CN103295570A - 一种手套式发声系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手套式发声系统，其包括手套，压力传感器，信号处理单元以及扬声器。其中，压力传感器设置在手套上。压力传感器用于感测手指触碰的压力并将其转换成控制信号。信号处理单元用于将所述压力传感器生成的控制信号转换为语音数据。扬声器与所述信号处理单元连接以实现播放所述语音数据。本发明小巧简便，使用便捷，满足用户群的特殊需求，帮助社会上的失语患者重获生活幸福。

Description

一种手套式发声系统

技术领域

本发明涉及嵌入式技术与移动终端技术领域，具体涉及一种手套式发声系统。

背景技术

现有技术中的一些产品，例如，德国研究人员发布的一款名为“AirWriter”的手套，可以通过检测用户手部位置来实现手写输入，可用于发送文字短信或写电子邮件，但无法发声。例如，名为QuadSquad的团队开发的手套发声系统，通过15个柔韧的感应器检测手指动作，同时手套上配备罗盘、重力感应器和陀螺仪用来检测手指在空间的移动。但需要定义不同字母的手势，交流不便。例如，将盲文与文本互相转换的盲人短信手套，内置的震动马达可以在收到新信息时提醒用户。例如，英国“接触视觉”小组发明的让盲人伸手感知世界的视觉手套。目前市场上，为失语者提供的辅助说话系统较少，通常使用复杂、费用较高、电路复杂、可靠性低。

发明内容

本发明克服了现有技术中现有技术的上述问题，提出了一种手套式发声系统，其包括：手套，压力传感器，信号处理单元，以及扬声器。其中，压力传感器设置在手套上。优选地，其设置在手套的前端即手指部位。压力传感器用于感测手指触碰的压力，并根据所感测到的压力转换生成控制信号。信号处理单元用于将所述压力传感器生成的控制信号转换为语音数据。扬声器与所述信号处理单元连接，用于实现播放所述语音数据。

本发明手套式发声系统，具体地可以是一种辅助失语者说话的触碰式发声手套，例如，SpeakFinger发声手套。

本发明中，所述信号处理单元可设置在移动终端或所述手套上。所述扬声器可设置在移动终端或所述手套上。

本发明中，所述信号处理单元包括：信号识别模块，语言重组模块，以及语音合成模块。其中，信号识别模块通过信号匹配将所述控制信号转换为对应的字母。语言重组模块将所述字母进行语言重组得到词语。语音合成模块根据所述词语进行语音合成得到语音数据。

本发明中，“词语”包括单词、词组、句子等。“字母”包括外文字母、中文拼音等。

进一步地，所述语音合成模块为语音合成引擎，例如，TTS引擎，设置在远程服务器中，通过网络与所述语言重组模块实现数据传输。

本发明中，根据日常英语会话中各字母出现的频率设计了人性化的输入编码规则，如：在英语中出现最为频繁的e，被定义为左手拇指和小指的组合，以方便用户的输入。不同的触碰组合及顺序，可以代表从0到9的10个数字，还可以代表26个英文字母。规则类似于五笔的输入规则，只要记忆成熟后便能熟练应用。

本发明中，进一步包括信号调理单元，其与所述压力传感器连接，将所述控制信号从模拟信号转换为数字信号。

本发明中，进一步包括微处理器，其连接所述压力传感器，整合所述控制信号。

本发明中，进一步包括信号传输单元，其通过有线或无线信号传输方式，实现所述压力传感器与所述信号处理单元之间的数据传输。其中，无线信号传输方式包括蓝牙、WTFI等传输方式。

使用本发明手套式发声系统，具体地：准确捕捉手指触碰；将手指触碰信号进行滤波分析；将分析获得的手指触碰事件通过蓝牙发送到智能手机终端；智能手机按规则将手指触碰编码规则转化成对应的英文单词；通过语言处理引擎与发声引擎，将单词进行发声。

本发明手套式发声系统，是一种通过手指触碰实现的辅助语音系统，在英文字符使用频率调研的基础上合理设计各字符手指触碰组合，形成标准匹配表。提高识别效率，突破文字或手势转化为语音的思维局限，通过简单的手指触碰，与标准表格进行匹配。本发明采用简化的触碰方式，让失语者迅速掌握规律，使其适应规则后可以快速拼写单词进行发音。本发明通过调整传感器精度，提高感应速率与准确度。

本发明手套式发声系统，在手套前端的指尖部位设置压力传感器，通过简单的手指触碰生成不同的特定的控制信号，通过识别可获得对应的单词、词组或句子，进而实现其相应的语音合成与发声，以实现说话辅助的功能。本发明以设有压力传感器的手套作为输入媒介，以使用便携的移动终端作为信号处理单元与扬声器的载体，具有更优化的性能与反应速度。本发明通过手指轻轻触碰，实现智能发音，能根据个人喜好选择声音类型，外型小巧简便，使用便捷，满足用户群的特殊需求，帮助社会上的失语患者重获生活幸福。

