CN112735403A - 一种基于智能音响的智能家居控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能设备技术领域，具体涉及一种基于智能音响的智能家居控制系统，包括智能音响和若干智能家居设备，各个智能家居设备分别与智能音响无线连接；智能音响包括：输入模块，用于获取用户的声音信息；处理模块，用于接收并处理声音信息，从声音信息中提取声纹特征，将声纹特征与用户的身份信息和常用控制指令进行绑定后存储在数据库中；数据库，还用于预先存储映射关系表，映射关系表中包括环境信息和控制指令；判断模块，用于在接收到声音信息后，判断数据库中是否存在与该声音信息相同的声纹特征，如果有，则根据声纹特诊对应的声音信息匹配出该用户的常用控制指令。采用本方案能够解决用户体验偏低的问题。

Description

一种基于智能音响的智能家居控制系统

技术领域

本发明涉及智能设备技术领域，具体涉及一种基于智能音响的智能家居控制系统。

背景技术

智能家居是以住宅为平台，集系统、结构、服务、管理、控制于一体，利用先进的网络通讯技术、电力自动化技术、计算机技术、无线电技术，将与居家生活有关的各种设备有机地结合起来，并创造一个优质、高效、舒适、安全、便利、节能、健康且环保的居住生活环境空间。

然而，目前传统的智能家居系统控制通常是由专用遥控器或者手机APP完成，而遥控器或手机APP由于按键与功能相对固定，限制了智能家居系统的功能拓展；而且遥控器按键通常较小，不方便老人及小孩使用，易产生误操作；因此，在智能家居控制中引入语音识别技术，通过语音命令，可以代替手动或遥控器实现对家电控制。

例如，中国专利公开号为CN107770013A的文件中公开了一种智能音响及智能家居系统，该智能音响与智能家居系统中的家用设备无线连接，包括控制模块和音频模块，其中，音频模块，用于接收并识别用户的语音控制信息，并将语音控制信息对应的控制指令发送给控制模块进行处理；控制模块，用于根据接收到的所述控制指令，对家用设备进行控制。但是，现有的大部分智能家居系统需要用户一字不落地说出语音指令，才能实现对智能家居设备的控制，这给记忆力偏低的用户带来困扰，存在用户体验偏低的技术问题。

发明内容

本发明意在于提供一种基于智能音响的智能家居控制系统，能够解决用户体验偏低的问题。

本发明提供的基础方案为：一种基于智能音响的智能家居控制系统，包括智能音响和若干智能家居设备，各个智能家居设备分别与智能音响无线连接；

所述智能音响包括：

输入模块，用于获取用户的声音信息；

处理模块，用于接收并处理声音信息，从声音信息中提取声纹特征，将声纹特征与该用户的常用控制指令进行绑定后存储在数据库中；

数据库，还用于预先存储映射关系表，映射关系表中包括环境信息和标准控制指令；

判断模块，用于在接收到声音信息后，判断数据库中是否存在与该声音信息相同的声纹特征，如果有，则根据声纹特诊对应的声音信息匹配出该用户的常用控制指令；反之，则根据当前的环境信息从映射关系表中匹配出标准控制指令；

输出模块，用于根据常用控制指令或标准控制指令对智能家居设备进行控制。

本发明的工作原理及优点在于：

与现有技术相比，本方案能够对一些说话功能存在一定障碍或记忆力偏低的老年人进行服务；用户无需说出完整的语音指令，由于数据库中预先存储有用户声纹特征和常用控制指令，以及环境信息和相应的标准控制指令，通过处理模块根据声纹信息确定用户身份信息，并以此对设备进行符合用户实际需求和用户习惯的个性化控制；即使无法用户的声音信息与声纹不匹配，有可能该用户是初次到来，也可以通过判断模块综合环境参数匹配出智能家电的控制指令，从而提升智能化程度，进而提升用户的使用体验。

