CN110460729A - 一种车辆会议模式全方位语音交互系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆会议模式全方位语音交互系统及方法，系统包括多对麦克风、MCU、SOC处理器、声音输入切换模块、声音处理解析模块、功率放大器、喇叭、无线通信模块，每对麦克风设于一排座椅的左右两侧，每对麦克风接声音输入切换模块的输入端，声音输入切换模块的输出端接声音处理解析模块的输入端，声音处理解析模块接无线通信模块和功率放大器的输入端，无线通信模块与手机互联，功率放大器接喇叭，MCU接声音输入切换模块和声音处理解析模块控制端，MCU通过SPI总线接SOC处理器。使用该系统可实现车辆驻车或行驶中在会议模式下随时随地语音交互，并具有车辆内部全方位语音识别与交互的功能，可多人同时进行免干扰互通和对话交流。
Description
技术领域
本发明涉及车载娱乐音响技术领域，尤其涉及一种用于车辆语音识别及语音交互的车辆会议模式全方位语音交互系统及方法。
背景技术
随着车载电子产品的迅速发展，用户对车辆室内空间及乘坐舒适性要求越来越高，由于车内按键越来越多，其操作也越来越复杂，包括后排乘坐者与前排的沟通由于中间座位的间隔及距离，会产生很大的声音而影响其他乘坐者。另外，随着手机的普及以及无线通信技术的发展，车辆室内也增加了越来越多的随时随地电话沟通及移动办公的电话会议需要，即在乘车时经常会有电话会议或紧急事务需要参与者和乘坐者进行即时电话（会议）沟通。而当前的车辆室内电话会议过程中，无法满足多个或所有乘坐者完全参与其中，需要多人传递或会后转化信息，这不仅无法实现紧急事件的迅速、及时、准确地处理解决，同时也难以满足所有乘坐者对于舒适的乘车环境的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆会议模式全方位语音交互系统及方法，通过该系统提供的具有全方位语音识别及交互功能的车辆会议系统，使得车辆室内的每个乘坐者都可以同时参与到电话或视频沟通之中，以及时、迅速且准确地将其对紧急事宜的处理建议、想法、措施等信息进行交流，并传递出去。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种车辆会议模式全方位语音交互系统，包括多对麦克风、MCU（微控制单元）、SOC处理器、声音输入切换模块、声音处理解析模块、功率放大器、喇叭（或音响）、无线通信模块，每对麦克风设于车辆室内一排座椅的左右两侧，每对麦克风并联连接声音输入切换模块的输入端，声音输入切换模块的输出端连接声音处理解析模块的输入端，声音处理解析模块分别连接无线通信模块和功率放大器的输入端，无线通信模块无线通讯连接手机，功率放大器的输出端连接喇叭，MCU分别连接声音输入切换模块和声音处理解析模块控制端，MCU通过SPI总线连接SOC处理器。
作为本发明的一种改进， 还包括用于唤醒各对麦克风的多个按键，按键的数量至少与麦克风的对数保持一致，或者按键的数量与麦克风的数量保持一致，所有按键均连接MCU的I/O端口，按键安装在麦克风的一侧，按键设于车辆室内每排座椅的左侧。
作为本发明的一种改进，还包括触摸显示屏，触摸显示屏通过LVDS总线/I2C总线连接SOC处理器，通过触摸显示屏设置系统进入会议模式。触摸显示屏中显示所有麦克风的位置图像。
作为本发明的一种改进， 所述声音输入切换模块采用多选一模拟开关电路进行设计实现，声音处理解析模块采用音频DSP芯片进行设计实现，所述无线通信模块采用蓝牙模块或3G/4G/5G模块或WIFI模块。
作为本发明的一种改进， 所述MCU采用瑞萨的32位MCU RH850芯片设计实现，SOC处理器采用TI公司的J6PEVM577P处理器设计实现。
作为本发明的一种改进， 所述功率放大器采用恩智浦的汽车音频放大器TDF8546芯片设计实现。
