CN109862473B - 一种基于课堂教学场景下的人工智能助教音箱 - Google Patents

Abstract

一种基于课堂教学场景下的人工智能助教音箱，还具有声音接受模块、云计算核心处理模块、云端计算模块、音箱发声模块，云端计算模块还具有三个子模块，分别语义理解子模块、知识存储子模块和语音处理子模块，应用中，声音接受模块接收并处理用户发出的各种语音，并经输出至云计算核心处理模块，云计算核心处理模块处理后数据输入至云端计算模块，云端计算模块对用户提问进行回答后，生成回答的语音数据输入至云计算核心处理模块，云计算核心处理模块将语音数据进行处理后回传至音箱发声模块，音箱发声模块进而生成语音播放，最终以语音的形式回答用户问题，以及实现和用户交流。本发明为教师和学生提供教学帮助，取得更好的教学效果。

Description

一种基于课堂教学场景下的人工智能助教音箱

技术领域

本发明涉及教育系统互联网应用技术领域，特别是一种基于课堂教学场景下的人工智能助教音箱。

背景技术

随着科技的发展，人工智能技术越来越多的应用在了人们工作、生活、学习等中。人工智能是计算机科学的一个分支，人工智能技术基于智能的实质，人工智能机器能以与人类智能相似的方式做出反应，并在很多领域优于人类；人工智能技术领域所包含的主要技术要点包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能从诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域也不断扩大，未来人工智能带来的科技产品，将会是人类智慧的“容器”；人工智能可以对人的意识、思维的信息过程进行模拟，因而，人工智能不是人的智能，但能像人那样思考、也可能超过人的智能。

智能音箱作为人工智能技术的一个应用，是普通音箱升级的产物，是家庭消费者用语音进行上网的一个工具，能实现比如点播歌曲、上网购物，或是了解天气预报等功能，还可以对智能家居设备进行控制，比如打开窗帘、设置冰箱温度、提前让热水器升温等。现在市场较为常见的智能音箱包括天猫精灵、小度智能音箱、苹果HomePod等。目前市场上的主流智能音箱能够做到的功能主要是个人助理、语音搜索、语音点歌、闲聊等。现有的智能音箱由于功能所限，能够完成的对话主要以闲聊和个人助理性工作为主，难以回答较有难度的专业问题；目前的智能音箱主要应用场景都在于家庭或者个人，还没有应用在教育场景下，担当智能助教功能的智能音箱。

人工智能领域中，现有垂直领域的问答机器人多是以文本对话的形式实现的，比较少有基于语音问语音答的对话机器人；且主要实现载体多为网页或者手机app等，少有在音箱等智能硬件上实现的。

基于上述，提供一种不但具有普通智能音箱、垂直领域的问答机器人功能，还具有回答用户在特定领域下一些较难以回答的专业问题，能实现基于语音问语音答功能，应用于教学领域，能为教师和学生提供教学帮助的人工智能助教音箱显得尤为必要。

发明内容

为了克服现有技术中，智能音箱因功能所限，难以回答较有难度专业问题，没有应用在教育场景下，担当智能助教的功能，现有垂直领域的问答机器人不具有于语音问语音答的功能，且实现功能的载体多为网页或者手机app等，不具有在智能音箱硬件上实现应用功能的弊端，本发明提供了不但具有普通智能音箱、垂直领域的问答机器人功能，还具有知识存储子模块，应用中可以回答用户在特定领域下（学习领域）一些较难以回答的专业问题，通过声音接受模块和音箱发声模块以及其余相应模块共同作用下，能实现基于语音问语音答的对话机器人功能，实现了基于音箱作为载体垂直领域问答功能，能有效应用在教育场景下，起到智能助教功能，为教师和学生提供教学帮助，取得更好的教学效果，并填补了现有技术空白的一种基于课堂教学场景下的人工智能助教音箱。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于课堂教学场景下的人工智能助教音箱，包括智能音箱本体，其特征在于还具有声音接受模块、云计算核心处理模块、云端计算模块、音箱发声模块，云端计算模块还具有三个子模块，分别是语义理解子模块、知识存储子模块和语音处理子模块，云计算核心处理模块、声音接受模块、音箱发声模块是安装在智能音箱本体处理系统内的应用软件，应用中，声音接受模块接收并处理用户发出的各种语音，并输出至云计算核心处理模块，云计算核心处理模块处理后数据经网络输入至云端计算模块，云端计算模块对用户提问进行回答后，生成回答的语音数据经网络输入至云计算核心处理模块，云计算核心处理模块将语音数据进行处理后输入至音箱发声模块，音箱发声模块进而生成语音播放，最终以语音的形式回答用户的问题，以及实现和用户交流。

