CN113608449B - 一种智慧家庭场景下语音设备定位系统及自动定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智慧家庭场景下语音设备定位系统及自动定位方法，定位系统包括语音设备、设置于云端或移动设备上的设备定位软件，语音设备包括若干音响、若干语音面板以及一个电视，设备定位软件包括设备控制模块、定位控制模块、输入模块、任务触发模块，任务触发模块与定位控制模块连接，定位控制模块与设备控制模块连接，输入模块与定位控制模块连接，语音面板、音响以及电视分别与设备控制模块通信连接，定位控制模块中包含有定位模型。本发明可用于快速、自动化建立智慧家庭场景下语音设备与物理信息的绑定关系，为智慧家庭下其他场景设计提供支撑。本发明用于房屋同一户型时，可以极大的提高安装效率，降低人工成本。

Description

一种智慧家庭场景下语音设备定位系统及自动定位方法

技术领域

本发明涉及智能家居技术领域，尤其涉及一种智慧家庭场景下语音设备定位系统及自动定位方法。

背景技术

智慧家庭是人们的一个美好向往，在这个美好愿景中，家庭中的设备以智能化的方式服务人们。近年来，人工智能技术，特别是深度学习取得了长足的发展，使智慧家庭这个美好愿景向前迈进了一大步。

语音是一种方便快捷的交互方式。深度学习等人工智能技术的发展使得语音作为智慧家庭主要交互手段成为可能。在智慧家庭场景下，可以安装多个语音面板和音响，方便人们在家庭环境中，随时随地的与设备进行交互，感受科技给人们生活带来的方便快捷。

为了提供符合场景的服务，众多的语音面板和音响在交互的时候需要清楚它们自身所处的位置信息。这些位置信息需要在安装这些设备的时候，安装师傅确定这些设备的位置，建立语音设备唯一标识与物理信息的绑定关系，比如：具有哪个唯一标识的设备位于主卧。

目前人们在房屋装修时越来越多的考虑智慧家装，此时就需要在家中安装众多的语音面板和音响以达到随时随地与设备进行语音交互。然而，在家庭中安装多个语音板面和音响会造成以下两个问题：

1)如果不建立设备数字信息与物理信息的绑定关系，则各设备不知道自己相对其他设备之间的距离、设备自身所处位置，也不能感知用户的位置，会造成距离用户较远的音响同用户进行语音交互，从而造成用户体验的不佳。

2)为了解决上述第一个问题，安装师傅需要对语音设备唯一标识与物理信息的绑定关系进行确定，然而对于同一户型的房子各设备的安装位置固定，此时安装师傅一一确定就会重复劳动导致耗费大量的人力。

发明内容

本发明提供了一种智慧家庭场景下语音设备定位系统及自动定位方法，以解决上述技术问题。

本发明采用的技术方案是：提供一种智慧家庭场景下语音设备定位系统，包括语音设备、设置于云端或移动设备上的设备定位软件，所述语音设备包括若干音响、若干语音面板以及一个物理位置已知的电视，所述设备定位软件包括设备控制模块、定位控制模块、输入模块、任务触发模块，所述任务触发模块与所述定位控制模块连接，所述定位控制模块与所述设备控制模块连接，所述输入模块与所述定位控制模块连接，所述语音面板、音响以及电视分别与所述设备控制模块通信连接，所述定位控制模块中包含有定位模型。

作为智慧家庭场景下语音设备定位系统的一种优选方式，

所述任务触发模块用于对语音设备进行唯一标识排序，以及对电视和音响下指令，所述指令包括唯一标识信息、唤醒词、播放的音量；

所述设备控制模块用于控制音响播放，同时设备控制模块还收集语音面板的唤醒信息，所述唤醒信息包含语音面板的唯一标识、各音响的声音相对于语音面板的角度、各音响的声音能量大小；

输入模块用于输入由人工确定的各语音面板的物理位置、各音响的物理位置；

所述定位控制模块建立语音面板唯一标识、音响唯一标识、语音面板唤醒信息之间的第一对应关系，以及语音面板物理位置标识、音响物理位置标识、语音面板唤醒信息之间的第二对应关系；

设备定位软件用于在不同时间段进行数据采集，得到多个第一对应关系，根据多个第一对应关系转化为多个第二对应关系，根据第二对应关系训练定位模型得到语音面板唤醒信息所对应的语音设备的物理位置。

作为智慧家庭场景下语音设备定位系统的一种优选方式，所述第一对应关系通过第一二维表的形式体现，所述第一二维表以语音面板唯一标识为横轴、音响唯一标识为纵轴，语音面板唤醒信息为内容；

