CN110674482A - 一种多场景应用计算机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多场景应用计算机，包括存储模块、处理模块、输入模块和输出模块，所述存储模块、输入模块和输出模块分别与所述处理模块相连接；所述处理模块内设有控制子模块、语音识别子模块、场景识别子模块和声纹识别子模块，用于对声音信息进行识别与匹配，并识别相应场景。通过上述方式，本发明能够利用声音对待机状态下的计算机进行唤醒，通过语音识别保证需要的应用及时打开，增强使用的便捷程度，提升用户体验；并能够结合不同场景的特点，通过声纹识别确认用户身份，为其匹配相应的使用权限，既满足用户的个性化需求，又保障计算机的使用安全，能够满足办公场景、政务大厅场景、儿童场景等多种场景下的使用需求，应用范围较广。

Description

一种多场景应用计算机
技术领域
本发明涉及计算机领域，特别是涉及一种多场景应用计算机。
背景技术
随着社会经济的发展和科学技术水平的提升，计算机已在各领域得到广泛普及与应用，给人们的生活和工作带来了极大的便利，是日常生活中不可或缺的重要工具。同时，随着计算机应用领域和应用场景的不断扩大，人们对计算机也提出了更高的要求，推动其进一步向便捷化、安全化的方向发展。
当前，在使用计算机时，若一段时间未进行操作，计算机会进入待机状态，保持低功率模式运行，一般需要通过移动鼠标或点击键盘将其唤醒，并在弹出的解锁界面内输入相应密码，操作过程较为繁琐；若不对计算机进行密码保护的设置，虽然操作过程相对便捷，但容易造成隐私泄露，安全性较低。为此，公开号为CN103488289A的专利提供了一种语音开机控制笔记本电脑，通过将指纹识别技术和语音控制技术结合，一方面利用指纹识别技术确认使用者身份，保证安全性；另一方面，用语音控制技术对计算机进行唤醒，增强了使用的便捷性，提高开机效率。
然而，上述专利提供的电脑由于指纹识别技术的限制，更适用于私人使用的场景，而在实际生活中，仍存在多种同一计算机需要被多人使用的场景，如办公场景、政务大厅场景、儿童场景等，在这类场景下，由于使用者较多，若采用统一权限，则计算机会面临较大的安全隐患，若设置复杂的保护措施，又使得操作不便，用户体验较差。因此，有必要研发一种既能保障计算机的使用安全，又能提高操作的便捷性，还能满足不同场景实际需求的多场景应用计算机。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种多场景应用计算机，利用声音对待机状态下的计算机进行唤醒，通过语音识别保证需要的应用及时打开，增强使用的便捷程度，提升用户体验；并结合不同场景的特点，通过声纹识别确认用户身份，为其匹配相应的使用权限，既能满足用户的个性化需求，又保障了计算机的使用安全。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种多场景应用计算机，包括存储模块、处理模块、输入模块和输出模块，所述存储模块、输入模块和输出模块分别与所述处理模块相连接；所述处理模块内设有控制子模块、语音识别子模块、场景识别子模块和声纹识别子模块，所述语音识别子模块、场景识别子模块和声纹识别子模块均与所述存储模块和所述控制子模块相连接，所述存储模块与所述控制子模块相连接，所述场景识别子模块与所述声纹识别子模块相连接；其中，所述语音识别子模块用于对接收的语音信息进行识别，并将对应指令输出至控制子模块；所述声纹识别子模块用于对声纹进行识别与匹配，判断声源信息；所述场景识别子模块用于对计算机所处场景进行识别，并结合声纹识别子模块将声源信息与其操作权限相匹配，通过控制子模块对计算机进行控制。
进一步地，所述存储模块包括语音信息存储单元、场景信息存储单元、声纹信息存储单元和应用程序存储单元，所述语音信息存储单元、场景信息存储单元、声纹信息存储单元和应用程序存储单元分别与所述语音识别子模块、场景识别子模块、声纹识别子模块和控制子模块对应连接。
