壹.導言
1.1紅外通信技術〔8〕
20世紀60年代初，壹些發達國家開始研究民用產品的遙控技術，但由於當時的技術條件，遙控技術的發展非常緩慢。20世紀70年代末，隨著大規模集成電路和計算機技術的發展，遙控技術迅速發展。遙控方式大致經歷了幾個階段:從有線到無線超聲波，從振動器到紅外，再到使用總線的微電腦紅外遙控。無論采用哪種方法，準確地傳遞信號，最終達到滿意的控制效果是非常重要的。最初的無線遙控裝置是利用電磁波來傳輸信號的。因為電磁波容易受到幹擾，也容易受到幹擾，所以逐漸使用超聲波和紅外介質來傳輸信號。與紅外線相比，超聲波傳感器頻帶較窄，能攜帶的信息較少，容易受到幹擾，造成誤操作。最理想的方式是光控，紅外遙控逐漸取代了超聲波遙控，出現了紅外多功能遙控器，成為當今時代的主流。由於紅外在光譜上處於可見光之外，具有很強的抗幹擾性和光波的線性傳播特性，不易相互幹擾，是壹種很好的信息傳輸介質。信息可以直接調制傳輸紅外光，比如信息可以直接調制紅外光的強度進行傳輸，也可以利用紅外光產生壹定頻率的載波，然後用信息調制載波，再由接收方去除載波來獲得信息。從信息的可靠傳輸來說，後壹種方法更好，這也是我們今天看到的大多數紅外遙控器所采用的方法。近十年來，紅外遙控技術發展迅速，尤其是在彩電、DVD、空調等家用電器領域。，在其他電子領域也得到了廣泛的應用。隨著人們生活水平的提高，對產品的追求更加便捷和智能化，紅外遙控技術是壹個重點發展方向。
紅外是波長在750nm到1mm之間的電磁波，其頻率高於微波，低於可見光，是壹種人眼不可見的光。紅外通信壹般使用紅外波段的近紅外線，波長在0.75um-25um之間。目前廣泛使用的家電遙控器幾乎都采用紅外傳輸技術。紅外方式作為無線局域網的傳輸方式，最大的優勢是不受無線電幹擾，使用不受國家無線電管理委員會限制。紅外數據協會(IRDA)成立後，為了保證不同廠家的紅外產品能夠獲得最佳的通信效果，紅外通信協議將紅外數據通信中使用的光波波長範圍限制在850-900nm。
1.2語音信號識別技術
語音識別是壹種高科技機器，通過識別和理解的過程，將語音信號轉換成相應的文本文件或命令。語音識別作為壹個特殊的研究領域，是壹門交叉學科，與聲學、語音學、語言學、數字信號處理理論、信息論、計算機科學等諸多學科密切相關。經過四十多年的發展，語音識別已經顯示出巨大的應用前景。某種程度上，讓機器識別語音的難度類似於壹個外語很差的人聽壹個外國人說話。與說話人不同、語速不同、說話內容不同、環境條件不同有關。語音信號本身的特點給語音識別帶來了困難。這些特征包括可變性、動態性、瞬時性和連續性。
語音識別的研究始於20世紀50年代，當時AT & amp；t貝爾實驗室實現了第壹個可以識別十個英文數字的語音識別系統——AUDRY系統。
20世紀60年代，計算機的應用促進了語音識別的發展。這壹時期的重要成果是動態規劃(DP)和線性預測分析(LP)的提出，其中後者解決了語音信號生成模型的問題，對語音識別的發展產生了深遠的影響。
20世紀70年代，語音識別領域取得了突破性進展。理論上，LP技術進壹步發展，動態時間歸壹化技術(DTW)基本成熟，特別是矢量量化(VQ)和隱馬爾可夫模型(HMM)理論的提出。在實踐中，實現了壹個基於線性預測倒譜和DTW技術的特定人孤立語音識別系統。
20世紀80年代，語音識別的研究進壹步深入，其顯著特點是HMM模型和人工神經網絡(ANN)在語音識別中的成功應用。HMM模型的廣泛應用應該歸功於美國電話電報公司貝爾實驗室的Rabiner和其他科學家的努力，他們對原本困難的HMM純數學模型進行了工程化，使更多的研究者能夠了解和理解它。由ANN和HMM模型建立的語音識別系統具有相同的性能。
