CN103310664B - 多功能儿童对讲早教机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多功能儿童对讲早教机，包括，语音识别模块、人脸识别模块、控制器模块、显示模块和语音播放模块，控制器模块分别连接语音识别模块、人脸识别模块、显示模块和语音播放模块，以根据所述语音识别模块或人脸识别模块识别出的用户，启动与不同用户对应的不同用户模式，其中，显示模块、语音播放模块在不同用户模式下分别播放的视频内容、音频内容不同。通过本发明，能够识别当前使用早教机的用户，以启动不同的用户模式，实现多种风格的音视频内容的播放。
Description
技术领域
本发明涉及早教机领域，尤其涉及一种多功能儿童对讲早教机。
背景技术
随着科技的发展和人类生活水平的提高，出现了各种新奇的寓教类的儿童玩具，儿童的教育时间也越来越提前。其中，儿童早教机以丰富多彩的内容，寓教于乐的亲民风格，多样化的外形设计，获得了儿童和家长的喜爱，也迎合了家长让爱动儿童进行早期学习的心理，当前市场上不同品牌、不同等级的早教机层出不穷。
但是，现有的一些儿童早教机，功能参差不齐，总体来说，互动性不强，用户模式单一，针对不同用户人群播放的音视频内容完全相同，这满足不了女孩和男孩的不同需求，同时，早教机因为使用频繁，耗电量大，需要不断充电，然而传统的充电方式让家长们不得不一直处于忙于监视早教机电力情况的困扰中，而且，当前的早教机的外部音视频接口比较单一，兼容性差。
因此，需要一种多功能儿童对讲早教机，改造原先互动性差、功能单一、充电不便的早教机，通过对不同用户群的识别，启动不同模式的音视频内容播放，以及引入清洁环保的太阳能充电器，在带儿童散步时候自动对早教机充电，而且，增加了统一多种格式的音视频信号连接的外部接口，增加了儿童早教机的功能，丰富了用户的使用体验。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种多功能儿童对讲早教机，通过声音识别装置和人脸识别模式识别出当前使用用户所属的用户群，以控制早教机的运行模式，在语音播放装置和显示器上播放迎合不同用户偏好的音视频内容，增加了太阳能充电器，在早教机电力低于预定阈值时，及时进行充电，另外，使用FPGA芯片设计出兼容DVI、HDMI和DisplayPort格式的统一信号接口，使得早教机能接收各种格式的音视频信号并进行播放，从而使得早教机的设计更具有人性化。
根据本发明的一方面，提供了一种多功能儿童对讲早教机，包括语音识别模块、人脸识别模块、控制器模块、显示模块和语音播放模块，控制器模块分别连接语音识别模块、人脸识别模块、显示模块和语音播放模块，以根据所述语音识别模块或人脸识别模块识别出的用户，启动与不同用户对应的不同用户模式，其中，显示模块、语音播放模块在不同用户模式下分别播放的视频内容、音频内容不同。
更具体地，所述多功能儿童对讲早教机进一步包括：太阳能充电模块，具有光伏板以使用光伏板收集太阳能，并在所述早教机的电源电能在预定阈值之下时，启动太阳能充电模块对所述早教机的充电操作；语音采集模块，在用户通过操作遥控器或功能按钮选择进行语音采集时，采集用户发出的用户语音信号，并预先记录各个用户的不同语音特征，以将各个用户的不同语音特征预先存储在存储器模块中；语音识别模块，连接语音采集模块和存储器模块，将语音采集模块采集到的用户语音信号与预先存储在存储器模块中的各个用户的不同语音特征进行比较，以识别当前用户语音信号对应的用户；摄像模块，在用户通过操作遥控器或功能按钮选择进行用户脸部特征采集时，采集用户的脸部图像，并预先记录各个用户的不同脸部特征，以将各个用户的不同脸部特征预先存储在存储器模块中；人脸识别模块，连接摄像模块和存储器模块，将摄像模块采集到的脸部图像与预先存储在存储器模块中的各个用户的不同脸部特征进行比较，以识别摄像模块当前采集到的脸部图像所对应的用户；存储器模块，连接语音采集模块、语音识别模块、摄像模块、人脸识别模块，预先存储各个用户的不同语音特征和各个用户的不同脸部特征，以分别供语音识别模块和人脸识别模块调用，所述存储器模块还存储了音频文件和视频文件，以供显示模块和语音播放模块分别调用；显示模块，连接存储器模块，显示存储器