进一步地，所述控制子模块用于接收由输入模块输入的信息，控制所述语音识别子模块、场景识别子模块和声纹识别子模块对输入的信息进行处理，并按照接收到的指令对所述存储模块内的应用程序进行识别与调用，再将其通过输出模块输出。
进一步地，所述语音识别子模块包括预处理单元和唤醒单元，所述预处理单元用于对接收到的语音信号进行预处理，并将处理后的语音信号传输至唤醒单元，所述预处理包括降噪处理和信号增强处理；所述唤醒单元对语音信号进行检测，判断其是否为唤醒词，并将结果输出至控制子模块。
进一步地，所述语音识别子模块还包括指令识别单元，所述指令识别单元用于对处理后的语音信号进行指令识别，并将识别结果输出至控制子模块。
进一步地，所述声纹识别子模块包括特征提取单元和声纹匹配单元，所述特征提取单元用于对声纹信息进行特征提取，并将提取的声纹特征传输至所述声纹匹配单元；所述声纹匹配单元用于将提取到的生物特征与预测的声纹特征信息相匹配，并将匹配结果输出至所述场景识别子模块。
进一步地，所述场景识别子模块包括场景匹配单元、场景切换单元和权限匹配单元，所述场景匹配单元用于对网络IP地址进行提取，并与所述存储模块内预存的各场景IP地址进行匹配，判断计算机所处场景，并将匹配结果输出至所述场景切换单元；所述场景切换单元用于将匹配的场景信息与原场景信息进行对比，当两者不一致时，则将原场景切换至实际匹配的场景；所述权限匹配单元用于将所述声纹识别子模块识别到的用户信息与其预设的权限信息进行匹配，并将对应权限指令输出至所述控制子模块。
进一步地，所述场景包括儿童场景、办公场景、政务大厅场景和通用场景。
进一步地，所述输入模块包括键盘、鼠标、麦克风，其中，所述麦克风用于接收用户输入的语音信息，并通过处理模块对所述语音信息进行识别与处理。
进一步地，所述输出模块包括显示器，用于将处理模块处理后的数字信息转换成图像，并在屏幕上进行显示。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的多场景应用计算机，具有较好的操作便捷性和使用安全性，能够满足办公场景、政务大厅场景、儿童场景等多种场景下的使用需求，应用范围较广。
2、本发明提供的多场景应用计算机，能够通过声音对待机状态下的计算机进行唤醒，并通过对其进行语音识别，读取对应的指令，从而保证需要的应用及时打开，提高了开启速度、增强了使用的便捷程度，从而有效提升用户体验。
3、本发明提供的多场景应用计算机，能够对不同场景进行识别与切换，并结合对应场景的特点，提供最优配置；并通过声纹识别确认用户身份，为其匹配相应的使用权限，既能满足用户的个性化需求，又能保障计算机的使用安全。
4、本发明提供的多场景应用计算机针对办公场景、政务大厅场景和儿童场景，设置了相应的使用情境，便于实际使用；其中，在办公场景下，通过将使用者的声纹信息与其职位信息匹配，使其获取合理的操作权限，保障数据安全；在政务大厅场景下，通过将使用者的声纹信息与工作人员的信息进行匹配，将群众与工作人员进行区分，自动匹配对应权限，提高业务查询及办理效率；在儿童场景下，通过对儿童声音进行识别，控制其操作权限，并设定相应使用时间，既能避免其误操作威胁计算机安全，又能有效防止儿童沉迷计算机，降低计算机对儿童的不良影响。
附图说明
图1是本发明一种多场景应用计算机的结构示意图；
图2是本发明一种多场景应用计算机使用时的主要流程图；
图3是本发明一种多场景应用计算机进行场景识别的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
实施例
