CN101819758A - 一种声音控制屏幕显示的系统及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种声音控制屏幕显示的系统及实现方法，主要是通过麦克风阵列采集声音，将声音信号发送给DSP处理器，由其自动完成声源定位和声音身份识别的处理过程，并将结果传送给系统控制模块，控制模块根据DSP模块反馈的识别结果和用户设置的参数对屏幕的显示做出相应的改变，实现屏幕显示自动控制的效果，从而实现产品的一种具有特色的智能化。其特点是硬件成本低，易于实现及扩展，可以在实际中应用。该方案可以应用于所有带显示屏的便携或固定的电子产品中。
Description
技术领域
本发明涉及声音控制领域，更具体地，涉及一种声音控制屏幕显示的系统及实现方法。
背景技术
基于麦克风阵列的声源定位技术是通过对麦克风接收到的阵列信号进行分析处理来估计出声源的空间位置信息。基于传声器阵列的声源定位方法大体上可分为三类：基于最大输出功率的可控波束形成方法；基于高分辨率谱估计的定位方法；基于时延估计的声源定位方法。基于时延估计的声源定位方法在导航系统、声纳系统等领域都有广泛的应用。该方法分为两步，即时延估计和声源定位。首先，通过算法估计声源信号到达阵列中阵元麦克风的相对时间差；第二步则利用估计时间差来计算出声源到达各阵元的距离差，然后结合阵列拓扑结构用搜索或几何算法确定声源位置。基于时延估计的定位方法在运算量上远远小于可控波束和谱估计法，其可以通过DSP完成，且在一定的噪声和反射下有比较好的定位精度。因此该方法硬件成本低，易于实现及扩展，可以在实际中应用。
语音身份识别是通过对接收到的语音信号进行处理，从而判断语音身份的技术。其一般分为两步，即声音预处理和特征参数提取。声音预处理一般分为语音信号的采样和量化、预加重处理、加窗处理和端点检测。采样量化是将模拟的声音信号转变成数字信号，为使有较好的识别效果，采集的频率要足够高，以便更多地采集到语音中包含信息；预加重的目的是滤除低频干扰，尤其是50Hz和60Hz的工频干扰，提升对语音识别有用的高频部分，以便进行频谱分析和声道参数分析；加窗处理是为了将语音信号中的样本信号切去；端点检测是从语音信号中检测出语音信号段和噪声段，准确的端点检测可以减少计算来量，且可以提高识别率。语音信号的特征参数一般可分为时域特征参数和频域特征参数，由于频域的分析优越性其受到较多重视。目前使用最为广泛的是线性预测倒谱系数(LPCC)和美尔频率倒谱系数(MFCC)。而美尔频率倒谱系数由于强调低频信息从而突出有利于识别信息，因此更适合实际的应用。
发明内容
本发明的目的是利用声源定位和语音身份识别技术，实现屏幕显示自动控制的效果。
为实现上述目的，本发明提出一种声音控制屏幕显示的系统，包括：麦克风阵列、DSP模块、控制模块、参数模块和显示模块，其中，
麦克风阵列负责将声音信号转化成电信号，并传递给放大滤波模块和控制模块；
DSP模块完成信号数据的读取、声源定位算法和声音身份识别算法的实现，并将识别结果反馈给控制模块；
控制模块传递特定用户的声音特征参数给DSP模块并控制显示模块的改变；
参数模块存储特定用户的声音特征参数和声源距离与显示参数的对应关系；
显示模块接受控制模块的控制，根据控制模块选择的显示参数改变其显示状态。
进一步地，所述系统还包括放大滤波模块，该放大滤波模块实现声音信号的放大和滤波。
进一步地，所述控制模块控制DSP模块完成初始化、声音的定位和识别，根据DSP模块反馈的结果来判定是否改变显示状态，若改变，则与参数模块完成数据交互，并完成显示模块的状态改变。
进一步地，所述参数模块通过用户的设置，自动生成对应的码表，并在控制模块的控制下将以上信息传递给控制模块。
进一步地，所述码表可以是颜色与距离对应参数、屏幕亮度与距离对应参数、字体大小与距离对应参数中的一种或多种。
进一步地，所述系统还包括A/D模块，该模块可以在DSP模块的控制下完成信号的采集过程，并将信号传递给DSP模块。
本发明还涉及一种声音控制屏幕显示的实现方法，包括：
控制模块检测麦克风阵列上有无声音信号；DSP模块对该声音信号的声源进行定位并进行声音身份识别计算，将结果反馈给控制模块；如果控制模块判断出该声音信号是特定用户的声音，从参数设置模块读取声源距离识别结果下的参数码表，并向显示模块发送控制命令，实现显示模块的状态改变。
进一步地，所述参数模块通过用户的设置，自动生成对应的码表，并在控制模块的控制下将以上信息传递给控制模块。
进一步地，所述码表可以是颜色与距离对应参数、屏幕亮度与距离对应参数、字体大小与距离对应参数中的一种或多种。
