CN102693726B - 具有语音识别功能的北斗卫星通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卫星通讯系统，特别是一种具有语音识别功能的北斗卫星通信设备，其结构要点在于，包括有语音输入单元、音频分析识别单元、卫星通信单元、音频合成单元、字符存储单元和语音输出单元，其中，语音输入单元通过音频分析识别单元与卫星通信单元的数据输入接口连接，卫星通信单元的数据输出接口通过音频合成单元与语音输出单元连接；字符存储单元分别与音频合成单元和音频分析识别单元连接。解决户外抢险救灾时当远离基站或大面积基站停用时通信中断的问题，利用分析通话者的音频信号特征值，识别并翻译成短信通过北斗卫星通信系统传递，接收后再次转化成语音播放，实现了北斗卫星实时通讯的技术效果。

Description

具有语音识别功能的北斗卫星通信设备

技术领域

本发明涉及一种卫星通讯系统，特别是一种具有语音识别功能的北斗卫星通信设备。

背景技术

随着中国卫星通信科技迅速发展，截至目前，我国已成功发射北斗通讯卫星达十三颗。与此同时，美国GPS（全球卫星定位系统）用户数已几近饱和，且美国政府不承诺对民用GPS用户负责，不保证民用GPS精度和可靠性。近年，北斗卫星定位及通讯系统已在国防军事演练中多次被成功利用。我国部分偏远边防哨所已配备北斗卫星通信与定位终端。这一两年北斗卫星定位与通信市场已逐步向民用开放，相应的运维服务费也在逐年降低。

我国现有的无线通讯手段已逐步完善，无线通讯用户也已过亿。国内几大移动运营商基本布局都是交换机、路由器和服务器集中部署。各移动运营商的基站已分布到全国大中小城市，但是在边远山区、高海拔无人区、大陆架近海区域无线通讯还未做到全覆盖。另外，在发生大地震、海啸、泥石流等自然灾害时上述的通讯架构易造成某区域内通讯全中断。近年，汶川、玉树抢险救灾通讯手段匮乏就是很好的说明。

国内现有的北斗卫星定位通讯系统有两种模式：一种是北斗卫星定位系统+现有的移动通讯手段（如3G、GPRS、GSM），这种模式仍摆脱移动运营商主设备集中的矛盾；另一种是将语音信号压缩，通过北斗卫星短信数据通信方式传递，由于语音数据压缩打包后，数据量仍然很大，北斗带宽有限，使得传输效率极为缓慢，因此这种模式虽说可以准实时语音通讯，但一般为半双模式工作，每次通话量不超过20秒，时间延续却达30秒以上。然而，应急抢险需要的是实时语音通讯，上述的通讯模式显然无法实现实时通讯的需求。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种能够实时语音通讯的具有语音识别功能的北斗卫星通信设备。

本发明的目的是通过以下途径来实现的：

具有语音识别功能的北斗卫星通信设备，其结构要点在于，包括有语音输入单元、音频分析识别单元、卫星通信单元、音频合成单元、字符存储单元和语音输出单元，其中，语音输入单元通过音频分析识别单元与卫星通信单元的数据输入接口连接，卫星通信单元的数据输出接口通过音频合成单元与语音输出单元连接；字符存储单元分别与音频合成单元和音频分析识别单元连接。

上述字符存储单元存储有各种字符及其对应的音频数据。北斗卫星通信设备的工作流程为：语音输入单元输入语音音频信号，该音频信号传送到音频分析识别单元中，音频识别单元的核心是语音识别引擎，对接收的音频信号进行解析，拆分，形成一个个音频数据，然后以解析后的音频数据为基准，向字符存储单元提取与该音频数据对应的字符信息，将每个音频数据所对应的字符信息按照顺序进行组合，并打包成字符数据包，传送给卫星通信单元，通过该卫星通信单元将数据包传送到北斗卫星上。

接收音频转换数据时，卫星通信单元接收来自北斗卫星的字符数据包，然后传送给音频合成单元；音频合成单元对字符数据包进行拆分，形成一个个字符信息，然后以该字符信息为基准，向字符存储单元中提取与该字符信息相对应的音频数据，将提取的音频数据根据数据包给定的顺序进行组合，形成音频链，然后传送给语音输出单元，以模拟发音的方式输出语音信号。

