天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)產(chǎn)品白皮書
2003/09/27
一．前言
語(yǔ)音識(shí)別是指從語(yǔ)音到文本的轉(zhuǎn)換，即讓計(jì)算機(jī)能夠把人發(fā)出的有意義的話音變成書面語(yǔ)言。通俗地說就是讓機(jī)器能夠聽懂人說的話。所謂聽懂，有兩層意思，一是指把用戶所說的話逐詞逐句轉(zhuǎn)換成文本；二是指正確理解語(yǔ)音中所包含的要求，而不要求所有詞都轉(zhuǎn)換正確。
語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)(ASR)是以語(yǔ)音為研究對(duì)象，涉及到生理學(xué)、心理學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及信號(hào)處理等諸多領(lǐng)域，甚至還涉及到人的體態(tài)語(yǔ)言（如人在說話時(shí)的表情、手勢(shì)等行為動(dòng)作可幫助對(duì)方理解），目前常見的識(shí)別技術(shù)一般采用隱馬爾可夫模型HMM(Hidden Markov Model)來建模。它的基本原理是系統(tǒng)首先對(duì)大量的真實(shí)世界中的人的語(yǔ)音進(jìn)行分析，并建立模型。在識(shí)別時(shí)，系統(tǒng)同樣先對(duì)輸入的語(yǔ)音進(jìn)行分析，提取特征，然后通過一定的算法并使用已建立的模型，從而識(shí)別出用戶所說的話。
隨著語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的逐漸成熟，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)開始得到廣泛的應(yīng)用，涉及日常生活的各個(gè)方面如電信、金融、新聞、公共事業(yè)等各個(gè)行業(yè)，通過采用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，可以極大的簡(jiǎn)化這些領(lǐng)域的業(yè)務(wù)流程以及操作；提高系統(tǒng)的應(yīng)用效率。
二、語(yǔ)音識(shí)別的原理
2.1 語(yǔ)音識(shí)別的基本原理
圖1給出了一個(gè)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的原理圖。
從圖1中看出，輸入的語(yǔ)音首先要通過端點(diǎn)檢測(cè)（也稱靜音檢測(cè)模塊），檢測(cè)得到輸入語(yǔ)音的有效語(yǔ)音數(shù)據(jù)部分（也就是去除了靜音數(shù)據(jù)、噪聲數(shù)據(jù)等）；然后進(jìn)入特征提取模塊，這里需要提取語(yǔ)音信號(hào)最本質(zhì)的信息，一般采用MFCC特征，它是采用復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來完成的；語(yǔ)音信號(hào)的特征信息被送入識(shí)別引擎，在聲學(xué)模型和語(yǔ)言模型的指導(dǎo)下進(jìn)行識(shí)別，最終得到識(shí)別結(jié)果，這里常常需要采用非常復(fù)雜的搜索算法，簡(jiǎn)單地說，它需要根據(jù)語(yǔ)言模型考慮各種詞的組合（句子）及其發(fā)生概率，對(duì)于每一種可能的句子，都給出一個(gè)得分，選擇得分最大者作為識(shí)別結(jié)果。但是由于可能的搜索空間非常大，所以需要利用剪枝技術(shù)，有效地去除大量冗余空間，加快搜索速度，滿足實(shí)際系統(tǒng)的要求。
2. 2 基于語(yǔ)法的識(shí)別引擎
在語(yǔ)音識(shí)別中，語(yǔ)言模型是用來指導(dǎo)引擎進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別的，它限定了一個(gè)識(shí)別引擎所能表達(dá)的語(yǔ)句類型。在我們常用的圖搜索引擎中，語(yǔ)言模型是通過語(yǔ)法來表示的，語(yǔ)法是由一系列表示某個(gè)領(lǐng)域的語(yǔ)言表達(dá)方式的規(guī)則組成的（語(yǔ)法的具體書寫規(guī)則見引擎使用說明書）。這些規(guī)則會(huì)被被轉(zhuǎn)換成詞圖的形式然后用來指導(dǎo)語(yǔ)音的識(shí)別。所謂的詞圖是指由詞作為節(jié)點(diǎn)的一個(gè)圖，從該圖的開始節(jié)點(diǎn)到末尾節(jié)點(diǎn)的任一條路徑都是一個(gè)有效合法的句子。圖2給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的詞圖。
對(duì)于很多領(lǐng)域的語(yǔ)音識(shí)別來說，如自動(dòng)總機(jī)、火車定票系統(tǒng)、股票查詢系統(tǒng)等，他們具有一個(gè)共同的特點(diǎn)：所用的句型典型，且句型數(shù)有限，可以用規(guī)則來描述。對(duì)于這樣的系統(tǒng)，采用語(yǔ)法的方式來指導(dǎo)其語(yǔ)音識(shí)別，一方面可以得到很高的識(shí)別率，另一方面，又能達(dá)到較快的識(shí)別速度，滿足實(shí)際系統(tǒng)的需要。因此，基于語(yǔ)法方式的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。本文中我們采用的核心識(shí)別引擎也是采用語(yǔ)法的方式。
