CN107767868A - 麦克风阵列及语音控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种麦克风阵列，包括：分布设置的若干个麦克风阵列采集节点和一个信息汇聚节点；多个所述麦克风阵列采集节点均与所述信息汇聚节点通过无线网络建立通信连接；每个麦克风阵列采集节点设有一个单体麦克风音频采集模块和无线通讯模块；信息汇聚节点为具有无线通讯功能的网关；每个麦克风阵列采集节点用于采集语音信息并将所述语音信息通过所述无线通讯模块发送给所述信息汇聚节点，所述信息汇聚节点将接收的语音信息进行处理后下发给语音控制单元。本发明还提供了一种包含上述麦克风阵列的语音控制系统，该系统可以实现多房间，跨房间的语音控制。语音采集与控制端分离，可有效突破距离的约束。

Description

麦克风阵列及语音控制系统
技术领域
本发明属于麦克风拾音技术领域，具体涉及麦克风阵列及语音控制系统。
背景技术
随着智能技术的进步，语音识别和语音交互在智能化产品上应用越来越多，语音采集变得至关重要。除了识别引擎的性能外，对于由多个房间构成的扣减，如何能够在任意处声音能被采集，将大大提升语音操控的便利性和易用性。目前一般是麦克风直接装配在执行设备上，只能满足基本场景下的需求，对于多房间、跨房间的语音操作却无能为力。不能远距离(5米以外)拾音；目前的拾音与语音控制端合二为一，导致控制端识别范围有限。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种麦克风阵列及语音控制系统，用于克服现有技术中的缺点。
具体的，本发明提出了以下具体的实施例：
本发明实施例提供了一种麦克风阵列，包括：
分布设置的若干个麦克风阵列采集节点和一个信息汇聚节点；
多个所述麦克风阵列采集节点均与所述信息汇聚节点通过无线网络建立通信连接；
每个麦克风阵列采集节点设有一个单体麦克风音频采集模块和无线通讯模块；
信息汇聚节点为具有无线通讯功能的网关；
每个麦克风阵列采集节点用于采集语音信息并将所述语音信息通过所述无线通讯模块发送给所述信息汇聚节点，所述信息汇聚节点将接收的语音信息进行处理后下发给语音控制单元。
作为上述技术方案的进一步改进，所述无线网络包括：802.11无线wifi、蓝牙、2G/3G/4G移动数据和Zigbee。
作为上述技术方案的进一步改进，所述单体麦克风音频采集模块和所述无线通讯模块通过数据接口连接；所述数据接口包括：UART、SPI、I2S、USB、SDIO和I2C。
作为上述技术方案的进一步改进，所述麦克风阵列还包括：至少一个信息中继节点；所述信息中继节点为具有无线通讯功能的中继网关；所述信息中继节点连接在所述信息汇聚节点和所述语音控制单元之间；所述信息中继节点与所述信息汇聚节点之间通过无线网络建立通信连接。
本发明实施例还提供了一种语音控制系统，应用于控制声音设备，包括：
上述实施例提供的麦克风阵列和语音控制单元，所述麦克风阵列和所述语音控制单元电性连接；所述麦克风阵列用于对多声源进行定向采集；所述语音控制单元对所述麦克风阵列上传的音频信号进行语音识别并控制设备执行语音指令。
作为上述技术方案的进一步改进，所述语音控制系统还包括提示模块，所述提示模块与所述语音控制单元电性连接；所述提示模块用于指示语音指令是否执行成功。
作为上述技术方案的进一步改进，所述提示模块包括：指示灯和扬声器。
作为上述技术方案的进一步改进，所述语音控制单元分为语音识别模块、信号处理模块和控制模块；所述语音识别模块将采集的语音信息与预先设置的关键词进行匹配，然后由所述信号处理模块进行判断识别，并由所述控制模块驱动继电器开关控制相关设备。
作为上述技术方案的进一步改进，所述设备为家电产品。
作为上述技术方案的进一步改进，所述语音控制系统还包括红外模块；所述红外模块与所述语音控制单元电性连接，所述红外模块用于根据外部环境的用户靠近，发送唤醒信号至所述语音控制单元，所述所述语音控制单元根据唤醒信号控制麦克风阵列启动。
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，至少具有如下
有益效果：
可以实现多房间，跨房间的语音控制。语音采集与控制端分离，可有效突破距离的约束。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一实施例提出的一种麦克风阵列的结构示意图。
图2为本发明另一实施例提出的一种麦克风阵列的结构示意图。
图3为本发明一实施例提出的一种语音控制系统的结构示意图。
主要元件符号说明：
1-麦克风阵列；2-语音控制单元；11-麦克风阵列采集节点；12-信息汇聚节点；13-信息中继节点；111-单体麦克风音频采集模块；112-无线通讯模块；21-语音识别模块；22-信号处理模块；23-控制模块。
具体实施方式
在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开保护范围限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。
