CN110648676A - 嘈杂环境下语音输出接收设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种嘈杂环境下语音输出接收设备，包括：语音获取模块，用于获取说话时喉结的振动信号，并将其转换为电信号；语音处理模块，接收所述语音获取模块传输的电信号，通过模数转换单元将模拟信号转换为数字信号，并进行压缩编码；语音传输模块，将语音处理模块处理后的语言信号进行路由传输；语音接收模块，接收音传输模块传输的语言信号，并对其进行解码，得到准确的电信号；语音输出模块，接收所述语音接收模块传递的电信号，处理并输出语言。本发明与传统的以空气为介质的麦克风获取语音信号相比，极大的提高了嘈杂环境下语音信号的信噪比，具有更优异的性能和鲁棒性；成本远，灵活性更高，易于批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及柔性电子及无线语音通信传输技术，具体涉及到一种嘈杂环境下高精度语音输出接收设备。
背景技术
自从19世纪贝尔发明电话，人类步入了通信时代的大门。迄今为止，语音通信技术已经经历过从有线到无线的转变，经历过20世纪初的模拟交换机技术；20世纪70年代的电路交换技术；20世纪末基于IP技术的NGM融合网，其基于分组网络，以IP技术建立承载网，实现呼叫控制和承载的完全分离；以及21世纪初的VoIP技术，其将模拟的语音信号经过压缩和封装后，以数据封装的形式在IP网络环境中进行语音信息的传输。
目前这些技术都从数据传输的角度增加语音传输的时效性和准确率，比如更高的宽带速率，革新性的传输技术，以及新的软件压缩-解压缩算法来降低传输过程中语音信号的破损度。显然，在嘈杂环境下，语音的接收和获取都会与环境噪声产生耦合效应，使得通过传统的麦克风接收到的语音信号会极大的掺杂其他环境噪音，尤其在极端嘈杂的环境下，真正的语音信号会被环境噪音完全淹没，这在现有的语音传输技术上还没有得到有效的解决。
而，众所周知，人在说话时，喉结会产生有规律的振动，更有趣的是，这种振动不会受到环境噪音的影响，通过将柔性电子皮肤式传感器贴合在喉结部位，获取说话时的传感器输出信号，传递给相应的语音处理和传输模块，将为嘈杂环境下高精度语音输出接收提供全新的技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种嘈杂环境下高精度语音输出接收设备，以解决嘈杂环境下语音获取极易受环境影响，获取精度低的问题。
技术方案：一种嘈杂环境下语音输出接收设备，包括：
语音获取模块，包括贴合在脖子部位的柔性电子皮肤式传感器，用于获取说话时喉结的振动信号，并将其转换为电信号；
语音处理模块，与语音获取模块通信连接，内置有模数转换单元，接收所述语音获取模块传输的电信号，通过模数转换单元将模拟信号转换为数字信号，并进行压缩编码；
语音传输模块，将语音处理模块处理后的语言信号进行路由传输；
语音接收模块，接收音传输模块传输的语言信号，并对其进行解码，得到准确的电信号；
语音输出模块，与语音接收模块连接，内置数模转换单元、信号放大单元和发声单元，接收所述语音接收模块传递的电信号后，通过数模转换单元将数字信号转换成人耳能听懂的模拟信号，通过信号放大单元将模拟信号进行放大，之后发声单元接收放大后的信号并输出语言。
进一步的，所述语音获取模块包括蓝牙模块，所述语音获取模块和语音处理模块采用蓝牙无线传输模式。
进一步的，所述语音获取模块包括电源模块；电源模块与所述柔性电子皮肤式传感器、蓝牙模块分别电连接；人说话时，引起喉结振动，柔性电子皮肤式传感器产生相应的电输出信号，蓝牙模块获取柔性电子皮肤式传感器输出的模拟电信号，编码为数字信号之后在电源模块的供电下传输给语音处理模块。
进一步的，所述柔性电子皮肤式传感器为压容式传感器、压阻式传感器、摩擦电式传感器或压电式传感器。
进一步的，所述语音接收模块和语音输出模块采用电连接或无线蓝牙传输模式。
和现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明利用柔性可穿戴传感器检测说话时喉结的振动信息获取语音信号，与传统的以空气为介质的麦克风获取语音信号相比，极大的提高了嘈杂环境下语音信号的信噪比，具有更优异的性能和鲁棒性；采用柔性可穿戴传感器作为语音获取模块，成本远低于传统的语音获取模块，其余模块在现有商用模块的基础上做少量改进即可实现，也可采用全自制模块，灵活性更高，易于批量生产。
附图说明
图1为本发明各模块的连接示意图；
图2为图1中语音获取模块的结构示意图；
图3为可穿戴柔性电子皮肤式传感器的结构示意图；
图4为语音获取模块的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案做详细的说明。