利用上述系统进行车载电话会议的方法，唤醒所需的每对麦克风，并且将手机无线通信连接无线通信模块，系统工作于会议模式，通过声音输入切换模块对各麦克风所拾取的声音进行切换输入并送入声音处理解析模块中，声音处理解析模块对输入的语音进行降噪和解析处理后，分出一路I2S音频输出到功率放大器，由功率放大器驱动喇叭输出音频，同时分出一路I2S音频输出到无线通信模块，由无线通信模块将音频转换成无线信号发送给手机，由手机传送给参与电话会议的对方手机；手机接收到的对方语音通过无线通信模块接收并送入声音处理解析模块中进行降噪和解析处理后，输出到功率放大器，由功率放大器驱动喇叭输出音频。
作为本发明的一种改进， 所述的“唤醒所需的每对麦克风”，具体是通过手动触发按键唤醒和/或SOC处理器检测特定的唤醒词以语音唤醒的方式对所需的每对麦克风进行唤醒操作。
作为本发明的一种改进，系统进入会议模式的方式包括：一种是在手机成功连接到无线通信模块后，系统通过对方来电请求自动进入会议模式；另一种是通过触摸显示屏手动设置系统进入会议模式。
作为本发明的一种改进， 系统上电时，所有麦克风均处于关闭状态，位于车辆前排的一对麦克风能够通过位于主驾驶座位侧的按键和/或语音唤醒的方式进行首次唤醒，该对麦克风被唤醒后在一段时间内未接收到语音时将自动进入睡眠状态，该对麦克风需由睡眠状态进行唤醒时，能够通过位于主驾驶座位侧的按键和/或语音唤醒的方式进行唤醒；其他的麦克风无论是否是首次唤醒，在未被唤醒时均处于关闭状态，并只能通过按键唤醒；另外，所有麦克风能够由位于车辆前排主驾驶座位侧的按键锁定为静音状态，也能够由位于车辆前排主驾驶座位侧的按键解除静音状态而转换为唤醒状态。
相对于现有技术，本发明的系统整体结构设计巧妙，结构合理稳定，易于实现，易于操作使用，且使用性能稳定可靠，系统中依据车辆室内座舱的空间及座位布置多个麦克风全面覆盖车辆室内座舱，以实现车辆内部全方位语音交互，并带有语音识别的功能，可实现多人同时进行免干扰互通和对话交流的车载电话会议功能。使用时将进行车载电话会议的手机接入系统后，通过SOC处理器设置系统工作于会议模式，根据需要通过按键或语音唤醒的方式唤醒就近位置的麦克风以拾取相应座位上用户的交流音频，并通过MCU控制声音输入切换模块进行实时音频输入无缝切换，同时通过声音处理解析模块进行降噪和解析处理分成两路I2S音频输出，一路I2S音频输出到功率放大器，由功率放大器驱动喇叭输出播放音频，同时分出一路I2S音频输出到无线通信模块，由无线通信模块将音频转换成无线信号发送给手机，由手机传送给参与电话会议的对方手机；手机接收到的对方语音通过无线通信模块接收并送入声音处理解析模块中进行降噪和解析处理后，输出到功率放大器，由功率放大器驱动喇叭输出播放音频，从而能够实现车辆驻车或行驶中在系统会议模式下进行随时随地语音交互。
附图说明
图1为本发明优选实施例的车辆会议模式全方位语音交互系统的结构示意图。
图2为本发明优选实施例的系统具体实现架构图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。
如图1所示为本发明优选实施例的一种用于6座商务车辆的车辆会议模式全方位语音交互系统，包括三对麦克风、MCU、SOC处理器、声音输入切换模块、声音处理解析模块、功率放大器、喇叭、无线通信模块、用于唤醒各对麦克风的多个按键以及触摸显示屏，每对麦克风设于车辆室内一排座椅的左右两侧，具体包括设于前排的左麦克风MIC1和右麦克风MIC2、设于中排的左麦克风MIC3和右麦克风MIC4以及设于后排的左麦克风MIC5和右麦克风MIC6。按键的数量至少与麦克风的对数保持一致，或者按键的数量与麦克风的数量保持一致，优选将按键的数量设置为三个，每个按键安装在每排座椅左侧麦克风的一侧，所有按键均连接MCU的I/O端口，由MCU对所有按键的状态进行实时检测。每对麦克风并联连接声音输入切换模块的输入端，由声音输入切换模块对每个麦克风进行语音输入切换。声音输入切换模块的输出端连接声音处理解析模块的输入端，声音处理解析模块分别连接无线通信模块和功率放大器的输入端，无线通信模块无线通讯连接手机，此处的手机可以是车辆室内任意用户的手机，即在车辆室内的任意用户的手机均可连入该系统以进行车载电话会议，但是每次只允许一部手机接入系统中。功率放大器的输出端连接喇叭，MCU通过I2C总线分别连接声音输入切换模块和声音处理解析模块控制端，通过MCU控制声音输入切换模块和声音处理解析模块的工作状态，MCU通过SPI总线连接SOC处理器，由SOC处理器对MCU发送的信息进行解析处理，并由MCU向声音输入切换模块和声音处理解析模块反馈对应的解析结果。触摸显示屏通过LVDS总线/I2C总线连接SOC处理器，触摸显示屏作为系统的人机交互端口，可通过触摸显示屏设置系统进入会议模式。
