CN101562646A - 通过有效话音信号来实现通信控制的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过有效语音来实现通信控制的系统及方法。是基于软件技术来实现的方法和装置。该系统包括语音自动控制部分和手动控制部分，其中语音自动控制部分包括有语音控制接口、USB和外置PTT接口、耳机和拾音器接口、模数数模转换单元、数字信号处理单元、语音接口电路、手工切换电路、存储器等组成。其方法为：1.建立噪音信号模型，2.数据输入；3.音频信号处理；4.判断信号，5.滤去话音频带外信号，自动增益控制；6.输入信号比较，7.发出控制信号，话音结束返回静音。特点是：在运动中话音检测准确性很高。通过采用有效话音信号来实现控制，使话音识别技术实现了智能化。

Description

通过有效话音信号来实现通信控制的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种语音检测控制装置与方法，特别是涉及一种通过有效语音来实现通信控制的系统及方法。

背景技术

在各种工作紧张的场所，工作人员要用双手工作，还要腾出双手使用手持台与指挥员联系，常常双手都感到不够用，所以用话音检测来控制手持台与指挥员联系成为非常必要，而话音检测技术一直是通信领域多年在进行研究的技术，虽然有各种话音检测产品，但这些产品的显著特点是适合在静止，噪音低的环境下使用，在大噪声情况下误检率很高，在应用于运动的场景时非常不准确，不能避免外界跑步声、走步声、摩擦声等干扰信号引起的误检，也不能避免咳嗽和喘气声等无意义话音信号引起的误检，而且在进行语音通信过程中丢字现象严重，基本上不实用。当前，移动通信发展的非常迅速，移动通信终端产品应用在各个领域，特别是应用在各种工作领域的无线电台如对讲机，集群手机等日益增长，因而为了能够在移动中更加方便地使用无线电台，在移动中实现高准确率的话音检测技术是非常重要的。

目前，随着DSP处理器运算能力的提高，在DSP上实现复杂的软件数字信号处理运算已成为可能。

发明内容

本发明提供一种不仅判定信号能量，而且还判定话音信号和常见噪声，以及判定干扰信号和无意义话音信号来实现通信控制的系统及方法。有效话音信号的定义是指排除了常见噪声、跑步声、走步声、摩擦声、咳嗽和喘气声等后的有主动表达意识的话音信号。

本发明所采用的技术方案是：一种通过有效话音信号来实现通信控制的系统，包括有手动控制部分B，其特征在于，还设置有语音自动控制部分A，以及用于与外部装置进行连接和通信的喇叭和麦克风接口、语音和控制接口、USB和外置PTT接口；其中，语音自动控制部分A的信号输入端与喇叭和麦克风接口相连，语音自动控制部分的信号输出端与语音和控制接口连接；语音自动控制部分A与手动控制部分B是通过手工切换电路进行切换；手工切换电路的话音和控制信号与语音和控制接口连接，手工切换电路的连通信号线通过输入端与USB和外置PTT接口连接，所述USB和外置PTT接口连接到外置PTT按键；喇叭和麦克风接口还接收加法器输出的从语音和控制接口过来的信号与模数数模转换单元输出信号相叠加的信号。

语音自动控制部分A包括有：与喇叭和麦克风接口相连接的模数数模转换单元，与模数数模转换单元相连的数字信号处理单元以及与模数数模转换单元相连接收其模拟话音输出的语音接口电路.所述的数字信号处理单元的输出与语音和控制接口连接；通过有效话音信号来实现通信控制的系统，所述的数字信号处理单元还通过总线接口与存储器相连接；通过有效话音信号来实现通信控制的系统，所述的数字信号处理单元还通过USB接口与USB和外置PTT接口相连；所述的语音接口电路的输出与手工切换电路连接。

模数数模转换单元包括有向数字信号处理单元输入数字信号的模数转换、接收数字信号处理单元输出的数字信号的左通道数模转换和接收数字信号处理单元的信号的右通道数模转换。

一种用于通过有效话音信号来实现通信控制的系统的方法包括如下阶段：

第一阶段：建立噪音信号模型，建立跑步声、走步声、摩擦声信号模型，建立咳嗽和喘气声信号模型；

第二阶段：向数字信号处理单元输入音频信号的数据；

第三阶段：对音频信号的数据进行处理；

第四阶段：判断输入信号能量是否大于门限，是则进入下一阶段，否则静音后返回第二阶段；

第五阶段：滤去话音频带外信号，自动增益控制；

第六阶段：将输入信号分别与第一阶段所建立的各干扰信号模型进行比较，相似则静音后返回第二阶段，不同则决定输入信号为话音信号，执行下一阶段；

第七阶段：发出控制信号，输出经处理后的话音信号，话音结束返回第二阶段。

本发明的特点是：在运动中话音检测准确性很高。通过采用有效话音信号来实现控制，使话音识别技术实现了智能化，特别适用于在各种紧张工作中使用无线电台的环境中。该发明真正能解放双手实现通信控制，解决了多年存在的技术难题。

