CN101740028A - 家电产品语音控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及家电产品语音控制系统。本发明公开了一种家电产品语音控制系统，解决现有技术中的语言控制系统操作繁琐、语音分辨能力低及成本高的问题。其技术方案的要点是：包括语音采集模块、语音处理模块及语音信息存储模块；语音采集模块、语音信息存储模块均连接语音处理模块；语音处理模块连接家电产品主芯片；语音采集模块采集用户语音控制命令并传送给语音处理模块；语音信息存储模块存储语音控制命令标准库；语音处理模块接收来自语音采集模块的用户语音控制命令，经过解析处理后与语音信息存储模块中的语音控制命令标准库相比对，识别语音控制命令。本发明的有益效果是：实现语音控制的操作简单，语音识别能力强、成本低，适用于家电产品。

Description

家电产品语音控制系统

技术领域

本发明涉及家电产品技术领域，具体的说是涉及一种家电产品语音控制系统。

背景技术

随着我国信息产业日新月异的快速发展，各式各样的消费类电子产品层出不穷，而如何实现用户对终端产品的方便快捷的控制也越来越受到广大消费者和家电产品厂家的重视，从最初的手动按键式控制，到随后的红外遥控式控制、手写输入控制，再到后来的简单语音控制，无不充分体现着这一发展趋势。

目前对家电产品(尤其是电视、空调、多媒体设备)的语音控制技术都存在以下几个技术瓶颈和局限性：第一，现有的家电语音控制系统中，用户语音都并不是直接与目标家电产品通信，而是与各种形态的遥控器设备通信，经过遥控器的音频处理之后发送给目标家电产品。这种模式下，用户仍然必须像控制传统家电产品那样，首先找到遥控器，随后将遥控器放到距离人体声源较近的位置，然后才能发送简单的语音命令。这样的操作模式本质上与传统的红外遥控式控制没有区别，改进很小，任然显得操作繁琐；

第二，在信息家电智能化迅速发展的趋势下，尤其是Internet和数据库技术在信息家电中的引入导致了用户对家电产品控制的极大多样化，然而现有的家电语音控制系统中用户只能发送诸如“音量增/减”、“频道增/减”等极为简单的传统控制指令，这与信息家电发展的趋势和用户需求是不能适应的；

第三，现有的家电语音控制系统中，对于存在着多路音源的较复杂语音环境中噪声和用户有效语音的辨别和分离几乎是无能为力的，这也正是现在很多时候需要用户将接收语音的控制设备放在离自己音源很近位置的根本原因。

另外，虽然当前在其他特定领域(如KTV歌房)的产品中，已经存在着在较复杂环境下语音识别、语音检索等技术实践的案例，但是这些特定领域产品中语音控制算法的实现是建立在价格昂贵的高性能主控芯片和DSP芯片的基础上的，而这种实现方法对于价格极为敏感的家电产品是很难接受和推广的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种家电产品语音控制系统，解决现有技术中的语言控制系统操作繁琐、语音分辨能力低及成本高的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：家电产品语音控制系统，包括语音采集模块、语音处理模块及语音信息存储模块；所述语音采集模块、语音信息存储模块均连接语音处理模块；所述语音处理模块连接家电产品主芯片；所述语音采集模块采集用户语音控制命令并传送给语音处理模块；所述语音信息存储模块存储语音控制命令标准库；所述语音处理模块接收来自语音采集模块的用户语音控制命令，经过解析处理后与语音信息存储模块中的语音控制命令标准库相比对，识别用户语音控制命令；所述语音采集模块采用N个麦克风内置于家电产品组成差分阵列，所述N个麦克风根据摆放位置的不同具备不同的灵敏度，保证搜集到的音频信号具备相应的方向和相位因素上的差异，N≥2，且为正整数。

所述语音处理模块采用处理ASIC芯片，该芯片包含了和语言采集模块中麦克风数量相同的A/D转换接口、实现各种语音处理算法的电路以及与家电产品主芯片进行通信的接口电路。

