CN102111314A - 一种基于蓝牙传输的智能家居语音控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明所提出了一个基于蓝牙传输的智能家居控制系统，实现了手机终端与智能家居电器的语音控制。通过移动终端采用蓝牙传输技术，更适合应用于智能家居中的局域网，大大延长了语音控制的距离，通过蓝牙传输的语音从发音端极大的消除了噪音杂音，使传输的语音命令更容易被识别分析。本系统包括：智能手机终端，包括蓝牙设备及语音输入设备，用于前端的语音采集及蓝牙发送；中控器，包括蓝牙设备，用于接收智能手机终端通过蓝牙发送过来的语音数据，并对所述语音数据进行分析，并向控制器端发送目标控制信号。用户通过使用智能手机终端语音输入命令就可以控制家居电器，实现了在短距离内利用手机终端控制家庭电器的功能，实现了家居智能化。

Description

一种基于蓝牙传输的智能家居语音控制系统及方法

技术领域

本发明涉及数字家庭智能家居技术领域，具体涉及一种基于蓝牙传输的智能家居语音控制系统。

背景技术

数字家庭作为当今高新科技产业发展的一个主流方向，正向多元化、成熟化、产业化的方向发展，成为融合3C(电脑、通讯和消费电子产品)领域的产业，引领全新的家庭消费理念和信息服务理念，推动相关市场和产业的发展。而智能家居控制作为数字家庭中最重要组成部分之一，其发展更是让人瞩目。

作为决定数字家庭产业推进的关键技术点之一，完成低成本语音识别和控制的研发，是让数字家庭最终用户真正体验到数字家庭给生活所带来便利的最直接途径，是数字家庭相关产业发展的关键要素。在现实家庭生活中，语音识别的限制主要在于噪声的影响和互动语音的不规范性和任意性。简单地说，由于噪声对用户的语音采样和输入造成影响，在语音识别中会发生理解错误或者用户语音的丢失。用户互动语音的不规范性和任意性在语音识别中的匹配带来的随机的不确定性，在匹配语音当中可能因为语音的不规范性和任意性和匹配错误造成语音的语语义解错误。多种原因会造成上述效果，如环境噪音(包括任何来源的音乐、混杂低语、机械声等)、竞争语音(如电视机音响中播放着的语音：其语音质量及音量都可能高过控制语音)、话筒远距离造成的声音失真(多路径回音的混响)等。此外，采集到的声音强度本身也有很大变化。因此，如果能从源端减少噪音的影响，将会大大改善语音识别的质量。手机作为移动终端设备，其应用功能越来越丰富。而手机移动终端的语音识别和控制功能已经很完善，用户可以通过语音拨号和选择界面。因此，以手机作为语音采集端，既可以很好的从源端减少噪音的影响，又能以移动的方式收集语音，增加使用者的灵活性。同时，通过蓝牙技术传输语音信号，更适合应用于智能家居中的局域网，使传输更具有目标性。蓝牙传输不需要浪费任何流量，且传输更稳定。最重要的是，蓝牙传输大大延长了语音控制的距离，而且通过蓝牙传输的语音从发音端极大的消除了噪音杂音，使传输的语音命令更容易被识别分析。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于弥补现有技术的不足，在现实家庭生活环境下，提供一种采取蓝牙传输技术实现语音控制智能家居的系统及控制方法，实现了在短距离内利用手机终端控制家庭电器的功能，实现了家居智能化。

本发明基于蓝牙传输的智能家居语音控制系统是这样实现的：一种基于蓝牙传输的智能家居语音控制系统，包括：智能手机终端，包括蓝牙设备及语音输入设备，用于前端的语音采集及蓝牙发送；中控器，包括蓝牙设备，用于接收智能手机终端通过蓝牙发送过来的语音数据，并对所述语音数据进行分析，并向控制器端发送目标控制信号；控制器，包括通信接口及网络接口，用于接收所述目标控制信号并输送载体，实现对家居电器的控制。