请参阅图1，本发明实施例提供了一种多场景应用计算机，包括存储模块、处理模块、输入模块和输出模块，所述存储模块、输入模块和输出模块分别与所述处理模块相连接；所述处理模块内设有控制子模块、语音识别子模块、场景识别子模块和声纹识别子模块，所述语音识别子模块、场景识别子模块和声纹识别子模块均与所述存储模块和所述控制子模块相连接，所述存储模块与所述控制子模块相连接，所述场景识别子模块与所述声纹识别子模块相连接；其中，所述语音识别子模块用于对接收的语音信息进行识别，并将对应指令输出至控制子模块；所述声纹识别子模块用于对声纹进行识别与匹配，判断声源信息；所述场景识别子模块用于对计算机所处场景进行识别，并结合声纹识别子模块将声源信息与其操作权限相匹配，通过控制子模块对计算机进行控制。
其中，所述存储模块包括语音信息存储单元、场景信息存储单元、声纹信息存储单元和应用程序存储单元，所述语音信息存储单元、场景信息存储单元、声纹信息存储单元和应用程序存储单元分别与所述语音识别子模块、场景识别子模块、声纹识别子模块和控制子模块对应连接。
所述控制子模块用于接收由输入模块输入的信息，控制所述语音识别子模块、场景识别子模块和声纹识别子模块对输入的信息进行处理，并按照接收到的指令对所述存储模块内的应用程序进行识别与调用，再将其通过输出模块输出。
所述语音识别子模块包括预处理单元和唤醒单元，所述预处理单元用于对接收到的语音信号进行预处理，并将处理后的语音信号传输至唤醒单元，所述预处理包括降噪处理和信号增强处理；所述唤醒单元对语音信号进行检测，判断其是否为唤醒词，并将结果输出至控制子模块。
所述语音识别子模块还包括指令识别单元，所述指令识别单元用于对处理后的语音信号进行指令识别，并将识别结果输出至控制子模块。
所述声纹识别子模块包括特征提取单元和声纹匹配单元，所述特征提取单元用于对声纹信息进行特征提取，并将提取的声纹特征传输至所述声纹匹配单元；所述声纹匹配单元用于将提取到的生物特征与预测的声纹特征信息相匹配，并将匹配结果输出至所述场景识别子模块。
所述场景识别子模块包括场景匹配单元、场景切换单元和权限匹配单元，所述场景匹配单元用于对网络IP地址进行提取，并与所述存储模块内预存的各场景IP地址进行匹配，判断计算机所处场景，并将匹配结果输出至所述场景切换单元；所述场景切换单元用于将匹配的场景信息与原场景信息进行对比，当两者不一致时，则将原场景切换至实际匹配的场景；所述权限匹配单元用于将所述声纹识别子模块识别到的用户信息与其预设的权限信息进行匹配，并将对应权限指令输出至所述控制子模块。
所述场景包括儿童场景、办公场景、政务大厅场景和通用场景。
所述输入模块包括键盘、鼠标、麦克风，其中，所述麦克风用于接收用户输入的语音信息，并通过处理模块对所述语音信息进行识别与处理。
所述输出模块包括显示器，用于将处理模块处理后的数字信息转换成图像，并在屏幕上进行显示。
结合参阅图2，当本发明实施例提供的多场景应用计算机处于刚开机或待机状态下时，控制子模块保持开启，当用户需要使用该计算机时，只需对计算机说出特定唤醒词，该唤醒词对应的语音信息便通过麦克风接收并输入控制子模块，由所述控制子模块控制语音识别子模块对唤醒词进行识别，具体步骤如下：
S11、通过所述语音识别子模块内的预处理单元对接收到的语音信号进行降噪处理和信号增强处理，以提高语音信号的质量，并将处理后的语音信号传输至唤醒单元；
S12、在唤醒单元内，利用训练好的语音识别模型对接收到的语音信号进行识别，判断其是否为唤醒词；
其中，所述训练好的语音识别模型为神经网络模型，通过预先采集唤醒词和指令词的大量语音信息，并将其存储于所述存储模块中的语音信息存储单元，通过提取各语音信息的频谱特征，每条语音信息对应一组特征向量Ai(ai1,ai2,…aij)，再设置各输出向量Bi(bi0,bi1,…bim)对应的指令，其中，bi1,bi2,…bim分别对应唤醒词、指令1至指令m；再将各特征向量及其输出向量作为训练数据，在所述唤醒单元内进行神经网络训练，得到置信度阈值，从而获得训练好的语音识别模型，可以对唤醒词和指令词进行识别，并输出对应指令。
S13、若步骤S12中识别到语音模型是唤醒词，则将唤醒指令输出至控制子模块；若步骤S12中识别到的语音模型不是唤醒词，则不作进一步处理。