所述语音信息存储模块包括片内EEPROM和可扩展片外存储设备接口。

所述各种语音处理算法包括声源定位、多通道信号分离、目标语音识别、回波抵消、后滤波以及单通道语音增强。

本发明的有益效果是：实现语音控制的操作简单，语音识别能力强、成本低。

附图说明

图1为本发明的家电产品语音控制系统结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

本发明公开了一种家电产品语音控制系统，解决现有技术中的语言控制系统操作繁琐、语音分辨能力低及成本高的问题。该系统的主要改进点在于摒弃了现有技术采用遥控器作为语音采集器，而采用内置于家电产品的多麦克风差分陈列，利用阵列中具有不同灵敏度的麦克风以及阵列中各个麦克风特定的摆放位置，搜集到的音频信号具备了相应方向和相位等因素上的差异，为后续的高性能信噪分离和语音识别奠定了基础；该系统中的语音处理模块采用ASIC芯片模式来实现已有的各种先进的语音识别、降噪、分离、后滤波、增强等算法，而不是现有语音处理系统中使用的昂贵的通用型主控芯片和DSP芯片，从而实现了音频处理的高性能和低成本目标；该系统的语音信息存储模块采用片内EEPROM和可扩展片外存储设备相结合的形式实现，用于存放各种消费类产品不同应用场景下的标准控制语音样板库，并为更进一步的语音网络检索等广域应用提供了可扩展接口，从而使得本系统方案具有电子消费品领域(尤其是信息家电领域)广泛的适应性。

如图1所示，本发明中的家电产品语音控制系统，包括语音采集模块、语音处理模块及语音信息存储模块；所述语音采集模块、语音信息存储模块均连接语音处理模块；所述语音处理模块连接家电产品主芯片；所述语音采集模块采集用户语音控制命令并传送给语音处理模块；所述语音信息存储模块存储语音控制命令标准库；所述语音处理模块接收来自语音采集模块的用户语音控制命令，经过解析处理后与语音信息存储模块中的语音控制命令标准库相比对，识别用户语音控制命令。

下面从语音控制系统的三个主要构成部分对本发明进一步说明：

(1)语音采集模块：传统家电产品中往往没有语音输入模块。现有的家电语音控制系统中无一例外地均使用遥控器作为语音采集模块，语音采集能力十分有限，且不能为后续的信噪分离和进一步处理提供任何必须的语音方位等复杂信息。

本发明系统的语音采集模块采用N个麦克风内置于家电产品组成差分阵列，所述N个麦克风根据摆放位置的不同具备不同的灵敏度，保证搜集到的音频信号具备相应的方向和相位因素上的差异，比如家电产品正面方向的麦克风灵敏度要高，侧面方向的麦克风灵敏度要稍低，因为人体声源一般情况下是从正面方向发出的，而噪音(比如家电产品自身发出的声音，一般分布在侧面)，这样做可以有效减小干扰，N≥2，且为正整数。

为后续进一步的高性能信噪分离和语音识别奠定了基础；同时，差分多麦克风阵列的采用使得用户不再受限于各种形态的传统遥控器外设，可以真正地实现用户直接向终端家电产品发送语音命令，进入“无遥控器遥控”时代。另外，现在麦克风设备成本已经大大降低，在终端产品中直接内置差分多麦克风阵列也完全符合消费类产品低成本目标的要求。

(2)语音处理模块：现有消费类电子产品语音控制系统中的语音处理功能非常简单，往往一方面这是受制于作为基础的语音采集模块传来的语音信号的单一性，另一方面则是受限于高性能语音处理算法在数字信号处理硬件要求上的高成本因素。

本发明系统中的语音处理模块采用音频处理ASIC芯片来实现，则可以成功解决语音控制命令的高性能和低成本的要求，并且在适用于先进差分多麦克风阵列语音输入模块的同时，也兼容各种传统单个、多个麦克风的语音输入模块。该芯片中包括了和语音采集模块中麦克风数量相同的A/D转换接口，实现了各种先进语音处理算法的电路，以及与终端产品主控芯片进行通信的接口电路。