模块中存储的视频文件所对应的视频内容；语音播放模块，连接存储器模块，播放存储器模块中存储的音频文件所对应的音频内容；统一信号接口模块，连接显示模块和语音播放模块，采用FPGA芯片实现兼容DVI、HDMI和DisplayPort格式的外部音视频信号的连接，并将接收的外部音视频信号转发到显示模块和语音播放模块以进行音视频信号的播放，所述FPGA芯片为Xilinx公司的Virtex4LX25；遥控器，在用户的操作下对早教机进行控制，包括开机、关机、选择显示模块要显示的视频文件、选择语音播放模块要播放的音频文件、选择接收来自统一信号接口模块的外部音视频信号、设定所述预定阈值、设定语音播放模块播放的音量大小；功能按钮，在用户的操作下对早教机进行控制，包括开机、关机、选择显示模块要显示的视频文件、选择语音播放模块要播放的音频文件、选择接收来自统一信号接口模块的外部音视频信号、设定所述预定阈值、设定语音播放模块播放的音量大小；USB接口，用于连接外部充电装置进行充电，以及用于连接外部存储装置以下载用户选择的音频文件和视频文件，并将下载后的音频文件和视频文件存储到存储器模块中；控制器模块，连接语音识别模块和人脸识别模块，以接收语音识别模块或人脸识别模块所识别出的用户，启动与不同用户对应的不同用户模式；其中，用户模式包括女孩模式、男孩模式、家长模式，语音播放模块在不同用户模式下发出不同特征的与用户交流的声音，显示模块在不同用户模式下显示不同特征的与用户交流的图像背景；其中，所述语音播放模块是左右扬声器，所述显示模块是液晶显示屏，所述液晶显示屏的分辨率是160×128、384×320、640×480或1024×600中的一种。
更具体地，所述多功能儿童对讲早教机进一步包括：无线通信模块，连接摄像模块，以将摄像模块采集到的图像无线发送到家长手机上。
更具体地，所述多功能儿童对讲早教机进一步包括：所述无线通信模块是3G通信模块和4G通信模块中的一种。
更具体地，所述多功能儿童对讲早教机进一步包括：所述语音采集模块采集用户语音信号时所使用的采样率为22.05KHz、44.1KHz和48KHz中的一种。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1根据本发明实施方案示出的多功能儿童对讲早教机的结构方框图。
其中，1、语音识别模块；2、人脸识别模块；3、控制器模块；4、显示模块；5、语音播放模块。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的多功能儿童对讲早教机的实施方案进行详细说明。
图1示出根据本发明实施方案示出的多功能儿童对讲早教机的结构方框图。其中所述多功能儿童对讲早教机包括，语音识别模块1、人脸识别模块2、控制器模块3、显示模块4和语音播放模块5，控制器模块3分别连接语音识别模块1、人脸识别模块2、显示模块4和语音播放模块5，以根据所述语音识别模块1或人脸识别模块2识别出的用户，启动与不同用户对应的不同用户模式，其中，显示模块4、语音播放模块5在不同用户模式下分别播放的视频内容、音频内容不同。进一步地，所述多功能儿童对讲早教机还包括，太阳能充电模块，具有光伏板以使用光伏板收集太阳能，并在所述早教机的电源电能在预定阈值之下时，启动太阳能充电模块对所述早教机的充电操作；语音采集模块，在用户通过操作遥控器或功能按钮选择进行语音采集时，采集用户发出的用户语音信号，并预先记录各个用户的不同语音特征，以将各个用户的不同语音特征预先存储在存储器模块中；语音识别模块1，连接语音采集模块和存储器模块，将语音采集模块采集到的用户语音信号与预先存储在存储器模块中的各个用户的不同语音特征进行比较，以识别当前用户语音信号对应的用户；摄像模块，在用户通过操作遥控器或功能按钮选择进行用户脸部特征采集时，采集用户的脸部图像，并预先记录各个用户的不同脸部特征，以将各个用户的不同脸部特征预先存储在存储器模块中；人脸识别模块2，连接摄像模块和存储器模块，将摄像模块采集到的脸部图像与预先存储在存储器模块中的各个用户的不同脸部特征进行比较，以识别摄像模块当前采集到的脸部图像所对应的用户；存储器模块，连接语音采集模块、语音识别模块1、摄像模块、人脸识别模块2，预先存储各个用户的不同语