基于南孔文化的國學(xué)語音機(jī)器人

李臻愷 祝海鵬 朱小青 楊宇琛 谷洋洋 黃薇

摘要：近幾年社會各界對國學(xué)價值的認(rèn)識越來越深刻，社會上掀起了一波“國學(xué)熱”。“國學(xué)熱”的不斷發(fā)展，讓國學(xué)教育走入了公眾的視野。而對于市面上存在的語音機(jī)器人，還存在著許多問題。本項目決定用以南孔文化為核心的國學(xué)教育課程和與之匹配的“南孔爺爺”動漫 IP外形的南孔爺爺來研發(fā)南孔國學(xué)語音機(jī)器人。本項目的系統(tǒng)采用的架構(gòu)是微服務(wù)，各核心業(yè)務(wù)使用 WebApi 提供服務(wù)，可選用PC 端或以樹莓派對主的硬件端。其中核心程序開發(fā)體現(xiàn)在對數(shù)據(jù)分析和提取，對于機(jī)器學(xué)習(xí)基本庫：DLib，體現(xiàn)在對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選以及產(chǎn)生回答的過程;MySql 技術(shù)是對南孔課程開發(fā)的數(shù)據(jù)構(gòu)建南孔教育模型。基于南孔國學(xué)語音機(jī)器人和南孔國學(xué)教育系統(tǒng)將實現(xiàn)提供機(jī)器助學(xué)，線下教育，線上自學(xué)的三位一體國學(xué)教育服務(wù)。

1.前言

對于市面上存在的語音機(jī)器人，一方面語音識別準(zhǔn)確度不夠，AI 技術(shù)限于簡單場景;另一方面內(nèi)置課程質(zhì)量參差不齊，且大多智能硬件商不具備生產(chǎn)運營內(nèi)容的能力，只能引入第三方內(nèi)容，同質(zhì)化問題突出。根據(jù)我們對目前市場上的語音機(jī)器人產(chǎn)品的調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)其中內(nèi)容或功能缺乏新意依舊是最大的問題。絕大部分語音機(jī)器人除了在產(chǎn)品外觀和語音音色上面有所創(chuàng)新，其余在功能和內(nèi)容方面都沒有自己的特點和突破。

本項目選擇以南孔文化為核心的國學(xué)經(jīng)典課程開發(fā)作為本團(tuán)隊的垂直領(lǐng)域，定義國學(xué)語音機(jī)器人，提供更好的交互形式。最終配合公益課程和活動的形式，讓求學(xué)精神重新貫徹新時代，弘揚國學(xué)精神，鞏固兒童教育成果，提升家庭幸福指數(shù)。

2.硬件設(shè)計

我們選擇了市面上常見的樹莓派作為 Linux 系統(tǒng)的載體。同時結(jié)合蜂鳴器和麥克風(fēng)等輔助硬件，實現(xiàn)對用戶語音的錄入以及對南孔機(jī)器人生成的語音反饋的播放，具體硬件。為了實現(xiàn)硬件之間更好地連接，我們設(shè)計了如下的電路原理圖1，以滿足項目的需要。

3.軟件設(shè)計

（1）技術(shù)模塊說明

在語音識別的處理上是基于非特定人語音識別上，實現(xiàn)對特定人語音識別后的機(jī)器人模式轉(zhuǎn)換。其功能的實現(xiàn)是基于snowboy 官網(wǎng)提供的 API 鏈接。通過調(diào)用 API 的調(diào)用，我們可以通過返回值得知當(dāng)前使用南孔機(jī)器人的用戶性別和年齡，因此在家庭生活中，南孔機(jī)器人可以辨別出男孩和女孩，爸爸和媽媽以及爺爺和奶奶或者外公和和外婆，同時再利用南孔機(jī)器人中多線程的開發(fā)，保證了主線程和多條子線程的運行，從而實現(xiàn)對不同人群進(jìn)行不同功能的展示和說明。

（2）交互系統(tǒng)實現(xiàn)

本項目是面向嵌入式設(shè)備開發(fā)，其中針對 PC 端，可直接在Linux/M ac 系統(tǒng)下運行，而針對 Windows 系統(tǒng)，則需要相應(yīng)虛擬機(jī)的輔助。本項目的開發(fā)過程就是基于 Windows 系統(tǒng)下，利用 Oracle VM VirtualBox 進(jìn)行的 Linux 系統(tǒng)開發(fā)。

1.南孔語音機(jī)器人的工作機(jī)制

（1）南孔機(jī)器人被喚醒后，用戶的語音指令先經(jīng)過 ASR 引擎進(jìn)行ASR 識別成文本;

（2）南孔機(jī)器人會對識別到的文本進(jìn)行語義理解（NLU），得到解析結(jié)果;

（3）輪詢每個可用插件，進(jìn)行技能匹配，交給適合處理該指令的技能插件去處理;

（4）插件處理過程中，還可以根據(jù)需要使用 TTS 引擎合成成語音，播放給用戶;

5.結(jié)論及期望

本項目將南孔文化與語音機(jī)器人進(jìn)行結(jié)合，不僅對語音機(jī)器人有了新的創(chuàng)新，在國學(xué)教育的內(nèi)容上有了新的突破。南孔機(jī)器人在課程的研發(fā)上注重原創(chuàng)，在不改變國學(xué)經(jīng)典的內(nèi)涵與精髓的條件下，加入一定的時代元素，為國學(xué)經(jīng)典注入新鮮活力。在一定程度上傳播南孔文化，宣傳南孔爺爺?shù)男蜗螅l(fā)揮衢州南孔文化的優(yōu)勢，帶動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，進(jìn)而將面輻射到周邊的省市。

資助項目：衢州學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新項目Q20X025