附图说明

图1表示本发明手套式发声系统的结构图；

图2表示本发明中手套的示意图；

图3表示实施例中本发明手套式发声系统的使用流程图。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

如图1所示，本发明手套式发声系统包括手套7，设置在手套7的指尖部位的压力传感器1，与压力传感器1相连的信号处理单元2，以及与信号处理单元2相连的扬声器3。例如，SpeakFinger发声手套。

如图2所示，压力传感器1可以是多个，分别设置在手套7的食指、中指、无名指、小指的指尖位置，手套7的拇指部位为按压垫片。当拇指与其他各手指触碰，压力传感器1在受力时将产生特定的触碰控制信号。根据不同手指之间触碰所形成的不同组合可产生不同的控制信号。该控制信号传输至信号处理单元2中。信号处理单元2识别控制信号所代表的字母，通过语言重组将字母整合生成词语并根据词语进行语音合成，得到该词语的语音数据，并通过扬声器3播放，从而实现辅助发声。本发明实用性强，手指触碰灵活度高，发声速率快，字符识别度高，字符识别符合一定规则匹配速度快，使用者在熟记规则后可以快速进行字符的输入，达到实时对话的效果。本发明发声模式多样，功能实用，解决了失语者之间以及失语症与正常人之间的沟通障碍，填补了我国聋哑人人工言语技术系统开发领域的一项空白。

优选地，本发明手套式发声系统可通过无线信号传输等方式实现压力传感器1与信号处理单元2之间的数据传输。由于压力传感器1生成的控制信号为模拟信号格式，无法通过无线信号传输的方式进行数据传输。本实施例中，本发明手套式发声系统采用信号调理单元4对控制信号进行模数转换，将原有模拟信号格式的控制信号转换为数字信号格式，便于对控制信号执行处理分析与传输。本发明手套式发声系统中采用信号传输单元5实现控制信号的传输，信号传输单元5包括信号发送端51与信号接收端52，信号发送端51将数字信号格式的控制信号以蓝牙、WTFI等无线传输方式传输至信号接收端52中，由信号接收端52转发至信号处理单元2中。

更进一步地，本发明手套式发声系统采用微处理器6整合与缓存一段时间内生成的控制信号，将整合的控制信号作为一个数据包发送至信号处理单元2中实现以词组或句子为单位的语音合成操作，提高了本发明合成的语音的流畅度。

本发明中的信号处理单元2与扬声器3可分别设置在移动终端或手套上。移动终端包括智能手机、平板电脑等具有数据收发与处理能力的设备。这类移动终端上大多配备有蓝牙接收器，故可通过蓝牙传输的方式将控制信号传输至该移动终端中进行识别与语音合成。

信号处理单元2中包括信号识别模块21、语言重组模块22和语音合成模块23。在信号处理单元2中，通过调查并统计了在日常会话中各字母出现的频率，根据此频率统计结果在信号识别模块21中设计并存储了的输入编码匹配表，例如，该输入编码匹配表中，左手拇指和小指的触碰产生的控制信号对应表示的是出现最为频繁的字母e，例如，右手拇指同时触碰右手食指与中指的组合产生的控制信号对应表示的是字母a，或者是左右手的各个组合对应表示对应设定的字母等。输入编码匹配表中通过左右手不同的触碰组合及顺序可分别代表从0到9的10个数字，还可以代表26个英文字母，输入编码匹配表的组合不是唯一固定的，用户可根据实际使用情况改变输入编码匹配表的内容。信号识别模块21通过比对控制信号与该输入编码匹配表，从而识别出控制信号所代表的字母。语言重组模块22组合已识别的字母生成对应词语，由语音合成模块23生成对应的语音数据。

进一步地，本发明的语音合成模块23为语音合成引擎，其设置在远程服务器中，通过网络与语言重组模块22实现数据传输。该远程服务器主要包括语音应用接口、客户端、服务器和基础支撑四个层次，这四个逻辑层从用户到服务器操作系统底层，共同构成了完整的服务端系统架构。语音应用接口是服务端系统提供的开发接口。客户端负责实现这些接口，同时封装了网络通讯、音频编解码、语音检测、协议解析等功能，为了便于使用，系统在这客户端层提供了一系列高效、易用的工具。服务器提供语音服务的服务端实现，使用服务端的识别引擎提供语音功能，同时提供管理和维护功能。基础支撑层是服务端的服务基础，负责提供适合云计算架构的负载均衡、并行计算、数据存储等功能。经过上述四个层次之后，将输入的文字转换为语音数据，以音频文件的形式传同信号处理单元2中，通过扬声器3播放该音频文件。