系统中设置的SOC处理器是多用途的，一方面要解析按键触发信息和语音唤醒信息来实现麦克风的唤醒操作，另一方面需要对触摸显示屏进行控制，此外还可扩展麦克风的语音位置信息识别的内容以及存储车载电话会议的语音通话内容等。
其中，所述声音输入切换模块采用多选一模拟开关电路进行设计实现，结构简单且性能稳定可靠。声音处理解析模块采用音频DSP芯片进行设计实现，通过在音频DSP芯片中加载现有的具有降噪功能的声音识别算法对输入的音频数据进行降噪和解析处理，其实现结构简单可靠。所述无线通信模块采用蓝牙模块、3G/4G/5G模块、WIFI模块中的任意一种，优选采用蓝牙模块，蓝牙模块通过I2C总线连接声音处理解析模块，使得手机与系统之间的连接操作简单方便，且连接性能稳定可靠。
进一步地，如图2所示，本系统的具体实现架构中，将声音输入切换模块采用74HC4052芯片实现，将声音处理解析模块采用TEF6638芯片实现，将MCU采用瑞萨的32位MCURH850芯片设计实现，将SOC处理器采用TI公司的J6PEVM577P处理器设计实现，将蓝牙模块采用IC1600芯片实现，将功率放大器采用恩智浦的汽车音频放大器TDF8546芯片设计实现。
利用上述系统进行车载电话会议的方法，唤醒所需的每对麦克风，并且将手机无线通信连接无线通信模块，系统工作于会议模式，通过声音输入切换模块对各麦克风所拾取的声音进行切换输入并送入声音处理解析模块中，声音处理解析模块对输入的语音进行降噪和解析处理后，分出一路I2S音频输出到功率放大器，由功率放大器驱动喇叭输出音频，同时分出一路I2S音频输出到无线通信模块，由无线通信模块将音频转换成无线信号发送给手机，由手机传送给参与电话会议的对方手机；手机接收到的对方语音通过无线通信模块接收并送入声音处理解析模块中进行降噪和解析处理后，输出到功率放大器，由功率放大器驱动喇叭输出音频。
所述的“唤醒所需的每对麦克风”，具体是通过手动触发按键唤醒和/或SOC处理器检测特定的唤醒词以语音唤醒的方式对所需的每对麦克风进行唤醒操作。
针对手动触发按键唤醒的方式，具体操作是：用户根据需要手动按下某个按键，MCU检测按键的开关状态并送由SOC处理器处理，SOC处理器对按键的位置信息进行解析，并向MCU反馈解析结果，由MCU控制声音输入切换模块打开对应的声音输入通道，从而对对应的麦克风实现唤醒操作。麦克风在唤醒状态下将采集的音频通过声音输入通道传送到声音处理解析模块中。
而针对SOC处理器检测特定的唤醒词以语音唤醒的方式，具体操作是：用户根据需要针对每对麦克风预先设定好对应的特定的唤醒词，并存储在声音处理解析模块中，系统上电后，SOC处理器将实时监听用户的语音信息，并将检测到的语音信息进行降噪及解析处理后与预设的特定的唤醒词进行匹配，当匹配成功后SOC处理器向MCU反馈与之相匹配的特定的唤醒词所对应的麦克风位置信息，由MCU控制声音输入切换模块打开对应的声音输入通道，从而对对应的麦克风实现唤醒操作。
系统上电时，所有麦克风均处于关闭状态，位于车辆前排的一对麦克风能够通过位于主驾驶座位侧的按键和/或语音唤醒的方式进行首次唤醒，该对麦克风被唤醒后在一段时间内（可根据需要设定具体的时间长度）如未接收到语音时将自动进入睡眠状态，以节能降耗。并在该对麦克风需由睡眠状态进行唤醒时，能够再次通过位于主驾驶座位侧的按键和/或语音唤醒的方式进行唤醒。其他的麦克风无论是否是首次唤醒，在未被唤醒或在一段时间内未接收到语音时均处于关闭状态，并只能通过按键唤醒。
另外，在系统上电后，位于车辆前排主驾驶座位侧的麦克风也可默认设置为自动开启的，即该麦克风在未唤醒时是处于睡眠状态。所有麦克风能够由位于车辆前排主驾驶座位侧的按键锁定为静音状态，也能够由位于车辆前排主驾驶座位侧的按键解除静音状态而转换为唤醒状态。这样可使得主驾驶座位的用户能够自由控制系统中所有的麦克风，在需要多人参与车载电话会议时，由主驾驶座位的用户打开所有的麦克风，并在不用或在车载电话会议结束后，由主驾驶座位的用户关闭所有的麦克风。
