CN114582318B - 一种基于语音识别的智能家居控制方法及系统 - Google Patents

一种基于语音识别的智能家居控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种语音识别智能家居控制系统，智能家居主控制设备在未接收到语音指令时，对被控设备状态进行等间距逐个显示，以便用户了解；智能家居主控制设备在接收到语音指令时，主控制设备自动识别语音中的关键词，并根据关键词检索智能家居设备，若智能家居设备中存在与关键词相同的多个智能家居设备，则主控制设备通过微波人体存在状态识别技术识别用户的具体位置，并判断该位置是否存在待唤醒智能家居设备，若存在，则主控制设备控制该智能家居设备启动，若不存在，则主控制设备输出待确认语音，用户进一步确认需工作的智能家居设备。

Description

一种基于语音识别的智能家居控制方法及系统
技术领域
本发明涉及语音识别技术领域，尤其涉及一种基于语音识别的智能家居控制方法及系统。
背景技术
智能家居(英文：smart home,home automation)是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。
智能家居是在互联网影响下的物联化的体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等)连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。
语音识别技术本质上是一种模式匹配识别的过程，是机器通过识别和理解过程把语音信号转变成相应的文本文件或命令的技术。根据模式匹配过程语音识别系统可以如下图表示。语音识别系统可以分为：特定人和非特定人的识别、独立词和连续词的识别等，无论哪种识别系统识别过程都主要包括了语音信号预处理、特征提取、训练等。如图1所示通过对信号的预处理分析和计算建立模板，当对语音进行识别时,需要将输入的语音与系统中存放的语音进行比较从而得到识别结果。
智能家居,利用先进的计算机、嵌入式系统和网络通讯技术,提供安全舒适、宜人的高品位家庭生活。但是，目前传统智能家居系统控制通常是通过专用遥控器或者手机APP完成，遥控器/手机APP具有按键与功能相对固定的特点，因而限制了智能家居系统的功能扩展，并且遥控器按键通常较小，不适合老人孩子使用，并且容易产生错误操作，因此将语音识别技术引入到智能家居控制中,通过语音命令，可以实现对家电控制,代替手动和/或遥控器控制。因此,加强智能家居和语音识别方面的研究,不断改善人们的生活,具有积极的意义。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明公开一种基于语音识别的智能家居控制方法，所述控制方法应用于智能家居主控制设备上，所述智能家居主控制设备具有语音接收装置、显示屏及网络连接模块，包括如下步骤：
步骤1，智能家居主控制设备在未接收到语音指令时，对被控设备状态进行等间距逐个显示，以便用户了解当前环境下的智能家居的连接情况；
步骤2，智能家居主控制设备在采集到语音信息后，对所述语音信息进行预处理，其中，所述预处理包括：通过防混叠带通滤波器对采集到的所述语音信息进行预滤波，以抑制输入语音信息中的音频信号中频率超过二分之一音频采样频率的信号以抑制电源频率对声音采样的干扰；再通过维纳法将维纳滤波作为第二层滤波对处理有的语音信息中的音频信号进行加强，然后再通过高通滤波器对所述音信息中的音频信号进行语音信号加重操作以减少了频谱的动态范围同时平滑语音信号的频谱；
步骤3，智能家居主控制设备识别预处理后的语音信息中是否包括语音指令，若检测到所述语音信息中包括语音指令，再自动识别语音中的关键词，并根据关键词检索智能家居设备，若智能家居设备中存在与关键词相同的多个智能家居设备，则所述主控制设备通过微波人体存在状态识别技术识别用户的具体位置，并判断该位置是否存在待唤醒智能家居设备，若存在，则主控制设备控制该智能家居设备启动，若不存在，则主控制设备输出待确认语音，用户进一步确认需工作的智能家居设备。
更进一步地，所述步骤3进一步包括：智能家居主控制设备优先识别预处理后的语音信息是否具有激活关键词，当检测到所述语音信息包括关键词后再识别是否包括控制智能家居的语音指令。