20世紀90年代，隨著多媒體時代的到來，迫切需要語音識別系統從實驗室走向實用。許多發達國家，如美、日、韓、IBM、蘋果、美國電話電報公司、NTT等著名公司，都投入巨資進行語音識別系統的實用化開發和研究。
我國的語音識別研究壹直緊跟國際水平，國家高度重視，大詞匯量語音識別研究列入“863”計劃，由中國科學院聲學研究所、自動化研究所和北京大學共同研發。鑒於未來中國的巨大市場，國外也非常重視漢語語音識別的研究。美國、新加坡等地聚集了壹批來自中國大陸、臺灣省、香港等地的學者，他們的研究成果達到了相當高的水平。因此，除了加強理論研究外，還需要加快我國實驗室演示系統向商品的轉化。
目前語音識別的研究進展緩慢，主要是理論上壹直沒有突破。雖然各種新的校正方法正在出現，但它們的普遍適用性是有爭議的。具體來說，困難主要表現在:
1.語音識別系統的適應性差主要體現在對環境的依賴性強，即在某個環境下采集的語音訓練系統只能在這個環境下應用，否則系統性能會急劇下降；另壹個問題是，它不能正確響應用戶的錯誤輸入，使用不方便。
2.高噪聲環境下的語音識別很難取得進展，因為此時人的發音變化很大，比如聲音變大，語速變慢，聲調和振動峰值發生變化等。這就是所謂的倫巴第效應，必須找到新的信號分析和處理方法。
3.在語言學、生理學和心理學方面已經有了很多研究成果，但是如何將這些知識量化、建模並應用到語音識別中，還需要研究。在中大詞匯量的連續語音識別中，語言模型、語法模型和詞匯模型非常重要。
4.我們對人的聽覺理解、知識積累和學習機制以及大腦神經系統的控制機制的認識還不清楚；其次，將該領域已有的成果應用到語音識別中，仍然是壹個艱難的過程。
5.語音識別系統從實驗室演示系統向商品轉化還有很多具體問題需要解決，如識別速度、拒識和關鍵詞(句子)檢測技術(即從連續語音中去除“啊”、“唉”等語音，獲得真正要識別的語音部分)等技術細節需要解決。
語音識別的難點很多，但有效識別的關鍵是其模型和算法。模型算法是計算機描述語音的能力能否抓住人類語音本質的關鍵。在語音識別領域，雖然有資金實力和人力資源的競爭，但最根本的還是其關鍵核心技術——模型和算法的競爭。
1.3本作品設計的目的和基本思路
本工作利用PC機實現紅外控制技術和語音信號識別技術在家用電器或工業電器設備中的智能控制，以及在PC機軟件系統中的應用，如智能家用電器控制系統和多媒體教學控制系統。此外，通過使用紅外線和語音識別技術的加密手段，可以有效地對計算機系統或文件進行加密。
隨著社會的發展和國民經濟水平的提高，越來越多的PC進入了尋常百姓家、工業領域和學校教學領域。這項工作利用現有PC機的強大功能，結合紅外控制技術和語音識別技術，實現對家用電器或工廠電器設備的靈活控制和生動活潑的多媒體教學手段。在不占用太多PC資源的情況下，盡可能利用PC資源，前端硬件系統最小化，成本最小化。此外，采用了無線控制技術和紅外通信技術的完美結合，避免了單純紅外通信的空間限制和單純無線通信與現有紅外電氣設備不兼容的影響，使系統控制更加靈活。此外，該系統還可以通過連接互聯網實現對設備的遠程控制。
1.利用紅外接收電路識別各種紅外遙控器通過PC機上的USB口發出的信號，然後對信號進行分析和存儲，最後通過USB口輸出到無線電接收和紅外發射控制器，再現其紅外控制信號，從而控制設備。如圖1-1所示。在這個過程中，PC充當了學習遙控器的角色。與普通單片機開發的學習型遙控器相比，該方法可以避免增加硬件成本的優點。另外，PC強大的處理功能也是普通學習型遙控器無法企及的。
圖1-1設備控制示意圖
2.該作品的語音信號通過MIC輸入，利用語音信號識別技術結合PC強大的處理功能，有效識別不同人的語音信號。語音信號經處理後轉換成紅外控制信號或其他有效信號，控制或輸出PC應用軟件控制設備。