三、天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)簡(jiǎn)介
天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別引擎是天朗公司針對(duì)電信級(jí)、大企業(yè)級(jí)應(yīng)用特點(diǎn)開發(fā)出來的一個(gè)基于多機(jī)的分布式語(yǔ)音識(shí)別引擎，它通過局域網(wǎng)連接多個(gè)識(shí)別服務(wù)器，來同時(shí)完成大量的語(yǔ)音識(shí)別任務(wù)，極大的拓展了單機(jī)版語(yǔ)音識(shí)別引擎在識(shí)別任務(wù)上的限制，可以同時(shí)支持幾百到幾千個(gè)語(yǔ)音識(shí)別任務(wù)并發(fā)執(zhí)行，從而滿足電信級(jí)這樣的具有大識(shí)別任務(wù)量的應(yīng)用。系統(tǒng)的主要功能有：
·支持非特定人、大詞匯量、連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別，能夠達(dá)到高的識(shí)別準(zhǔn)確率；
·支持多語(yǔ)種識(shí)別；
·能夠提供識(shí)別結(jié)果的置信度信息；
·多臺(tái)語(yǔ)音識(shí)別服務(wù)器并行工作，通過局域網(wǎng)連接和傳送數(shù)據(jù)；
·有一個(gè)資源管理服務(wù)器（或多個(gè)，作備份），用來管理所有的服務(wù)器，并負(fù)責(zé)負(fù)載平衡；
·有一個(gè)License服務(wù)器，用來進(jìn)行License管理；
·任何一個(gè)服務(wù)器可以動(dòng)態(tài)地啟動(dòng)和停止，而不影響系統(tǒng)的運(yùn)行；
·系統(tǒng)可以同時(shí)啟動(dòng)任意多個(gè)服務(wù)器（或線程數(shù)），但同時(shí)最多只能用License所規(guī)定的線數(shù)；
·系統(tǒng)可以同時(shí)啟動(dòng)任意多個(gè)服務(wù)器以做備份，防止因?yàn)槟承┓⻊?wù)器當(dāng)機(jī)而對(duì)系統(tǒng)造成影響；
·對(duì)應(yīng)用層的一致性，即對(duì)應(yīng)用層開發(fā)來說，和開發(fā)單機(jī)版的程序一樣（或略有不同），用戶不需考慮后邊的識(shí)別引擎是單機(jī)和多機(jī)版。
·多平臺(tái)、多操作系統(tǒng)可混合組成系統(tǒng)，如客戶端可能是Linux版，但服務(wù)端是Windows版；
四．天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)架構(gòu)原理和使用方法
4.1系統(tǒng)整體架構(gòu)和模塊功能介紹
下圖展示天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的架構(gòu)：
整個(gè)系統(tǒng)由識(shí)別服務(wù)器、資源管理器、語(yǔ)法服務(wù)器(可選)、License管理器、客戶端API以及連接這些服務(wù)器的局域網(wǎng)組成，除了語(yǔ)法服務(wù)器是可選之外，其他部分都是必須的，但是識(shí)別服務(wù)器、資源管理器已經(jīng)客戶端的個(gè)數(shù)是可變的，具體的多少和系統(tǒng)的大小和任務(wù)量有關(guān)。語(yǔ)法服務(wù)器在許多情況下可能是不需要的，因此，我們的系統(tǒng)把其設(shè)計(jì)成可選的，如果需要，其可以動(dòng)態(tài)加入系統(tǒng)。
為了方便客戶使用，我們提供了一套客戶端API給用戶，用戶在使用本系統(tǒng)時(shí)，可以在其應(yīng)用程序中調(diào)用我們的API來調(diào)用我們的識(shí)別系統(tǒng)。
4.2 天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)工作原理
為了更好的應(yīng)用天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)來開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，幫助開發(fā)人員理解天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的的工作原理，下面以一次語(yǔ)音識(shí)別的過程來解釋天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的工作原理。圖4給出了系統(tǒng)一次語(yǔ)音識(shí)別的工作原理。
應(yīng)用程序通過DSR的API函數(shù)來調(diào)用語(yǔ)音識(shí)別功能，一般來說過程如下：
1、 當(dāng)有電話到達(dá)時(shí)，應(yīng)用程序負(fù)責(zé)接起電話，然后播放一個(gè)歡迎的提示音，提示用戶說出要做的動(dòng)作（如查詢?nèi)嗣⒐善毙畔⒌龋�，并開始等待用戶說話；