更进一步地，所述在自动识别语音中的关键词进一步包括：针对于任一个设定的关键词构建语音识别模型，先将预设数量的语音指令在经过特征提取后，根据提取的特征数据进行训练，训练生成所述针对于该关键词的语音识别模型，将多个不同的关键词语音识别模型构建成一个触发关键词的列表，当智能家居主控制设备接收到语音信息后，对采集到的语音进行特征提取，匹配所述触发关键词的列表中的语音识别模型，然后再将所述触发关键词的列表中分值最高的指令作为识别的结果输出。
更进一步地，当检测到关键词信息后，所述智能家居主控制设备判断当前环境是否处于网络连接状态，若当判断当前环境处于网络连接状态，则上传预处理后的语音信息至云语音识别平台，在所述云语音识别平台上对提交的语音信息进行音频数据再处理，然后将识别的文字结果转化为智能家居主控制设备的控制命令格式后发送至所述智能家居主控制设备。
更进一步地，所述则所述主控制设备通过微波人体存在状态识别技术识别用户的具体位置，并判断该位置是否存在待唤醒智能家居设备进一步包括：构建所述智能家居在空间中的坐标空间，在识别到用户人体在坐标空间中的坐标后，计算所有所述智能家居设备在空间中与人体坐标的直线距离，按照直线距离的大小对所有的智能家居进行排序。
更进一步地，所述则主控制设备按照排序得到的智能家居序列控制该智能家居设备启动的顺序。
更进一步地，所述智能家居主控制设备与所述智能家居设备进行连接进一步包括：首先设置好所述网络的网关，再将所述智能家居主控制设备与所述智能家居设备都连接上网管IP上，使得所述智能家居主控制设备与所述智能家居设备同处于一个局域网下，以使得所述智能家居主控制设备与所述智能家居设备能够通过TCP/IP协议进行无线通信；当所述智能家居主控制设备触发控制命令时再识别出具体指令后，将其解析成所述智能家居设备可以识别的相应控制指令，所述智能家居主控制设备可选的射频通信或者WiFi通信方式发送给控制节点，在通过所述控制节点控制所述智能家居设备。
本发明进一步公开了一种基于语音识别的智能家居控制系统，所述控制方法应用于智能家居主控制设备上，所述智能家居主控制设备具有语音接收装置、显示屏及网络连接模块，包括如下模块：
设备显示模块，智能家居主控制设备在未接收到语音指令时，对被控设备状态进行等间距逐个显示，以便用户了解当前环境下的智能家居的连接情况；
语音处理模块，智能家居主控制设备在采集到语音信息后，对所述语音信息进行预处理，其中，所述预处理包括：通过防混叠带通滤波器对采集到的所述语音信息进行预滤波，以抑制输入语音信息中的音频信号中频率超过二分之一音频采样频率的信号以抑制电源频率对声音采样的干扰；再通过维纳法将维纳滤波作为第二层滤波对处理有的语音信息中的音频信号进行加强，然后再通过高通滤波器对所述音信息中的音频信号进行语音信号加重操作以减少了频谱的动态范围同时平滑语音信号的频谱；
识别及功能控制模块，智能家居主控制设备识别预处理后的语音信息中是否包括语音指令，若检测到所述语音信息中包括语音指令，再自动识别语音中的关键词，并根据关键词检索智能家居设备，若智能家居设备中存在与关键词相同的多个智能家居设备，则所述主控制设备通过微波人体存在状态识别技术识别用户的具体位置，并判断该位置是否存在待唤醒智能家居设备，若存在，则主控制设备控制该智能家居设备启动，若不存在，则主控制设备输出待确认语音，用户进一步确认需工作的智能家居设备。
本发明进一步公开了一种电子设备，包括处理器、存储器、通信接口，以及一个或多个程序，所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置由所述处理器执行，所述程序包括用于执行如上所述的方法中的步骤的指令。
本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行，以实如上所述的方法。
本发明于现有技术相比，有益效果：可以选择的决定是先识别语音的命令还是唤醒关键词，可以在一种识别方式不灵敏或者失效时通过另一种触发激活方式实现语音控制智能家居，同时，由于可能存在的多个相同类型的智能家居，通过定位用户或者使用者的具体位置，选择控制与用户或者使用者位置最近的相同名称或者类型的智能家居。本发明针对性强，避免不相关同类型家居的同时启动，起到节约电能的作用；智能家居主控制设备在接收到语音指令时，若语音指令与当前设备状态相违背，则主控制设备输出提醒语音，以便重复操作。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在图中，在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是现有技术中的语音识别的流程图；