如图1所示，一种嘈杂环境下高精度语音输出接收设备，包括语音获取模块，语音处理模块，语音传输模块，语音接收模块和语音输出模块；语音获取模块和语音处理模块优选采用蓝牙无线传输模式；语音接收模块和语音输出模块可采用电连接或无线蓝牙传输模式。
在本实例中，语音获取模块包括柔性电子皮肤式传感器(柔性可穿戴传感器)，电源模块和蓝牙模块，各模块均采用电连接，如图2所示；其中，柔性可穿戴传感器优选采用摩擦电式，可以将说话时喉结的振动直接转换为电输出信号，可以节省能源；电源模块负责整个语音获取模块的供电，实现完全的自主供电。语音处理模块和语音接收模块全采用成熟的移动手机，语音输出模块采用蓝牙耳机，其可以极大的减少环境噪音对于语音接受者的影响。
摩擦电式可穿戴传感器的具体结构如图3所示，其有上封装层，上电极层，上摩擦电极层，下摩擦电极层，下电极层和下封装层。其中，上下封装层采用PVA薄膜，其杨氏模量与人体的杨氏模量相匹配；上下电极层采用溅射铜层，上摩擦电极层采用尼龙薄膜，下摩擦电极层采用PDMS，其中上下摩擦电极层采用磨砂纸辅助表面微结构化。
该器件基于摩擦起电效应和静电耦合效应实现相应的功能，其具体地工作原理如下所示：
该器件处于双电极工作模式，当人说话时，喉结会振动，从而引起贴在喉结处的摩擦电式可穿戴传感器上下双电极层的接触-分离往复运动。具体地，在接触-分离时，上摩擦电极层尼龙和下摩擦电极层PDMS在接触分离后表面会分别具体正负电荷，在双电极导线的连接下，会产生电脉冲，从而产生正的电压峰值；同理，在分离-接触后，双电极两段电荷为彼此达到电中性，会产生于之前逆电荷运动现象，从而产生负的电压脉冲。从而产生负的电压峰值，而喉结振动的幅度和频率会转化为输出电压的峰值和峰值个数，并与之成正相关性。至此，说话时喉结的振动信息已经转化为电压信息。
工作流程：
步骤1、贴合在脖子部位的摩擦电式可穿戴传感器解耦人说话时喉结的振动信息，转化为电输出信号，之后在电源模块的供电下传输给语音处理模块——手机；
步骤2、手机的蓝牙接收模块获取到电信号，对输出信号进行滤波等处理后，通过内置的模数转换模块将模拟信号转换为数字信号，并压缩编码；
步骤3、语音传输模块通过路由传输技术编码的声音信号将传输到语音接收模块——手机；
步骤4、手机对接收到的语音信号解码得到准确的电信号，并通过蓝牙模块传递给语音输出模块——蓝牙耳机，蓝牙耳机接收相应的数字信号并通过蓝牙耳机内部的数模转换芯片，把它转换成人耳能听懂的模拟信号，通过耳机内部的信号放大芯片将模拟信号进行放大，耳机单元接收放大后的信号并发出声音。
如图4所示，传统的基于麦克风获取信号的方式主要是通过人说出的声音经过空气介质振动传输到麦克风中，从而获取到相关信息，在此过程中，人说出的声音信息会与空气中其他的声音信号耦合，严重地，当环境中噪音很大时，人说出的声音信息会被噪声信号完全湮灭掉，从而完全获取不到信息。而本发明提出的摩擦电式可穿戴传感器通过喉结振动信息来获取相应的声音信号，其并非利用人通过空气介质传播的说出的声音信号，因而，其几乎不受环境中噪声信号的影响。
Claims (5)
1.一种嘈杂环境下语音输出接收设备，其特征在于，包括：
语音获取模块，包括贴合在脖子部位的柔性电子皮肤式传感器，用于获取说话时喉结的振动信号，并将其转换为电信号；
语音处理模块，与语音获取模块通信连接，内置有模数转换单元，接收所述语音获取模块传输的电信号，通过模数转换单元将模拟信号转换为数字信号，并进行压缩编码；
语音传输模块，将语音处理模块处理后的语言信号进行路由传输；
语音接收模块，接收音传输模块传输的语言信号，并对其进行解码，得到准确的电信号；
语音输出模块，与语音接收模块连接，内置数模转换单元、信号放大单元和发声单元，接收所述语音接收模块传递的电信号后，通过数模转换单元将数字信号转换成人耳能听懂的模拟信号，通过信号放大单元将模拟信号进行放大，之后发声单元接收放大后的信号并输出语言。
2.根据权利要求1所述的嘈杂环境下语音输出接收设备，其特征在于：所述语音获取模块包括蓝牙模块，语音获取模块和语音处理模块采用蓝牙无线传输模式。
3.根据权利要求2所述的嘈杂环境下语音输出接收设备，其特征在于：所述语音获取模块包括电源模块；电源模块与所述柔性电子皮肤式传感器、蓝牙模块分别电连接；人说话时，引起喉结振动，柔性电子皮肤式传感器产生相应的电输出信号，蓝牙模块获取柔性电子皮肤式传感器输出的模拟电信号，编码为数字信号之后在电源模块的供电下传输给语音处理模块。
4.根据权利要求1所述的嘈杂环境下语音输出接收设备，其特征在于：所述柔性电子皮肤式传感器为压容式传感器、压阻式传感器、摩擦电式传感器或压电式传感器。
5.根据权利要求1所述的嘈杂环境下语音输出接收设备，其特征在于：所述语音接收模块和语音输出模块采用电连接或无线蓝牙传输模式。
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