CN1300017A - 带有音频中断系统的移动计算机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种免手的、使用者承载的计算机系统,它带有一个具有转换成电信号的免手启动的显示器。这些转换的电信号送至系统的包括显示器在内的各个部件,以减少整个计算机系统的功率。此计算机具有一个音频识别模块,用于将音频指令转换为降低功率的电指令以降低功率。

Description

带有音频中断系统的移动计算机

本发明涉及移动身体承载的计算机，特别地，涉及一种用于在身体携带的计算机内进行降温的系统。本申请是1998年9月25日提交的申请号为09/160849的申请的部分后续申请。

在美国专利US5,305,244(Newman等人Ⅰ)中，公开了一种新颖的身体携带的计算机，也就是语音启动的计算机，它完全由使用者承载，用于免手地检索和显示信息。该计算装置包括一个与处理器相互通信的语音识别模块，用于接收使用者发出的音频指令、将接收到的音频指令转换为电信号、识别所转换的电信号、并且将识别出的电信号传送给处理器进行处理，此语音识别模块是由使用者承载的。该计算装置还包括一个与处理器相互通信的显示器，用于接收处理器的信息并将接收到的信息显示给使用者，此显示器是由使用者承载的，据此，使用者可以免手的方式只通过音频指令就可操作该计算装置来显示信息。

US53,052,44公开的计算装置包括一个外壳，该外壳具有固定装置，用于可拆卸地将外壳固定于使用者以便由使用者承载。外壳还包括用于存储先前所输入的信息的存储装置和与该存储装置进行通信的处理器装置，处理器装置根据所存储的程序来接收、检索和处理信息以及使用者的指令。该计算装置还包括与处理器装置相互通信的音频传感器和转换器装置，用于接收使用者发出的音频指令、将接收到的音频指令转换为电信号、识别转换的电信号、并且将识别的电信号传送给处理器装置，此音频传感器和转换器装置也是由使用者承载的。该计算装置还包括与处理器装置相互通信的显示装置，用于接收处理器装置的信息，并将接收到的信息显示给使用者，此显示装置是由使用者承载，据此，使用者可以免手的方式只通过音频指令就可操作该计算装置来显示信息。

在1997年5月22日提交的未授权的美国专利申请08/861,598中，公开了一种与美国专利US5,305,244相类似的免手便携式计算机系统(Newman等人Ⅱ)；然而，所公开的是不同于语音启动装置的各种不同的启动装置。在Newman等人Ⅱ中所公开的发明涉及一种紧凑的、便携式的计算装置，它至少部分地完全由使用者承载，用于免手地检索和显示信息。该计算装置包括一个外壳，该外壳可以具有或可以不具有用于可拆卸地将外壳固定于使用者以便于使用者承载的固定装置。或者，外壳可位于较远的位置而不与使用者接触，并离开其它部件。外壳还包括用于存储先前所输入的信息的存储装置和与该存储装置相互通信的处理器装置，用于根据所存储的程序来接收、检索和处理信息以及使用者的指令。由于大型数据库ETM和IETM可由移动式自备计算装置进行访问，因此需要一个易于与包含数据库的存储装置相连接的装置。计算装置的外壳包括一个存取口，据此，包含数据的各种不同的存储装置可接入并建立通信。存储装置和计算装置之间的数据存取和传输可完全在该申请所描述的各种免手启动装置的控制下实现。存取口允许直接与存储装置电连接；但也可采用其它的有线和无线连接。计算装置还包括眼跟踪装置(eye tracking)、脑启动装置、与处理器装置相互通信的带有或不带音频传感器和转换器装置的传感器和转换器装置，用于接收使用者发出的指令、将接收到的指令转换为电信号、识别所转换的电信号、并且将所识别的电信号传送给处理器装置。传感器和转换器装置可以由或可以不由使用者承载。该计算装置还包括与处理器装置相互通信的显示装置，用于接收处理器装置的信息，并将接收到的信息显示给使用者，此显示装置是由使用者承载的，据此，使用者可以免手的方式只通过带有或不带音频指令的脑启动装置或眼跟踪装置就可操作该计算装置来显示信息。