图2是本发明一实施例的一种基于语音识别的智能家居控制方法的控制流程图。
具体实施方式
实施例一
如图2所示，本实施例公开了一种基于语音识别的智能家居控制方法，所述控制方法应用于智能家居主控制设备上，所述智能家居主控制设备具有语音接收装置、显示屏及网络连接模块，包括如下步骤：
步骤1，智能家居主控制设备在未接收到语音指令时，对被控设备状态进行等间距逐个显示，以便用户了解当前环境下的智能家居的连接情况；
步骤2，智能家居主控制设备在采集到语音信息后，对所述语音信息进行预处理，其中，所述预处理包括：通过防混叠带通滤波器对采集到的所述语音信息进行预滤波，以抑制输入语音信息中的音频信号中频率超过二分之一音频采样频率的信号以抑制电源频率对声音采样的干扰；再通过维纳法将维纳滤波作为第二层滤波对处理有的语音信息中的音频信号进行加强，然后再通过高通滤波器对所述音信息中的音频信号进行语音信号加重操作以减少了频谱的动态范围同时平滑语音信号的频谱；
步骤3，智能家居主控制设备识别预处理后的语音信息中是否包括语音指令，若检测到所述语音信息中包括语音指令，再自动识别语音中的关键词，并根据关键词检索智能家居设备，若智能家居设备中存在与关键词相同的多个智能家居设备，则所述主控制设备通过微波人体存在状态识别技术识别用户的具体位置，并判断该位置是否存在待唤醒智能家居设备，若存在，则主控制设备控制该智能家居设备启动，若不存在，则主控制设备输出待确认语音，用户进一步确认需工作的智能家居设备。
更进一步地，所述步骤3进一步包括：智能家居主控制设备优先识别预处理后的语音信息是否具有激活关键词，当检测到所述语音信息包括关键词后再识别是否包括控制智能家居的语音指令。
更进一步地，所述在自动识别语音中的关键词进一步包括：针对于任一个设定的关键词构建语音识别模型，先将预设数量的语音指令在经过特征提取后，根据提取的特征数据进行训练，训练生成所述针对于该关键词的语音识别模型，将多个不同的关键词语音识别模型构建成一个触发关键词的列表，当智能家居主控制设备接收到语音信息后，对采集到的语音进行特征提取，匹配所述触发关键词的列表中的语音识别模型，然后再将所述触发关键词的列表中分值最高的指令作为识别的结果输出。
更进一步地，当检测到关键词信息后，所述智能家居主控制设备判断当前环境是否处于网络连接状态，若当判断当前环境处于网络连接状态，则上传预处理后的语音信息至云语音识别平台，在所述云语音识别平台上对提交的语音信息进行音频数据再处理，然后将识别的文字结果转化为智能家居主控制设备的控制命令格式后发送至所述智能家居主控制设备。
更进一步地，所述则所述主控制设备通过微波人体存在状态识别技术识别用户的具体位置，并判断该位置是否存在待唤醒智能家居设备进一步包括：构建所述智能家居在空间中的坐标空间，在识别到用户人体在坐标空间中的坐标后，计算所有所述智能家居设备在空间中与人体坐标的直线距离，按照直线距离的大小对所有的智能家居进行排序。
更进一步地，所述则主控制设备按照排序得到的智能家居序列控制该智能家居设备启动的顺序。
更进一步地，所述智能家居主控制设备与所述智能家居设备进行连接进一步包括：首先设置好所述网络的网关，再将所述智能家居主控制设备与所述智能家居设备都连接上网管IP上，使得所述智能家居主控制设备与所述智能家居设备同处于一个局域网下，以使得所述智能家居主控制设备与所述智能家居设备能够通过TCP/IP协议进行无线通信；当所述智能家居主控制设备触发控制命令时再识别出具体指令后，将其解析成所述智能家居设备可以识别的相应控制指令，所述智能家居主控制设备可选的射频通信或者WiFi通信方式发送给控制节点，在通过所述控制节点控制所述智能家居设备。
实施例二
本实施例从硬件角度阐述本发明的发明构思，该实施例进一步公开了一种基于语音识别的智能家居控制系统，所述控制方法应用于智能家居主控制设备上，所述智能家居主控制设备具有语音接收装置、显示屏及网络连接模块，包括如下模块：
