CN103020232A - 一种导航系统中单字录入方法 - Google Patents

Abstract

一种导航系统中单字录入方法，所涉及的硬件包括：GPS接收机，车载计算机，外围设备；在从GPS接收机获取到位置信息时，主要处理过程在车载计算机中进行处理；语音通过无压缩的PCM编码保存，即将模拟信号经抽样、量化、编码的过程；通过对模拟声音以一定频率进行采样，根据电平值不同进行量化编码；使用PCM编码保证了语音的质量和播放速度；系统采用录制音节发音时，会把引导文本按照单字拆分，再利用文本读音检索音节数据库进行合成读音。本发明的优点：单字录入技术可以解决播报语音无法定制的问题，弥补TTS合成语音不足的问题。减少对硬件资源的要求，增加了语音合成的速度，增加了用户对发音库的定制能力。

Description

一种导航系统中单字录入方法

技术领域

本发明涉及汽车导航领域，特别涉及了一种导航系统中单字录入方法。

背景技术

车载导航系统是通过接收GPS卫星信号，来获取所在地球上的坐标信息。同时配合电子地图数据，来显示车辆在电子地图上的位置。同时也会对驾驶人员进行引导提示。随着城市交通的不断发展，汽车导航成为越来越不可缺少的驾驶辅助设备。导航系统也朝着智能化，人性化的方向发展。

导航系统可以为驾驶者规划出最佳路线，同时实时进行提示。在导航仪的显示屏会显示相应的提示信息，比如高速看板，引导箭头。如图1所示。考虑到安全性和舒适性，也会合成引导语音进行实时语音提示。

人工语音合成技术随着电子信息技术和数字信号处理技术的发展，目前已经得到了广泛应用。人们利用计算机已经可以生成连续清晰的语音，基本可以接近自然语音的效果。

在目前的导航设备中，语音提示功能多数采用TTS语音合成技术，即把文本字符串合成为语音。为了保证合成语音清晰，流利，自然，TTS引擎需要进行一系列复杂的处理，通常分为三部分：文本分析，韵律控制与语音合成。文本分析：在输入字符串中，系统需要知道内容中究竟含有哪些词语，短句和所在语句中的发音。在合成之前，文本内容需要进行整理。切分词语和短句，分析语法语意，确定文字读音。多音字的情况下根据所在词语中的发音来决定。在文本分析技术中，如今已经广泛应用了神经网络网络等人工智能相关技术。使得文本分析越来越精确。韵律处理模块：为了保证合成语音自然，流畅，清晰，更加接近自然语音。需要确定将要合成语音的音调，音长，音强等韵律特征。比如语音的平声和仄声，朗读时的停顿，轻读还是重读的参数都需要在韵律处理模块中进行。

语音合成模块：在发音过程中，模块先在语音库中查找到合适的声学参数，再根据韵律处理模块的韵律参数合成语音。如图2所示。导航系统是典型的嵌入式设备，厂商需要考虑功耗和成本因素。导航设备体积小，使用在专用场合，硬件资源有限，所以处理能力和传统的PC比起来，相差很多。TTS语音合成前期文本分析，韵律处理阶段，过程非常复杂，需要大量的运算。整个过程比较占用系统资源，也需要较长的处理时间。由于汽车处于高速驾驶状态，往往会造成语音提示滞后与所在位置的情况。另外TTS语音库为了保证占据较小的存储空间，只涵盖部分方言。由于自然语言的复杂性，口语方言种类繁多，全部制作成TTS语音库会造成巨大的浪费。

在汽车导航系统语音播报过程中，TTS引擎合成的语音可能并不满足用户的要求。当出现错误或者不满意的语音时，很难自定义定制。在目前的汽车导航系统中，只能使用集成在系统之中的TTS引擎来合成播报语音，整个TTS引擎集成在软件系统中，只有通过厂商提供升级服务才能进行TTS模块和语音库的更新。