2、 應(yīng)用程序啟動(dòng)錄音程序開始錄音，同時(shí)應(yīng)用程序會(huì)通過DSR API向天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)（下稱"識(shí)別系統(tǒng)"）請(qǐng)求一個(gè)識(shí)別資源(即一個(gè)識(shí)別會(huì)話session)；
3、 識(shí)別系統(tǒng)的資源管理器會(huì)根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)載情況，分配一個(gè)最空閑的識(shí)別服務(wù)器的一個(gè)空閑會(huì)話給該次任務(wù)。
4、 應(yīng)用程序獲得該識(shí)別會(huì)話控制權(quán)后，根據(jù)目前系統(tǒng)的任務(wù)，通過API通知對(duì)應(yīng)的識(shí)別引擎加載相應(yīng)語(yǔ)法，語(yǔ)法的來源有三種，具體的請(qǐng)參看下面的說明。
5、 應(yīng)用程序開始通過API函數(shù)把錄取的語(yǔ)音發(fā)送給該會(huì)話，該會(huì)話會(huì)根據(jù)系統(tǒng)的模型和加載的語(yǔ)法，對(duì)送入的語(yǔ)音進(jìn)行識(shí)別；
6、 如果有識(shí)別結(jié)果，系統(tǒng)會(huì)通過回調(diào)函數(shù)來通知應(yīng)用程序，應(yīng)用程序這時(shí)可以通過DSR API來得到識(shí)別結(jié)果。
7、 應(yīng)用程序卸載加載的語(yǔ)法；
8、 應(yīng)用程序斷開該會(huì)話連接；
9、 應(yīng)用程序釋放會(huì)話。
10、 這時(shí)應(yīng)用程序應(yīng)該根據(jù)識(shí)別結(jié)果做相應(yīng)的動(dòng)作，如繼續(xù)播放提示音，提示用戶繼續(xù)提供信息或做其他的動(dòng)作。如goto 2。
4.3 識(shí)別結(jié)果
語(yǔ)音識(shí)別完成后，天朗DSR識(shí)別引擎會(huì)通過回調(diào)函數(shù)通知應(yīng)用程序有識(shí)別結(jié)果，應(yīng)用程序可以通過API函數(shù)取得識(shí)別結(jié)果，并根據(jù)結(jié)果相應(yīng)作出響應(yīng)。天朗分布式識(shí)別引擎可以提供多個(gè)識(shí)別候選供用戶選擇。同時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)給出每個(gè)候選句子的置信度，所有的識(shí)別候選按置信度由高到低排序。用戶可以設(shè)定引擎返回的結(jié)果最大數(shù)目，系統(tǒng)會(huì)返回用戶設(shè)定的候選的個(gè)數(shù)。
需要注意的是：引擎返回的句子的個(gè)數(shù)可能沒有用戶設(shè)定的數(shù)目多，另外，設(shè)定較大數(shù)目的返回結(jié)果候選會(huì)影響系統(tǒng)的效率。
4.4引擎的三種調(diào)用方式
對(duì)于基于對(duì)話方式的語(yǔ)音識(shí)別，應(yīng)用程序?qū)SR的API函數(shù)調(diào)用的時(shí)間和方式不同會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率產(chǎn)生很大影響。
下面以電信級(jí)應(yīng)用來說明不同的調(diào)用方式的差別。
一般來說，一個(gè)基于電話語(yǔ)音識(shí)別的對(duì)話系統(tǒng)(如圖5所示)，一般由識(shí)別服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、電話交換機(jī)、智能交換機(jī)設(shè)備、 IVR設(shè)備等設(shè)備組成，電話交換機(jī)與成千上萬個(gè)電話終端通過各種交換設(shè)備相連接，電信應(yīng)用軟件在這些硬件的支持下提供各種服務(wù)，如：1860查詢服務(wù)等。此時(shí)，電信應(yīng)用開通的線數(shù)視系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求而定，一般總是大大小于終端連接的總數(shù)。系統(tǒng)連接數(shù)與終端連接數(shù)常常是1：1000或者1：10000的級(jí)別。"一路對(duì)話"是指物理上的一條線路，對(duì)于上述的電信應(yīng)用，電信開通的每一條線路都是一路對(duì)話。
"一次對(duì)話"是指用戶的一次電話從打入到掛機(jī)之間一個(gè)交互服務(wù)過程稱。比如：用戶撥打1860進(jìn)行話費(fèi)查詢，在用戶撥通電話至用戶掛機(jī)這個(gè)過程中用戶和應(yīng)用程序交互的整個(gè)過程稱作一次對(duì)話。
"一路會(huì)話"這里是指語(yǔ)音識(shí)別中，一次識(shí)別從分配識(shí)別資源開始到釋放這個(gè)資源的整個(gè)過程。
對(duì)于語(yǔ)音識(shí)別的會(huì)話，可以對(duì)一路對(duì)話分配一個(gè)會(huì)話，也可以對(duì)一次對(duì)話分配，或者對(duì)一次對(duì)話的一句話識(shí)別進(jìn)行分配，不同的分配方式會(huì)得到不同的效果。