在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本公开的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户设备和第二用户设备指示不同用户设备，尽管二者都是用户设备。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种麦克风阵列，包括：
分布设置的若干个麦克风阵列采集节点11和一个信息汇聚节点12。
多个麦克风阵列采集节点11均与信息汇聚节点12通过无线网络建立通信连接。
无线网络包括：802.11无线wifi、蓝牙、2G/3G/4G移动数据和Zigbee。
采用无线网络时，扩容更加轻松，布局不需要考虑走线的问题。当需要扩容时，只需增加麦克风阵列采集节点11，将新增的麦克风阵列采集节点11与信息汇聚节点12建立无线网络连接即可。
每个麦克风阵列采集节点11设有一个单体麦克风音频采集模块111和无线通讯模块112。
单体麦克风音频采集模块111和无线通讯模块112通过数据接口连接；所述数据接口包括：UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)、SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)、I2S((Inter-IC Sound，集成电路内置音频总线)、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)、SDIO(Secure Digital Inputand Output Card，安全数字输入输出卡)和I2C(Inter-Integrated Circuit，两线式串行总线)。
每个麦克风阵列采集节点11构成一个拾音触角。多个麦克风阵列采集节点构成多个拾音触角，多个拾音触角部署于预定空间不同位置，使用多个拾音触角可以完成对预定空间内各处的语音进行采集，保证了预定空间内各处拾音效果良好，有助于更加精准语音识别控制，同时摆脱现有的语音识别设备需要和发声端捆绑在一起的窘境。
信息汇聚节点12为具有无线通讯功能的网关。
网关将多个单体麦克风音频采集模块111采集的语音信息汇总处理时会将每个单体麦克风音频采集模块111采集的语音信息加上每个单体麦克风音频采集模块111的物理地址信息，以便后续处理时，能够识别出语音信息的具体的来源从而控制对应的设置执行语音指令。
使用一个信息汇聚节点12有利于节约成本。后续扩容处理只需要增加麦克风阵列采集节点11即可。
每个麦克风阵列采集节点11用于通过单体麦克风音频采集模块111采集语音信息并将所述语音信息通过无线通讯模块111发送给信息汇聚节点12，信息汇聚节点12将接收的语音信息进行处理后下发给语音控制单元。
实施例2
如图2所示，本发明提供了一种麦克风阵列，包括：
分布设置的若干个麦克风阵列采集节点11和一个信息汇聚节点12和一个信息中继节点13。
多个麦克风阵列采集节点11均与信息汇聚节点12通过无线网络建立通信连接；其中，无线网络包括：802.11无线wifi、蓝牙、2G/3G/4G移动数据和Zigbee。
信息中继节点13与信息汇聚节点12之间通过无线网络建立通信连接；其中，无线网络包括：802.11无线wifi、蓝牙、2G/3G/4G移动数据和Zigbee。
信息汇聚节点12为具有无线通讯功能的汇聚网关。信息中继节点13为具有无线通讯功能的中继网关。
增加信息中继节点13有助于拓展拾音触角的长度，保证信号传输的可靠性。
采用无线网络时，扩容更加轻松，布局不需要考虑走线的问题。当需要扩容时，只需增加麦克风阵列采集节点11，将新增的麦克风阵列采集节点11与信息汇聚节点12建立无线网络连接即可。
每个麦克风阵列采集节点11设有一个单体麦克风音频采集模块111和无线通讯模块112。
单体麦克风音频采集模块111和无线通讯模块112通过数据接口连接；所述数据接口包括：UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)、SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)、I2S((Inter-IC Sound，集成电路内置音频总线)、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)、SDIO(Secure Digital Inputand Output Card，安全数字输入输出卡)和I2C(Inter-Integrated Circuit，两线式串行总线)。
每个麦克风阵列采集节点11构成一个拾音触角。多个麦克风阵列采集节点构成多个拾音触角，多个拾音触角部署于预定空间不同位置，使用多个拾音触角可以完成对预定空间内各处的语音进行采集，保证了预定空间内各处拾音效果良好，有助于更加精准语音识别控制，同时摆脱现有的语音识别设备需要和发声端捆绑在一起的窘境。
网关将多个单体麦克风音频采集模块111采集的语音信息汇总处理时会将每个单体麦克风音频采集模块111采集的语音信息加上每个单体麦克风音频采集模块111的物理地址信息，以便后续处理时，能够识别出语音信息的具体的来源从而控制对应的设置执行语音指令。
使用一个信息汇聚节点12有利于节约成本。后续扩容处理只需要增加麦克风阵列采集节点11即可。