进一步，环境信息包括温湿度信息和光照强度信息。

有益效果：可以根据环境中的温湿度信息和光照强度信息，有针对性地控制空调、电动窗帘和灯具等智能家居设备。

进一步，智能家居设备包括空调、窗帘电机和灯具。

有益效果：采用本方案，能够实现对这些常用智能设备的控制。

进一步，处理模块，还用于预先设定唤醒词，并根据语音识别算法将声音信息转换为文字信息，若文字信息中出现唤醒词，则生成唤醒信号。

有益效果：通过设置唤醒词，由用户说出唤醒词后生成唤醒信号，实现智能音响的唤醒；使智能音响在用户需要时才启动，并降低智能音响的功耗。

进一步，处理模块，还用于将说出唤醒词的声纹特征作为标准模型，并暂存在数据库中；判断模块，还用于根据当前时段声音信息中的声纹特征判断说话人的数量，如果说话人数量大于2，则滤除非标准模型对应的声音信息，并对过滤后的声音信息匹配出该用户的常用控制指令。

有益效果：采用本方案，能够避免使用场景中出现两个不同声音，对智能音响的声音识别造成干扰，导致无法匹配出正确的控制指令。

进一步，处理模块，还用于预先设定时间阈值，并基于该时间阈值在生成唤醒信号后开始倒计时，如果倒计时内未检测到用户的声音信息，则在倒计时为零时，将数据库中暂存的标准模型删除，并进入休眠模式。

有益效果：如果用户唤醒智能音响后，一段时间内没有发布控制指令，则表示用户可能暂时不需要智能音响服务，再次进入休眠模式，且删除暂存的标准模型能够便于后续的识别，以提升其实用性和有效性。

附图说明

图1为本发明一种基于智能音响的智能家居控制系统实施例一的系统框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例一

如图1所示，一种基于智能音响的智能家居控制系统，包括智能音响和若干智能家居设备，各个智能家居设备分别与智能音响无线连接；

所述智能音响包括：

输入模块，用于获取用户的声音信息；

处理模块，用于接收并处理声音信息，从声音信息中提取声纹特征，将声纹特征与该用户的常用控制指令进行绑定后存储在数据库中；

数据库，还用于预先存储映射关系表，映射关系表中包括环境信息和标准控制指令；

判断模块，用于在接收到声音信息后，判断数据库中是否存在与该声音信息相同的声纹特征，如果有，则根据声纹特诊对应的声音信息匹配出该用户的常用控制指令；反之，则根据当前的环境信息从映射关系表中匹配出标准控制指令；

输出模块，用于根据常用控制指令或标准控制指令对智能家居设备进行控制。

具体的，本实施例中，智能家居设备包括空调、窗帘电机和灯具，环境信息包括温湿度信息和光照强度信息。简单来说，当用户A通过语音向智能家居发布控制指令时，可以由输入模块获取用户的声音信息，但数据库中未找到与该声音信息相同的声纹特征，则直接根据当前的温湿度信息和光照强度信息生成标准控制指令；例如，通过传感器采集到当前的温湿度信息分别为29℃和60％，则生成标准控制指令“启动空调进行制冷”；同样的，如果采集到光照强度信息为500lux，说明当前万里无云太阳直射，则生成标准控制指令“驱动窗帘电机工作，合拢窗帘进行遮光”。

实施例二

与实施例一相比，不同之处仅在于，处理模块还用于预先设定唤醒词，并根据语音识别算法将声音信息转换为文字信息，若文字信息中出现唤醒词，则生成唤醒信号；

具体的，处理模块还用于将说出唤醒词的声纹特征作为标准模型，并暂存在数据库中；判断模块，还用于根据当前时段声音信息中的声纹特征判断说话人的数量，如果说话人数量大于2，则滤除非标准模型对应的声音信息，并对过滤后的声音信息匹配出该用户的常用控制指令；

此外，处理模块还用于预先设定时间阈值，并基于该时间阈值在生成唤醒信号后开始倒计时，如果倒计时内未检测到用户的声音信息，则在倒计时为零时，将数据库中暂存的标准模型删除，并进入休眠模式；反之，如果倒计时内检测到用户的声音信息，则根据声音信息得到常用控制指令，并重新开始进行倒计时。

实施例三

与实施例一相比，不同之处仅在于，智能音响设置在家中的各个房间内，类似于市面上的天猫精灵，为用户播放背景音乐；且各个房间内还设置有摄像头；还包括与摄像头和智能音响信号连接的服务器，服务器包括：