此外，系统进入会议模式的方式包括：一种是在手机成功连接到无线通信模块后，系统通过对方来电请求自动进入会议模式；另一种是通过触摸显示屏手动设置系统进入会议模式。
针对第一种系统进入会议模式的方式，具体是：系统上电并初始化完成后，在无线通信模块的通讯范围内，手机自动或手动与无线通信模块配对连接，并且无线通信模块反馈配对成功的信号至声音处理解析模块中，由声音处理解析模块转发给MCU，MCU再次将该信号转发给SOC处理器，并在当手机接收到车载电话会议对方的来电请求时，手机向无线通信模块发送电话请求信号，无线通信模块再次将该电话请求信号转发至SOC处理器中处理，由SOC处理器开启系统的会议模式。
针对第二种系统进入会议模式的方式，具体是：系统上电并初始化完成后，用户在触摸显示屏中触摸点击并发送系统工作于会议模式的请求信号给SOC处理器，SOC处理器收到请求信号后，将系统的工作模式设定为会议模式。
进一步地，根据第一种系统进入会议模式的方式，利用上述系统进行车载电话会议的方法，具体包括如下步骤：
（1）系统上电并初始化，无线通信模块开启，在无线通信模块的通讯范围内，将手机自动或手动与无线通信模块进行配对连接，并将配对成功的信号反馈给SOC处理器，并在无线通信模块接收到进行车载电话会议的电话请求信号时，由SOC处理器启动系统的会议模式；
（2）在手机接收到车载电话会议的请求时，主驾驶座位的用户通过按键或语音唤醒的方式对位于前排的一对麦克风唤醒，对于位于中排或后排的麦克风可根据需要，用户通过按键对相应的麦克风进行唤醒；
（3）通过唤醒的麦克风拾取就近位置的用户的语音（如主驾驶座位的麦克风拾取主驾驶座位上用户的语音，副驾驶座位的麦克风拾取副驾驶座位上用户的语音，中排右座位的麦克风拾取中排右座位上用户的语音，后排左座位的麦克风拾取后排左座位上用户的语音等），并通过声音输入切换模块对输入的语音进行实时切换输送至声音处理解析模块中进行降噪和解析处理；
（4）由声音处理解析模块输出一路I2S音频至功率放大器驱动喇叭输出播放，同时输出另一路I2S音频至无线通信模块，由无线通信模块将音频转换成无线信号发送给手机，由手机传送给参与电话会议的对方手机；
（5）手机接收到的对方语音通过无线通信模块接收并送入声音处理解析模块中进行降噪和解析处理后，输出到功率放大器，由功率放大器驱动喇叭输出播放。
（6）在车载电话会议结束后，主驾驶座位的用户通过位于主驾驶座位侧的按键将所有麦克风设置为静音状态，或者其他用户通过就近位置侧的按键将对应的麦克风设置为关闭状态。
更进一步地，根据第二种系统进入会议模式的方式，利用上述系统进行车载电话会议的方法，具体包括如下步骤：
（1）系统上电并初始化，在无线通信模块的通讯范围内，将手机自动或手动与无线通信模块进行配对连接，在手机接收到车载电话会议的请求时，主驾驶座位的用户通过按键或语音唤醒的方式对位于前排的一对麦克风唤醒，对于位于中排或后排的麦克风可根据需要，用户通过按键对相应的麦克风进行唤醒；
（2）MCU在收到按键触发信息时，将该信息转发至SOC处理器中由SOC处理器解析并判断按键的位置信息后开启相应的麦克风，SOC处理器在收到语音唤醒请求信号时，由SOC处理器对该信号进行解析并与预设的特定的唤醒词进行匹配操作以开启相应的麦克风；
（3）SOC处理器使得触摸显示屏中显示设置系统工作模式的界面，用户触摸点击显示屏界面设置系统进入会议模式；（也可在触摸显示屏中显示所有麦克风的位置图像，在参与车载电话会议的人数很少的情况下，用户可直接通过选择位置图像中的具体麦克风以实现对其唤醒操作，从而节省资源。）
（4）无线通信模块开启，并与通讯范围内的手机进行配对连接；
（5）通过唤醒的麦克风拾取就近位置的用户的语音（如主驾驶座位的麦克风拾取主驾驶座位上用户的语音，副驾驶座位的麦克风拾取副驾驶座位上用户的语音，中排右座位的麦克风拾取中排右座位上用户的语音，后排左座位的麦克风拾取后排左座位上用户的语音等），并通过声音输入切换模块对输入的语音进行实时切换输送至声音处理解析模块中进行降噪和解析处理；