设备显示模块，智能家居主控制设备在未接收到语音指令时，对被控设备状态进行等间距逐个显示，以便用户了解当前环境下的智能家居的连接情况；
语音处理模块，智能家居主控制设备在采集到语音信息后，对所述语音信息进行预处理，其中，所述预处理包括：通过防混叠带通滤波器对采集到的所述语音信息进行预滤波，以抑制输入语音信息中的音频信号中频率超过二分之一音频采样频率的信号以抑制电源频率对声音采样的干扰；再通过维纳法将维纳滤波作为第二层滤波对处理有的语音信息中的音频信号进行加强，然后再通过高通滤波器对所述音信息中的音频信号进行语音信号加重操作以减少了频谱的动态范围同时平滑语音信号的频谱；
识别及功能控制模块，智能家居主控制设备识别预处理后的语音信息中是否包括语音指令，若检测到所述语音信息中包括语音指令，再自动识别语音中的关键词，并根据关键词检索智能家居设备，若智能家居设备中存在与关键词相同的多个智能家居设备，则所述主控制设备通过微波人体存在状态识别技术识别用户的具体位置，并判断该位置是否存在待唤醒智能家居设备，若存在，则主控制设备控制该智能家居设备启动，若不存在，则主控制设备输出待确认语音，用户进一步确认需工作的智能家居设备。
本发明进一步公开了一种电子设备，包括处理器、存储器、通信接口，以及一个或多个程序，所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置由所述处理器执行，所述程序包括用于执行如上所述的方法中的步骤的指令。
本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行，以实如上所述的方法。
本发明于现有技术相比，可以选择的决定是先识别语音的命令还是唤醒关键词，可以在一种识别方式不灵敏或者失效时通过另一种触发激活方式实现语音控制智能家居，同时，由于可能存在的多个相同类型的智能家居，通过定位用户或者使用者的具体位置，选择控制与用户或者使用者位置最近的相同名称或者类型的智能家居。
其中，对声音的采集可以是实时的，通过实时传入语音,麦克风传入16k采样的ADPCM语音流,通过解码算法转换为PCM语音数据,然后再通过语音识别系统识别语音结果。经验证，在普通的工作环境中进行录音解析系统的识别率可达到92％以上，具有较好的识别精度和效率。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。因此，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种基于语音识别的智能家居控制方法，所述控制方法应用于智能家居主控制设备上，所述智能家居主控制设备具有语音接收装置、显示屏及网络连接模块，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，智能家居主控制设备在未接收到语音指令时，对被控设备状态进行等间距逐个显示，以便用户了解当前环境下的智能家居的连接情况；
步骤2，智能家居主控制设备在采集到语音信息后，对所述语音信息进行预处理，其中，所述预处理包括：通过防混叠带通滤波器对采集到的所述语音信息进行预滤波，以抑制输入语音信息中的音频信号中频率超过二分之一音频采样频率的信号以抑制电源频率对声音采样的干扰；再通过维纳法将维纳滤波作为第二层滤波对处理有的语音信息中的音频信号进行加强，然后再通过高通滤波器对所述音信息中的音频信号进行语音信号加重操作以减少了频谱的动态范围同时平滑语音信号的频谱；
步骤3，智能家居主控制设备识别预处理后的语音信息中是否包括语音指令，若检测到所述语音信息中包括语音指令，再自动识别语音中的关键词，并根据关键词检索智能家居设备，若智能家居设备中存在与关键词相同的多个智能家居设备，则所述主控制设备通过微波人体存在状态识别技术识别用户的具体位置，并判断该位置是否存在待唤醒智能家居设备，若存在，则主控制设备控制该智能家居设备启动，若不存在，则主控制设备输出待确认语音，用户进一步确认需工作的智能家居设备。
2.如权利要求1所述的一种基于语音识别的智能家居控制方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括：智能家居主控制设备优先识别预处理后的语音信息是否具有激活关键词，当检测到所述语音信息包括关键词后再识别是否包括控制智能家居的语音指令。