除了前述的在Newman等人Ⅰ中所使用的语音启动装置外，本发明还考虑了上述另外两种启动装置，即，眼跟踪装置和脑启动装置(EEG)。本发明所使用的系统与Newman等人Ⅰ中所述的普通系统相同。

在第二个还未授权的美国专利申请09/092,261(Toyosato)中，公开了一种身体携带的移动计算机，它包括一个计算机外壳，该外壳具有适宜于靠近使用者身体的隔热表面，以及可使热量从外壳内部发散到大气中的导热的顶表面和侧表面。这是为了解决身体携带的移动计算机所唯一面临的问题；CPU产生的并且传导至外壳的热量对承载者来说是一个很大的问题。身体携带的计算机所面临的问题与台式或膝上计算机是完全不同的。为解决这种热量的问题，身体携带的计算机需具有高度隔热的部件或外壳，但这导致计算机体积变大和重量变重；这恰恰与所希望的身体携带的计算机应既小又轻是相矛盾的。Toyosato还使用了散热装置并选用适当材料以减小身体携带的计算机的发热问题。未授权专利申请SN08/861,598和09/092,261作为参考文件而包括在本文之中。其它处理计算机发热问题的参考文件是US5,559,675(Hsiek等人)、US5,287,292(Kenny等人)、US5,452,434(MacDonald)以及US4,980,836(Carter等人)。所有这些现有技术专利所公开的是对于使用鼠标或键盘的台式计算机的减小功率和发热的方法。如前所述，台式计算机所存在的问题及其解决的办法是与随身携带的计算机是不同的。其中一点是，本文所讨论的随身携带的计算机是免手操作的，而台式或膝上计算机则需要用手操作。上述的现有技术专利中没有一篇教导免手操作的计算机如何在不用手的情况下降低功率以减小热量和功率的。

美国专利US5,606,341(Aguilera)公开了一种带有CPU冷却装置的膝上计算机。在该膝上计算机中，CPU产生的热被动地以热传导方式传导至设置在LCD后面的散热器状元件，并将该热用于使LCD变暖。CPU由一个包含双相冷却剂的液体密封的外壳包围。与外壳中的一个出口可通流体地相联的第一管将热汽化冷却剂传送到散热器的入口。冷却剂流经多个形成于散热器状元件中的柱体，并在该过程中进行传热和冷凝。传送的热量扩散给LCD，在此过程中，LCD得以所需要地被变暖。冷凝的冷却剂从散热器状元件的一个出口经第二管传到外壳的入口。设置一个压力传感器来提供冷却剂压降信号，以便在令却剂泄漏时关闭CPU。

在Aguilera的专利中，热发散冷却剂沉积或设置在LCD的后表面附近。CPU由冷却剂包容腔所包围，据此，CPU产生的热由导体传给冷却剂。Aguilera采用一种散热器式系统来保持温度于一个可工作水平，并控制CPU所产生的热。显然，散热器的重量和采用化学冷却剂使得Aguilera的系统对于身体携带的计算机来说并不理想。

