語音識別技術在軟件工程中的應用

胡新月

（江蘇師范大學科文學院 江蘇省徐州市 221116）

軟件工程是一門研究工程化方法構建和維護有效的實用的的軟件學科，語音識別是很重要的技術之一，在1950年，才開始了語音識別技術的發展。1952年著名的AT&T Bell 實驗室就開始了這么面的研究，其中 K．H．DaVis 等人則是采用帶通濾波器的方式進行對語音信號進行檢測分析，同時獲取了一定數量的字母。在語音識別技術領域，音頻信息隱藏技術不僅僅被應用在個人隱私的保護和國防信息保護中，而作為關鍵技術的信息隱藏技術逐漸成為了一個重要的技術領域，因此，軟件工程中關鍵技術之一的語音識別技術也引起了國家和各大公司關注，這項技術不僅對國家至關重要，也時刻影響著每一個人。到目前為止，人們一直在針對語音識別技術進行深入探索，同時也在考慮如何保證信息的安全性，如何可以把這項技術投入到每一個人的日常生活中去，這樣才能充分體現出技術本身的價值。

1 軟件工程中語音識別技術的相關介紹

1.1 語音識別技術的應用和誕生

國內的軟件工程領域研究起步比較晚，從1980年開始，國家在開啟一系列計劃推動下，軟件工程領域發展的相當迅猛，研究人員也逐漸將研究對象變得公眾化，不再局限于實驗中，其中最為突出的清華大學中的一些院校，比如電子工程系在和其他研究所針對模式識別技術研發的國家重點實驗室。其中清華大學在歷時三年的時間內研發出5000 詞，與語音識別的相似度達到96.27%，三個字母的容錯率達98.99%；同時該技術可以不僅可以識別普通話，還可以識別地方方言，同時還達到基本實用要求。還有一些實驗室研究出中文的語音識別產品，自此結束了中文語音識別產品的空缺，自上世紀九十年代以來，這項技術一直被國外壟斷。

但是到目前為止，仍存在幾大問題需要解決：

（1）噪聲環境干擾問題；

（2）非特定人的魯棒性問題；

（3）學習語料的缺乏。

因此，只有在徹底解決上述問題的基礎上語音識別技術才能夠更加廣泛的應用于各個領域，創造社會會經濟價值。而目前音頻的信息隱藏主要應用場合仍然在水印認證方面和秘密通信的隱寫方面，也是造成軟件工程發展緩慢的原因。

1.2 軟件工程中語音識別技術的相關原理

語音識別就是將人的聲音信號轉換為文字或指令的過程是人工智能的知識，而且還涉及微機操作，信號處理，分析模式 識別聲學等多個領域，語音識別系統，按照不同的限制條件可 以分為孤立詞，連接詞和連續語音識別等多種方式，對語言產生對象的依賴程度能夠劃分為特定人以及非特定人兩個方面。從本質上來看，語音識別系統最重要的內容就是以統計模型為代表，融合了語音學和語言學的大量信息，將語音輸入對象作 為一系列的轉化，特定量續，最終形成的聲學模型。在聲學 模型建立完畢后，需要對語音特征進行提取建模，簡單而言就是對獲取的語音信息進行模塊化處理，結合聲紋參數，最終識別。利用下達指令后才能夠進行下一步操作。

語音識別的基本步驟包括信號獲取，信號預處理，特征提取，相似度分析，模塊匹配等多個步驟，因為語音信號本質 上屬于非平穩信號，目前對語音信號的識別是建立在短時平穩 假設基礎上的，而與聲學模型作為整個系統中最重要的構成部分。主要存在于建模階段，狀態聚類和參數選擇等多個方面。語音識別作為電氣感之模式識別的重要分支，幫助機器聽懂人 類口述的語言。這里的聽懂有兩方面含義，一是逐字逐句弄 懂，而不是轉化成書面文字語言。二是對口述語言所包含的要 求或詢問進行快速理解，做出正確響應。語音識別系統主要有 四個性能指標。詞匯范圍：這是指機器能識別的單詞或短語的范圍。限制發言者：無論是只承認指定發言者的聲音，還是 承認任何發言者的聲音。三個訓練要求：使用前是否要訓練， 即是否讓機器“聽”給定的聲音和訓練多少次。正確的識別率，語音識別系統的性能受到多種因素的影響，包括不同的揚聲器，語音模式，環境噪聲等，需要提高系統的魯棒性和適應性，確保對各種語音指令準確識別。

2 語音識別在信息安全中的應用

2.1 音頻信息隱藏的研究

在人類的聽覺系統中。HAS 系統能感知的最大和最小的功率比遠大于115，能感知的最大和最小頻率比遠大于106。HAS 系統對于噪聲的敏感度很高，對于周圍80dB 的噪聲都可以接收到。因為人體結構決定了人在聽覺方面獨特的特性。人自身的聽覺系統HAS 擁有很好的掩蔽特性；經過調查發現，耳朵對于聲音的感覺是非線性關系；但是HAS 系統對聲音就比較敏感相，但是不能感知它的方位。正是人的耳朵有這些缺陷，造成了我們可以在音頻中進行一些數據的藏匿。

目前為止，針對語音識別在信息安全中的研究，主要還是為了以信息數據的保護為主，首先考慮如何改進信息保護的技術，而因為保護對象不同，所采用的技術也有所差異。目前為止語音識別對象由其儲存方式的不同可以分為三類：

