CN105280057A - 基于动作感应的辅助语音装置 - Google Patents

Abstract

一种基于动作感应的辅助语音装置，包括动作感应输入装置；与特定动作输入具有映射逻辑关系的数字语音信息单元；储存所述语音信息单元信息的非易失性存储器；将数字语音信息还原为模拟语音信号的数模转换器；将所述语音信号进行输出的扬声器；将所述特定动作输入与特定语音信息单元进行逻辑关联的逻辑控制单元。本发明主要为语言障碍患者提供一种语言沟通及情感表达的工具，具有简单、方便、实用的特点。

Description

基于动作感应的辅助语音装置

技术领域

本发明涉及一种语音装置，特别是一种基于动作感应输入的辅助语音装置。

背景技术

脑中风是严重危害人类健康和生命安全的常见的难治性疾病，存在着发病率高、致残率高、死亡率高、复发率高的“四高”现象。根据统计，目前我国每年发生中风病人高达200万人，现幸存的中风病人700万人，其中约450万病人有不同程度丧失劳动力和生活不能自理情况，致残率过半。如果中风影响到由脑神经控制的运动神经系统，就会出现偏瘫、肢体障碍等后遗症；如果影响到脑神经控制的语言中枢神经，就会导致语言障碍甚至失语等相应的神经系统症状。

中风幸存者不仅要和肢体上的残疾抗争，往往还要承受有苦说不出的痛楚。由于部分患者缺乏基本语言表达能力，不能完成“我想上厕所”、“我想喝水”，“帮我下床走走”等生活必需的语言交流，亦无法表达身体或内心的痛苦感受，常常会急得摔东西，时间久了对患者的身心健康都有很大危害，同时对患者家庭和社会亦带来很大的负担，因此如何有效解决语言障碍患者的信息交流问题，是大家迫切期待的愿望。

脑中风患者的肢体障碍通常表现在偏瘫上，亦即是一侧肢体肌力减退、活动不利或完全不能活动，而另一则肢体，例如有一只手是好使的，是否可以通过这个健全的手来进行语言及情感的交流？除中风病患者之外，还有一些其它疾病也会影响人的活动及说话能力，其中较为人知的是史蒂芬.霍金的例子，他所患的伽雷氏症令全身肌肉萎缩导致终身坐轮椅，并且只有眼球及三根手指可以活动，而霍金正是利用眼球及手指活动来操作电脑拟声器成功实现语言沟通的。然而所述电脑拟声器系统不但十分复杂而且价格昂贵，不是一般患者能够承担使用的。

那么是否有一种简单、廉价及好用的数码语音辅助装置来帮助语言障碍患者来实现语言交流呢？这正是本发明实施例关心及要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对市场上现有产品的技术不足，提供一种基于动作感应输入实现语言沟通的，简单、廉价、好用的辅助语音装置来满足市场需求。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于动作感应的辅助语音装置，包括：

动作感应输入装置；

与特定动作输入具有映射逻辑关系的数字语音信息单元；

储存所述语音信息单元信息的非易失性存储器；

将数字语音信息还原为模拟语音信号的数模转换器；

将所述语音信号进行输出的扬声器；

将所述特定动作输入与特定语音信息单元进行逻辑关联的逻辑控制单元。

其中，所述语音信息单元中包括代表肯定/否定的语音信息，以及代表情感/需求的语音信息。

其中，所述动作感应输入装置包括微动开关、重力加速度传感器或压力传感器，以及所述语音装置包括输入处理及行为分析单元，可根据所述输入装置的不同动作输入产生不同的控制指令信号，令所述动作映射到不同的语音信息单元并播放不同的语音信号，或对所述辅助语音装置实施不同的控制，其中包括：当所述动作感应输入装置为微动开关按键时，会根据所述按键点击的次数、按下的时间长短或按键的输入编码来产生相应的控制指令信号；当所述动作感应输入装置为重力加速度传感器时，会根据感应到的不同手势或加速度来产生相应的控制指令信号；当所述动作感应输入装置为压力传感器时，会根据感应到的压力大小或施压时间长短来产生相应的控制指令信号。