本发明手套式发声系统包括：准确捕捉手指触碰；将手指触碰信号进行滤波分析；将分析获得的手指触碰事件通过蓝牙发送到智能手机终端；智能手机按规则将手指触碰编码规则转化成对应的英文单词；通过语言处理引擎与发声引擎，将单词进行发声。例如，将压力传感器及单片机嵌入到手套当中，这样手指就能接触到传感器了。然后通过手套手指尖端的触碰传感器检测用户的手指触碰输入，然后信号调理电路采集手指触碰的信号，把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号，将处理后数字信号通过微处理器进行整合处理之后，通过蓝牙传输通信协议发送到手机的蓝牙接收端，之后等待手机端的处理和信号的重新接收和发送。例如，智能手机负责通过蓝牙接收手套发送的输入信号，将数字信号与预设的规则进行匹配检测，得到一个完整的输入串，进行语言重组，分析分词结构，最后得到一整个语句。智能手机将得到的语句封包，调用后台的TTS API通过HTTP Request的方式将文字传送到服务器上获取读音，并传送同手机，得到音频文件后通过扬声器发出产音。

图3显示是本发明手套式发声系统的使用流程图。本具体实施方式中，压力传感器1设置在手套除拇指外的指尖部位处，拇指处设置有按压垫片。压力传感器1依次与信号调理单元4、微处理器6以及信号发送端51连接。微处理器6采用Arduino单片机进行对压力传感器的控制信号的处理。信号接收端52、信号处理单元2与扬声器3均设置在智能手机上，该智能手机具有蓝牙传输功能。信号处理单元2中的语音合成模块23为语音合成引擎(TTS引擎)，其设置在远程服务器中。在使用本发明的手套式发声系统时，先将各组件调节至工作状态，信号发送端51与信号接收端52之间建立蓝牙连接，当蓝牙连接建立完成时会亮起指示灯，表示可正常使用本发明的手套式发声装置。

对左右手两个手套上的不同手指指尖进行按压，例如，右手拇指同时触碰右手食指与中指三次(即，控制信号代表三次“a”)，当手套上的压力传感器1感测到压力并生成控制信号时，该控制信号经过信号调理单元4的转换，从原本的模拟信号格式转变为数字信号格式的控制信号。数字信号格式的控制信号易于被微处理器6分析以及被发送。微处理器6将生成的控制信号经过整合处理后，发送至信号传输单元5的信号发送端51中，以蓝牙信号的方式将控制信号传输至位于移动终端上的信号接收端52，由信号接收端52将该控制信号转发至信号处理单元2中。

当信号处理单元2检测到存在输入的控制信号时调动信号识别模块21，通过比较控制信号与输入编码匹配表中的内容，从而识别出控制信号所代表的三次“a”。由语言重组模块22将多个字母进行语言重组生成相应词语。在语言重组模块22生成词语之后，调用后台的TTSAPI通过HTTP Request的方式将词语传送到语音合成模块23所在的远程服务器上。语音合成模块23根据词语生成对应的语音数据，将该语音数据以音频文件的形式发送同信号处理单元2中，通过扬声器3播放该语音。其中，语音合成模块23可以用于合成英语或中文的语音数据。本实施例中语音合成模块23用于合成中文语音，最终由扬声器3播放的语音为三声“啊”。语音合成模块23还可以调节被合成的声音类型，从而合成不同性别、不同年龄的声音。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (7)

1.一种手套式发声系统，其特征在于，包括：

手套；

压力传感器，其设置在所述手套上，感测压力并依此生成控制信号；

信号处理单元，其将所述压力传感器生成的控制信号转换为语音数据；

扬声器，其与所述信号处理单元连接，实现播放所述语音数据。

2.如权利要求1所述的手套式发声系统，其特征在于，所述信号处理单元、所述扬声器可分别设置在移动终端或所述手套中。

3.如权利要求1所述的手套式发声系统，其特征在于，所述信号处理单元包括：

信号识别模块，其通过信号匹配将所述控制信号转换为对应的字母；

语言重组模块，其将所述字母进行语言重组得到词语；

语音合成模块，其根据所述词语进行语音合成得到语音数据。

4.如权利要求3所述的手套式发声系统，其特征在于，所述语音合成模块为语音合成引擎，其设置在远程服务器中，通过网络与所述语言重组模块实现数据传输。

5.如权利要求1所述的手套式发声系统，其特征在于，进一步包括信号调理单元，其与所述压力传感器连接，将所述控制信号从模拟信号转换为数字信号。

6.如权利要求1所述的手套式发声系统，其特征在于，进一步包括微处理器，其连接所述压力传感器，整合所述控制信号。

7.如权利要求1所述的手套式发声系统，其特征在于，进一步包括信号传输单元，其通过有线或无线信号传输方式，实现所述压力传感器与所述信号处理单元之间的数据传输。

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