发明内容

本发明的目的是为了实现通过用户预先录入音节来组成音节库，能够占用非常少的系统资源，通过音节库合成导航提示语音，特提供了一种导航系统中单字录入方法。

本发明提供了一种导航系统中单字录入方法，其特征在于：所述的导航系统中单字录入方法所涉及的硬件包括：GPS接收机，车载计算机，外围设备；

其中：GPS接收机负责搜索GPS卫星，获取到待测卫星信号后跟踪卫星的运行。对接收到的GPS信号进行放大，解调，处理，解析出信号中包含的导航数据。其中包含UTC时间，经纬度信息，海拔高度和卫星状态等。GPS接收机采用UART串行通信总线，把采集到的报文信息异步传输给车载计算机。车载计算机是专用的计算机系统，硬件上由CPU，RAM，ROM以及输入输出设备构成。作为嵌入式设备，具有体积小，功耗低，成本底的特点。硬件上运行嵌入式操作系统，具有较高实时性和专用性等特征。在操作系统的底层是硬件设备驱动，负责访问操作底层硬件。导航软件运行在车载计算机上，各模块以动态库的形式提供给应用程序，主要负责电子地图显示，导航提示，路线推荐等任务。外围设备包括显示屏，外接音响功放设备，外接传感器，这些设备通过各种接口和总线与车载计算机互联。

在从GPS接收机获取到位置信息时，主要处理过程在车载计算机中进行处理。导航系统软件结构包括定位模块，算路模块，引导模块，地图绘制模块，TTS语音合成模块，数据部分包括地图数据，语音库。

导航系统首先从GPS接收机中获取车辆位置的经纬度坐标。然后读取地图数据库，使用或得到的位置信息与电子地图进行匹配。经过一系列纠偏运算，可以确定车辆在电子地图上的位置。地图显示模块的底层是描画与渲染功能，提供了画点画线功能。把地图中存储的矢量图形经过底层渲染描画。电子地图是由点和线构成，曲线是通过描画多边形来完成。由于描画的坐标和屏幕像素坐标本身并非一一对应，就导致了画线时会出现失真，直线边缘往往会出现锯齿的现象。需要抗锯齿算法使得直线显示得更加平滑，保存在地图数据中的矢量数据通过描画模块显示在液晶屏幕上。

在用户预设目的地后，导航系统会为用户规划出合理的到达目的地的路线。在地图数据库中也存储道路相关数据，相关数据包括通行方向，交通规制信息。在走行路线上，导航系统根据相关数据对车辆进行引导。提示信息包括显示平面上的画面提示，另外一种就是通过TTS合成的语音信息。图4表示了导航系统相关的模块。

提示语音的发声过程是首先经过引导模块生成引导字符串信息，例如“前方300米左转”。把生成的信息传输给TTS合成引擎。采用单字语音录入技术的语音合成方式有别于TTS引擎工作过程。下面将详细阐述。

用户需要先采集常用的1200~1500个左右的音节到音节数据库中。通过PC端工具朗读录制提供的音节。音节数据库是由音节编码和对应的语音数据构成。由于涉及到的音节不多，语音通过无压缩的PCM编码保存。PCM就是脉冲编码调制，即将模拟信号经抽样、量化、编码的过程。通过对模拟声音以一定频率进行采样，根据电平值不同进行量化编码。使用PCM编码保证了语音的质量和播放速度。

在导航系统中，引导模块会生成引导信息文本，采用GBK编码。在导航系统中，每个汉字都对应着自己的音节编码。而音节数据库中，也是通过音节编码对音节读音进行索引。这样可以利用每个汉字的音节编码快速遍历音节数据库。系统采用录制音节发音时，会把引导文本按照单字拆分。遍历文本语音读音编码库获取文本读音。再利用文本读音检索音节数据库进行合成读音。下面描述了语音提示利用自定义音节来合成语音的过程。

导航系统在音节数据库检索到对应汉字的音节发音数据后，通过I2S总线传输给Codec芯片。在Codec芯片通过D/A转换，即把采集的连续数字信号转换为模拟信号，最后经过放大电路传输给音响，推动扬声器发出声音。

系统拆分引导字符串，根据每个单字去寻找对应的音节编码，在根据音节编码到音节读音数据库中找到对应的读音。抽取出的读音会加入到播放队列中，当全部抽取完成，把语音队列发音传输到Codec模块，PCM编码通过D/A转换行车可以听得见的提示语音信息。

本发明的优点：

本发明所述的导航系统中单字录入方法，在汽车导航系统语音播报过程中，单字录入技术可以解决播报语音无法定制的问题，弥补TTS合成语音不足的问题。减少对硬件资源的要求，增加了语音合成的速度，增加了用户对发音库的定制能力。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为导航系统引导流程示意图；