每个麦克风阵列采集节点11用于通过单体麦克风音频采集模块111采集语音信息并将所述语音信息通过无线通讯模块111发送给信息汇聚节点12，信息汇聚节点12将接收的语音信息信息透传给信息中继节点13，信息中继节点13将接收的语音信息进行处理后下发给语音控制单元。
相比于传统的单麦克风语音信号采集，无线麦克风阵列的拾音范围大大扩展，视麦克风阵列规模，其拾音范围从传统单麦克风拾音的小于0.5米，扩展至数米,甚至数十米。
实施例3
如图3所示，本发明实施例提供了一种语音控制系统，包括：
实施例1提供的麦克风阵列1和语音控制单元2。麦克风阵列1和语音控制单元电性2连接。在其他实施例中，麦克风阵列1可选用实施例2提供的麦克风阵列。
麦克风阵列1用于对多声源进行定向采集。
语音控制单元2对麦克风阵列1上传的音频信号进行语音识别并控制设备执行语音指令。
具体地，语音控制单元2分为语音识别模块21、信号处理模块22和控制模块23；语音识别模块21将采集的语音信息与预先设置的关键词进行匹配，然后由信号处理模块22进行判断识别，并由控制模块23驱动继电器开关控制相关设备。设备具体为家电产品；例如；电灯；风扇灯；电热水器等。
语音控制系统还包括提示模块，所述提示模块与语音控制单元2电性连接；所述提示模块用于指示语音指令是否执行成功。所述提示模块包括：指示灯和扬声器。当用户的语音指令指令成功时，可以通过扬声器发声或者指示灯亮起提示执行是否成功。
所述语音控制系统还包括红外模块；所述红外模块与语音控制单元2电性连接，所述红外模块用于根据外部环境的用户靠近，发送唤醒信号至语音控制单元2，语音控制单元2根据唤醒信号控制麦克风阵列启动。
具体应用场景可如下描述：在一个三室一厅的房间内，三个卧室和一个客厅分别设置有一个麦克风阵列采集节点，这4个麦克风阵列采集节点通过无线连接连接到一信息汇聚节点，汇聚节点连接语音控制单元，语音识别控制及控制模块通过继电器开关控制4个房间的4盏灯。当用户在客厅发出“关灯”指令时，只有设置在客厅的麦克风阵列采集节点正常采集到该语音指令，并通过语音识别控制及控制模块控制客厅的灯关闭，当用户在卧室A发出“关灯”指令时，只有设置在卧室A的麦克风阵列采集节点正常采集到该语音指令，并通过语音识别控制及控制模块控制卧室A的灯关闭。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施场景中的设备中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的设备中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个设备中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种麦克风阵列，其特征在于，包括：分布设置的若干个麦克风阵列采集节点和一个信息汇聚节点；
多个所述麦克风阵列采集节点均与所述信息汇聚节点通过无线网络建立通信连接；
每个麦克风阵列采集节点设有一个单体麦克风音频采集模块和无线通讯模块；
所述信息汇聚节点为具有无线通讯功能的网关；
每个麦克风阵列采集节点用于采集语音信息并将所述语音信息通过所述无线通讯模块发送给所述信息汇聚节点，所述信息汇聚节点将接收的语音信息进行处理，以实现对多声源的定向采集。
2.根据权利要求1所述的麦克风阵列，其特征在于，所述无线网络为：802.11无线wifi、蓝牙、2G/3G/4G移动数据或Zigbee。
3.根据权利要求1所述的麦克风阵列，其特征在于，所述单体麦克风音频采集模块和所述无线通讯模块通过数据接口连接；所述数据接口包括：UART、SPI、I2S、USB、SDIO和I2C。
4.根据权利要求1所述的麦克风阵列，其特征在于，所述麦克风阵列还包括：至少一个信息中继节点；所述信息中继节点为具有无线通讯功能的中继网关；所述信息中继节点与所述信息汇聚节点之间通过无线网络建立通信连接。
5.一种语音控制系统，应用于控制声音设备，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的麦克风阵列和语音控制单元，所述麦克风阵列和所述语音控制单元电性连接；所述麦克风阵列用于对多声源进行定向采集；所述语音控制单元对所述麦克风阵列上传的音频信号进行语音识别并控制所述声音设备执行语音指令。
6.根据权利要求5所述的语音控制系统，其特征在于，所述语音控制系统还包括提示模块，所述提示模块与所述语音控制单元电性连接；所述提示模块用于指示所述语音指令是否执行成功。
7.根据权利要求6所述的语音控制系统，其特征在于，所述提示模块包括：指示灯和扬声器。
8.根据权利要求5所述的语音控制系统，其特征在于，所述语音控制单元包括语音识别模块、信号处理模块和控制模块；所述语音识别模块将采集的语音信息与预先设置的关键词进行匹配，然后由所述信号处理模块进行判断识别，并由所述控制模块驱动继电器开关控制相关设备。
9.根据权利要求5所述的语音控制系统，其特征在于，所述声音设备为家电产品。
10.根据权利要求5所述的语音控制系统，其特征在于，所述语音控制系统还包括红外模块；所述红外模块与所述语音控制单元电性连接，所述红外模块用于根据外部环境的用户靠近，发送唤醒信号至所述语音控制单元，所述语音控制单元根据唤醒信号控制麦克风阵列启动。
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