接收模块，接收模块用于接收各个不同区域(房间)内摄像头和智能音响的安装位置信息，将位于同一区域的摄像头和智能音响进行配对，并存入预先建立的映射关系表；例如，映射关系表中包含了安装位置信息，摄像头名称和智能音响名称这三个要素，表中第一行的安装位置信息，摄像头名称和智能音响名称分别为，客厅，摄像头A，智能音响A；相应的，第二行中包括，卧室1，摄像头B，智能音响B；第三行中包括，厕所，摄像头C，智能音响C。

处理模块，用于在用户向智能音响发布播放指令的同时，定义该智能音响的所属区域为初始区，其他区域为非初始区。例如，假定用户向“智能音响B”发布了播放指令，由于“智能音响B”的所属区域我“卧室1”，所以此时“卧室1”被标定为初始区；而其他非“卧室1”的区域则为非初始区。

处理模块还用于采集用户的声音信息，并根据语音识别算法将声音信息转化为文字信息，从文字信息中提取出关键词；根据关键词对用户即将前往的地点进行预测。

分析模块，用于判断映射关系表中是否存在与该地点相同的安装位置信息，如果是，则生成目标区；举个例子，当用户说出“我要去上厕所”时，可以从中提取出关键词“厕所”，预测该用户即将前往厕所，由于映射关系表中也包含有“厕所”这一安装位置信息，则可以将“厕所”作为目标区，便于提前打开厕所的智能音响为用户播放背景音乐。

在用户离开初始区之前，还可以通过接收模块获取初始区内智能音响播放的歌曲名称和播放时间，并将歌曲名称和播放时间作为播放指令发送至目标区的智能音响。

数据库，用于预先存储各个区域之间的步进距离；本方案中，各个区域之间步进距离可以根据摄像头拍摄图像的时间点进行获取，即通过预先多次的采集，当用户从初始区离开时，得到图片A以及第一拍摄时间；该用户进入目标区时，得到图片B以及第二拍摄时间；计算第二拍摄时间和第一拍摄时间的差值，并将差值乘以预设的步进速度，从而得到步进距离；举个例子，用户离开卧室1时，得到的拍摄时间为10时23分30秒；用户在进入厕所时，得到的拍摄时间为10时23分50秒；时间差值为20s，而预设的步进速度1.2m/s，得到步进距离为24m；为保证数据的准确性，可以通过多次采集计算取众数确定两区域的步进距离。

处理模块还用于根据初始区和目标区，从数据库中匹配出初始区和目标区的步进距离；并计算步进距离与步进速度的比值，得到间隔时间；例如：当初始区为“卧室1”，目标区为“厕所”时，通过查找数据库中这两个区域步进距离“24m”，除以预设的步进速度“1.2m/s”，得到间隔时间“20s”；

处理模块还用于接收间隔时间和播放时间，并计算播放时间与间隔时间的差值，生成第一时间节点；将第一时间节点发送至目标区的智能音响；具体的，本实施例中，播放时间为1分20秒，由于间隔时间为20秒，通过计算两时间的差值得到第一时间节点为“1分”，发送至厕所的智能音响；由目标区“厕所”的智能音响C在第一时间节点“1分”开始静音播放背景音乐，并在播放时间节点“1分20秒”将音量调大为正常音量播放。

考虑到实际使用的过程中，由于智能音响从启动到播放背景音乐存在一定是时长，智能音响这个时间段内需要对播放指令进行解码处理，即使是处理器性能较好的智能音响也需要等待3-4秒才能播放出背景音乐，使用户在走进目标区时并不能立马听到背景音乐，目标区的背景音乐进行有效地衔接，存在用户体验偏低的问题。

采用本方案，通过对用户声音信息进行采集，并根据其中的关键字预测用户即将前往的区域；再根据当前区域和目标区域的间隔距离和需用时间处理播放指令，并基于新生成的时间节点控制智能音响开始进行静音播放，用户正在前往目标区的过程中无需听到背景音乐，由于目标区的智能音响被提前启动并开始静音播放背景音乐，使智能音响看起来没有工作，能够有效避免等待时间的问题；当用户进入目标区时，智能音响恢复为正常音量，使目标区的背景音乐与初始区内播放的背景音乐进行无缝衔接。通过这样的方式能够减少交互延迟，并为用户提供更好的交互体验。