当所述控制子模块接收到唤醒指令时，则唤醒计算机进入运行状态，此时默认场景为上一次使用的场景，再通过所述场景识别子模块进行场景识别，当识别到的场景与默认场景不符时，则进行场景切换，所述场景识别的主要流程如图3所示，其具体步骤如下：
S21、通过控制子模块将唤醒词的语音信号输入声纹识别子模块，并在所述特征提取单元内进行声纹特征提取，所述声纹特征提取的步骤如下：
S211、对语音信号的声门分量I(n)和声道分量H(n)进行提取，并对其进行傅里叶变换，得到信号频谱：
s(f)＝I(f)H(f)
式中，I(f)和H(f)分别为I(n)和H(n)经傅里叶变换后得到的频谱；
S212、再对信号频谱取对数，得到对数谱：
c(f)＝log|I(f)|+log|H(f)|
S213、再对对数谱进行傅里叶逆变换，得到倒谱系数d(n)，并将其作为声纹特征的声纹特征参数；
Figure BDA0002165195200000071
式中，
Figure BDA0002165195200000072
表示语音信号的声门分量的倒谱，通过将语音信号；表示语音信号的声道分量的倒谱。
通过上述方法对声纹特征进行提取后，再将提取到的声纹特征输入声纹匹配单元进行匹配；
S22、通过声纹匹配单元，将提取到的声纹特征与预存于所述声纹信息存储单元中的儿童声纹数据库内的声纹特征进行匹配，判断该声纹是否属于儿童；若该声纹属于儿童，则将儿童场景的指令输出至场景匹配单元；若该声纹不属于儿童，则将非儿童场景的指令输出至场景匹配单元；
S23、当所述场景匹配单元接收到儿童场景的指令时，则将其输出至场景切换单元，将儿童场景与默认场景进行对比，若两者一致则不作处理，反之则将默认场景切换至儿童场景，同时将儿童场景指令输出至所述权限匹配单元；
当所述场景匹配单元接收到非儿童场景的指令时，则对当前网络状态进行判断，若当前未连接网络，则直接输出默认场景，若当前已连接网络，则对该网络的IP地址进行提取，并与预存于场景信息存储单元中的各场景IP地址进行匹配，若该IP地址与预存的办公场景的IP地址一致，则将办公场景的指令输出至所述场景切换单元；若该IP地址与预存的政务大厅场景的IP地址一致，则将政务大厅场景的指令输出至所述场景切换单元；若该IP地址未与任何预设地址匹配成功，则输出通用场景；之后再按照相同的方式将输出场景与默认场景进行对比，对不一致的场景进行切换，并将相应场景的指令输出至所述权限匹配单元；
S24、当权限匹配单元接收到儿童场景指令时，则提取儿童场景对应的权限指令，并输出至控制子模块；
当权限匹配单元接收到默认场景指令时，则提取默认场景对应的权限指令，并输出至控制子模块；
当权限匹配单元接收到办公场景指令时，则通过声纹匹配单元，将该指令的原始声纹特征与所述声纹信息存储单元中的办公场景声纹数据库内的声纹特征进行匹配，若匹配成功，则识别使用者的身份信息，并提取该身份信息对应的权限指令，输出至控制子模块；若匹配不成功，则结束操作；
当权限匹配单元接收到政务大厅场景指令时，则通过声纹匹配单元，将该指令的原始声纹特征与所述声纹信息存储单元中的政务大厅场景工作人员声纹数据库内的声纹特征进行匹配，若匹配成功，则表明该使用者为工作人员，通过识别其身份信息，并提取该身份信息对应的权限指令，输出至控制子模块；若匹配不成功，则表明该使用者为一般群众，则提取一般群众对应的权限指令，输出至控制子模块。
通过上述方式，则完成对使用场景的自动识别与权限设定，并通过控制子模块对按照接收到的权限指令对计算机进行控制。之后，在该计算机待机或关机前，使用者还可以输入特定的指令词，该指令词对应的语音信息便通过麦克风接收并输入控制子模块，由所述控制子模块控制语音识别子模块对指令词进行识别，所述对指令词进行识别的方法与对唤醒词的识别方法一致，此处不再赘述。
当控制子模块接收到对应指令后，则按照指令对所述应用程序存储单元内的应用程序进行提取，控制所述应用程序运行，并将其对应的数字信息通过输出模块输出，在屏幕上进行显示。