由于音频数据直接压缩打包通过北斗卫星进行传送数据量过大，而北斗卫星的通信传输带宽较地面移动运营商布局的通信设备慢得多，因此不能实现实时音频传送，导致通讯严重滞后，甚至丢失。而本发明所述的北斗卫星通信设备采用了语音识别功能的音频分析识别单元和音频合成单元，对传送的音频数据进行转换，形成字符信息，也就是形成短信信息的形式，再行传送，由于字符信息的格式特点，使得其数据量很小，很容易通过北斗卫星进行通信传输，因此传输速度快，能够实现实时通信，保证了应急抢险救灾的通信需求。

本发明可以进一步具体为：

还包括有控制字符存储单元和指令控制输出单元，控制字符存储单元分别与音频合成单元和指令控制输出单元连接，指令控制输出单元与卫星通信单元的数据输出接口连接。

这可以设置为本发明所述北斗卫星通信设备的另一种工作模式，不同于前一种的语音实时通讯模式，这是一种远程控制模式，控制字符存储单元是指存储有特定控制指令及其对应字符的存储器，而指令控制输出单元是与受控设备的控制驱动端连接的。

使用时，通过语音输入控制指令的音频信号，音频分析识别单元对该音频信号进行解析，并从控制字符存储单元中提取对应的字符，形成短信形式，通过北斗卫星进行传输。在卫星通信单元接收到控制短信后，发送到指令控制输出单元，指令控制输出单元将该短信进行解析，并从控制字符存储单元中提取对应的控制指令，然后发送给受控设备，控制受控设备。由于在应急抢险救灾中，一些自动控制的应急救灾设备就可以通过该方式进行远程控制，达到应急抢险遥控自动操作的技术效果，解决了现有技术中，对空投的或无人操作的应急救灾设备无法应用的技术问题，也可以应用于远程无人操作设备的自动控制。

本发明还可以进一步具体为：

还包括有信息存储单元，其分别与音频合成单元和音频分析识别单元连接。

将音频数据转换成字符短信通过北斗卫星进行传输还能够带来一出乎意料的技术效果，即可将转换后的短信字符，或者是收到的短信字符进行存储（存储到信息存储单元），填补现有技术中音频通话内容因数据量过大无法存储所导致的难以搜寻检索的空白。

音频分析识别单元包括有依序连接的A/D转换模块、分析处理模块和识别处理模块。

音频分析识别单元的核心是音频分析识别引擎IC (MPU) ，其A/D转换模块、分析处理模块和识别处理模块用于对模拟音频信号进行A/D转换、采样分析、识别特征进行字、词特征对照甄别，支持30秒内语音识别。

音频合成单元包括有音频合成IC和与之连接的音频运算放大模块和字符检索模块。

所述的音频合成IC (MPC)  对卫星通信部分发来的短信拆分成字、词，传送字词和发音模式给字符检索模块，同时，将检索到的字符音频合成为连续的模拟语音短句；字符检索模块进行词汇对应的特征音频检索；音频运算放大对音频合成IC (MPC) 401合成完语音短句进行放大并输出给语音输出单元。

还包括有按键输入单元，其与语音输入单元组成信息输入单元。

按键输入单元除了功能按键外，还可以直接输入字符信息进行传送。然而按键输入单元和语音输入单元的组成可以形成一种字符学习的工作模式。这是由于无论是字符存储单元还是控制字符存储单元的字符存储量都是有限的，特别是控制字符存储单元，因此需要对其进行学习输入以供使用，具体为：先输入语音信号，处理成音频数据，存储到存储单元，然后再通过按键输入单元输入标准字符，将该标准字符与该音频数据在存储单元中建立关联链接，从而实现学习功能。

综上所述，本发明提供了一种具有语音识别功能的北斗卫星通信设备，其解决户外抢险救灾时当远离基站或大面积基站停用时通信中断的问题，利用分析通话者的音频信号特征值，识别并翻译成短信通过北斗卫星通信系统传递，接收后再次转化成语音播放，实现了北斗卫星实时通讯的技术效果。考虑到应急抢险中用语一般较短，重复利用高，用较为先进的语音识别引擎技术来弥补北斗卫星系统带宽低、时延长的弊端。在必要时也可利用远程语音控制应急抢险设备，同时具备，对于存储的通话内容提供快捷检索。