图2为TTS语音合成流程示意图；

图3为GPS导航仪硬件结构框图；

图4为导航系统软件结构图；

图5为音节数据库结构示意图；

图6为利用音节数据库合成语音过程示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种导航系统中单字录入方法，其特征在于：所述的导航系统中单字录入方法所涉及的硬件包括：GPS接收机，车载计算机，外围设备；

其中：GPS接收机负责搜索GPS卫星，获取到待测卫星信号后跟踪卫星的运行。对接收到的GPS信号进行放大，解调，处理，解析出信号中包含的导航数据。其中包含UTC时间，经纬度信息，海拔高度和卫星状态等。GPS接收机采用UART串行通信总线，把采集到的报文信息异步传输给车载计算机。车载计算机是专用的计算机系统，硬件上由CPU，RAM，ROM以及输入输出设备构成。作为嵌入式设备，具有体积小，功耗低，成本底的特点。硬件上运行嵌入式操作系统，具有较高实时性和专用性等特征。在操作系统的底层是硬件设备驱动，负责访问操作底层硬件。导航软件运行在车载计算机上，各模块以动态库的形式提供给应用程序，主要负责电子地图显示，导航提示，路线推荐等任务。外围设备包括显示屏，外接音响功放设备，外接传感器，这些设备通过各种接口和总线与车载计算机互联。

在从GPS接收机获取到位置信息时，主要处理过程在车载计算机中进行处理。导航系统软件结构包括定位模块，算路模块，引导模块，地图绘制模块，TTS语音合成模块，数据部分包括地图数据，语音库。

导航系统首先从GPS接收机中获取车辆位置的经纬度坐标。然后读取地图数据库，使用或得到的位置信息与电子地图进行匹配。经过一系列纠偏运算，可以确定车辆在电子地图上的位置。地图显示模块的底层是描画与渲染功能，提供了画点画线功能。把地图中存储的矢量图形经过底层渲染描画。电子地图是由点和线构成，曲线是通过描画多边形来完成。由于描画的坐标和屏幕像素坐标本身并非一一对应，就导致了画线时会出现失真，直线边缘往往会出现锯齿的现象。需要抗锯齿算法使得直线显示得更加平滑，保存在地图数据中的矢量数据通过描画模块显示在液晶屏幕上。

在用户预设目的地后，导航系统会为用户规划出合理的到达目的地的路线。在地图数据库中也存储道路相关数据，相关数据包括通行方向，交通规制信息。在走行路线上，导航系统根据相关数据对车辆进行引导。提示信息包括显示平面上的画面提示，另外一种就是通过TTS合成的语音信息。图4表示了导航系统相关的模块。

提示语音的发声过程是首先经过引导模块生成引导字符串信息，例如“前方300米左转”。把生成的信息传输给TTS合成引擎。采用单字语音录入技术的语音合成方式有别于TTS引擎工作过程。下面将详细阐述。

用户需要先采集常用的1200~1500个左右的音节到音节数据库中。通过PC端工具朗读录制提供的音节。音节数据库是由音节编码和对应的语音数据构成。由于涉及到的音节不多，语音通过无压缩的PCM编码保存。PCM就是脉冲编码调制，即将模拟信号经抽样、量化、编码的过程。通过对模拟声音以一定频率进行采样，根据电平值不同进行量化编码。使用PCM编码保证了语音的质量和播放速度。

在导航系统中，引导模块会生成引导信息文本，采用GBK编码。在导航系统中，每个汉字都对应着自己的音节编码。而音节数据库中，也是通过音节编码对音节读音进行索引。这样可以利用每个汉字的音节编码快速遍历音节数据库。系统采用录制音节发音时，会把引导文本按照单字拆分。遍历文本语音读音编码库获取文本读音。再利用文本读音检索音节数据库进行合成读音。下面描述了语音提示利用自定义音节来合成语音的过程。

导航系统在音节数据库检索到对应汉字的音节发音数据后，通过I2S总线传输给Codec芯片。在Codec芯片通过D/A转换，即把采集的连续数字信号转换为模拟信号，最后经过放大电路传输给音响，推动扬声器发出声音。