其中，所述辅助语音装置还包括麦克风及录音装置，可在相应的语音信息单元中录入自定义的语音信息。

其中，所述辅助语音装置还包括音乐播放器模块，可播放存储于所述非易失性存储器中的数码音乐。

其中，所述辅助语音装置还包括收音机机模块，可收听电台广播。

其中，所述辅助语音装置还包括充电池及USB接口，可通过所述接口对所述充电池进行充电，亦可通过所述接口更新所述语音信息单元的语音信息，并对所述装置进行个性化设置。

其中，所述装置为扁平结构，适合单手握持及操作，可用大拇指、无名指、小拇指及手掌心固定所述装置，并由食指、中指于装置上实施动作输入，其中所述装置面向手掌心一则呈圆弧状，适合手掌握持操作；所述装置背向手掌心一则呈平面状，方便放置于平面之上；所述装置一边高、一边低，符合人体工学设计；所述装置整体结构上与传统无线鼠标大致相似。

其中，所述辅助语音装置包括工作模式切换开关，可切换语音模式、收音模式及音乐模式，并且所述微动开关具有按键复用功能，其中包括当所述辅助语音装置处于语音模式时，所述微动开关控制语音信息的播放；当所述辅助语音装置处于收音模式时，所述微动开关控制收音机的选台；当所述辅助语音装置处于音乐模式时，所述微动开关控制数码音乐的播放。

其中，所述辅助语音装置包括相互分离的无线发射器及无线接收器，并且所述动作感应输入装置与所述无线发射器为一整体，所述数字语音信息单元、非易失性存储器、数模转换器、扬声器及逻辑控制单元与所述无线接收器为另一整体。

本发明具有的有益效果在于它是一项帮助语言障碍患者表达情感及需求的简单、廉价、好用的全新技术方案，是数码电子技术在医疗护理领域中的一个应用。

附图说明

图1是本发明实施例一基于动作感应的辅助语音装置的使用操作示意图；

图2是本发明实施例一基于动作感应的辅助语音装置的功能结构方框图；

图3是本发明实施例一基于动作感应的辅助语音装置的又一功能结构方框图；

图4是本发明实施例一基于动作感应的辅助语音装置的又一功能结构方框图；

图5是本发明实施例二基于动作感应的辅助语音装置的功能结构方框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。请参照图1所示，这是本发明实施例一基于动作感应的辅助语音装置的使用操作示意图。图中10为本发明实施例的辅助语音装置，15为作用于所述装置的用户的手。装置10适合于单手操作，使用者可用拇指16、无名指17(包括小拇指)及手掌心将装置10握持在手之中，然后可通过中指18、食指19作用于微动开关11、12作按键输入(点击)，装置10感应用户的操作输入并根据操作输入发出相应的语音信号，从而实现受控于操作者的语音表达和沟通。图中旋钮13可控制语音输出的音量，在旋钮13下面还有一个轻触式控制开关，可控制装置10的工作模式，或实施其它相关控制。装置10的外观及使用方法与传统的无线鼠标大致相似。

在现实生活中鼠标的应用非常广泛，是电脑最常用的输入装置之一，其主要原因是鼠标使用方法简单方便并且用户已养成了习惯。鼠标产品目前主要放在桌面上使用，但事实上其结构也很适合放在床上供卧床的病患者使用，主要因为其结构特点：一、其扁平式结构及顺滑流畅的外形，令其放在床上亦是安全的，不会伤到人。二、其一侧为平面，适合放置于床上；另一侧为圆弧形，适合手掌握持操作。三、其结构一边高、一边低，凭手感可分清前后，即使在黑暗中亦可凭感觉使用。四、其结构符合人体工学设计，使用时不易疲劳。五、其结构只需两个手指便可操作，极大地减少对人操作能力的要求。

本发明实施例的装置与传统鼠标最大的差异在于其功能及用途的不同。传统鼠标为一种电脑配件，用于电脑光标的控制及操作；而本发明实施例的产品为一种电子语音装置，通过不同的手指操作可以发出不同的语音信息，适合作为一种辅助性语言沟通工具提供给具有语言障碍的病患者使用。