第一種：直接為每一路對(duì)話分配一個(gè)會(huì)話，用戶應(yīng)用程序在程序一開始就為每一路對(duì)話建立到引擎的連接，然后，該路對(duì)話就會(huì)一直保持該會(huì)話，再也不釋放該會(huì)話，直到程序結(jié)束。這種方式編程簡(jiǎn)單，但是，在系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有效性方面都是最差的。因?yàn)槊恳宦穼?duì)話都一直使用，且一直獨(dú)占該會(huì)話，一旦該會(huì)話出現(xiàn)問題，則該路對(duì)話就永遠(yuǎn)不能用了，除非重啟程序。另外，由于每路對(duì)話都獨(dú)占一個(gè)會(huì)話，因此即使該路對(duì)話沒有在使用引擎，其獨(dú)占的會(huì)話也不能被別的對(duì)話使用。降低了系統(tǒng)的效率。
第二種：在一次對(duì)話開始時(shí)就建立到引擎的連接，然后該對(duì)話一直獨(dú)占該會(huì)話，直到該次對(duì)話結(jié)束。很顯然，這種方式和第一種方式比起來，在穩(wěn)定性和效率方面都有很大提高。主要是這種方式不再一直獨(dú)占一個(gè)會(huì)話，會(huì)話可以在多路對(duì)話之間共享，即使有一路會(huì)話出現(xiàn)問題，只會(huì)影響一次對(duì)話的一次工作，而不會(huì)影響本路對(duì)話以及其他路對(duì)話的以后的識(shí)別。
盡管第二種已比較優(yōu)化，但它的一個(gè)缺點(diǎn)就是仍然會(huì)影響一次對(duì)話的進(jìn)行。
第三種：在每一次識(shí)別開始時(shí)建立連接，識(shí)別結(jié)束后立刻釋放（這種方式與第二種不同，是因?yàn)樵谝淮螌?duì)話過程中會(huì)存在多輪的識(shí)別過程）。這種方式的優(yōu)點(diǎn)除了第二種的優(yōu)點(diǎn)外，他還克服了它的缺點(diǎn)。因?yàn)�，此時(shí)一個(gè)會(huì)話的失敗只會(huì)影響該路對(duì)話的一句的識(shí)別，通過編程我們可以在發(fā)現(xiàn)一個(gè)會(huì)話失敗后，再申請(qǐng)另一個(gè)會(huì)話，這時(shí)最多讓用戶重復(fù)一邊剛才的話外，對(duì)這次對(duì)話沒有影響。
另外，采用三種的哪一種方式還和應(yīng)用的不同有關(guān)，如果應(yīng)用是類似于股票查詢這樣的系統(tǒng)，每個(gè)識(shí)別服務(wù)器都完成相同的功能，這時(shí)采用第三種方式比較合適。而對(duì)于某些應(yīng)用系統(tǒng)如需要?jiǎng)討B(tài)改變語(yǔ)法的，則最好采用第一、二種方法。如果改變的語(yǔ)法只在一次對(duì)話中有效，可以采用第二種，如果改變的語(yǔ)法一直持續(xù)有效的話，第一種可能更適合。
4.5 語(yǔ)法
語(yǔ)法是用來指導(dǎo)識(shí)別引擎進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別的，它是由一系列語(yǔ)法規(guī)則組成的一個(gè)有限圖， 它用來限制系統(tǒng)可以識(shí)別的句型和詞匯，減少系統(tǒng)識(shí)別的語(yǔ)法空間，極大的減少系統(tǒng)的搜索時(shí)間，增加了系統(tǒng)的識(shí)別率。
在天朗分布式識(shí)別系統(tǒng)中，語(yǔ)法的使用有兩種形式：
1. 靜態(tài)語(yǔ)法，對(duì)于目前許多基于語(yǔ)音識(shí)別的應(yīng)用系統(tǒng)，大多數(shù)用到的語(yǔ)法都是固定的，在系統(tǒng)運(yùn)行中，不需要對(duì)語(yǔ)法進(jìn)行更改(如1860系統(tǒng)，火車訂票系統(tǒng)等)，對(duì)于這種應(yīng)用，最方便的方法就是在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)就把用到的語(yǔ)法加載進(jìn)系統(tǒng)，用到時(shí)激活(enable)就行了。這樣可以節(jié)約大量的時(shí)間，提高系統(tǒng)的效率。為了方便用戶的使用，天朗分布式識(shí)別引擎提供了靜態(tài)語(yǔ)法功能，用戶只要通過對(duì)識(shí)別服務(wù)器的預(yù)加載語(yǔ)法進(jìn)行配置，系統(tǒng)會(huì)在啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)把這些語(yǔ)法加載到系統(tǒng)中供系統(tǒng)使用。在這種情況下，整個(gè)系統(tǒng)可以不需要語(yǔ)法服務(wù)器，從而節(jié)約投資成本。要注意的是，靜態(tài)語(yǔ)法必須是已編譯過的語(yǔ)法格式。
2. 動(dòng)態(tài)語(yǔ)法，所謂的動(dòng)態(tài)語(yǔ)法是指在運(yùn)行前并不知道需要加載那些語(yǔ)法，或者在運(yùn)行時(shí)，需要對(duì)語(yǔ)法進(jìn)行編譯或修改。動(dòng)態(tài)語(yǔ)法常用在比較大型的復(fù)雜的系統(tǒng)中。對(duì)于動(dòng)態(tài)語(yǔ)法，系統(tǒng)必須要有語(yǔ)法服務(wù)器來支持，動(dòng)態(tài)語(yǔ)法可以是文本格式，也可以是編譯后的格式，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)傳入的語(yǔ)法的格式自動(dòng)進(jìn)行選擇是否進(jìn)行編譯。