对于语音输入模块采用差分多麦克风阵列的终端产品，当来自差分多麦克风阵列的多路模拟音频信号进行了A/D转换之后，算法电路完成声源定位、多通道信号分离、目标语音识别、回波抵消、后滤波、单通道语音增强等多种高级语音处理算法。尤其是回拨抵消算法的电路实现，可以成功解决电视等发声设备本身扬声器对于用户语音命令的影响，大大增强了终端产品音频控制的可靠性，语音处理模块将经过语音处理后的用户语音控制命令传送给家电产品主芯片，由家电产品主芯片控制相应功能单元实现用户的期望动作。

而对于不宜采用差分多麦克风阵列作为语音输入模块的终端产品而言，本发明系统的音频处理ASIC芯片同样可完全胜任传统的单个或多个麦克风语音输入信号的处理工作。

本发明系统的音频处理ASIC芯片中的外部通信接口电路则集成了本语音控制系统与终端产品主控芯片和其他设备的通信协议，包括向主控芯片发送用户语音控制命令的实时中断信号，以及通过嵌入式应用中常见的I2C、RS-232、红外等方式与终端产品中其他设备的交互通信。

使用这样ASIC芯片作为语音控制系统中的语音处理模块，可以广泛地适应各种应用场景下的不同消费类电子产品的语音控制需求，对于电子消费类产品语音控制系统的高效性和广泛适用性具有重要的作用。

(3)语音信息存储模块：用户对家电产品的语音控制的实现必然还需要作为语音命令解释字典的语音信息存储模块。现有家电产品语音控制系统中的语音信息存储模块往往都只能存放极为有效的标准语音样板，例如“音量加”、“频道加”，或者手机声控标签中完整的被呼叫者名字等，并且这些样板内容往往都是无法改变的，而现代家电产品现在都无一例外地引入了Internet和数据库技术，语音控制命令的样板也自然而然地应该适应这一发展潮流，赋予更多的灵活性和大容量特性。

本发明语音控制系统的语音信息存储模块，采用片内EEPROM和可扩展片外存储设备接口相结合的形式实现。片内EEPROM作为用户语音控制指令的基本标准库，其中存放着与ASIC语音处理芯片相对应的特定电子消费类产品所有的命令语音样板；而ASIC芯片的存储设备接口，则是定位于需要直接使用Internet和数据库技术的家电产品，通过外接大容量的可方便升级存储设备，在其中存储海量的关键字语音样板，为用户进一步的网络语音检索等高级应用奠定基础。

因为EEPROM的可擦写性，本发明系统的语音信息存储模块可以适用于各类不同的电子消费类产品的基本语音控制命令库，适应于不同语种的用户；又因为具有可扩展片外存储设备接口，本发明系统的语音信息存储模块又可以满足更加广域范围内用户语音应用的要求，从而使得本发明系统的语音信息存储模块满足了电子消费类产品领域内的普遍适应性要求。

Claims (4)

1.家电产品语音控制系统，其特征在于：包括语音采集模块、语音处理模块及语音信息存储模块；所述语音采集模块、语音信息存储模块均连接语音处理模块；所述语音处理模块连接家电产品主芯片；所述语音采集模块采集用户语音控制命令并传送给语音处理模块；所述语音信息存储模块存储语音控制命令标准库；所述语音处理模块接收来自语音采集模块的用户语音控制命令，经过解析处理后与语音信息存储模块中的语音控制命令标准库相比对，识别用户语音控制命令；所述语音采集模块采用N个麦克风内置于家电产品组成差分阵列，所述N个麦克风根据摆放位置的不同具备不同的灵敏度，保证搜集到的音频信号具备相应的方向和相位因素上的差异，N≥2，且为正整数。

2.如权利要求1所述的家电产品语音控制系统，其特征在于：所述语音处理模块采用ASIC处理芯片，该芯片包含了和语言采集模块中麦克风数量相同的A/D转换接口、实现各种语音处理算法的电路以及与家电产品主芯片进行通信的接口电路。

3.如权利要求2所述的家电产品语音控制系统，其特征在于：所述各种语音处理算法包括声源定位、多通道信号分离、目标语音识别、回波抵消、后滤波以及单通道语音增强。

4.如权利要求1或2或3所述的家电产品语音控制系统，其特征在于：所述语音信息存储模块包括片内EEPROM和可扩展片外存储设备接口。