所述第二对应关系通过第二二维表的形式体现，所述第二二维表以语音面板物理位置为横轴、音响物理位置为纵轴，语音面板唤醒信息为内容。

本发明还提供一种智慧家庭场景下语音设备自动定位方法，包括以下步骤：

S1:将房屋中的一个电视以及若干音响和语音面板进行唯一标识排序，电视具有一个音响和一个语音面板；

S2:控制所有音响依次以相同音量播放唤醒词；

S3:收集所有语音面板接收的唤醒信息，所述唤醒信息包含语音面板的唯一标识、各音响的声音相对于语音面板的角度、各音响的声音能量大小；

S4：建立语音面板唯一标识、音响唯一标识、语音面板唤醒信息之间的第一对应关系；

S5：人工记录音响的唯一标识与对应物理位置的信息，人工记录语音面板唯一标识与对应物理位置的信息；

S6：在不同时间段重复S2-S4多次得到多个第一对应关系；

S7：根据人工记录的信息，将多个第一对应关系转换为语音面板物理位置标识、音响物理位置标识、语音面板唤醒信息之间的第二对应关系；

S8：根据多个第二对应关系训练定位模型；

S9：对于同一户型的其他房屋，根据定位模型确定所有语音面板和音响的物理位置。

作为智慧家庭场景下语音设备自动定位方法的一种优选方式，所述第一对应关系为第一二维表，所述第一二维表以语音面板唯一标识为横轴、音响唯一标识为纵轴、语音面板唤醒信息为内容；

所述第二对应关系为第二二维表，所述第二二维表以语音面板物理位置为横轴、音响物理位置为纵轴，语音面板唤醒信息为内容。

作为智慧家庭场景下语音设备自动定位方法的一种优选方式，所述人工记录音响的唯一标识与对应物理位置的信息的方法包括：依次控制所有音响播放，并由人工记录音响的唯一标识与对应物理位置的信息；

所述人工记录语音面板唯一标识与对应物理位置的信息的方法包括：人工对着每一个语音面板说唤醒词，所有语音面板中声音能量最大的判断为当前唤醒的语音面板。

作为智慧家庭场景下语音设备自动定位方法的一种优选方式，所述根据多个第二对应关系训练定位模型的方法包括：

将电视作为音响，利用位置已知的电视确定位置未知的语音面板，再根据已知位置语音面板确定未知位置音响，直至确定所有语音面板和音响的物理位置；或者，

将电视作为语音面板，利用位置已知的电视确定位置未知的音响，再根据已知位置音响确定未知位置语音面板，直至确定所有语音面板和音响的物理位置。

作为智慧家庭场景下语音设备自动定位方法的一种优选方式，所述S9包括：

S91:将同一户型的另一房屋中所有音响和语音面板进行唯一标识排序；

S92:控制所有音响依次以相同音量播放唤醒词；

S93:收集所有语音面板接收的唤醒信息，所述唤醒信息包含语音面板的唯一标识、各音响的声音相对于语音面板的角度、各音响的声音能量大小；

S94：建立语音面板唯一标识、音响唯一标识、语音面板唤醒信息之间的第三对应关系；

S95：根据定位模型确定所有语音面板和音响的物理位置。

本发明的有益效果是：本发明可用于快速、自动化建立智慧家庭场景下各语音设备与物理信息的绑定关系，为智慧家庭下其他场景设计提供支撑。本发明用于房屋同一户型时，可以极大的提高安装效率，降低人工成本。

附图说明

图1为本发明公开的智慧家庭场景下语音设备定位系统结构示意图。

图2为本发明公开的智慧家庭场景下语音设备定位方法流程示意图。

附图标记：1、音响；2、语音面板；3、电视；4、设备控制模块；5、定位控制模块；6、任务触发模块；7、输入模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

参见图1，一种智慧家庭场景下语音设备定位系统，包括语音设备、设置于云端或移动设备上的设备定位软件，语音设备包括若干音响1、若干语音面板2以及一个物理位置已知的电视3，设备定位软件包括设备控制模块4、定位控制模块5、任务触发模块6，任务触发模块6与定位控制模块5连接，定位控制模块5与设备控制模块4连接，语音面板2、音响1以及电视3分别与设备控制模块4通信连接，定位控制模块5中包含有定位模型。