附图说明

图1是本发明系统框图并作为摘要附图。

图2是自动控制和手动控制工作过程示意图。

图3是本发明的方法流程图。

其中：1.喇叭和麦克风接口，2.语音和控制接口，3.USB和外置PTT接口，4.手工切换电路，5.模数数模转换单元，6.数字信号处理单元，7.语音接口电路，8.存储器，9.左通道数模转换，10.右通道数模转换，11.模数转换，12.外置PTT按键，13.电池，14：电源模块，15.总线接口，16.计算机，17.通信传输设备，18.USB编程接口配件，19.骨导耳机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的通过有效话音信号来实现通信控制的系统及方法做出详细说明。

如图1所示为本发明的通过有效话音信号来实现通信控制的系统，包括有手动控制部分B，还设置有语音自动控制部分A，以及用于与外部装置进行连接和通信的喇叭和麦克风接口1、语音和控制接口2、USB和外置PTT接口3；其中，语音自动控制部分A的信号输入端与喇叭和麦克风接口1相连，语音自动控制部分A的信号输出端与语音和控制接口2连接；语音自动控制部分A与手动控制部分B是通过手工切换电路4进行切换；手工切换电路4的话音和控制信号与语音和控制接口2连接，手工切换电路4的连通信号线通过输入端与USB和外置PTT接口3连接，所述USB和外置PTT接口3连接到外置PTT按键12；喇叭和麦克风接口1还接收加法器输出的从语音和控制接口2过来的信号与模数数模转换单元5输出信号相叠加的信号。

语音自动控制部分A包括有：与喇叭和麦克风接口1相连接的模数数模转换单元5，与模数数模转换单元5相连的数字信号处理单元6以及与模数数模转换单元5相连接收其模拟话音输出的语音接口电路7.所述的数字信号处理单元6的输出与语音和控制接口2连接；通过有效话音信号来实现通信控制的系统，所述的数字信号处理单元6还通过总线接口15与存储器8相连接；通过有效话音信号来实现通信控制的系统数字信号处理单元6还通过USB接口与USB和外置PTT接口3相连；所述的语音接口电路7的输出与手工切换电路4连接。模数数模转换单元5采用型号为TLV320AIC23的芯片。包括有向数字信号处理单元6输入数字信号的模数转换11、分别接收数字信号处理单元6的信号的左通道数模转换9和接收数字信号处理单元6的信号的右通道数模转换10。

人的说话声经麦克风转变成的电信号是模拟信号，模数转换11负责把模拟信号转变成数字信号送到数字信号处理单元6进行相关的运算处理。经运算处理完后的数字信号再经模数转换10和模数转换11转变为模拟信号输出到相关的通信设备。

数字信号处理器DSP 6采用型号为TMS320VC5509A芯片；数字信号处理器DSP 6是本发明的通过有效话音信号来实现通信控制系统的中心器件，软件程序运行在该芯片上，数字信号处理器DSP 6担负着整个电路初始化，输入输出控制，系统维护，最重要的是担负着复杂的数字信号运算工作。

存储器8为快擦型存储器flash采用型号为AM29LV800的存储器。快擦型存储器flash存储着程序的目标码。

喇叭和麦克风接口1是用于与外部的喇叭和麦克风连接，本发明采用喇叭和麦克风集成在一起的通过耳骨振动受送话器的骨导耳机19，也可采用其它类型的收送话器。麦克风是送话器，把人的说话声转变成电信号；喇叭是受话器，用于播放通信另一方的声音和提示音。语音和控制接口2，是与其它通信传输设备17，如对讲机、集群手机等单工、双工通信终端或无线电台相连的接口。

USB和外置PTT接口3，一是作为USB软件功能升级接口，通过USB编程接口配件18与计算机16的USB接口相连；二是通过外置PTT接口与外置PTT按键12相连。本发明的通过有效话音信号来实现通信控制的系统是通过电源模块14和电池13提供电源。