音特征和各个用户的不同脸部特征，以分别供语音识别模块1和人脸识别模块2调用，所述存储器模块还存储了音频文件和视频文件，以供显示模块4和语音播放模块5分别调用；显示模块4，连接存储器模块，显示存储器模块中存储的视频文件所对应的视频内容；语音播放模块5，连接存储器模块，播放存储器模块中存储的音频文件所对应的音频内容；统一信号接口模块，连接显示模块4和语音播放模块5，采用FPGA芯片实现兼容DVI、HDMI和DisplayPort格式的外部音视频信号的连接，并将接收的外部音视频信号转发到显示模块4和语音播放模块5以进行音视频信号的播放，所述FPGA芯片为Xilinx公司的Virtex4LX25；遥控器，在用户的操作下对早教机进行控制，包括开机、关机、选择显示模块4要显示的视频文件、选择语音播放模块5要播放的音频文件、选择接收来自统一信号接口模块的外部音视频信号、设定所述预定阈值、设定语音播放模块5播放的音量大小；功能按钮，在用户的操作下对早教机进行控制，包括开机、关机、选择显示模块4要显示的视频文件、选择语音播放模块5要播放的音频文件、选择接收来自统一信号接口模块的外部音视频信号、设定所述预定阈值、设定语音播放模块播放的音量大小；USB接口，用于连接外部充电装置进行充电，以及用于连接外部存储装置以下载用户选择的音频文件和视频文件，并将下载后的音频文件和视频文件存储到存储器模块中；控制器模块3，连接语音识别模块1和人脸识别模块2，以接收语音识别模块1或人脸识别模块2所识别出的用户，启动与不同用户对应的不同用户模式；其中，用户模式包括女孩模式、男孩模式、家长模式，语音播放模块5在不同用户模式下发出不同特征的与用户交流的声音，显示模块4在不同用户模式下显示不同特征的与用户交流的图像背景；其中，所述语音播放模块5是左右扬声器，所述显示模块4是液晶显示屏，所述液晶显示屏的分辨率是160×128、384×320、640×480或1024×600中的一种。
其中，人脸识别，特指利用分析比较人脸视觉特征信息进行身份鉴别的计算机技术。人脸识别是一项热门的计算机技术研究领域，人脸追踪侦测，自动调整影像放大，夜间红外侦测，自动调整曝光强度；他属于生物特征识别技术，是对生物体（一般特指人）本身的生物特征来区分生物体个体。人脸识别技术是基于人的脸部特征，对输入的人脸图象或者视频流.首先判断其是否存在人脸,如果存在人脸，则进一步的给出每个脸的位置、大小和各个主要面部器官的位置信息。并依据这些信息，进一步提取每个人脸中所蕴涵的身份特征，并将其与已知的人脸进行对比，从而识别每个人脸的身份。
其中，语音识别是一门交叉学科，是根据语音中的特征识别语音中的内容和发出语音的用户。近二十年来，语音识别技术取得显著进步，开始从实验室走向市场。人们预计，未来10年内，语音识别技术将进入工业、家电、通信、汽车电子、医疗、家庭服务、消费电子产品等各个领域。语音识别听写机在一些领域的应用被美国新闻界评为1997年计算机发展十件大事之一。很多专家都认为语音识别技术是2000年至2010年间信息技术领域十大重要的科技发展技术之一。语音识别技术所涉及的领域包括：信号处理、模式识别、概率论和信息论、发声机理和听觉机理、人工智能等。
其中，DVI、HDMI、DisplayPort、DiiVA是市场上常见的数字音视频接口标准。DVI（DigitalVisualInterface），即数字视频接口，由SiliconImage、Intel（英特尔）、Compaq（康柏）、IBM、HP（惠普）、NEC、Fujitsu(富士通)等公司共同组成DDWG（DigitalDisplayWorkingGroup，数字显示工作组）于1999年推出的接口标准，DVI以PanalLink接口技术为基础，基于TMDS（最小化传输差分信号）电子协议作为基本电气连接，最高信号传输码流为1.65Gbps，相比较之前的模拟视频接口，其具有速度快、画面清晰、支持HDCP协议的特点。HDMI（HighDefinitionMultimediaInterface），即高清晰度多媒体接口，由日立、松下、飞利浦、SiliconImage、索尼、汤姆逊、东芝等7家公司共同组建的HDMI高清多媒体接口组织于2002年12月9日正式发布，HDMI以DVI为基础，采用TMDS编码机制，对视频信号、音频信号和控制信号进行时分控制，最高数据传输速度为5Gbps，克服了DVI对于平板电视和广色域终端兼容性差、对影像版权保护缺乏支持、不支持数字音频信号、接口体积大等缺点。