所述声音接受模块，主要功能是对用户的提问和聊天语音进行采集记录。

所述云计算核心处理模块，主要功能包括三点，第一：对于声音接受模块接收到的声音信号进行压缩，以提高传输和处理速度；第二：将压缩后的声音经网络发至云端计算模块进行处理和计算；第三：接受云端计算模块返回的处理结果，并将结果传输给音箱发声模块。

所述云端计算模块主要功能是处理云计算核心处理模块传来的用户提问数据等，对用户的提问进行回答，生成回答的语音，同时返回给云计算核心处理模块。

所述云端计算模块的语义理解子模块利用自然语言处理技术，对用户的提问意图进行分析，并根据知识存储子模块的数据给出相应的回答；知识存储子模块使整个系统可以通过知识存储子模块存储的知识内容、经检索和推理来回答用户的专业问题，从而在教学场景中为老师或者学生的提问直接提供高质量的回答提供技术支撑；语音处理子模块主要有两个功能，一是语音识别，将云计算核心处理模块传输过来的音频内容转化为文本以方便语义理解子模块进行处理，二是将知识存储子模块生成的文本利用语音合成技术转化成语音，从而发送给云计算核心处理模块。

本发明有益效果是：本发明应用时，当用户使用中发出教育相关的语音信号后，声音接受模块接收到用户的提问后，初步处理后数据传递给云计算核心处理模块，云计算核心处理模块处理后数据经网络输入至云端计算模块，云端计算模块对用户提问进行回答后，生成回答的语音数据经网络输入至云计算核心处理模块，云计算核心处理模块将语音数据进行处理后传至音箱发声模块，音箱发声模块进而生成语音播放，最终以语音的形式回答用户的问题，以及实现和用户交流。本发明中，知识存储子模块，克服了现有技术中，在智能问答环节中，专业领域的知识问答比较难的问题，通过知识存储子模块，使得整个系统可以通过知识存储子模块中存储的知识内容通过检索和推理来回答用户的专业问题，从而在教学场景中为老师或者学生的提问直接提供高质量的回答。本发明不但具有普通智能音箱、垂直领域的问答机器人功能，能实现基于语音问语音答的对话机器人功能，实现了基于音箱作为载体垂直领域问答功能，能有效应用在教育场景下，起到智能助教功能，为教师和学生提供教学帮助，能取得更好的教学效果，并填补了现有技术空白。基于上述，所以本发明具有极其广泛的应用前景。

附图说明

以下结合附图和实施例将本发明做进一步说明。

图1是本发明架构框图。

具体实施方式

图1中所示，一种基于课堂教学场景下的人工智能助教音箱，包括智能音箱本体，还具有声音接受模块、云计算核心处理模块、云端计算模块、音箱发声模块，云端计算模块还具有三个子模块，分别是语义理解子模块、知识存储子模块和语音处理子模块，云计算核心处理模块、声音接受模块、音箱发声模块是安装在智能音箱本体处理系统内的应用软件，应用中，声音接受模块接收并处理用户发出的各种语音，并输出至云计算核心处理模块，云计算核心处理模块处理后数据经网络输入至云端计算模块，云端计算模块对用户提问进行回答后，生成回答的语音数据经网络输入至云计算核心处理模块，云计算核心处理模块将语音数据进行处理后输入至音箱发声模块，音箱发声模块进而生成语音播放，最终以语音的形式回答用户的问题，以及实现和用户交流。

图1中所示，声音接受模块，主要功能是对用户的提问和聊天语音进行采集记录。云计算核心处理模块，主要功能包括三点，第一：对于声音接受模块接收到的声音信号进行压缩，以提高传输和处理速度；第二：将压缩后的声音经网络发至云端计算模块进行处理和计算；第三：接受云端计算模块返回的处理结果，并将结果传输给音箱发声模块。云端计算模块主要功能是处理云计算核心处理模块传来的用户提问数据等，对用户的提问进行回答，生成回答的语音，同时返回给云计算核心处理模块。云端计算模块的语义理解子模块利用自然语言处理技术，对用户的提问意图进行分析，并根据知识存储子模块的数据给出相应的回答；知识存储子模块使整个系统可以通过知识存储子模块存储的知识内容、经检索和推理来回答用户的专业问题，从而在教学场景中为老师或者学生的提问直接提供高质量的回答提供技术支撑；语音处理子模块主要有两个功能，一是语音识别，将云计算核心处理模块传输过来的音频内容转化为文本以方便语义理解子模块进行处理，二是将知识存储子模块生成的文本利用语音合成技术转化成语音，从而发送给云计算核心处理模块。