附图说明

图1所示为本发明所述的具有语音识别功能的北斗卫星通信设备的系统框架及各个功能模块的解析结构示意图。

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

具体实施例

最佳实施例：

参照附图1，具有语音识别功能的北斗卫星通信设备，包括有信息输入单元、音频分析识别单元、卫星通信单元、音频合成单元、字符存储单元、控制字符存储单元、指令控制输出单元和语音输出单元，其中，信息输入单元包括语音输入单元和按键输入单元。信息输入单元通过音频分析识别单元与卫星通信单元的数据输入接口连接，卫星通信单元的一个数据输出接口通过音频合成单元与语音输出单元连接；另一数据输出接口通过指令控制输出单元与受控设备的驱动端连接，字符存储单元以及控制字符存储单元分别与音频合成单元和音频分析识别单元连接。

具体如下：

按键输入单元为按键键盘、语音输入单元采用抗干扰麦克风。由于应急抢险救灾时环境噪音较大，而通话人员喊话距离近，音调高的特点，选择抗远距离干扰的麦克风作为输入主要部件； 

音频分析识别单元的核心是音频分析识别引擎IC (MPU) ，利用目前迅速崛起的语音识别引擎技术应用到嵌入式操作系统中语音特征值采样和环境噪音剔除，满足非特定人语音转换成词汇；其A/D转换模块、分析处理模块和识别处理模块用于对模拟音频信号进行A/D转换、采样分析、识别特征进行字、词特征对照甄别，支持30秒内语音识别。

卫星通信部分采用：北斗卫星通讯基带处理模块，射频模块（含北斗卫星天线），显示模块，实现北斗卫星数据通信的短信发送、接收、显示功能。短信到达后一方面可以直接阅读，同时利用音频合成技术，将文字转换成需要的语音。

语音输出单元主要由户外用扬声器、回放按键及开关量输出构成。

本发明所述北斗卫星通信设备支持语音通讯、远程控制和字符学习等工作模式。其中语音通讯模式支持男孩、女孩、男成人、女成人等不同模式的切换。

本发明的扩展功能描述：该通信设备内预留北斗卫星定位模块接口、北斗卫星对时标准输出接口，并且预留有模块安装空间，可根据需求直接进行模块装卸，同时，预留外挂音频压缩通讯装置数据接入RS232接口。

以下提供一个具体实例：

现场抢险救灾人员发现新情况需要和指挥中心通话，首先使用按键键盘101输入对方号码，再选择通讯模式：男孩、女孩、男成人、女成人和短信之一。若选择短信模式则直接利用按键键盘像普通手机操作一样发送短信；或是根据自身性别、年龄选择男孩、女孩、男成人和女成人模式之一时，通过抗干扰特殊麦克风进行语音录入。

当音频模拟信号通过数据线进入音频分析识别引擎IC (MPU)后进行A/D转换，在转换是对音频数字信号采样分析，提取待识别特征数字，对照已存入的字、词特征进行甄别（本专利使用的语音识别IC支持30秒内的语音识别），甄别后的字、词组成短信。

通过按键键盘输入的短信或音频分析识别引擎IC (MPU)组装成的短信经北斗卫星通讯基带处理模块转换成基带所需信号，由射频模块（含北斗卫星天线）发送到北斗卫星群的卫星接收器上。

指挥中心或另一台北斗卫星通信与控制装置接收到抢险救灾人员发来的短信，音频合成模块音频合成IC (MPC) 根据收到的按键键盘选择的通讯模式，若为短信模式就会在显示模块上显示，若为其他语音录入模式就会发出对应的控制命令，在字符检索模块中搜寻该模式下短信中每个字、词对于的音频仿真声波，经过音频运算放大进行语音放大。