进一步的，所述中控器是基于嵌入式可编程DSP芯片的架构。

进一步的，所述控制器是基于FPGA芯片的架构，所述通信接口为RS232接口，所述网络接口为以太网接口。

进一步的，所述智能手机终端进一步包括：

UI模块，用于提供与用户交互的接口，用于设置整个运行于智能手机终端的语言采集和发送程序的配置及出错提醒；

系统监听模块，用于提供系统常驻监视功能，对操作系统当前状态进行监听及调用其它各模块进行相应的工作；

语音采集模块，用于通过控制智能手机终端的声音录入硬件接口采集语音命令；

语音传输模块，用于搜索目标蓝牙设备，并将从语音采集模块接收的语音数据通过蓝牙设备传送到目标蓝牙设备上；

异常处理模块，用于系统的出错和异常处理，提示用户出错信息。

进一步的，所述中控器进一步包括：

蓝牙传输模块，用于接收从智能手机终端传送过来的语音数据，当命令出现错误时，负责传输错误信息到智能手机终端；

语音分析模块，用于分析传输过来的语音并进行抗噪处理，然后通过提取特征样本得出语音信息数据，转化为文字信息命令；

模板对比模块，用于通过语音分析模块得出的文字信息的含义与模板文件对比，通过模糊信息搜索和汉语口语理解，对语音进行特征抽取，如果与模板文件匹配则把语音信息解释为能够执行的命令传输给控制模块，否则产生出错处理；

命令输出模块，用于根据语音识别的结果，向控制系统输出对应的操作信号。

进一步的，所述控制器进一步包括：

命令接收模块，用于根据中控器输出的控制信号，生成对应的控制指令，输出到控制模块当中；

控制模块，用于把控制指令传送到控制电路，对家居电器进行控制。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种利用所述控制系统的智能家居语音控制方法，包括如下步骤：

(1)采集语音数据，并分析所述语音数据得到目标控制信号；

(2)寻找匹配的和设定匹配蓝牙设备对应的智能家居设备；

(3)向所述对应的智能家居设备传输目标控制信号进行控制。

进一步的，所述采集语音数据具体包括：语音前端系统监听模块监听到用户当前激活语音控制功能后，语音前端系统程序通过UI模块与用户进行交互，用户在通过UI模块事先对语音前端系统进行必要的配置。

进一步的，所述步骤(3)包括：调用蓝牙传输模块寻找和设定匹配的设备，然后蓝牙传输有效范围内把语音信号传输出去；所述蓝牙传输模块不断监听蓝牙通信端口，一旦发现有消息传输过来时则返回true，否则返回false；此蓝牙传输模块上有一个用户列表，用户可以在通过移动手机终端设置该用户列表，当返回消息为true时，该模块查找列表并与发送端的用户名对比，当发现发送端用户名不在列表上时，则不做任何动作；当发送端用户名在列表上时，就接收语音数据；接收信息时接收从蓝牙端口传输过来的数据；当接收到模版匹配模块返回的出错信息时，该模块把信息发送到相应的手机移动终端。

进一步的，所述语音分析模块采用HMM模型建模，所述语音分析模块把标准语音命令通过某种通用的烧录方式，下载固化到DSP硬件模块中的非易失存储器件中；所述DSP硬件模块因此成为完整的独立运行的模块，经过具体的某种启动导入模式，独立运行于DSP系统中；转换后的数字信号运用维纳滤波去除噪声，得出准确的用户语音信息，利用汉语口语的特点提取声学特征，利用声学特征通过Viterbi算法利用预先训练好的HMM语音模型集对特征进行解码，最后把解码后的信息与文字进行匹配，生成文字信息。

