人工智能应用领域及其现状瓶颈

语音识别概念

语音识别技术就是让智能设备听懂人类的语音。它是一门涉及数字信号处理、人工智能、语言学、数理统计学、声学、情感学及心理学等多学科交叉的科学。这项技术可以提供比如自动客服、自动语音翻译、命令控制、语音验证码等多项应用。近年来，随着人工智能的兴起，语音识别技术在理论和应用方面都取得大突破，开始从实验室走向市场，已逐渐走进我们的日常生活。现在语音识别己用于许多领域，主要包括语音识别听写器、语音寻呼和答疑平台、自主广告平台，智能客服等。
如今，虽然伴随各种人工智能电子产品的日渐研发，特别是进入21世纪后，嵌入式的语音处理及其识别技术也有了较大进步，基于语音识别的芯片业也日渐增加。但是，也需看到，语音识别技术应用仍存在着一些技术瓶颈，而且如何通过实现芯片同人工智能技术的有机结合来更好发展语音智能识别技术，也成为了本世纪一个重要的研究内容。

语音识别原理

语音识别的本质是一种基于语音特征参数的模式识别，即通过学习，系统能够把输入的语音按一定模式进行分类，进而依据判定准则找出最佳匹配结果。目前，模式匹配原理已经被应用于大多数语音识别系统中。

一般的模式识别包括预处理，特征提取，模式匹配等基本模块。如图所示首先对输入语音进行预处理，其中预处理包括分帧，加窗，预加重等。其次是特征提取，因此选择合适的特征参数尤为重要。常用的特征参数包括：基音周期，共振峰，短时平均能量或幅度，线性预测系数（LPC），感知加权预测系数（PLP），短时平均过零率，线性预测倒谱系数（LPCC），自相关函数，梅尔倒谱系数（MFCC），小波变换系数，经验模态分解系数（EMD），伽马通滤波器系数（GFCC）等。在进行实际识别时，要对测试语音按训练过程产生模板，最后根据失真判决准则进行识别。常用的失真判决准则有欧式距离，协方差矩阵与贝叶斯距离等。

语音识别技术简介

从语音识别算法的发展来看，语音识别技术主要分为三大类，第一类是模型匹配法，包括矢量量化(VQ) 、动态时间规整(DTW)等；第二类是概率统计方法，包括高斯混合模型(GMM) 、隐马尔科夫模型(HMM)等；第三类是辨别器分类方法，如支持向量机(SVM) 、人工神经网络(ANN)和深度神经网络（DNN）等以及多种组合方法。下面对主流的识别技术做简单介绍：

  • 矢量量化（VQ），矢量量化是一种广泛应用于语音和图像压缩编码等领域的重要信号压缩技术，思想来自香农的率-失真理论。其基本原理是把每帧特征矢量参数在多维空间中进行整体量化，在信息量损失较小的情况下对数据进行压缩。因此，它不仅可以减小数据存储，而且还能提高系统运行速度，保证语音编码质量和压缩效率，一般应用于小词汇量的孤立词语音识别系统。

  • 隐马尔科夫模型（HMM），隐马尔科夫模型是一种统计模型，目前多应用于语音信号处理领域。在该模型中，马尔科夫(Markov)链中的一个状态是否转移到另一个状态取决于状态转移概率，而某一状态产生的观察值取决于状态生成概率。在进行语音识别时，HMM首先为每个识别单元建立发声模型，通过长时间训练得到状态转移概率矩阵和输出概率矩阵，在识别时根据状态转移过程中的最大概率进行判决。

  • 支持向量机（SVM），支持向量机是建立在VC维理论和结构风险最小理论基础上的分类方法，它是根据有限样本信息在模型复杂度与学习能力之间寻求最佳折中。从理论上说，SVM就是一个简单的寻优过程，它解决了神经网络算法中局部极值的问题，得到的是全局最优解。SVM已经成功地应用到语音识别中，并表现出良好的识别性能。

语音识别技术不足之处

  • 可靠性有待提高

一方面，语音智能识别技术必须排除实际应用中各种声学环境对其造成的不良影响。因为在公共场合，人能有意识排除外界噪声来获得自己想要的声音，然而计算机虽已实现智能化，但你不可能指望它在那些嘈杂环境中能够准确捕捉到你的声音，大大限制了该技术的应用范围。所以，若想在嘈杂环境中应用语音智能识别技术，就需要使用特殊抗噪麦克风，但这对于多数用户而言，是不可能实现的；另一方面，日常生活中，人们说话较随意，语言习惯较明显，如带有明显地方口音、经常重复、停顿，或插入，完全不受语法控制等，而这些语音对于经过标准式“朗读语音”存储的设备来讲，是很难识别的。为此，逐步提升语音智能识别技术的可靠性，显得很有必要。

  • 词汇量有待丰富

可以说，语音识别系统可识别词汇量的多少，在很大程度上决定了系统可完成事情的程度，若系统所配置声学模型与语音模型限制较多，当用户所引用词汇不在系统存储范围内时，或是突然从英文转中文、俄文、韩文、日文等语言时，系统很可能出现输入混乱情况。为此，今后伴随系统建模方式的逐步革新、各种搜索计算法效率的逐步提升于与硬件资源的日渐发展，语音智能识别系统很可能实现词汇量无限制与多种语言的混合，这样一来，即便用户使用多种语言，系统也是能准确识别出来的。

  • 成本有待降低，体积有待减小

在保证质量的同时，最大限度降低其成本是实现技术商业化发展的关键所在，且普遍通过规模生产形式来实现。但对于语音智能识别技术而言，要想做到降低其成本，还存在较大困难。因为对于那些功能、性能要求较高的应用，多带有“量身定制”的标记，若想规模生产，条件还不是很成熟；只有在那些对功能、性能要求不是很高的语音识别应用上，才有可能规模生产出部分低成本产品，而这些规模产品在实际应用中又可能受到功能与性能的限制。另外，微型化也将是今后语音智能识别技术实现商业化发展的一个重要手段，而要想实现这一点，同该技术本身发展程度与微电子芯片技术发展程度，均有着密切的关系。为此，把那些有着先进性能与完善功能的语音识别借助系统固化到那些更加微小的模块或芯片上，用以最大限度降低成本，也就成为了今后语音智能识别技术真正实现广泛应用的关键所在。##