3.如权利要求2所述的一种基于语音识别的智能家居控制方法，其特征在于，在自动识别语音中的关键词进一步包括：针对于任一个设定的关键词构建语音识别模型，先将预设数量的语音指令在经过特征提取后，根据提取的特征数据进行训练，训练生成所述针对于该关键词的语音识别模型，将多个不同的关键词语音识别模型构建成一个触发关键词的列表，当智能家居主控制设备接收到语音信息后，对采集到的语音进行特征提取，匹配所述触发关键词的列表中的语音识别模型，然后再将所述触发关键词的列表中分值最高的指令作为识别的结果输出。
4.如权利要求3所述的一种基于语音识别的智能家居控制方法，其特征在于，当检测到关键词信息后，所述智能家居主控制设备判断当前环境是否处于网络连接状态，若当判断当前环境处于网络连接状态，则上传预处理后的语音信息至云语音识别平台，在所述云语音识别平台上对提交的语音信息进行音频数据再处理，然后将识别的文字结果转化为智能家居主控制设备的控制命令格式后发送至所述智能家居主控制设备。
5.如权利要求1所述的一种基于语音识别的智能家居控制方法，其特征在于，所述则所述主控制设备通过微波人体存在状态识别技术识别用户的具体位置，并判断该位置是否存在待唤醒智能家居设备进一步包括：构建所述智能家居在空间中的坐标空间，在识别到用户人体在坐标空间中的坐标后，计算所有所述智能家居设备在空间中与人体坐标的直线距离，按照直线距离的大小对所有的智能家居进行排序。
6.如权利要求5所述的一种基于语音识别的智能家居控制方法，其特征在于，所述则主控制设备按照排序得到的智能家居序列控制该智能家居设备启动的顺序。
7.如权利要求6所述的一种基于语音识别的智能家居控制方法，其特征在于，所述智能家居主控制设备与所述智能家居设备进行连接进一步包括：首先设置好所述网络的网关，再将所述智能家居主控制设备与所述智能家居设备都连接上网管IP上，使得所述智能家居主控制设备与所述智能家居设备同处于一个局域网下，以使得所述智能家居主控制设备与所述智能家居设备能够通过TCP/IP协议进行无线通信；当所述智能家居主控制设备触发控制命令时再识别出具体指令后，将其解析成所述智能家居设备可以识别的相应控制指令，所述智能家居主控制设备可选的射频通信或者WiFi通信方式发送给控制节点，在通过所述控制节点控制所述智能家居设备。
8.一种基于语音识别的智能家居控制系统，所述控制方法应用于智能家居主控制设备上，所述智能家居主控制设备具有语音接收装置、显示屏及网络连接模块，其特征在于，包括如下模块：
设备显示模块，智能家居主控制设备在未接收到语音指令时，对被控设备状态进行等间距逐个显示，以便用户了解当前环境下的智能家居的连接情况；
语音处理模块，智能家居主控制设备在采集到语音信息后，对所述语音信息进行预处理，其中，所述预处理包括：通过防混叠带通滤波器对采集到的所述语音信息进行预滤波，以抑制输入语音信息中的音频信号中频率超过二分之一音频采样频率的信号以抑制电源频率对声音采样的干扰；再通过维纳法将维纳滤波作为第二层滤波对处理有的语音信息中的音频信号进行加强，然后再通过高通滤波器对所述音信息中的音频信号进行语音信号加重操作以减少了频谱的动态范围同时平滑语音信号的频谱；
识别及功能控制模块，智能家居主控制设备识别预处理后的语音信息中是否包括语音指令，若检测到所述语音信息中包括语音指令，再自动识别语音中的关键词，并根据关键词检索智能家居设备，若智能家居设备中存在与关键词相同的多个智能家居设备，则所述主控制设备通过微波人体存在状态识别技术识别用户的具体位置，并判断该位置是否存在待唤醒智能家居设备，若存在，则主控制设备控制该智能家居设备启动，若不存在，则主控制设备输出待确认语音，用户进一步确认需工作的智能家居设备。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器、通信接口，以及一个或多个程序，所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置由所述处理器执行，所述程序包括用于执行如权利要求1-7任一项所述的方法中的步骤的指令。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行，以实现如权利要求1-7任一项所述的方法。
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