根据本发明的如上技术方案：

1、本发明所提出的基于蓝牙传输的智能家居控制系统实现了手机终端与智能家居电器的语音控制。

2、本发明采用的蓝牙传输技术，更适合应用于智能家居中的局域网，使传输更具有目标性。蓝牙传输不需要浪费任何流量，且传输更稳定。最重要的是，蓝牙传输大大延长了语音控制的距离，而且通过蓝牙传输的语音从发音端极大的消除了噪音杂音，使传输的语音命令更容易被识别分析。

3、本发明采用的终端基于智能手机终端，大幅减少了应用硬件设备的成本，通过在智能手机端安装语音前端系统的程序，可轻松在现有设备上实现移动语音控制。

4、本发明所提出的语音识别和分析系统中的语音分析模块，在建立关键词时，采用音节建模，在声学模型和语言模型基础上的隐马尔可夫模型(HMM)拓扑结构，先进行分割，再对每一段进行解码，能够使语音识别更加准确。

附图说明

图1为本发明实施例所述系统的整体模块框架图；

图2为本发明实施例所述系统的流程图；

图3为本发明实施例所述系统的模板对比模块中的文本对比图。

具体实施方式

下下面结合附图对本发明作进一步的说明。

由图1所示，本系统基于的硬件架构包括：

智能手机终端用于语音采集和发送，具有蓝牙通信功能并能自主安装客户程序；

中继器作为服务器用于语音分析和控制，拥有蓝牙通信功能和嵌入式可编程DSP芯片。该DSP芯片具有一个可A/D数模音频转换模块，把模拟音频信号转换为数字信号；具有可烧写Flash，用于储存hmm模型的标准三字音段语音。

控制器，包括通信接口及网络接口，用于接收所述目标控制信号并输送载体，实现对家居电器的控制功能。其流程如图2所示。

智能手机终端进一步包括以下模块：

UI模块主要用于与用户交互。用户安装该语音收集系统文件时，首先设置收发器的蓝牙设备的名字。当需要录入命令时，点击开始就可以进行录音，录音完毕点击完成。当操作出错时，界面显示相应的出错信息。

系统监听模块提供系统常驻监视功能，对操作系统当前状态进行监听及调用其它各模块进行相应的工作；

语音采集模块通过智能手机终端的声音录入功能负责采集语音命令，语音采集模块对智能手机终端操作采集到模拟信号，然后把语音信号放大，然后通过滤波器采用5阶巴特沃斯低通和5阶巴特沃斯高通级联进行向前滤波，再根据奈奎斯特准则进行4k和8k采样速率的信号采样处理，最后把得到的数据进行PCM编码(脉冲压缩编码)，使数据变成数字语音信息；

语音传输模块负责将从采集模块接收的语音数据通过蓝牙设备传送到收发器的蓝牙设备上，并从收发器的蓝牙设备接收的数据发送到出错提示模块；接收到语音收集模块的ready_to_send信号时，调用sendAudio()方法。程序事先设定好收发器的用户名，在蓝牙传输有效范围内把语音信号传输过去；

异常处理模块负责提示用户出错信息并进行异常处理。出错信息包括以下几个：illegalUserException()是非法用户错误；DataSummitException()是数据传输异常；OperationException( )是操作异常。

中控器包括以下模块：

蓝牙传输模块负责接收从智能手机终端传送过来的语音，当命令出现错误时，负责传输错误信息到智能手机终端；通过listen()方法不断监听蓝牙通信端口，一旦发现有消息传输过来时则返回true，否则返回false；此蓝牙传输模块上有一个用户列表，用户可以在通过移动手机终端设置该用户列表，当返回消息为true时，该模块查找列表并与发送端的用户名对比，当发现发送端用户名不在列表上时，则不做任何动作；当发送端用户名在列表上时，就接收语音数据。接收信息时调用AcceptData()方法接收从蓝牙端口传输过来的数据；当接收到模板匹配模块返回的出错信息时，该模块调用SendData()方法把信息发送到相应的手机移动终端。