经放大的语音信号传输到语音输出部分由其扬声器进行播放供指挥人员或其他抢险救灾人员接听，同样，指挥人员或其他抢险救灾人员可以通过本端同样的装置下达新命令或回复信息。若本次语音或短信没能全部听到或看清可以按回放按键进行重看或重听，也可以通过该键调阅或删除此前信息。

字符学习：词汇训练和录入实施模式：当按键键盘选择通讯模式为训练时，通过抗干扰特殊麦克风进行语音录入，ROM进行非特定人员语音训练程序执行并且记录按键键盘所输入的该词汇的特征数据，对该词汇进行优化磁盘的位置排序，在显示模块上显示本次输入的词汇，通过扬声器进行播放，当长按下回放按键达到3秒，本次训练的词汇将储存到记忆卡（字符存储单元或控制字符存储单元）中，供以后语音识别对比使用。

麦克风进行语音录入：特殊开始字符+遥控对象+控制操作+特殊结束字符，经音频分析识别模块转换成短信，通过卫星通信部分发送给对方的开关量输出，随后通过Zigbee无线方式控制附近外部设备。

通过输入关键字在抢险救灾总部服务器存储的通话记录中检索卫星通讯的通话内容。

本发明创造性地采用或融合了语音自动识别引擎技术、北斗卫星通信技术、北斗卫星定位技术、语音合成技术，使本发明在应急抢险救灾通讯方面达到一个很好的补充，同时，在其方便快捷上使北斗卫星通讯系统更加实用。

本发明实现了发生灾难时常用的商业通讯模式瘫痪后远距离准语音通话成为可能。本发明不仅提高抢险救灾的工作效率，而且降低了沟通成本。同时，完善了应急抢险独立的通讯通道，也促进了我国国有的卫星通信民用化进程。

本发明未述部分与现有技术相同。

Claims (6)

1.具有语音识别功能的北斗卫星通信设备，其特征在于，包括有语音输入单元、音频分析识别单元、卫星通信单元、音频合成单元、字符存储单元和语音输出单元，其中，语音输入单元通过音频分析识别单元与卫星通信单元的数据输入接口连接，卫星通信单元的数据输出接口通过音频合成单元与语音输出单元连接；字符存储单元分别与音频合成单元和音频分析识别单元连接；

字符存储单元存储有各种字符及其对应的音频数据；语音输入单元输入语音音频信号，该音频信号传送到音频分析识别单元中，音频分析识别单元的核心是语音识别引擎，对接收的音频信号进行解析，拆分，形成一个个音频数据，然后以解析后的音频数据为基准，向字符存储单元提取与该音频数据对应的字符信息，将每个音频数据所对应的字符信息按照顺序进行组合，并打包成字符数据包，传送给卫星通信单元，通过该卫星通信单元将数据包传送到北斗卫星上；

接收音频转换数据时，卫星通信单元接收来自北斗卫星的字符数据包，然后传送给音频合成单元；音频合成单元对字符数据包进行拆分，形成一个个字符信息，然后以该字符信息为基准，从字符存储单元中提取与该字符信息相对应的音频数据，将提取的音频数据根据数据包给定的顺序进行组合，形成音频链，然后传送给语音输出单元，以模拟发音的方式输出语音信号。

2.根据权利要求1所述的具有语音识别功能的北斗卫星通信设备，其特征在于，还包括有控制字符存储单元和指令控制输出单元，控制字符存储单元分别与音频合成单元和指令控制输出单元连接，指令控制输出单元与卫星通信单元的数据输出接口连接。

3.根据权利要求1所述的具有语音识别功能的北斗卫星通信设备，其特征在于，还包括有信息存储单元，其分别与音频合成单元和音频分析识别单元连接。

4.根据权利要求1所述的具有语音识别功能的北斗卫星通信设备，其特征在于，音频分析识别单元包括有依序连接的A/D转换模块、分析处理模块和识别处理模块。

5.根据权利要求1所述的具有语音识别功能的北斗卫星通信设备，其特征在于，音频合成单元包括有音频合成IC和与之连接的音频运算放大模块和字符检索模块。

6.根据权利要求1所述的具有语音识别功能的北斗卫星通信设备，其特征在于，还包括有按键输入单元，其与语音输入单元组成信息输入单元。

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