不同的初值会导致不同的局部极值。该系统中采用的是K均值法。

2．5 K均值法应注意的几个问题

(1)聚类中心的初始化。对于聚类中心数目由GMM模型决定，假设是N。对于聚类中心的初始化，一般取前N个矢量作为聚类中心，但在实验过程中发现，这种方法不具有针对性，往往设立的初始的聚类中心不具有很好的聚类效果。所以这里采用取质心法。具体方法为：
第一步先求出训练集S中全体矢量X的质心，然后在S中找出一个与此质心的畸变量最大的矢量Xj，再在S中找到一个与Xj的畸变量最大的矢量Xk。以Xj和Xk为基准进行胞腔划分，得到Sk和Sj两个子集。对这两个子集分别按照同样的方法划分得到4个子集。依次类推，得到N个子集。这N个子集的质心即为初始的聚类中心。
(2)聚类中心改进量δ的选择。对于聚类中心改进量δ的选择，若选择太大，则聚类不充分，影响训练效果；若太小，则会导致训练无法完成，该系统通过试验，取比较适中的数0．01。
(3)最大迭代次数的选择。对于最大迭代次数的选择，太小会导致误判，太大导致训练不成功时过多的占用系统时间。该系统迭代次数设为100，比较适中。

3 实验结果及改进点

通过系统调试及改进，该系统最终实现10个说话人的身份识别，并自举运行。运行时通过Switch组合可方便的选择训练或识别的功能，并可更新说话人。训练，识别的进度及结果通过LED组合显示。利用该系统对5男5女10个人进行训练，每人500次测试，结果正确识别率为98％，识别时间为3 s左右。说明该系统可以有效的识别说话人的身份。对于该系统，识别时间及识别率上还有改进空间，以后工作可围绕识别时间上改进。

发布者：小宇