语音分析模块负责分析传输过来的语音并进行抗噪处理，然后得出语音信息数据，转化为文字信息命令。本发明采用HMM(隐马尔可夫)模型建模，该模块把标准语音命令通过某种通用的烧录方式，下载固化到DSP硬件模块中的非易失存储器件(如FLASH)中，该硬件模块因此成为完整的独立运行的模块，经过具体的某种启动导入模式，独立运行与DSP系统中，这也是系统的学习阶段，这个阶段建立了识别单位的声学模型。转换后的数字信号运用维纳滤波去除噪声，得出准确的用户语音信息，利用汉语口语的特点提取声学特征，利用声学特征通过Viterbi算法利用预先训练好的hmm语音模型集对特征进行解码，最后把解码后的信息与文字进行匹配，生成文字信息。

模板对比模块通过语音分析模块得出的文字信息的含义与模板文件对比，通过模糊信息搜索和汉语口语理解，对语音进行特征抽取，如果与模板文件匹配则把语音信息解释为能够执行的命令传输给控制模块，否则产生出错处理；如图3所示，该模板对比文件存储在一个hashtable中，通过语音分析模块得到的文字命令通过与该表中的数据进行模糊匹配，找到命令后把命令传输到控制模块。

命令输出模块根据语音识别的结果，向控制系统输出对应的操作信号。

控制器包括以下模块：

命令接收模块根据中控系统输出的控制信号，生成对应的控制指令，输出到控制模块当中；

控制模块把控制指令传送到控制电路，对家居电器进行控制。

如图2所示，根据上述控制系统的智能家居语音控制方法按照以下步骤实现：

(1)采集语音数据，并分析所述语音数据得到目标控制信号；

(2)寻找匹配的和设定匹配蓝牙设备对应的智能家居设备；

(3)向所述对应的智能家居设备传输目标控制信号进行控制。

采集语音数据具体包括：语音前端系统监听模块监听到用户当前激活语音控制功能后，语音前端系统程序通过UI模块与用户进行交互，用户在通过UI模块事先对语音前端系统进行必要的配置。

步骤(3)中：调用蓝牙传输模块寻找和设定匹配的设备，然后蓝牙传输有效范围内把语音信号传输出去；所述蓝牙传输模块不断监听蓝牙通信端口，一旦发现有消息传输过来时则返回true，否则返回false；此蓝牙传输模块上有一个用户列表，用户可以在通过移动手机终端设置该用户列表，当返回消息为true时，该模块查找列表并与发送端的用户名对比，当发现发送端用户名不在列表上时，则不做任何动作；当发送端用户名在列表上时，就接收语音数据；接收信息时接收从蓝牙端口传输过来的数据；当接收到模版匹配模块返回的出错信息时，该模块把信息发送到相应的手机移动终端。

语音分析模块采用HMM模型建模，所述语音分析模块把标准语音命令通过某种通用的烧录方式，下载固化到DSP硬件模块中的非易失存储器件中；所述DSP硬件模块因此成为完整的独立运行的模块，经过具体的某种启动导入模式，独立运行于DSP系统中；转换后的数字信号运用维纳滤波去除噪声，得出准确的用户语音信息，利用汉语口语的特点提取声学特征，利用声学特征通过Viterbi算法利用预先训练好的HMM语音模型集对特征进行解码，最后把解码后的信息与文字进行匹配，生成文字信息。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于蓝牙传输的智能家居语音控制系统，包括：