DisplayPort，简称DP接口，由VESA(视频电子标准组织)2006年5月发布。它是一种针对所有显示设备(包括内部和外部接口)的开放标准，采用8B/10B编码、内嵌时钟信号与微封包架构，视频内容以封包方式传送，支持HDCP数字内容保护协议，可以同时传输音频与视频，最大传输带宽为10.8Gb/S，其通过一条可实现双向通信的外部通道直接进行语音、视频等低带宽数据的传输，DisplayPort相比较HDMI具有更大的传输带宽和更强的兼容性。DiiVA，即数字高清互动接口，由TCL、海信、创维、康佳、长虹、海尔、上广电、熊猫电子、凌旭等9家企业于2009年4月推出，采用与DisplayPort接口相同的8B/10B编码技术，支持视频带宽达13.5Gbps，支持混合通道频宽合计超过2Gbps，可做双向数据和音频传输，同时还支持HDCP2.0与DTCP-IP，其采用菊花链的连接方式，使得任何一个在DiiVA网络中的设备都可以互相访问。不同的消费类电子制作商、半导体公司、测试设备制作商以及商用电子制造商，根据自身利益需要，在自己的产品中选用不同的数字音视频接口，这些产品包括数字电视、DVD、录像机、电脑、机顶盒、摄像机。
另外，所述多功能儿童对讲早教机进一步包括：无线通信模块，连接摄像模块，以将摄像模块采集到的图像无线发送到家长手机上。无线通信模块的加入使得家长能够使用早教机对儿童进行动态无线监视。
另外，所述多功能儿童对讲早教机进一步包括：所述无线通信模块是3G通信模块和4G通信模块中的一种。用户可根据当地实施的通信网络类型和自身经济条件选择早教机厂商定制类型的早教机。
其中，第三代移动通信技术（3rd-generation，3G），是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。3G是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，目前3G存在四种标准：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。3G与2G的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，他能够在全球范围内更好地实现无线漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps（兆比特/每秒）、384kbps（千比特/每秒）以及144kbps的传输速度（此数值根据网络环境会发生变化）。
其中，4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像且图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。
另外，所述多功能儿童对讲早教机进一步包括：所述语音采集模块采集用户语音信号时所使用的采样率为22.05KHz、44.1KHz和48KHz中的一种。可根据语音识别模块5要求的语音质量确定所使用的所述语音采集模块的采样率。
其中，音频采样率是指录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数，采样频率越高声音的还原就越真实越自然。在当今的主流采集卡上，采样频率一般共分为22.05KHz、44.1KHz、48KHz三个等级，22.05KHz只能达到FM广播的声音品质，44.1KHz则是理论上的CD音质界限，48KHz则更加精确一些。对于高于48KHz的采样频率人耳已无法辨别出来了，所以在电脑上没有多少使用价值。声音其实是一种能量波，因此也有频率和振幅的特征，频率对应于时间轴线，振幅对应于电平轴线。波是无限光滑的，弦线可以看成由无数点组成，由于存储空间是相对有限的，数字编码过程中，必须对弦线的点进行采样。采样的过程就是抽取某点的频率值，很显然，在一秒中内抽取的点越多，获取得频率信息更丰富，为了复原波形，一次振动中，必须有2个点的采样，人耳能够感觉到的最高频率为20kHz，因此要满足人耳的听觉要求，则需要至少每秒进行40k次采样，用40kHz表达，这个40kHz就是采样率。