下面请再参照图2所示，这是本发明实施例一基于动作感应的辅助语音装置的功能结构方框图。图中21为动作感应输入装置，图中显示有二个这样的装置，分别为输入装置(1)及输入装置(2)，其与图1中所述的左右两个手指操控之微动开关11及12相对应(微动开关为其中一种动作感应输入装置)。动作感应输入装置21的输入信号经过输入处理及行为分析单元22进行处理，然后再传送到逻辑控制单元23之中，再由23去选择及激活数字语音信息单元24中的其中一个(图中显示有4个信息单元(1)-(4)，对于不同的具体应用可有不同数量的信息单元)，并由所述被激活的数字语音信息单元输出语音资料，所述语音资料经过数模转换器(D/A)26转换为模拟语音信号，所述语音信号再经功率放大器28及扬声器29作语音播放输出。图中27为音量控制旋钮，可控制扬声器的输出音量。在本发明实施例中，特定动作输入与特定数字语音信息单元之间的对应关系被称为映射逻辑关系，所述逻辑控制单元就是用作关联特定的输入动作及特定的语音信息单元的。

图中的数字语音信息单元24为非易失性存储器(例如FLASH、ROM、EEPROM等)25的其中一部分，不同的数字语音信息单元存放有不同内容的语音信息，只要将常用的语音信息录到这些语音信息单元中去，然后用户再根据不同的情况选择播放不同语音信息单元中的语音信息，便可实现与人的语言沟通了。

所述数字语音信息为一系列的数据，存放在存储器25之中，并用不同的地址ID去区分不同的信息单元。当选择了相应的数字语音信息单元之后，其相对应的数据便会被取出来，最终通过扬声器发出由用户通过动作输入来选择的声音来。

图2中的动作感应输入装置21、输入处理及行为分析单元22、逻辑控制单元23、数字语音信息单元24、非易失性存储器25及数模转换器26组成了本发明实施例的基本组成部分20，本发明实施例将20简称为语音模块。

下面请再参照图3所示，这是本发明实施例一基于动作感应的辅助语音装置的又一功能结构方框图。图中除了包括图2中所述的语音模块20之外，还包括有收音机模块32(可收听电台广播)、音乐播放模块33(可播放存放在所述非易失性存储器内的数码音乐)，这三个模块受控制开关/工作模式切换开关31控制，即可以通过31来选择所需要的工作模式，令本发明实施例除可实现前述语音功能之外，还可实现收音机及音乐播放器的功能，有利于舒缓患者的精神压力，作娱乐用途。所述20、32、33三个模块均可输出模拟音频信号，所述音频信号通过功放28放大后再由扬声器29输出，其输出音量则可由音量旋钮27控制。在实际应用中，语音模块20、收音机模块32及音乐播放器模块33均可由前述图1所述的左右两个微动开关11、12实施控制操作，具有按键复用功能，其中包括：当所述装置处于语音模式时，所述微动开关控制语音信息的播放；当所述装置处于收音模式时，所述微动开关控制收音机的选台(例如上一个台/下一个台)；当所述装置处于音乐模式时，所述微动开关控制数码音乐的播放(例如上一首歌/下一首歌)。

下面请再参照图4所示，这是本发明实施例一基于动作感应的辅助语音装置的又一功能结构方框图。图中装置10包括有USB接口52及充电池53，上述USB接口可与电脑(PC)51进行连接，并可通过电脑的USB接口对充电池53进行充电。除此之外，亦可以通过电脑的软件程式对装置中的数字语音信息单元24进行数字语音信息的输入，这样便可由用户去定义每一个语音信息单元的具体内容，从而可在电脑端实现对装置10的语音信息更新或个性化设置。

除了出厂预设的语音信息及用户自定义的信息之外，本发明实施例还可通过麦克风56及录音装置55将用户的语音信息存入到非易失性存储器内相应的数字语音信息单元24之中，从而为实现装置10的个性化设置提供了另一个选择。

在常规的对话中，最基本的语句(语音信息)包括“是”、“不是”等肯定或否定的信息，及“开心”、“难受”、“抱歉”、“谢谢”等情感信息，以及“我要喝水”、“我要上厕所”、“我要起来走走”等需求信息。由于在前述图例中标示出的动作感应输入装置只有两个(例如图1中的微动开关按键11及12)，如何通过所述两个按键发出更多的声音呢？这就牵涉到输入扩展问题，在本发明实施例中所述输入扩展是通过输入处理及行为分析单元22来实现的。

对于不同动作输入装置的输入，输入处理及行为分析单元22的处理方式会有不同。图4中列举了三种常用的动作感应输入装置，包括微动开关按键211、重力加速度传感器212及压力传感器213。在实际应用中还可包括更多的输入方式，由于基本原理都是相通的，这里就不列举阐述了。对于按键输入(以11、12输入为例)，可采用以下的处理方式：