智能手机终端，包括蓝牙设备及语音输入设备，用于前端的语音采集及蓝牙发送；

中控器，包括蓝牙设备，用于接收智能手机终端通过蓝牙发送过来的语音数据，并对所述语音数据进行分析，并向控制器端发送目标控制信号；

控制器，包括通信接口及网络接口，用于接收所述目标控制信号并输送载体，实现对家居电器的控制。

2.根据权利要求1所述的智能家居语音控制系统，其特征在于，所述中控器是基于嵌入式可编程DSP芯片的架构。

3.根据权利要求1所述的智能家居语音控制系统，其特征在于，所述控制器是基于FPGA芯片的架构，所述通信接口为RS232接口，所述网络接口为以太网接口。

4.根据权利要求1所述的智能家居语音控制系统，其特征在于，所述智能手机终端进一步包括：

UI模块，用于提供与用户交互的接口，用于设置整个运行于智能手机终端的语言采集和发送程序的配置及出错提醒；

系统监听模块，用于提供系统常驻监视功能，对操作系统当前状态进行监听及调用其它各模块进行相应的工作；

语音采集模块，用于通过控制智能手机终端的声音录入硬件接口采集语音命令；

语音传输模块，用于搜索目标蓝牙设备，并将从语音采集模块接收的语音数据通过蓝牙设备传送到目标蓝牙设备上；

异常处理模块，用于系统的出错和异常处理，提示用户出错信息。

5.根据权利要求1所述的智能家居语音控制系统，其特征在于，所述中控器进一步包括：

蓝牙传输模块，用于接收从智能手机终端传送过来的语音数据，当命令出现错误时，负责传输错误信息到智能手机终端；

语音分析模块，用于分析传输过来的语音并进行抗噪处理，然后通过提取特征样本得出语音信息数据，转化为文字信息命令；

模板对比模块，用于通过语音分析模块得出的文字信息的含义与模板文件对比，通过模糊信息搜索和汉语口语理解，对语音进行特征抽取，如果与模板文件匹配则把语音信息解释为能够执行的命令传输给控制模块，否则产生出错处理；

命令输出模块，用于根据语音识别的结果，向控制系统输出对应的操作信号。

6.根据权利要求1所述的智能家居语音控制系统，其特征在于，所述控制器进一步包括：

命令接收模块，用于根据中控器输出的控制信号，生成对应的控制指令，输出到控制模块当中；

控制模块，用于把控制指令传送到控制电路，对家居电器进行控制。

7.一种利用权利要求1所述控制系统的智能家居语音控制方法，包括如下步骤：

(1)采集语音数据，并分析所述语音数据得到目标控制信号；

(2)寻找匹配的和设定匹配蓝牙设备对应的智能家居设备；

(3)向所述对应的智能家居设备传输目标控制信号进行控制。

8.根据权利要求7所述的智能家居语音控制方法，其特征在于，所述采集语音数据具体包括：语音前端系统监听模块监听到用户当前激活语音控制功能后，语音前端系统程序通过UI模块与用户进行交互，用户在通过UI模块事先对语音前端系统进行必要的配置。

9.根据权利要求7所述的智能家居语音控制方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：调用蓝牙传输模块寻找和设定匹配的设备，然后蓝牙传输有效范围内把语音信号传输出去；所述蓝牙传输模块不断监听蓝牙通信端口，一旦发现有消息传输过来时则返回true，否则返回false；此蓝牙传输模块上有一个用户列表，用户可以在通过移动手机终端设置该用户列表，当返回消息为true时，该模块查找列表并与发送端的用户名对比，当发现发送端用户名不在列表上时，则不做任何动作；当发送端用户名在列表上时，就接收语音数据；接收信息时接收从蓝牙端口传输过来的数据；当接收到模版匹配模块返回的出错信息时，该模块把信息发送到相应的手机移动终端。

10.根据权利要求7所述的智能家居语音控制方法，其特征在于，所述语音分析模块采用HMM模型建模，所述语音分析模块把标准语音命令通过某种通用的烧录方式，下载固化到DSP硬件模块中的非易失存储器件中；所述DSP硬件模块因此成为完整的独立运行的模块，经过具体的某种启动导入模式，独立运行于DSP系统中；转换后的数字信号运用维纳滤波去除噪声，得出准确的用户语音信息，利用汉语口语的特点提取声学特征，利用声学特征通过Viterbi算法利用预先训练好的HMM语音模型集对特征进行解码，最后把解码后的信息与文字进行匹配，生成文字信息。

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