在天朗分布式識(shí)別引擎中，語(yǔ)法是通過一個(gè)key來唯一指定的，這個(gè)key由用戶自己指定，且必須保證不同的語(yǔ)法的key的唯一性。不同的語(yǔ)法采用相同的key可能會(huì)導(dǎo)致語(yǔ)法的相互覆蓋。
系統(tǒng)可以同時(shí)支持靜態(tài)語(yǔ)法和動(dòng)態(tài)語(yǔ)法。在加載一個(gè)語(yǔ)法時(shí)，系統(tǒng)首先會(huì)通知對(duì)應(yīng)的識(shí)別服務(wù)器去加載一個(gè)指定的語(yǔ)法，如果該語(yǔ)法已加載，則僅返回語(yǔ)法的句柄以供以后調(diào)用；否則，系統(tǒng)從識(shí)別服務(wù)器所在的硬盤上加載所指定的語(yǔ)法。如果識(shí)別服務(wù)器上也不存在對(duì)應(yīng)的語(yǔ)法，則先判斷系統(tǒng)中是否有語(yǔ)法服務(wù)器，如果系統(tǒng)中不存在語(yǔ)法服務(wù)器，返回加載失敗。否則，識(shí)別服務(wù)器會(huì)向語(yǔ)法服務(wù)器申請(qǐng)?jiān)撜Z(yǔ)法。如果語(yǔ)法服務(wù)器上無該語(yǔ)法或其他原因無法得到該語(yǔ)法，返回加載失敗。否則，下載該語(yǔ)法服務(wù)器到本地。并加載。返回句柄。
引擎在加載語(yǔ)法時(shí)，如果找不到指定的語(yǔ)法Key的語(yǔ)法，就會(huì)加載用戶指定的二進(jìn)制語(yǔ)法文件，同時(shí)將指定的語(yǔ)法Key作為該語(yǔ)法的key。最后返回語(yǔ)法的handle。 要注意的是，語(yǔ)法加載是針對(duì)會(huì)話的。
4.6 系統(tǒng)的穩(wěn)健性和效率
對(duì)于電信或大企業(yè)級(jí)別的的應(yīng)用系統(tǒng)來說，穩(wěn)健性和效率是系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。天朗分布式識(shí)別系統(tǒng)通過多種有效技術(shù)，來提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)健性。
1． 系統(tǒng)通過設(shè)立資源管理器來統(tǒng)一管理整個(gè)系統(tǒng)的識(shí)別資源分配和回收，資源管理器通過一個(gè)高效的負(fù)載分析策略，根據(jù)系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，分配負(fù)載最輕的識(shí)別服務(wù)器以提高整個(gè)系統(tǒng)的整體效率。
2． 一般來說，一個(gè)系統(tǒng)只要一個(gè)資源管理器就可以穩(wěn)定工作，但是，采用多個(gè)資源管理器互相備份可以更有效的保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。天朗分布式識(shí)別系統(tǒng)可以同時(shí)支持多個(gè)資源管理器同時(shí)工作。和其他的類似系統(tǒng)不同的是，其他類似系統(tǒng)在工作時(shí)只有主資源管理器在工作，而備份資源管理器是不工作的。而天朗的分布式識(shí)別系統(tǒng)的每個(gè)資源管理器都負(fù)擔(dān)部分的資源分配工作，因此，可以充分利用系統(tǒng)的資源，提高系統(tǒng)的效率。另外，每個(gè)資源管理器又是互相備份的，當(dāng)一個(gè)資源管理器出現(xiàn)問題，其他的資源管理器會(huì)自動(dòng)的接過出現(xiàn)問題的服務(wù)器的工作，所以對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了充分的保障。
3． 對(duì)于識(shí)別服務(wù)器，和資源管理器一樣，備份的服務(wù)器并不是閑著不工作，它們和其他識(shí)別服務(wù)器一樣承擔(dān)識(shí)別任務(wù)，這樣可以有效的分配負(fù)載，提高系統(tǒng)的效率，同時(shí)減輕系統(tǒng)的投資。同樣的，識(shí)別服務(wù)器又是互相備份的，當(dāng)一個(gè)識(shí)別服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，該服務(wù)器會(huì)自動(dòng)的從系統(tǒng)中被剔除，其工作會(huì)由其他的識(shí)別服務(wù)器承擔(dān)。
4． 服務(wù)器可以動(dòng)態(tài)加入和退出，不論是資源管理器還是識(shí)別服務(wù)器，抑或是語(yǔ)法服務(wù)器，都可以動(dòng)態(tài)的隨時(shí)加入整個(gè)系統(tǒng)中，也可以動(dòng)態(tài)的從系統(tǒng)中退出，而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生影響。因此，用戶可以根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，隨時(shí)加入新的服務(wù)器以應(yīng)付增加的呼叫量，也可以在負(fù)載變輕的時(shí)候，隨時(shí)關(guān)閉某些服務(wù)器。同時(shí)，這種特性也保證某個(gè)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
