Design of an Efficient VLSI Architecture and Verification using FPGA-implementation for HMM(Hidden Markov Model)-based Robust and Real-time Lip Reading

HMM(Hidden Markov Model) 기반의 견고한 실시간 립리딩을 위한 효율적인 VLSI 구조 설계 및 FPGA 구현을 이용한 검증

Lipreading has been suggested as one of the methods to improve the performance of speech recognition in noisy environment. However, existing methods are developed and implemented only in software. This paper suggests a hardware design for real-time lipreading. For real-time processing and feasible implementation, we decompose the lipreading system into three parts; image acquisition module, feature vector extraction module, and recognition module. Image acquisition module capture input image by using CMOS image sensor. The feature vector extraction module extracts feature vector from the input image by using parallel block matching algorithm. The parallel block matching algorithm is coded and simulated for FPGA circuit. Recognition module uses HMM based recognition algorithm. The recognition algorithm is coded and simulated by using DSP chip. The simulation results show that a real-time lipreading system can be implemented in hardware.

립리딩은 잡음이 있는 환경에서 음성 인식 시스템의 성능 향상을 위한 한 방법으로 제안되었다. 기존의 논문들이 소프트웨어 립리딩 방법을 제안하는 것에 반하여, 본 논문에서는 실시간 립리딩을 위한 하드웨어 설계를 제안한다. 실시간 처리와 구현의 용이성을 위하여 본 논문에서는 립리딩 시스템을 이미지 획득 모듈, 특징 벡터 추출 모듈, 인식 모듈의 세 모듈로 분할하였다. 이미지 획득 모듈에서는 CMOS 이미지 센서를 사용하여 입력 영상을 획득하게 하였고, 특징 벡터 추출 모듈에서는 병렬 블록매칭 알고리즘을 이용하여 입력영상으로부터 특징벡터를 추출하도록 하였고, 이를 FPGA로 코딩하여 시뮬레이션 하였다. 인식 모듈에서는 추출된 특징 벡터에 대하여 HMM 기반 인식 알고리즘을 적용하여 발성한 단어를 인식하도록 하였고, 이를 DSP에 코딩하여 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션 결과 실시간 립리딩 시스템이 하드웨어로 구현 가능함을 알 수 있었다.