图1中所示，本发明应用时，当用户使用中发出教育相关的语音信号后，声音接受模块接收到用户的提问后，初步处理后输出至云计算核心处理模块，云计算核心处理模块处理后数据经网络输入至云端计算模块，云端计算模块对用户提问进行回答后，生成回答的语音数据经网络输入至云计算核心处理模块，云计算核心处理模块将语音数据进行处理后传至音箱发声模块，音箱发声模块进而生成语音播放，最终以语音的形式回答用户的问题，以及实现和用户交流。本发明中，知识存储子模块克服了现有技术中，在智能问答环节中，专业领域的知识问答比较难的问题，通过知识存储子模块，使得整个系统可以通过知识存储子模块中存储的知识内容通过检索和推理来回答用户的专业问题，从而在教学场景中为老师或者学生的提问直接提供高质量的回答。本发明不但具有普通智能音箱、垂直领域的问答机器人功能，能实现基于语音问语音答的对话机器人功能，实现了基于音箱作为载体垂直领域问答功能，能有效应用在教育场景下，起到智能助教功能，为教师和学生提供教学帮助，取得更好的教学效果，并填补了现有技术空白。本发明克服了现有技术中，智能音箱因功能所限，难以回答较有难度专业问题，没有应用在教育场景下，担当智能助教的功能，现有垂直领域的问答机器人不具有于语音问语音答的功能，且实现功能的载体多为网页或者手机app等，不具有在智能音箱硬件上实现应用功能的弊端。基于上述，所以本发明具有极其广泛的应用前景。技术解释，知识图谱（知识存储子模块）技术：知识图谱（Knowledge Graph）又称为科学知识图谱，在图书情报界称为知识域可视化或知识领域映射地图，是显示知识发展进程与结构关系的一系列各种不同的图形，用可视化技术描述知识资源及其载体，挖掘、分析、构建、绘制和显示知识及它们之间的相互联系，利用知识图谱技术，将学科下的知识点建立实体，在实体和实体之间建立关系（边），通过实体的属性，实体和实体之间的关系，可以进行知识的推理，从而辅助问答系统更好地回答用户的问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种基于课堂教学场景下的人工智能助教音箱，包括智能音箱本体，其特征在于还具有声音接受模块、云计算核心处理模块、云端计算模块、音箱发声模块，云端计算模块还具有三个子模块，分别是语义理解子模块、知识存储子模块和语音处理子模块，云计算核心处理模块、声音接受模块、音箱发声模块是安装在智能音箱本体处理系统内的应用软件，应用中，声音接受模块接收并处理用户发出的各种语音，并输出至云计算核心处理模块，云计算核心处理模块处理后数据经网络输入至云端计算模块，云端计算模块对用户提问进行回答后，生成回答的语音数据经网络输入至云计算核心处理模块，云计算核心处理模块将语音数据进行处理后输入至音箱发声模块，音箱发声模块进而生成语音播放，最终以语音的形式回答用户的问题，以及实现和用户交流；声音接受模块，主要功能是对用户的提问和聊天语音进行采集记录；云计算核心处理模块，主要功能包括三点，第一：对于声音接受模块接收到的声音信号进行压缩，以提高传输和处理速度；第二：将压缩后的声音经网络发至云端计算模块进行处理和计算；第三：接受云端计算模块返回的处理结果，并将结果传输给音箱发声模块；云端计算模块主要功能是处理云计算核心处理模块传来的用户提问数据，对用户的提问进行回答，生成回答的语音，同时返回给云计算核心处理模块；云端计算模块的语义理解子模块利用自然语言处理技术，对用户的提问意图进行分析，并根据知识存储子模块的数据给出相应的回答；知识存储子模块使整个系统可以通过知识存储子模块存储的知识内容、经检索和推理来回答用户的专业问题，从而在教学场景中为老师或者学生的提问直接提供高质量的回答提供技术支撑；语音处理子模块主要有两个功能，一是语音识别，将云计算核心处理模块传输过来的音频内容转化为文本以方便语义理解子模块进行处理，二是将知识存储子模块生成的文本利用语音合成技术转化成语音，从而发送给云计算核心处理模块。

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