1、计时方式——可通过按键按下的时间长短来定义输入动作。例如定义按键按下时间0.1-0.5秒(一次点击)为动作1，按下时间0.5-1.0秒为动作2，按下时间1.1-2.0秒为动作3，按下时间2.1-3.0秒为动作4，即一个按键可输入4种不同动作，这样左右两个按键11、12可定义8种不同的动作，通过输入处理及行为分析单元22可产生8种相应的控制指令信号，从而可触发装置播放8种不同的语音信息。

2、计数方式——可采用按键点击(按下时间0.1-0.5秒)的次数来定义输入动作。例如定义点击一次为动作1，点击两次为动作2，点击三次为动作3，点击四次为动作4等，即一个按键可输入4个不同动作，这样左右两个按键11、12可定义8种不同的动作输入，通过输入处理及行为分析单元22可产生8种相应的控制指令信号，最终亦可触发装置播放8种不同的语音信息。

3、编码方式——可采用二进制编码方式定义输入动作。例如定义食指(左键11)点击为数字1，中指(右键12)点击为数字0，这样通过左右两个按键的输入便可产生0000-1111的16种编码信息(假设数据长度为4)，这个编码信息是由输入处理及行为分析单元22产生的，并由此可触发装置播放16种不同的语音信息。

4、电码方式——包括摩尔斯电码及中文电码。摩尔斯电码(又称为摩斯密码，Morsecode)是一种时通时断的信号代码，通过不同的排列顺序来表达不同的英文字母、数字和标点符号。摩尔斯电码不同于现代只使用0和1两种状态的二进制代码，它的代码包括五种：点(.)、划(-)、点和划之间的停顿、每个字符间短的停顿(在点和划之间)、每个词之间中等的停顿、以及句子之间长的停顿等。有关点、划及停顿将由输入处理及行为分析单元22来分析判断，并产生相应的控制指令信号，使装置发出相应的语音信号。至于中文电码，可看作是摩尔斯电码的一种扩展，它采用了四位阿拉伯数字作代号，从0001到9999按四位数顺序排列，用四位数字表示最多一万个汉字、字母和符号。本发明实施例可用左键或右键输入电码，并由输入处理及行为分析单元22来实施处理并发出相应的控制指令信号，让逻辑控制单元选择对应的数字语音信息单元输出相应的语音信号。

至于重力加速度传感器则是另一种常见的动作感应输入装置，其通过对X、Y、Z三轴的加速度变化可感应物体的移动情况，从而可监测用户握持装置10的动作及手势变化情况，通过输入处理及行为分析单元22便可将用户的这些操作手势转换为相应的控制指令信号，令所述动作能映射到不同的语音信息单元并播放相应的语音信息。例如可以将装置左甩定义为“是”，右甩定义为“不是”，左右轻轻摇晃为“不舒服”，快速摇晃为“很不舒服”，上下摇晃为“好些了，别担心”等等。这些用手势实现的情感表达有利于发泄和舒缓患者的情绪或精神压力，对健康有利。

对于压力传感器的情况，所述输入处理及行为分析单元22会监测患者施加于压力传感器的压力大小、压力变化情况及压力施加时间长短等情况，通过对所述情况的分析便可定义不同的操作，并根据不同的操作发送不同的控制指令信号，令患者的动作输入能触发相应的语音信息单元来播放相应的语音信息，从而实现情绪发泄、表达或与他人沟通的功能。

上述的动作输入除了可实现相应的语音播放功能之外，还可以用来实现装置的其它控制功能，例如将装置翻转可发出呼叫指令，同时按左右两个键可切换装置的工作模式等，这些都是常规的处理方式，具体这里就不赘述了。

前述图1-4是本发明基于动作感应的辅助语音装置的其中一种实施方式，其特色是将所有相关部件都整合到一个整体装置10之中。在实际应用中，还可以将动作感应部分与声音播放部分分离开来，这样可以达到更佳的声音播放效果。