5． 由于分布式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)是一套比較復(fù)雜的系統(tǒng)，為了進(jìn)一步保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們還開發(fā)了一套監(jiān)控程序來監(jiān)視系統(tǒng)各個(gè)服務(wù)器的運(yùn)行，一旦某個(gè)服務(wù)器出現(xiàn)故障，監(jiān)控程序可以隨時(shí)重啟該服務(wù)器。這樣可以保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
五、天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別引擎系統(tǒng)架構(gòu)和識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別引擎的分布式結(jié)構(gòu)具有伸縮性強(qiáng)、成本效率高和配置靈活等特點(diǎn)，具有支持大話務(wù)量、實(shí)時(shí)性高的能力；其客戶/服務(wù)結(jié)構(gòu)使語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用程序強(qiáng)大，具有極其高效的容錯(cuò)性和負(fù)載平衡能力，保證了應(yīng)用程序的高效可靠運(yùn)行。
5.1系統(tǒng)架構(gòu)的功能特點(diǎn)：
·分布式結(jié)構(gòu) 整個(gè)系統(tǒng)由多個(gè)識(shí)別服務(wù)器通過局域網(wǎng)組成，資源管理器在語(yǔ)音識(shí)別服務(wù)器間進(jìn)行負(fù)載均衡，從而保證硬件的利用效率。對(duì)CPU運(yùn)算強(qiáng)度需求很大的識(shí)別被放在單獨(dú)的識(shí)別服務(wù)器上來執(zhí)行，而不用占用應(yīng)用程序的CPU資源。每個(gè)語(yǔ)音識(shí)別服務(wù)器可以支持多個(gè)客戶端，資源管理器可以將呼叫平均分布到多個(gè)語(yǔ)音識(shí)別服務(wù)器上執(zhí)行。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化了內(nèi)存和CPU資源的使用，使得系統(tǒng)可以支持大話務(wù)量的實(shí)時(shí)性的語(yǔ)音識(shí)別任務(wù)，可以支持電信級(jí)、大企業(yè)級(jí)的應(yīng)用需求。
·高密度接口 將對(duì)CPU運(yùn)算需求密集的語(yǔ)音識(shí)別任務(wù)從客戶端轉(zhuǎn)移到識(shí)別服務(wù)器端，使得客戶端可以抽出處理能力來支持高密度的接口，從而提高應(yīng)用程序系統(tǒng)的接入量。
·容錯(cuò)和可靠性 整個(gè)識(shí)別引擎經(jīng)過精心的設(shè)計(jì)，具有很高的容錯(cuò)和可靠性，使得各個(gè)服務(wù)器可以動(dòng)態(tài)的加入和退出系統(tǒng)，而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行沒有影響，因此，即使個(gè)別服務(wù)器失效，也不會(huì)使系統(tǒng)崩潰。當(dāng)一個(gè)識(shí)別服務(wù)器失效時(shí)，資源管理器會(huì)自動(dòng)停止向其發(fā)送請(qǐng)求，當(dāng)服務(wù)器恢復(fù)時(shí)，又會(huì)自動(dòng)開始向它發(fā)送請(qǐng)求。另外，系統(tǒng)允許配備備份服務(wù)器來保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，在平時(shí)，備份服務(wù)器和其他服務(wù)器一樣，一起工作，承擔(dān)相同的工作，當(dāng)有服務(wù)器崩潰時(shí)，其他服務(wù)器會(huì)自動(dòng)的承擔(dān)崩潰服務(wù)器的工作。不僅為系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供保證，而且可以充分利用備份服務(wù)器的能力。
·自動(dòng)監(jiān)控 系統(tǒng)為每個(gè)服務(wù)器都配備了一個(gè)自動(dòng)監(jiān)控程序來監(jiān)控服務(wù)器的運(yùn)行，如果監(jiān)控程序發(fā)現(xiàn)服務(wù)器崩潰后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)重啟服務(wù)器，并保存崩潰時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)供以后分析。這不僅大大節(jié)約維護(hù)人員的時(shí)間和精力，而且自動(dòng)監(jiān)控方式可以提供比人更快更準(zhǔn)確的維護(hù)服務(wù)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