3.系統配有PC專用遙控器(如圖1-4)，可以用來控制PC軟件層和外部設備，相當於壹個學習型遙控器。使用這種特殊的紅外遙控器，可以實現靈活的多媒體教學方法。如圖1-3所示。
圖1-3多媒體教學控制圖1-4 PC專用遙控器
4、傳統的鍵盤密碼輸入，木馬可以很容易的記錄下輸入的按鍵信息，或者通過微型攝像頭記錄下妳的按鍵信息。基於紅外分析和語音識別技術的密碼技術可以更方便有效地對系統和文件進行加密。
1.4國內外同類課題當前研究水平綜述
中國、國家知識產權局、中國專利信息網提供的專利查詢數據庫中沒有該產品註冊的參考網站，中國專利信息網鏈接的國外搜索(如歐洲專利局、美國專利局)中也沒有該產品的註冊。
1，紅外遙控技術比較成熟，學習遙控就是壹個很好的例子。它對準學習型遙控器的接收器壹個壹個按鍵準確記錄遙控器的波形，然後在施加時再現並發射波形，但受限於內存，存儲的信號有限。經過專利檢索，發現國內外也有紅外遙控PC產品，日本築地公司也在中國申請了電腦遙控專利。大多數產品使用RS232或PS2端口來控制PC，但沒有基於USB接口控制家用電器的產品。
2.通過硬件實現的語音控制產品有很多，比如智能玩具機器狗，日本機器狗“艾博”，英國機器狗“威克”，都是基於語音控制的電子寵物，但是價格昂貴。目前，IBM、蘋果、美國電話電報公司、NTT等著名公司都投入巨資進行語音識別系統的實用化開發和研究。主要產品是語音輸入法，在設備控制上沒有使用語音的靈活控制方式。
3.純硬件實現的家居智能控制系統傳統五花八門，大多采用紅外和無線技術，但語音控制家居產品尚未出現。這些家居控制產品沒有電腦接口，無法通過電腦實現家居管理。
4.傳統的用戶認證壹般是通過鍵盤，如系統加密或文件加密。國內外還沒有通過紅外分析或語音識別實現計算機認證的方法。註冊的專利是密碼識別產品，壹般是密碼鎖和通信密碼認證技術。
1.5作業指導書
1.5.1硬件安裝
將MIC插入PC的聲卡，將紅外接收器和無線電發射器(圖1-5)插入PC的USB接口，將無線電接收器和紅外發射器控制器(圖1-6)安裝在受控設備的方向，然後連接220V電源。當被控設備沒有紅外數據關聯時，將被控設備的電源插頭插入該模塊，實現設備的電源控制。
圖1-5紅外接收器和無線電發射器
圖1-6無線電接收和紅外發射控制器
1.5.2軟件使用
最低軟件配置要求:內存64M，奔騰2處理器，WIN98/ME/2K/XP系統。
軟件安裝後，會出現如圖1-7所示的控制窗口，進入設置欄。選擇遙控器類型後，將被控設備的遙控器對準紅外接收器和無線電發射器(圖1-5)輸入紅外遙控信號，可以同時輸入語音信號。操作完成後，就完成了紅外信號和語音信號的輸入，其他數據也可以按照這個方法進行選擇。這項工作不僅可以控制電視、空調和熱水器，還可以控制PC本身。此外，還可以定制其他電器設備。如圖1-8所示，選擇網絡欄來控制遠程設備。具體使用方法在軟件幫助中有提示，操作非常簡單。
1.6市場分析與預測
1.本作硬件成本低(200元以下)，USB設備支持熱插拔，方便用戶安裝使用。軟件系統連接微軟Office工具，可以通過遠程控制和語音控制電教系統和外圍設備，如多媒體文檔的演示和切換，燈光和聲音的變換等。
2.配備電腦的家庭群體龐大，蘊含著巨大的商機。家庭用戶可以使用該產品提供的娛樂控制功能，例如用遙控器或語音操作語音或視頻播放器，用遙控器和語音控制遊戲軟件。當然，它的智能家電控制可以讓用戶體會到信息技術帶來的便利。目前，隨著網絡的快速發展，除了PC以外，大部分便攜設備都支持網絡通信，利用網絡遠程控制電器設備將會受到大家的歡迎。
3.基於紅外分析和語音識別的密碼系統可以防止計算機內部信息被他人復制或更改，操作比傳統的鑰匙密碼輸入更容易。它可以大大提高個人和企業的信息和數據保密性的安全性和可靠性。