在另一实施例中，还包括用于搭载智能音响并带动智能音响旋转的云台，云台与服务器信号连接；接收模块还用于获取摄像头拍摄的图像；处理模块还用于对图像进行差分计算，识别图像中运动目标的运动轨迹；处理模块用于根据运动轨迹生成云台控制指令；并将该控制指令发送至云台，驱动云台跟随运动目标转动。技术原理类似于现有的高速球自动跟踪技术；

由于声波容易受到环境的影响，本方案通过设置可以跟随运动目标(用户)的移动而旋转的云台，因为智能音响固定在云台上，无论用户在房间内的何处，智能音响都能够朝向用户播放背景音乐，使智能音响输出的声波始终正对用户呈一条直线；从而提升背景音乐的收听效果。

在其他实施例中，映射关系表中还包括各个位置区域安装的云台，例如，客厅，摄像头A，智能音响A，云台A；卧室1，摄像头B，智能音响B，云台B；第三行中包括，厕所，摄像头C，智能音响C，云台C；

位于初始区的云台还用于实时向接收模块上传转动角度信息；分析模块还用于获取位于非初始区的智能音响采集到的位于初始区内智能音响输出的声波信号，并判断声波信号是否存在变化，如果声波信号的强弱变化，则判断初始区的云台处于旋转状态，生成触发信号；处理模块还用于将触发信号和转动角度信息发送至非初始区的云台，控制非初始区的云台根据转动角度进行旋转。例如，用户在卧室1中走动，云台B跟随用户转动，与此同时，云台B上的智能音响B被带动一起旋转，保证声波朝向用户；然而，由于客厅中的云台A位置不动，通过位于云台A上的智能音响A采集声波信号，因智能音响B旋转导致智能音响接收到的声波信号强弱存在变化(当智能音响A正好朝向智能音响B时声波信号最大)；所以，由于声波信号强弱不同，判断用户可能要离开初始区，于是向非初始区的云台发送触发信号和转动角度信息，使非初始区的云台与初始区的云台通过旋转角度相互印证和联系，从而保证用户进入非标准区时，位于非标准区内云台上的智能音响也能够正对用户，为用户提供更好的收听效果，进而提升用户体验。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种基于智能音响的智能家居控制系统，包括智能音响和若干智能家居设备，各个智能家居设备分别与智能音响无线连接；其特征在于，

所述智能音响包括：

输入模块，用于获取用户的声音信息；

处理模块，用于接收并处理声音信息，从声音信息中提取声纹特征，将声纹特征与该用户的常用控制指令进行绑定后存储在数据库中；

数据库，还用于预先存储映射关系表，映射关系表中包括环境信息和标准控制指令；

判断模块，用于在接收到声音信息后，判断数据库中是否存在与该声音信息相同的声纹特征，如果有，则根据声纹特诊对应的声音信息匹配出该用户的常用控制指令；反之，则根据当前的环境信息从映射关系表中匹配出标准控制指令；

输出模块，用于根据常用控制指令或标准控制指令对智能家居设备进行控制。

2.根据权利要求1所述的基于智能音响的智能家居控制系统，其特征在于：环境信息包括温湿度信息和光照强度信息。

3.根据权利要求1所述的基于智能音响的智能家居控制系统，其特征在于：智能家居设备包括空调、窗帘电机和灯具。

4.根据权利要求1所述的基于智能音响的智能家居控制系统，其特征在于：处理模块，还用于预先设定唤醒词，并根据语音识别算法将声音信息转换为文字信息，若文字信息中出现唤醒词，则生成唤醒信号。

5.根据权利要求4所述的基于智能音响的智能家居控制系统，其特征在于：处理模块，还用于将说出唤醒词的声纹特征作为标准模型，并暂存在数据库中；判断模块，还用于根据当前时段声音信息中的声纹特征判断说话人的数量，如果说话人数量大于2，则滤除非标准模型对应的声音信息，并对过滤后的声音信息匹配出该用户的常用控制指令。

6.根据权利要求4所述的基于智能音响的智能家居控制系统，其特征在于：处理模块，还用于预先设定时间阈值，并基于该时间阈值在生成唤醒信号后开始倒计时，如果倒计时内未检测到用户的声音信息，则在倒计时为零时，将数据库中暂存的标准模型删除，并进入休眠模式。

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