ü 維護(hù)方便 系統(tǒng)可以隨時(shí)關(guān)閉一個(gè)識(shí)別服務(wù)器進(jìn)行維修，也可以隨時(shí)把維修好的服務(wù)器加入到系統(tǒng)中，而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能沒有影響。
·可伸縮性 隨著呼叫量的增加，系統(tǒng)可以隨時(shí)動(dòng)態(tài)增加服務(wù)器，而無須停止任何運(yùn)行著的應(yīng)用程序或關(guān)閉IVR系統(tǒng)，這對(duì)那些需要常年連續(xù)運(yùn)行的系統(tǒng)特別有用。
5.2 系統(tǒng)架構(gòu)的綜合優(yōu)勢(shì)：
由于語(yǔ)音識(shí)別的特點(diǎn)以及應(yīng)用的特殊性，其對(duì)識(shí)別引擎的實(shí)時(shí)性能和穩(wěn)健性要求相對(duì)較高，對(duì)于分布式識(shí)別引擎，還要求網(wǎng)絡(luò)傳輸要穩(wěn)定可靠，且數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間在整個(gè)任務(wù)所耗費(fèi)的時(shí)間中所占的比重要小，天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別引擎經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，優(yōu)化，具有實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、靈活性高等的特點(diǎn)。
1. 實(shí)時(shí)性
實(shí)時(shí)性是語(yǔ)音識(shí)別的一個(gè)重要特點(diǎn)，特別是在電信級(jí)的應(yīng)用中，對(duì)于用戶說的話要實(shí)時(shí)識(shí)別處理，并能夠及時(shí)地給與回應(yīng)，才能滿足用戶的需要。特別是對(duì)于分布式的語(yǔ)音識(shí)別引擎，由于數(shù)據(jù)要通過網(wǎng)絡(luò)傳送，從而必然導(dǎo)致實(shí)時(shí)性的下降。因此要求分布式的識(shí)別引擎必須認(rèn)真考慮網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膯栴}，確保網(wǎng)絡(luò)傳輸過程所消耗的時(shí)間在整個(gè)識(shí)別任務(wù)中所占的比重非常小，才能保證整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性的性能。天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別引擎通過對(duì)識(shí)別算法和網(wǎng)絡(luò)通訊進(jìn)行優(yōu)化，保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
2. 穩(wěn)定性
穩(wěn)定性是語(yǔ)音識(shí)別在電信級(jí)中應(yīng)用的另一個(gè)重要特征，一般要求系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，才能滿足這種長(zhǎng)時(shí)間大負(fù)荷的任務(wù)的要求。由于分布式引擎運(yùn)行在局域網(wǎng)上，因此，必須采取有效機(jī)制，確保整個(gè)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。
穩(wěn)定性的另一個(gè)方面反映在強(qiáng)健的容錯(cuò)能力和快速的錯(cuò)誤修復(fù)能力，容錯(cuò)能力是指當(dāng)一個(gè)識(shí)別服務(wù)器宕機(jī)后，不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰�？焖俚男迯�(fù)能力是指系統(tǒng)在一個(gè)識(shí)別服務(wù)器出問題后，可以很容易的通過重起服務(wù)器，或用一個(gè)新的識(shí)別服務(wù)器替代問題服務(wù)器，而不需要系統(tǒng)整個(gè)重起。
天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別引擎通過精心設(shè)計(jì)，使得整個(gè)引擎在穩(wěn)定性上取得重大突破，系統(tǒng)可以長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。另外，系統(tǒng)的優(yōu)異的架構(gòu)設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)中的任意一個(gè)服務(wù)器出現(xiàn)問題后，其任務(wù)會(huì)被其他同類服務(wù)器承擔(dān)，而不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成影響。另外，為了保證萬無一失，我們還開發(fā)了自動(dòng)監(jiān)控程序來監(jiān)視各個(gè)服務(wù)器的運(yùn)行，從而保證當(dāng)服務(wù)器宕機(jī)后，能很快恢復(fù)，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
