博碩士論文 107522081 詳細資訊




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姓名 張桐(Chang Tung)  查詢紙本館藏   畢業系所 資訊工程學系
論文名稱 喚醒詞辨識之微處理器實作
(Microcontroller Unit Implementation of Wake-up Word Detection)
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摘要(中) 近年來,隨著物聯網與深度學習的發展,人工智慧的應用更加廣泛。智慧音箱的出現改變消費者的使用習慣,能使消費者直接用口頭下達指令。這種趨勢也說明未來的家電會偏向用語音輸入指令,但多數家電的運作不像個人電腦有作業系統分配運算資源,是由多個微控制器組織重覆執行功能。要用語音指令控制微控制器,勢必要在微控制器上運行喚醒詞辨識系統。
本論文採用Depth-wise Separable Convolution來實作喚醒詞辨識模型,使用Depth-wise Separable Convolution能大幅減少參數,對於在記憶體和運算限制的微控制器有很大的幫助。此系統會先經由梅爾倒頻譜系數(MFCC)將語音資料轉成特徵,再利用類神經網路訓練,學習喚醒詞的類別,辨識特徵是否有包含喚醒詞。
摘要(英) In recent years, with the development of the IoT(Internet of Things) and deep learning, artificial intelligence has been applied in more places. The appearance of smart speakers has changed consumers’ habits and enabled them to directly give verbal instructions. This trend also shows that the future of home appliances will tend to use voice input commands, but most home appliances do not operate like the personal computer has an operating system to allocate computing resources, is organized by multiple micro- controllers to repeatedly perform functions. To control the microcontroller with voice commands, it is necessary to run a wake-up word recognition system on the micro- controller.
In this thesis, we uses Depth-wise Separable Convolution to implement the wake word recognition model. Using Depth-wise Separable Convolution can greatly reduce the parameters, which is very helpful for microcontrollers with limited memory and computing. This system will first convert the voice data into features through MFCC, and then use neural network training to learn the types of wake-up words and identify whether the features contain wake-up words.
關鍵字(中) ★ 喚醒詞辨識
★ 卷積神經網路
★ 微處理器
★ 深度可分離卷積
關鍵字(英) ★ Keyword spotting
★ Convolution Neural Network
★ Microcontroller Unit
★ Depthwise Separable Convolution
論文目次 中文摘要 I
Abstract II
圖目錄 III
表目錄 V
目錄 VI
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與目的 1
1.2 研究方法與章節概要 1
第二章 文獻探討 3
2.1 Keyword Spotting(KWS) System 3
2.1.1 基於隱藏式馬可夫的喚醒詞辨識 4
2.1.2 基於深度學習網路之喚醒詞辨識 5
2.2 類神經網路 5
2.2.1 RNN 5
2.2.2 LSTM 6
2.2.3 GRU 8
2.2.4 CNN 9
2.3 Microcontroller Unit 11
2.3.1 處理器的種類 11
2.3.2 MPU 與 MCU的比較 12
第三章 系統架構 15
3.1 系統架構設計 15
3.2 特徵擷取 16
3.3 Depth-wise Separable Convolutions 18
3.3.1 Depth-wise Convolution 19
3.3.2 Point-wise Convolution 20
3.3.3 Depth-wise Separable Convolution與Convolution計算量比較 20
3.4 Quantization 22
3.5 Loss Function 25
第四章 實驗 30
4.1 資料集說明 30
4.2 硬體環境 31
4.2.1 訓練神經網路硬體設備 31
4.2.2 微型控制器硬體設備 32
4.3 實驗參數與網路設定 36
4.4 實驗結果 37
4.4.1 喚醒詞評估 37
4.4.2 實驗結果 38
第五章 結論及未來研究方向 42
第六章 參考文獻 43
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[12]D. P. Kingma, J. Ba. Adam: A Method for Stochastic Optimization, arXiv:1412.6980 [cs], 1月 2017, 引見於: 6月 02, 2020. [線上]. 載於: http://arxiv.org/abs/1412.6980.
指導教授 王家慶(Jia-Ching Weng) 審核日期 2020-7-30
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