（6）由声音处理解析模块输出一路I2S音频至功率放大器驱动喇叭输出播放，同时输出另一路I2S音频至无线通信模块，由无线通信模块将音频转换成无线信号发送给手机，由手机传送给参与电话会议的对方手机；
（7）手机接收到的对方语音通过无线通信模块接收并送入声音处理解析模块中进行降噪和解析处理后，输出到功率放大器，由功率放大器驱动喇叭输出播放。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种车辆会议模式全方位语音交互系统，其特征在于：包括多对麦克风、MCU、SOC处理器、声音输入切换模块、声音处理解析模块、功率放大器、喇叭、无线通信模块，每对麦克风设于车辆室内一排座椅的左右两侧，每对麦克风并联连接声音输入切换模块的输入端，声音输入切换模块的输出端连接声音处理解析模块的输入端，声音处理解析模块分别连接无线通信模块和功率放大器的输入端，无线通信模块无线通讯连接手机，功率放大器的输出端连接喇叭，MCU分别连接声音输入切换模块和声音处理解析模块控制端，MCU通过SPI总线连接SOC处理器。
2.如权利要求1所述的一种车辆会议模式全方位语音交互系统，其特征在于，还包括用于唤醒各对麦克风的多个按键，所有按键均连接MCU的I/O端口。
3.如权利要求2所述的一种车辆会议模式全方位语音交互系统，其特征在于，还包括触摸显示屏，触摸显示屏通过LVDS总线/I2C总线连接SOC处理器。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种车辆会议模式全方位语音交互系统，其特征在于，所述声音输入切换模块采用多选一模拟开关电路设计实现，声音处理解析模块采用音频DSP芯片设计实现，所述无线通信模块采用蓝牙模块或3G/4G/5G模块或WIFI模块。
5.如权利要求4所述的一种车辆会议模式全方位语音交互系统，其特征在于，所述MCU采用瑞萨的32位MCU RH850芯片设计实现，SOC处理器采用TI公司的J6PEVM577P处理器设计实现。
6.如权利要求5所述的一种车辆会议模式全方位语音交互系统，其特征在于，所述功率放大器采用恩智浦的汽车音频放大器TDF8546芯片设计实现。
7.利用如权利要求1-6任一项所述的系统进行车载电话会议的方法，其特征在于，唤醒所需的每对麦克风，并且将手机无线通信连接无线通信模块，系统工作于会议模式，通过声音输入切换模块对各麦克风所拾取的声音进行切换输入并送入声音处理解析模块中，声音处理解析模块对输入的语音进行降噪和解析处理后，分出一路I2S音频输出到功率放大器，由功率放大器驱动喇叭输出音频，同时分出一路I2S音频输出到无线通信模块，由无线通信模块将音频转换成无线信号发送给手机，由手机传送给参与电话会议的对方手机；手机接收到的对方语音通过无线通信模块接收并送入声音处理解析模块中进行降噪和解析处理后，输出到功率放大器，由功率放大器驱动喇叭输出音频。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的“唤醒所需的每对麦克风”，具体是通过手动触发按键唤醒和/或SOC处理器检测特定的唤醒词以语音唤醒的方式对所需的每对麦克风进行唤醒操作。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，系统进入会议模式的方式包括：一种是在手机成功连接到无线通信模块后，系统通过对方来电请求自动进入会议模式；另一种是通过触摸显示屏手动设置系统进入会议模式。
10.如权利要求7或8 或9所述的方法，其特征在于，系统上电时，所有麦克风均处于关闭状态，位于车辆前排的一对麦克风能够通过位于主驾驶座位侧的按键和/或语音唤醒的方式进行首次唤醒，该对麦克风被唤醒后在一段时间内未接收到语音时将自动进入睡眠状态，该对麦克风需由睡眠状态进行唤醒时，能够通过位于主驾驶座位侧的按键和/或语音唤醒的方式进行唤醒；其他的麦克风无论是否是首次唤醒，在未被唤醒时均处于关闭状态，并只能通过按键唤醒；另外，所有麦克风能够由位于车辆前排主驾驶座位侧的按键锁定为静音状态，也能够由位于车辆前排主驾驶座位侧的按键解除静音状态而转换为唤醒状态。
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