进一步地，DSP模块接收到声音信号后，通过控制A/D模块完成声音数据的采集，并将其读取到DSP模块内。
综上，本发明主要是通过麦克风阵列采集声音，将声音信号发送给DSP处理器，由其完成声源定位和声音身份识别的处理过程，并将结果传送给系统控制单元，控制模块根据识别结果和用户设置的参数对屏幕的显示做出相应的改变，其可以应用于所有带显示屏的便携或固定的电子产品中。通过本发明的技术方案可以实现声音控制屏幕显示效果，从而实现产品的一种具有特色的智能化。
附图说明
图1是本发明实施例系统结构示意图；
图2是本发明实施例实现方法流程示意图。
具体实施方式
本发明利用声源定位和语音身份识别技术，使预先设定的用户能通过声音控制屏幕显示的效果，从而实现产品的一种具有特色的智能化。
本发明方案控制的显示效果可以多种多样，例如，可以利用该技术控制屏幕字体的大小，也可以控制屏幕的亮度等等。具体可以视产品的需要而决定。
以控制字体大小的实现过程为例说明。特定的用户发出声音，该系统接收到声音并与事先存储在系统中的声音进行判断分析，从而知道该声音是否为特定用户发出以及声源离屏幕的距离，如果该声音是由特定的用户发出，系统会根据声源离屏幕的距离和用户预先设置的参数表(该参数表包括各用户预先设定的视力参数)来改变字体的大小。如果判断声源距离屏幕距离比较远，会调整字体大小，使字体变的更大，方便用户观看。如果判断声源距离屏幕比较近，则使字体变得较小，在不影响观看的前提下使一个屏幕显示更多的文字。字体的大小与声源的距离设定对应关系，较短距离对应字体比较小，较远距离对应字体比较大。
图1是本发明实施例系统结构示意图，所述系统包括麦克风阵列S101、放大滤波模块S102、A/D模块S103、DSP模块S104、控制模块S105、参数模块S106和显示模块S107，详细说明如下：
麦克风阵列S101，负责将声音信号转化成电信号，并传递给放大模块和控制模块。该模块设计包括麦克风的选取和阵列结构设计。麦克风性能要求频率范围宽，灵敏度高，失真小，瞬态响应好，且具有良好的稳定性，从而尽可能提高声音信号中所包含的信息。在阵列设计上，可以使麦克风分布在屏幕的四角，原则是应使各麦克风之间的间距尽可能大，以便增加同等条件下的各通道的时延，从而提高定位精度，同时应使各麦克风分布呈规则矩形。
放大滤波模块S102，实现声音信号的放大和滤波。直接由麦克风所采集到的声音信号的幅值典型值仅仅为几十毫伏，且含有不需要的噪声部分，因此需要通过放大滤波模块进行信号放大和滤波。本应用中的放大器要求具有高精度、高动态范围、低电压输入以及较低的静态工作电流的特点，以满足声音信号放大的需求。
A/D模块S103，可以在DSP模块的控制下完成信号的采集过程，并将信号传递给DSP模块。该模块的性能要满足声音采集的采样频率要求以及动态范围要求，同时对每一路声音信号配备一路A/D转换器，以满足定位需求。
DSP模块S104，完成A/D模块的控制和数据的读取、声源定位算法和声音身份识别算法的实现，并将识别结果反馈给控制模块。在软件上，此模块分为三部分，一部分完成对A/D模块的控制和数据的读取，一部分完成声源定位算法实现，另一部分完成声音身份识别算法实现。由于现在的很多电子产品中都具有高性能的DSP，因此可以实现硬件的复用，从而有效降低成本。
控制模块S105，是系统工作流程的核心部分。其负责监测麦克风阵列上有无声音信号；控制DSP模块完成初始化、声音的定位和识别；传递特定用户的声音特征参数给DSP模块；以及根据DSP模块反馈的结果来判定是否改变显示状态，改变的话则与参数模块完成数据交互，并完成显示模块的状态改变。该模块完成以下功能：硬件启动过程的初始化控制；麦克风声音信号监测；声源定位和声音身份识别过程控制；以及根据定位和识别结果进行判断，并从参数设置模块处读取码表，以按用户预期的方式改变显示模块的状态。
参数模块S106，存储特定用户的声音特征参数和声源距离与显示参数的对应关系，同时该模块可以通过用户的设置，自动生成对应的码表，并在控制模块的控制下将以上信息传递给控制模块。如可以由用户设置自己喜好的颜色参数、屏幕亮度参数、视力参数等，根据这些参数，该模块能生成人眼距屏幕不同距离时的对应颜色参数码表、对应屏幕亮度参数码表、对应字体大小参数码表等。
显示模块S107，接受控制模块的控制，改变其显示状态。该模块与控制模块进行数据交互，由控制模块对其状态进行控制，根据控制模块选择的显示参数改变其显示状态。
图2是本发明实施例实现方法流程示意图，具体流程如下：