具体的，该音响可以为普通蓝牙音响，仅用于语音播放。语音面板为现有技术，仅进行语音的接收，由于有多个音响，若每个音响均与用户进行交互，则会造成混乱，若离用户较远的音响与用户交互，则会造成没有以用户为中心，本申请的语音面板接收到语音命令后，指定离客户最近的音响与用户交互，从而给用户一种以用户为中心的体验感。电视3既可以作为音响(具有语音播放功能)，又可以作为语音面板(具有语音接收功能)，且电视在房屋中的安装位置是已知的。

具体的，任务触发模块6用于对语音设备进行唯一标识排序，以及对电视3和音响1下指令，所述指令包括唯一标识信息、唤醒词、播放的音量。音响的唯一标识信息可以是字符串、音响编号或MAC地址等，唤醒词用于唤醒语音面板。

设备控制模块4用于控制音响1播放，同时设备控制模块4还收集语音面板2的唤醒信息，唤醒信息包含语音面板的唯一标识、各音响的声音相对于语音面板2的角度、各音响1的声音能量大小。

示例性的，当一号音响播放唤醒词后，电视以及所有语音面板均受到一号音响的语音播放，语音面板记录此时一号音响播放唤醒词，各语音面板由于安装位置不同，因此收到的一号音响的声音角度、声音能量大小均不同，比如一号音响相对于一号语音面板大致为12点方向，音量大小为80db，一号音响相对于二号语音面板大致为3点方向，音量大小为50db。此时二号音响以相同音量播放唤醒词，其余所有语音面板和电视接收来自二号音响的声音角度和能量大小，直至所有音响播放完毕，此时得到一个语音面板唯一标识、音响唯一标识、语音面板唤醒信息之间的对应关系。

输入模块用于输入由人工确定的各语音面板的物理位置、各音响的物理位置。

具体的，人工对所有语音面板和音响进行初次定位，即人工判断每个语音面板和音响的物理安装位置，然后将物理位置信息输入设备定位软件中，此时系统就知道了哪一个语音面板离哪一个音响近，从而用户在唤醒语音面板时，收到声音能量最大的语音面板确定为离用户最近的语音面板，此时系统就指定离该语音面板最近的音响通用户进行交互，交互内容由控制中心调用设备控制模块完成。

定位控制模块5建立语音面板唯一标识、音响唯一标识、语音面板唤醒信息之间的第一对应关系，以及语音面板物理位置标识、音响物理位置标识、语音面板唤醒信息之间的第二对应关系。

具体的，第一对应关系可通过第一二维表的形式体现，所述第一二维表以语音面板唯一标识为横轴、音响唯一标识为纵轴，语音面板唤醒信息为内容。根据人工记录的信息，得到语音面板位物理置标识、音响物理位置标识、语音面板唤醒信息之间的第二对应关系。第二对应关系可通过第二二维表的形式体现，所述第二二维表以语音面板物理位置为横轴、音响物理位置为纵轴，语音面板唤醒信息为内容。

设备定位软件用于在不同时间段进行数据采集，得到多个第一二维表。根据多个第二对应关系训练定位模型可以得到语音面板唤醒信息所对应的语音设备的物理位置。

具体的，定位模型的定位算法为现有技术，通过随机森林人工智能分类算法进行位置确定，该算法可根据上述二维表信息确定各语音面板和音响的大致位置，但并不准确，此时人工完成第一次位置确定后，该系统经过训练后可以完成在同一户型的其他房屋自动定位。

实施例2

参见图2，本实施例公开一种智慧家庭场景下语音设备自动定位方法，本实施例以相同户型的样板间和精装房为例进行阐述，具体方法包括以下步骤：

S1:将房屋中的一个电视以及所有音响和语音面板进行唯一标识排序，所述电视具有一个音响和一个语音面板。

示例性的，在样板间的主卧卧室床头柜处安装了一号语音面板(一号仅作为一个唯一标识的代号，实际中常以字符串或MAC地址作为唯一标识)和一号音响，入户玄关处安装了二号语音面板和二号音响，厨房安装了三号语音面板和三号音响。客厅还安装有电视，在同一户型的房屋中，电视的物理位置是可以肯定的，该电视为具有一个音响(进行语音播放)和一个语音面板(进行语音收集)，示例性的，电视的音响为四号音响，电视的语音面板为四号语音面板。此外次卧、书房等地均可以安装语音面板和音响。应当注意的是，虽然我们知道主卧卧室床头柜处安装了一个语音面板和一个音响，但在网络中有若干音响和语音面板，我们并不能直接知道一号语音面板和一号音响对应的就是主卧卧室床头柜，在网络中我们只有电视的四号音响和四号语音面板对应的物理位置是客厅。实际应用中，语音面板和音响并不是一一对应安装，而是可以一个音响附近安装多个语音面板或反之。具体可以通过任务触发模块对所有音响和语音面板进行唯一标识排序。