系统拆分引导字符串，根据每个单字去寻找对应的音节编码，在根据音节编码到音节读音数据库中找到对应的读音。抽取出的读音会加入到播放队列中，当全部抽取完成，把语音队列发音传输到Codec模块，PCM编码通过D/A转换行车可以听得见的提示语音信息。

Claims (2)

1.一种导航系统中单字录入方法，其特征在于：所述的导航系统中单字录入方法所涉及的硬件包括：GPS接收机，车载计算机，外围设备；

其中：GPS接收机负责搜索GPS卫星，获取到待测卫星信号后跟踪卫星的运行，对接收到的GPS信号进行放大，解调，处理，解析出信号中包含的导航数据；其中包含UTC时间，经纬度信息，海拔高度和卫星状态等；GPS接收机采用UART串行通信总线，把采集到的报文信息异步传输给车载计算机；车载计算机是专用的计算机系统，硬件上由CPU，RAM，ROM以及输入输出设备构成；硬件上运行嵌入式操作系统，具有较高实时性和专用性等特征；在操作系统的底层是硬件设备驱动，负责访问操作底层硬件；导航软件运行在车载计算机上，各模块以动态库的形式提供给应用程序，主要负责电子地图显示，导航提示，路线推荐任务；外围设备包括显示屏，外接音响功放设备，外接传感器，这些设备通过接口和总线与车载计算机互联；

在从GPS接收机获取到位置信息时，主要处理过程在车载计算机中进行处理；导航系统软件结构包括定位模块，算路模块，引导模块，地图绘制模块，TTS语音合成模块，数据部分包括地图数据，语音库；

导航系统首先从GPS接收机中获取车辆位置的经纬度坐标；然后读取地图数据库，使用或得到的位置信息与电子地图进行匹配；经过一系列纠偏运算，可以确定车辆在电子地图上的位置；地图显示模块的底层是描画与渲染功能，提供了画点画线功能；把地图中存储的矢量图形经过底层渲染描画；电子地图是由点和线构成，曲线是通过描画多边形来完成，由于描画的坐标和屏幕像素坐标本身并非一一对应，就导致了画线时会出现失真，直线边缘往往会出现锯齿的现象；用抗锯齿算法使得直线显示得更加平滑，保存在地图数据中的矢量数据通过描画模块显示在液晶屏幕上；

在用户预设目的地后，导航系统会为用户规划出合理的到达目的地的路线；在地图数据库中也存储道路相关数据，相关数据包括通行方向，交通规制信息；在走行路线上，导航系统根据相关数据对车辆进行引导；提示信息包括显示平面上的画面提示，另外一种就是通过TTS合成的语音信息；

提示语音的发声过程是首先经过引导模块生成引导字符串信息，把生成的信息传输给TTS合成引擎；采用单字语音录入技术的语音合成方式有别于TTS引擎工作过程；

用户需要先采集常用的1200~1500个左右的音节到音节数据库中；通过PC端工具朗读录制提供的音节；音节数据库是由音节编码和对应的语音数据构成，语音通过无压缩的PCM编码保存；PCM就是脉冲编码调制，即将模拟信号经抽样、量化、编码的过程；通过对模拟声音以一定频率进行采样，根据电平值不同进行量化编码；使用PCM编码保证了语音的质量和播放速度；

在导航系统中，引导模块会生成引导信息文本，采用GBK编码；在导航系统中，每个汉字都对应着自己的音节编码；而音节数据库中，也是通过音节编码对音节读音进行索引；这样可以利用每个汉字的音节编码快速遍历音节数据库；系统采用录制音节发音时，会把引导文本按照单字拆分；遍历文本语音读音编码库获取文本读音，再利用文本读音检索音节数据库进行合成读音。

2.按照权利要求所述，其特征在于：所述的文本读音检索音节数据库进行合成读音过程为：语音提示利用自定义音节来合成语音，导航系统在音节数据库检索到对应汉字的音节发音数据后，通过I2S总线传输给Codec芯片；在Codec芯片通过D/A转换，即把采集的连续数字信号转换为模拟信号，最后经过放大电路传输给音响，推动扬声器发出声音；

系统拆分引导字符串，根据每个单字去寻找对应的音节编码，再根据音节编码到音节读音数据库中找到对应的读音；抽取出的读音会加入到播放队列中，当全部抽取完成，把语音队列发音传输到Codec模块，PCM编码通过D/A转换行车可以听得见的提示语音信息。

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