3. 靈活性
靈活性是擴(kuò)大引擎的應(yīng)用面和減少后期支持的一個(gè)重要特征，靈活性包括系統(tǒng)支持多種操作系統(tǒng)平臺(tái)的混合網(wǎng)絡(luò)，能夠支持單機(jī)運(yùn)行到多服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)的配置。這種靈活性可以逐步分階段來實(shí)現(xiàn)。天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別引擎的經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的架構(gòu)使得這個(gè)引擎可以支持多種操作系統(tǒng)平臺(tái)的混合運(yùn)行。
5.3識(shí)別引擎的技術(shù)特點(diǎn)：
·連續(xù)語(yǔ)音 在講話的時(shí)候不需要刻意地逐字講話，而是可以連續(xù)地說話。
·自然語(yǔ)言 用戶可以用自然的方式講話，而不是象錄音對(duì)比系統(tǒng)那樣必須按照錄音時(shí)的講話方式來講。
·與說話人無關(guān) 天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別引擎在進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別時(shí)，不受說話人的限制，所以說話人在使用前不需要進(jìn)行語(yǔ)音訓(xùn)練和適應(yīng)準(zhǔn)備。
·多語(yǔ)言 天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別引擎支持多種語(yǔ)言的混合識(shí)別。
·準(zhǔn)確率高 語(yǔ)音識(shí)別的準(zhǔn)確性是考察一個(gè)識(shí)別引擎的一個(gè)重要參數(shù)，天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別引擎是在連續(xù)三次獲得863競(jìng)賽第一名的清華大學(xué)電子工程系系語(yǔ)音識(shí)別實(shí)驗(yàn)室研究的核心識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的，具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的識(shí)別準(zhǔn)確率。
·多候選和置信度信息 能夠提供多個(gè)可能的識(shí)別結(jié)果，按照其置信度大小順序排列；
·支持動(dòng)態(tài)語(yǔ)法 動(dòng)態(tài)語(yǔ)法是指應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)，允許語(yǔ)法動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和修改。這在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合是非常有用的，如: 應(yīng)用系統(tǒng)的語(yǔ)法在運(yùn)行時(shí)不能徹底確定，或者在運(yùn)行時(shí)需要?jiǎng)討B(tài)修改。這能夠較大地提高系統(tǒng)的靈活性。
·對(duì)噪音和口音的適應(yīng)能力強(qiáng) 天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別引擎能夠適應(yīng)較為惡劣的噪音環(huán)境，對(duì)于不同口音也有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。
·適應(yīng)多種平臺(tái) 天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別引擎是一種基于客戶服務(wù)結(jié)構(gòu)的語(yǔ)音識(shí)別引擎，能夠適應(yīng)多種工業(yè)化的系統(tǒng)平臺(tái)。
·靈活性和可擴(kuò)展性 天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別引擎提供標(biāo)準(zhǔn)C接口和多種靈活方便的使用方式，可以采取多種方式構(gòu)建系統(tǒng)，以及和現(xiàn)有系統(tǒng)整合。
六、天朗分布式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境
1. 硬件環(huán)境
Intel 奔騰3或以上的PC、服務(wù)器（包括各種CPU類型的服務(wù)器）、工作站（包括各種CPU類型的工作站）；內(nèi)存建議為256Mb以上DDR或RAMBUS內(nèi)存，40GB以上硬盤， 網(wǎng)絡(luò)采用100M帶寬以上局域網(wǎng)，支持TCP/IP協(xié)議。
2. 軟件環(huán)境
WINDOWS NT/2000/XP操作系統(tǒng)。
天朗語(yǔ)音公司供稿 CTI論壇編輯
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