S2:控制所有音响依次以相同音量播放唤醒词。

具体的，通过设备控制模块完成依次播放音响的任务。

S3:收集所有语音面板接收的唤醒信息，所述唤醒信息包含语音面板的唯一标识、各音响的声音相对于语音面板的角度、各音响的声音能量大小。

具体的，通过设备控制模块收集语音面板接收的唤醒信息。

S4：建立语音面板唯一标识、音响唯一标识、语音面板唤醒信息之间的第一对应关系。

具体的，设备控制模块建立第一对应关系。所述第一对应关系为可以为第一二维表，第一二维表以语音面板唯一标识为横轴、音响唯一标识为纵轴、语音面板唤醒信息为内容。第一二维表如下表所示：

S5：人工记录音响的唯一标识与对应物理位置的信息，人工记录语音面板唯一标识与对应物理位置的信息。

具体的，依次控制所有音响播放，并由人工记录音响的唯一标识与对应物理位置的信息；比如通过任务触发模块触发一号音响播放，此时发现一号音响在主卧床头柜处，则建立了一号音响与主卧床头柜之间的绑定关系。人工对着每一个语音面板说唤醒词，所有语音面板中声音能量最大的判断为当前唤醒的语音面板。

S6：在不同时间段重复S2-S4多次得到多个第一对应关系。

为了得到更多的训练数据，以及尽量排除周围环境噪声的影响，在不同时间段重复S2-S4。

S7：根据人工记录的信息，将多个第一对应关系转换为语音面板物理位置标识、音响物理位置标识、语音面板唤醒信息之间的第二对应关系。

第二对应关系为第二二维表，所述第二二维表以语音面板物理位置标识为横轴、音响物理位置标识为纵轴、语音面板唤醒信息为内容。第二二维表如下表所示：

此时知道了一号音响和一号语音面板位于主卧床头柜处等信息。

S8：根据多个第二对应关系训练定位模型。

训练定位模型的方法包括：

电视物理位置已知；由于电视既可以是音响又可以是语音面，因此可以具有两种不同的方案。

第一种方案，将电视作为音响，利用位置已知的电视确定位置未知的语音面板，利用人工智能的分类算法，比如随机森林，将语音面板唤醒信息作为输入，需要定位的语音面板位置作为输出，训练模型，训练出来的模型，只使用模型能够精确分类的位置作为此模型能够定位的结果。然后，利用已定位的语音面板来定位未知位置的音响，同样利用人工智能的分类算法，比如随机森林，将已定位语音面板的唤醒信息作为输入，需要定位的音响位置作为输出，训练模型。训练出来的模型，我们只使用模型能够精确分类的位置作为此模型能够定位的结果。

通过多轮方式逐步确定所有语音面板和音响的位置。

第二种方案，将电视作为语音面板，利用位置已知的电视确定位置未知的音响，再根据已知位置音响确定未知位置语音面板，多轮循环后直至确定所有语音面板和音响的物理位置。

S9：对于同一户型的其他房屋，根据定位模型确定所有语音面板和音响的物理位置。

具体的，S9包括：

S91:将同一户型的另一房屋中所有音响和语音面板进行唯一标识排序；

S92:控制所有音响依次以相同音量播放唤醒词；

S93:收集所有语音面板接收的唤醒信息，所述唤醒信息包含语音面板的唯一标识、各音响的声音相对于语音面板的角度、各音响的声音能量大小；

S94：建立语音面板唯一标识、音响唯一标识、语音面板唤醒信息之间的第三对应关系；

S95：根据定位模型确定所有语音面板和音响的物理位置。

通过已训练的定位模型，将第三对应关系中的语音面板唤醒信息作为，可以得到相应的物理位置信息输出。便可自动完成音响、语音面板的唯一标识与对应物理位置关系的绑定。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种智慧家庭场景下语音设备定位系统，其特征在于，包括语音设备、设置于云端或移动设备上的设备定位软件，所述语音设备包括若干音响、若干语音面板以及一个物理位置已知的电视，所述设备定位软件包括设备控制模块、定位控制模块、输入模块、任务触发模块，所述任务触发模块与所述定位控制模块连接，所述定位控制模块与所述设备控制模块连接，所述输入模块与所述定位控制模块连接，所述语音面板、音响以及电视分别与所述设备控制模块通信连接，所述定位控制模块中包含有定位模型；