通过上述方式，本发明提供的多场景应用计算机具有较好的操作便捷性和使用安全性，能够满足办公场景、政务大厅场景、儿童场景等多种场景下的使用需求，应用范围较广。
以上所述仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多场景应用计算机，包括存储模块、处理模块、输入模块和输出模块，所述存储模块、输入模块和输出模块分别与所述处理模块相连接；其特征在于：所述处理模块内设有控制子模块、语音识别子模块、场景识别子模块和声纹识别子模块，所述语音识别子模块、场景识别子模块和声纹识别子模块均与所述存储模块和所述控制子模块相连接，所述存储模块与所述控制子模块相连接，所述场景识别子模块与所述声纹识别子模块相连接；所述语音识别子模块用于对接收的语音信息进行识别，并将对应指令输出至控制子模块；所述声纹识别子模块用于对声纹进行识别与匹配，判断声源信息；所述场景识别子模块用于对计算机所处场景进行识别，并结合声纹识别子模块将声源信息与其操作权限相匹配，通过控制子模块对计算机进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种多场景应用计算机，其特征在于：所述存储模块包括语音信息存储单元、场景信息存储单元、声纹信息存储单元和应用程序存储单元，所述语音信息存储单元、场景信息存储单元、声纹信息存储单元和应用程序存储单元分别与所述语音识别子模块、场景识别子模块、声纹识别子模块和控制子模块对应连接。
3.根据权利要求1所述的一种多场景应用计算机，其特征在于：所述控制子模块用于接收由输入模块输入的信息，控制所述语音识别子模块、场景识别子模块和声纹识别子模块对输入的信息进行处理，并按照接收到的指令对所述存储模块内的应用程序进行识别与调用，再将其通过输出模块输出。
4.根据权利要求1所述的一种多场景应用计算机，其特征在于：所述语音识别子模块包括预处理单元和唤醒单元，所述预处理单元用于对接收到的语音信号进行预处理，并将处理后的语音信号传输至唤醒单元，所述预处理包括降噪处理和信号增强处理；所述唤醒单元对语音信号进行检测，判断其是否为唤醒词，并将结果输出至控制子模块。
5.根据权利要求4所述的一种多场景应用计算机，其特征在于：所述语音识别子模块还包括指令识别单元，所述指令识别单元用于对处理后的语音信号进行指令识别，并将识别结果输出至控制子模块。
6.根据权利要求1所述的一种多场景应用计算机，其特征在于：所述声纹识别子模块包括特征提取单元和声纹匹配单元，所述特征提取单元用于对声纹信息进行特征提取，并将提取的声纹特征传输至所述声纹匹配单元；所述声纹匹配单元用于将提取到的生物特征与预测的声纹特征信息相匹配，并将匹配结果输出至所述场景识别子模块。
7.根据权利要求6所述的一种多场景应用计算机，其特征在于：所述场景识别子模块包括场景匹配单元、场景切换单元和权限匹配单元，所述场景匹配单元用于对网络IP地址进行提取，并与所述存储模块内预存的各场景IP地址进行匹配，判断计算机所处场景，并将匹配结果输出至所述场景切换单元；所述场景切换单元用于将匹配的场景信息与原场景信息进行对比，当两者不一致时，则将原场景切换至实际匹配的场景；所述权限匹配单元用于将所述声纹识别子模块识别到的用户信息与其预设的权限信息进行匹配，并将对应权限指令输出至所述控制子模块。
8.根据权利要求7所述的一种多场景应用计算机，其特征在于：所述场景包括儿童场景、办公场景、政务大厅场景和通用场景。
9.根据权利要求1所述的一种多场景应用计算机，其特征在于：所述输入模块包括键盘、鼠标、麦克风，其中，所述麦克风用于接收用户输入的语音信息，并通过处理模块对所述语音信息进行识别与处理。
10.根据权利要求1所述的一种多场景应用计算机，其特征在于：所述输出模块包括显示器，用于将处理模块处理后的数字信息转换成图像，并在屏幕上进行显示。
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