采用本发明的多功能儿童对讲早教机，针对现有儿童对讲早教机不够人性化的技术问题，采用多种用户识别装置对当前使用用户进行用户识别，根据识别出的用户所属的用户群启动不同用户模式的早教机的音视频内容的播放，所述早教机还引用了太阳能自动充电功能和多种音视频信号统一接收功能，满足了使用用户的各种需求。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (1)
1.一种多功能儿童对讲早教机，其特征在于，所述早教机包括：
语音识别模块、人脸识别模块、控制器模块、显示模块和语音播放模块，控制器模块分别连接语音识别模块、人脸识别模块、显示模块和语音播放模块，以根据所述语音识别模块或人脸识别模块识别出的用户，启动与不同用户对应的不同用户模式，
其中，显示模块、语音播放模块在不同用户模式下分别播放的视频内容、音频内容不同；
还包括：
太阳能充电模块，具有光伏板以使用光伏板收集太阳能，并在所述早教机的电源电能在预定阈值之下时，启动太阳能充电模块对所述早教机的充电操作；
语音采集模块，在用户通过操作遥控器或功能按钮选择进行语音采集时，采集用户发出的用户语音信号，并预先记录各个用户的不同语音特征，以将各个用户的不同语音特征预先存储在存储器模块中；
所述语音识别模块连接语音采集模块和存储器模块，将语音采集模块采集到的用户语音信号与预先存储在存储器模块中的各个用户的不同语音特征进行比较，以识别当前用户语音信号对应的用户；
摄像模块，在用户通过操作遥控器或功能按钮选择进行用户脸部特征采集时，采集用户的脸部图像，并预先记录各个用户的不同脸部特征，以将各个用户的不同脸部特征预先存储在存储器模块中；
所述人脸识别模块连接摄像模块和存储器模块，将摄像模块采集到的脸部图像与预先存储在存储器模块中的各个用户的不同脸部特征进行比较，以识别摄像模块当前采集到的脸部图像所对应的用户；
存储器模块，连接语音采集模块、语音识别模块、摄像模块、人脸识别模块，预先存储各个用户的不同语音特征和各个用户的不同脸部特征，以分别供语音识别模块和人脸识别模块调用，所述存储器模块还存储了音频文件和视频文件，以供显示模块和语音播放模块分别调用；
所述显示模块连接存储器模块，显示存储器模块中存储的视频文件所对应的视频内容；
所述语音播放模块连接存储器模块，播放存储器模块中存储的音频文件所对应的音频内容；
统一信号接口模块，连接显示模块和语音播放模块，采用FPGA芯片实现兼容DVI、HDMI和DisplayPort格式的外部音视频信号的连接，并将接收的外部音视频信号转发到显示模块和语音播放模块以进行音视频信号的播放，所述FPGA芯片为Xilinx公司的Virtex4LX25；
遥控器，在用户的操作下对早教机进行控制，包括开机、关机、选择显示模块要显示的视频文件、选择语音播放模块要播放的音频文件、选择接收来自统一信号接口模块的外部音视频信号、设定所述预定阈值、设定语音播放模块播放的音量大小；
功能按钮，在用户的操作下对早教机进行控制，包括开机、关机、选择显示模块要显示的视频文件、选择语音播放模块要播放的音频文件、选择接收来自统一信号接口模块的外部音视频信号、设定所述预定阈值、设定语音播放模块播放的音量大小；
USB接口，用于连接外部充电装置进行充电，以及用于连接外部存储装置以下载用户选择的音频文件和视频文件，并将下载后的音频文件和视频文件存储到存储器模块中；
所述控制器模块连接语音识别模块和人脸识别模块，以接收语音识别模块或人脸识别模块所识别出的用户，启动与不同用户对应的不同用户模式；
其中，用户模式包括女孩模式、男孩模式、家长模式，语音播放模块在不同用户模式下发出不同特征的与用户交流的声音，显示模块在不同用户模式下显示不同特征的与用户交流的图像背景；
其中，所述语音播放模块是左右扬声器，所述显示模块是液晶显示屏，所述液晶显示屏的分辨率是160×128、384×320、640×480或1024×600中的一种。
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