如图2所示，自动控制工作过程是：

第一.设备持有者开始说话；

第二.话音信号经数字化，送到DSP数字信号处理器，然后进行识别。同时对话音信号进行滤波处理，改善话音的质量；

第三.识别结果用于控制通信的开始和结束；输出质量改善后的数字话音经数模转换后输出至接口；控制状态提示音经数模转换后输出到喇叭；

第四.本发明的系统与其它通信传输设备如对讲机，集群手机等单工、双工通信终端或无线电台相连，实现通信。

在电池没电时，采用手动控制工作。手动控制工作过程是：

第一.手按PTT键(PTT：push to talk)，表示和对方通信开始；

第二.这时设备持有者开始说话；

第三.说话声不经处理，直通到接口；

第四.该发明设备和其它通信传输设备如对讲机，集群手机等单工、双工通信终端或无线电台相连，实现通信。

如图3所示，本发明的方法对数字化的话音信号需分两部分进行：

第一部分是进行信号分析，包括：

1.去直流，计算信号能量，初步判定是否有信号输入，滤去话音频带外信号，实现自动增益控制；

2.比较输入信号是否符合噪声的信号模型，排除噪声引起的误判；

3.比较输入信号是否符合跑步声、走步声、摩擦声信号模型，进一步排除干扰信号引起的误判；

4比较输入信号是否符合咳嗽和喘气声等无意义话音信号模型，进一步排除无意义话音信号引起的误判；

第二部分是进行信号处理，包括：增益控制、提升高频能量、信号滤波。

本发明的上述方法，是在数字信号处理器DSP上运行，实现信号的分析和处理，输入输出控制，DSP软件系统维护等工作。具体如图3所示，包括如下阶段：

第一阶段：建立各噪声，干扰声等的信号模型；

第二阶段：向数字信号处理单元6输入音频信号的数据；

第三阶段：对音频信号的数据进行处理；

第四阶段：判断输入信号能量是否大于门限(电路噪音能量+6dB)，是则进入下一阶段，否则静音后返回第二阶段；

第五阶段：滤去话音频带外信号，自动增益控制；

第六阶段：将输入信号分别与第一阶段所建立的各干扰信号模型进行比较，相同则静音后返回第二阶段，不同则执行下一阶段；

第七阶段：发出控制信号，输出经处理后的话音信号，话音结束返回第二阶段。

在第一阶段所述的信号模型，包括：建立噪音信号模型；建立跑步声、走步声、摩擦声信号模型；建立咳嗽和喘气声信号模型。

在第二阶段所述的输入音频信号的数据，是将经麦克风的音频信号，进行数模转换，将转换后的数字信号输入到数字信号处理单元6。

在第三阶段所述的对音频信号的数据进行处理，是对信号进行去直流，计算信号能量。将输入信号分别与第一阶段所建立的各信号模型进行比较，包括：判断是否符合噪音的信号模型；是否符合跑步声、走步声、摩擦声信号模模型；是否符合咳嗽和喘气声信号模模型。

本发明使用DSP作为处理单元，采用软件数字信号处理技术，从各种信号的特性分析着手，运用数学运算计算各种信号的特性，通过多层次比较和综合分析，最终达到检测的高准确率。

Claims (4)

1.一种通过有效话音信号来实现通信控制的系统，包括有手动控制部分(B)，其特征在于，还设置有语音自动控制部分(A)，以及用于与外部装置进行连接和通信的喇叭和麦克风接口(1)、语音和控制接口(2)、USB和外置PTT接口(3)；其中，语音自动控制部分(A)的信号输入端与喇叭和麦克风接口(1)相连，语音自动控制部分(A)的信号输出端与语音和控制接口(2)连接；语音自动控制部分(A)与手动控制部分(B)是通过手工切换电路(4)进行切换；手工切换电路(4)的话音和控制信号与语音和控制接口(2)连接，手工切换电路(4)的连通信号线通过输入端与USB和外置PTT接口(3)连接，所述USB和外置PTT接口(3)连接到外置PTT按键(12)；喇叭和麦克风接口(1)还接收加法器输出的从语音和控制接口(2)过来的信号与模数数模转换单元(5)输出信号相叠加的信号。

2.根据权利要求1所述的通过有效话音信号来实现通信控制的系统，其特征在于，所述的语音自动控制部分(A)包括有：与喇叭和麦克风接口(1)相连接的模数数模转换单元(5)，与模数数模转换单元(5)相连的数字信号处理单元(6)以及与模数数模转换单元(5)相连接收其模拟话音输出的语音接口电路(7)，所述的数字信号处理单元(6)的输出与语音和控制接口(2)连接，通过有效话音信号来实现通信控制的系统，所述的数字信号处理单元(6)还通过总线接口(15)与存储器(8)相连接；通过有效话音信号来实现通信控制的系统，所述的数字信号处理单元(6)还通过USB接口与USB和外置PTT接口(3)相连；所述的语音接口电路(7)的输出与手工切换电路(4)连接。

3.根据权利要求1所述的通过有效话音信号来实现通信控制的系统，其特征在于，所述的模数数模转换单元(5)包括有向数字信号处理单元(6)输入数字信号的模数转换(11)、接收数字信号处理单元(6)输出的数字信号的左通道数模转换(9)和接收数字信号处理单元(6)的信号的右通道数模转换(10)。

4.一种用于通过有效话音信号来实现通信控制的系统的方法，其特征在于，包括如下阶段：第一阶段：建立噪音信号模型，建立跑步声、走步声、摩擦声信号模型，建立咳嗽和喘气声信号模型；

第二阶段：向数字信号处理单元(6)输入音频信号的数据；

第三阶段：对音频信号的数据进行处理；

第四阶段：判断输入信号能量是否大于门限，是则进入下一阶段，否则静音后返回第二阶段；

第五阶段：滤去话音频带外信号，自动增益控制；

第六阶段：将输入信号分别与第一阶段所建立的各干扰信号模型进行比较，相似则静音后返回第二阶段，不同则决定输入信号为话音信号，执行下一阶段；

第七阶段：发出控制信号，输出经处理后的话音信号，话音结束返回第二阶段。

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