（1）通過波表合成的識別音頻以及PCM 類識別音頻；

（2）實用類語音識別音頻；

（3）復合人類聽覺系統的語音識別音頻。

2.2 軟件工程中信息隱藏技術

目前，語音的傳輸方式大概可以分為三大類，其中的一種是通過有線網絡通信通道，就像如家用電話那種形式，一 種是通過無線技術的通信信道，比如衛星，廣播等，第三種是voip 通道。研究通過在效性、 安全性、可靠性的基礎上針對現有的通信系統進行優化，目的就是為了優化數量和質量方面的技術問題。其中有效性指的是占用最少的空間和資源發送更多信息。但是這個在無線通信中的要求特別高，這是因為無線信道所占的資源是有限的，而提高無線通信的有效性，則需要通過語音編碼完成。

2.3 軟件工程中感知編碼的應用

對于軟件工程中的感知編碼，就是利用人體自身在聽覺方面的特點，選取音頻中人類需要的信號，將無效的聽覺信號進行刪除。對于一般的感知編碼以及絕對聽覺門限、臨界帶 寬、掩蔽效應、感知熵等概念，需通過心理聲學的方式對其進行編碼。依據MPEG系列標準，通過適應感知的壓縮方法，從而制作出音頻文件，文件主要形式有mp3 形式的音頻和AAC 形式的音頻。就是因為Mp3作為現如今互聯網中主流的音頻格式，所以現在采用的是MPEGl的layer3 壓縮規則。從C 是MPEG 一2 和MPEG 一4 中定義的壓縮音頻，因此不難看出，DVD 和mp3 就是通過這種方式實現的。

3 音頻信息隱藏在信息安全中的應用方法

軟件工程中的語音識別在市場中的應用比越來越重要如下為音頻信息隱藏在信息安全中的應用：

3.1 利用漢語語音端點后冗余的信息隱藏

漢語的結構相對比較復雜，是由聲母和韻母拼音構成的。而在在音節的表達中，每個音節最多只能擁有有四個因素，但是也至少會擁有1 個音素，但是漢語有很大的區別，漢語音節音素基本都是濁音，特別是在末尾中的音節．在對濁音的處理之中，在聲學學科領域，通常可以理解為準周期的脈沖串對聲道激勵所產生信號的輸出。而信息研究很大程度就是通過這方面的特性展開的，憑借語音的端點檢測，從而來辨別“有聲和無聲”。作為語音的特性之一的能量，通過比較可以得出，一般情況下清音的能量會相對較小，而濁音的能量相對較大。對語音能量的分布研究，現階段主要集中在短時能量和短時平均幅度上， 可以利用語音端點的檢測方法。

3.2 MFCC在語音識別中的應用

目前一些學者已經把美爾頻率倒譜系數MFCC 用于語音識別的領域。將語音信號總體打包然后產生哈希摘要，作為水印的一部分，但是要針對不同文檔不能進行復制，以此來防止水印；在音樂中，可以將幀分出是話語言信號幀還是音樂信號，分別用不同的參數進行水印嵌入，而在水印抽取時話語幀和樂 音幀的區分就使用MFCC 做對比參數 ，利用美爾頻率倒譜系數MFCC 的一種信息隱藏方法，它能有效地將信息隱藏在語音的MFCC 中，但是語音并不會收到影響。所以可以把該方法帶入Internet 的文件形式的服務信道或流信道。

4 語音識別技術在信息安全中的應用現狀以及展望

信息隱藏是20 世紀90年代逐漸興起的一門新的技術。從音頻的信息隱藏 流程與語言交流的流程對照來看，語音識別過程與信息隱藏的信息提取過程有 著相似性，因而對音頻特別是語音的信息隱藏可以嘗試使用語音識別的手段和方法。

隨著軟件工程的大力推廣與普及，機器人的運行控制方式也發生了顯著變化，比如直接操控機器人查詢設備狀態的問題， 為了有效發揮無人值班電力系統的優勢，實現機器人自動巡檢與自動查詢，必須要增強語音識別控制系統，根據值班人員的口令和操作，能夠為整個無人值班系統的巡檢提供重要的參考，利用無線話筒能夠發布口令。值班機器人可以根據拾音器 獲得的語音信號進行提取，完成數據模塊對比驗證，最終根據 識別到的指令進行操作。諸如此類應用在未來將會遍布各個領域，如教育、家居、工廠等。

在未來，隨著智能家居、智能園區、電動汽車充電樁等部分共同構成智慧領域，拓寬軟件工程的發展空間，必須要充分發揮智能語音控制技術的優勢，智能語音控制，在智能家電領域中的應用可以實現“1+1＞2”的效果，語音控制技術也是智能家居設計的重要組成部分，隨著語音控制技術不斷發展成熟，能夠為未來智能領域的發展打下堅實基礎。而軟件工程在智能感知，識別與運算方面能夠充分發揮語音控制技術的優勢 。

5 結束語

隨著社會主義現代化的加快進行，ics 在國家的關鍵基礎建設中有著舉足輕重的地位. 同時, 通過把信息化和工業化倆個不同的領域進行一定的融合和軟件工程領域的大面積使用推廣，IT 系統的網絡安全威脅，一部分因素就是工業的控制系統防護效果不好，但是在21 世紀的工業控制系統中，ICS 與IT 系統之間也有著相對很大的差別，因此不能輕易將傳統IT 安全技術應用于ICS 中，通過實際需求的研究適用的安全技術，但是這將是我國起步較晚的工業控制系統信息安全面臨第一個嚴峻的挑戰。文章通過對 2018年 ICS-CSR 會議涉及一部分有關ICS 信息安全方面的內容做出分析，并根據現在國家和市場的實際需求對研究方向提出針對性建議。總之，軟件工程在信息安全行業剛剛步入初始階段，自身的成長空間將會非常大， 但是仍需要研究人員對工業控制系統信息安全技術不斷地做出新的研究，而作為軟件工程關鍵技術之一的語音識別，則成為了需要攻克的首要技術壁壘。