下面请再参照图5所示，这是本发明实施例二基于动作感应的辅助语音装置的功能结构方框图。图中60为动作感应部分，由患者握持及操作，其包括动作感应输入装置21，输入处理及行为分析单元22，无线发射器35。由于装置60包含的功能相对较少，令装置可以设计得更为精致小巧及纤薄一些，这样装置放在床上会更安全一些，以及更省电一些。

至于声音播放部分70可放置于床边或房间内的任何地方，其包括无线接收器36，收音机模块32，音乐播放器模块33，以及逻辑控制单元23，数字语音信息单元24，数模转换器26，功放28及扬声器29。由于70放置的地方没有遮挡，以及没有尺寸大小的限制，因此声音效果可以做得更好一些，其输出功率也可以做得更大一些。

虽然本发明实施例的产品是针对卧床语言障碍患者设计的，但在实际应用中，所述产品可适合患者在任何地方使用，其只要将装置拿在手里便可。为了方便携带，还可以将装置固定在手套上，或放置在一体连指手套内部，只要用户带上手套就能使用，非常方便。

以上本文所述的装置及方法仅是本发明的部分优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于动作感应的辅助语音装置，其特征在于，包括：

动作感应输入装置；

与特定动作输入具有映射逻辑关系的数字语音信息单元；

储存所述语音信息单元信息的非易失性存储器；

将数字语音信息还原为模拟语音信号的数模转换器；

将所述语音信号进行输出的扬声器；

将所述特定动作输入与特定语音信息单元进行逻辑关联的逻辑控制单元。

2.如权利要求1所述的辅助语音装置，其特征在于所述语音信息单元中包括代表肯定/否定的语音信息，以及代表情感/需求的语音信息。

3.如权利要求1所述的辅助语音装置，其特征在于所述动作感应输入装置包括微动开关、重力加速度传感器或压力传感器，以及所述语音装置包括输入处理及行为分析单元，可根据所述输入装置的不同动作输入产生不同的控制指令信号，令所述动作映射到不同的语音信息单元并播放不同的语音信号，或对所述辅助语音装置实施不同的控制，其中包括：

当所述动作感应输入装置为微动开关按键时，会根据所述按键点击的次数、按下的时间长短或按键的输入编码来产生相应的控制指令信号；

当所述动作感应输入装置为重力加速度传感器时，会根据感应到的不同手势或加速度来产生相应的控制指令信号；

当所述动作感应输入装置为压力传感器时，会根据感应到的压力大小或施压时间长短来产生相应的控制指令信号。

4.如权利要求1所述的辅助语音装置，其特征在于所述装置包括麦克风及录音装置，可在相应的语音信息单元中录入自定义的语音信息。

5.如权利要求1所述的辅助语音装置，其特征在于所述装置包括音乐播放器模块，可播放存储于所述非易失性存储器中的数码音乐。

6.如权利要求1所述的辅助语音装置，其特征在于所述装置包括收音机模块，可收听电台广播。

7.如权利要求1所述的辅助语音装置，其特征在于所述装置包括充电池及USB接口，可通过所述接口对所述充电池进行充电，亦可通过所述接口更新所述语音信息单元的语音信息，并对所述装置进行个性化设置。

8.如权利要求1，或2，或3，或4，或5，或6，或7所述的辅助语音装置，其特征在于：

所述装置为扁平结构，适合单手握持及操作，可用大拇指、无名指、小拇指及手掌心固定所述装置，并由食指、中指于装置上实施动作输入，其中

所述装置面向手掌心一则呈圆弧状，适合手掌握持操作；

所述装置背向手掌心一则呈平面状，方便放置于平面之上；

所述装置一边高、一边低，符合人体工学设计；

所述装置整体结构上与传统无线鼠标大致相似。

9.如权利要求8所述的辅助语音装置，其特征在于所述装置包括工作模式切换开关，可切换语音模式、收音模式及音乐模式，并且所述微动开关具有按键复用功能，其中包括：

当所述装置处于语音模式时，所述微动开关控制语音信息的播放；

当所述装置处于收音模式时，所述微动开关控制收音机的选台；

当所述装置处于音乐模式时，所述微动开关控制数码音乐的播放。

10.如权利要求1所述的辅助语音装置，其特征在于所述装置包括相互分离的无线发射器及无线接收器，其中所述动作感应输入装置与所述无线发射器为一整体，所述数字语音信息单元、非易失性存储器、数模转换器、扬声器及逻辑控制单元与所述无线接收器为另一整体。