所述任务触发模块用于对语音设备进行唯一标识排序，以及对电视和音响下指令，所述指令包括唯一标识信息、唤醒词、播放的音量；

所述设备控制模块用于控制音响播放，同时设备控制模块还收集语音面板的唤醒信息，所述唤醒信息包含语音面板的唯一标识、各音响的声音相对于语音面板的角度、各音响的声音能量大小；

输入模块用于输入由人工确定的各语音面板的物理位置、各音响的物理位置；

所述定位控制模块建立语音面板唯一标识、音响唯一标识、语音面板唤醒信息之间的第一对应关系，以及语音面板物理位置标识、音响物理位置标识、语音面板唤醒信息之间的第二对应关系；

设备定位软件用于在不同时间段进行数据采集，得到多个第一对应关系，根据多个第一对应关系转化为多个第二对应关系，根据第二对应关系训练定位模型得到语音面板唤醒信息所对应的语音设备的物理位置。

2.根据权利要求1所述的智慧家庭场景下语音设备定位系统，其特征在于，所述第一对应关系通过第一二维表的形式体现，所述第一二维表以语音面板唯一标识为横轴、音响唯一标识为纵轴，语音面板唤醒信息为内容；

所述第二对应关系通过第二二维表的形式体现，所述第二二维表以语音面板物理位置为横轴、音响物理位置为纵轴，语音面板唤醒信息为内容。

3.一种智慧家庭场景下语音设备自动定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:将房屋中的一个电视以及若干音响和语音面板进行唯一标识排序，所述电视具有一个音响和一个语音面板；

S2:控制所有音响依次以相同音量播放唤醒词；

S3:收集所有语音面板接收的唤醒信息，所述唤醒信息包含语音面板的唯一标识、各音响的声音相对于语音面板的角度、各音响的声音能量大小；

S4：建立语音面板唯一标识、音响唯一标识、语音面板唤醒信息之间的第一对应关系；

S5：人工记录音响的唯一标识与对应物理位置的信息，人工记录语音面板唯一标识与对应物理位置的信息；

S6：在不同时间段重复S2-S4多次得到多个第一对应关系；

S7：根据人工记录的信息，将多个第一对应关系转换为语音面板物理位置标识、音响物理位置标识、语音面板唤醒信息之间的第二对应关系；

S8：根据多个第二对应关系训练定位模型；

S9：对于同一户型的其他房屋，根据定位模型确定所有语音面板和音响的物理位置。

4.根据权利要求3所述的智慧家庭场景下语音设备自动定位方法，其特征在于，所述第一对应关系为第一二维表，所述第一二维表以语音面板唯一标识为横轴、音响唯一标识为纵轴、语音面板唤醒信息为内容；

所述第二对应关系为第二二维表，所述第二二维表以语音面板物理位置为横轴、音响物理位置为纵轴，语音面板唤醒信息为内容。

5.根据权利要求3所述的智慧家庭场景下语音设备自动定位方法，其特征在于，所述人工记录音响的唯一标识与对应物理位置的信息的方法包括：依次控制所有音响播放，并由人工记录音响的唯一标识与对应物理位置的信息；

所述人工记录语音面板唯一标识与对应物理位置的信息的方法包括：人工对着每一个语音面板说唤醒词，所有语音面板中声音能量最大的判断为当前唤醒的语音面板。

6.根据权利要求3所述的智慧家庭场景下语音设备自动定位方法，其特征在于，所述根据多个第二对应关系训练定位模型的方法包括：

将电视作为音响，利用位置已知的电视确定位置未知的语音面板，再根据已知位置语音面板确定未知位置音响，直至确定所有语音面板和音响的物理位置；

或者，

将电视作为语音面板，利用位置已知的电视确定位置未知的音响，再根据已知位置音响确定未知位置语音面板，直至确定所有语音面板和音响的物理位置。

7.根据权利要求3所述的智慧家庭场景下语音设备自动定位方法，其特征在于，所述S9包括：

S91:将同一户型的另一房屋中所有音响和语音面板进行唯一标识排序；

S92:控制所有音响依次以相同音量播放唤醒词；

S93:收集所有语音面板接收的唤醒信息，所述唤醒信息包含语音面板的唯一标识、各音响的声音相对于语音面板的角度、各音响的声音能量大小；

S94：建立语音面板唯一标识、音响唯一标识、语音面板唤醒信息之间的第三对应关系；

S95：根据定位模型确定所有语音面板和音响的物理位置。