S201：控制模块启动，并控制参数模块、A/D转换器和DSP完成相关初始化过程，其中包括将特定用户的声音特征参数读取到DSP模块中，同时其进行麦克风声音信号的监测；
S202：控制模块中与麦克风相接的端口会检测麦克风上是否有声音信号，如果是进入步骤S203，如果否，则继续检测；
S203：当控制模块监测到麦克风有声音信号输出时，控制模块即发出测量命令，DSP模块接收到命令后，控制A/D模块完成一次声音数据的采集，并将其读取到DSP模块内；
S204：DSP模块开始声源定位和声音身份识别计算，并将结果反馈给控制模块；
S205：控制模块根据声音身份识别结果判断是否为特定用户的声音，如果否，结束本轮流程，转入步骤S202，重新回到控制模块监测麦克风是否有声音信号；如果是，进入步骤S206；
S206：控制模块从参数设置模块读取声源距离识别结果下的参数码表；
S207：控制模块从参数模块中读取参数码表，之后向显示模块发送控制命令，实现显示模块的状态改变。控制模块结束本次流程，从步骤S202开始监测麦克风声音信号的新一轮流程。
本发明提出一种利用声源定位和声音识别技术实现屏幕显示自动控制的系统架构。主要是通过麦克风阵列采集声音，将声音信号发送给DSP处理器，由其完成声源定位和声音身份识别的处理过程，并将结果传送给系统控制单元，控制模块根据识别结果和用户设置的参数对屏幕的显示做出相应的改变，其可以应用于所有带显示屏的便携或固定的电子产品中。
当然，本发明还可有多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的更改或变化，但凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种声音控制屏幕显示的系统，包括：麦克风阵列、DSP模块、控制模块、参数模块和显示模块，其中，
麦克风阵列负责将声音信号转化成电信号，并传递给放大滤波模块和控制模块；
DSP模块完成信号数据的读取、声源定位算法和声音身份识别算法的实现，并将识别结果反馈给控制模块；
控制模块传递特定用户的声音特征参数给DSP模块并控制显示模块的改变；
参数模块存储特定用户的声音特征参数和声源距离与显示参数的对应关系；
显示模块接受控制模块的控制，根据控制模块选择的显示参数改变其显示状态。
2.如权利要求1所述系统，其特征在于：所述系统还包括放大滤波模块，该放大滤波模块实现声音信号的放大和滤波。
3.如权利要求1所述系统，其特征在于：所述控制模块控制DSP模块完成初始化、声音的定位和识别，根据DSP模块反馈的结果来判定是否改变显示状态，若改变，则与参数模块完成数据交互，并完成显示模块的状态改变。
4.如权利要求1所述系统，其特征在于：所述参数模块通过用户的设置，自动生成对应的码表，并在控制模块的控制下将以上信息传递给控制模块。
5.如权利要求4所述系统，其特征在于：所述码表可以是颜色与距离对应参数、屏幕亮度与距离对应参数、字体大小与距离对应参数中的一种或多种。
6.如权利要求1所述系统，其特征在于：所述系统还包括A/D模块，该模块可以在DSP模块的控制下完成信号的采集过程，并将信号传递给DSP模块。
7.一种声音控制屏幕显示的实现方法，包括：
控制模块检测麦克风阵列上有无声音信号；DSP模块对该声音信号的声源进行定位并进行声音身份识别计算，将结果反馈给控制模块；如果控制模块判断出该声音信号是特定用户的声音，从参数设置模块读取声源距离识别结果下的参数码表，并向显示模块发送控制命令，实现显示模块的状态改变。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述参数模块通过用户的设置，自动生成对应的码表，并在控制模块的控制下将以上信息传递给控制模块。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述码表可以是颜色与距离对应参数、屏幕亮度与距离对应参数、字体大小与距离对应参数中的一种或多种。
10.如权利要求7所述方法，其特征在于：DSP模块接收到声音信号后，通过控制A/D模块完成声音数据的采集，并将其读取到DSP模块内。
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Granted publication date: 20130116 Termination date: 20171222 |
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