在膝上或移动环境中，电池的寿命对于使用者是一个较重要的因素。可以多种方式来实现电能的配置，但最通常的是通过系统的明显的(手动或有形的)变化或者隐含的(通过改变BIOS或操作系统设置)变化或者两者的结合来实现。在通过明显动作来使膝上计算机减低功率消耗的情况下，当使用者关闭膝上计算机的盖或屏幕时，系统就将此理解为是使用者暂时完成工作而不使用膝上计算机来进行其它任何工作的一个暗示。当此情况发生时，不需要使用者进行其它任何干预，系统就使膝上计算机处于功率下降或睡眠状态。当计算机处于此状态时，膝上计算机就减少电耗或完全将所有的非关键部件中的电耗消除。这些部件包括显示器、软盘、CD-ROM、硬盘驱动器等。为方便起见，膝上计算机制造商设置了一个简单的按钮，使用者可敲击该按钮就立刻使计算机处于睡眠或静止模式。为了“唤醒”或重新启动处于睡眠或静止模式的计算机，使用者所需做的就是移动鼠标或键入键盘上的一个按键。另外一种降低电池消耗或使膝上计算机处于睡眠或静止模式的方式是对操作软件“编程”以监视计算机的使用，并在某些情况出现时使计算机处于睡眠或静止模式。这些情况有：计算机不动作达一定量的时间(可由使用者设置)，一定(可编程的)持续时间的不动作就使硬盘功率下降，视频显示器不动作达一定的持续时间就会出现黑光并且视频显示器进入空状态，等等。这些情况由操作系统引起，但在外围设备功率下降的情况下允许使用者进行编程。再者，为重新启动某一外围设备，使用者所需做的就是使计算机要求该外围设备工作(例如，发出请求访问硬盘驱动器的任务会使硬盘驱动器自身重新启动)。

在上述所有的情况中，使用者需要做出明显的手操作动作，以便使系统成为完全可操作的。这通常通过键入一个按键或移动鼠标来实现。现有技术中并没有建议可用于免手的由身体携带的计算机的电源控制系统。

因此，本发明的一个目的就是提供一种实用的热量和功率控制系统，用于可克服上述缺陷的身体携带的计算机的。

本发明的第二个目的是提供一种用于使身体携带的计算机功率下降的免手的方法。

本发明的第三个目的是提供一种具有延长的电源寿命和减少的热量产生的身体携带的计算机。

本发明的第四个目的是提供一种用于减少免手的身体携带的计算机CPU所产生的热量的方法。

本发明的第五个目的是提供一种用于控制身体携带的计算机所产生的热量和电耗的简单、实用和有效的方法。

本发明的第六个目的是提供一种音频装置，用于控制免手的身体携带的计算机所产生的热量和电耗，并减少与使用者身体接触中产生的热量。

本发明的这些和其它目的一般来说可通过一个语音识别模块来实现，该模块可控制身体携带的计算机所产生的热量和电耗。

本算机还包括与系统单元相互通信的音频传感器和转换器装置，用于接收使用者的音频指令、将接收到的音频指令转换为电信号、并且将所识别的电信号传送给系统单元中的处理器。在本实施例中，音频传感器和转换器装置包括一个话筒，用于接收操作者的口头指令。本实施例中的话筒通过一个电缆与系统单元电连接，尽管本领域的普通技术人员可认识到，可使用任何的语音输入或传感装置，并且语音输入或传感装置大致位于例如接近使用者的嘴部或喉部这样的位置处，但最好是耳戴式话筒。美国专利US5,305,244和US SN08/861,598详细地公开了本发明所采用的计算机系统，这两篇专利文件作为参考文件而包括在本文之中。

US5,305,244、US5,844,824和本发明所描述的计算装置包括一个计算机外壳，该外壳具有固定装置，用于将外壳可拆卸地固定于使用者，以便由使用者承载。外壳还包括用于存储先前所输入的信息的存储装置和与该存储装置进行通信的处理器装置，用于根据所存储的程序来接收、检索和处理信息以及使用者的指令。该计算装置还包括与处理器装置相互通信的音频传感器和转换器装置，用于接收使用者发出的音频指令、将接收到的音频指令转换为电信号、识别转换的电信号、并且将识别的电信号传送给处理器装置，音频传感器和转换器装置也是由使用者承载的。该计算装置还包括与处理器装置相互通信的显示装置，用于接收处理器装置的信息，并将接收到的信息显示给使用者，此显示装置是由使用者承载，据此，使用者可以免手的方式只通过音频指令就可操作该计算装置来显示信息。本发明的显示装置可以包括任何熟知的显示器，例如US5,305,244和US5,844,824所公开的显示器。

在本发明中，采用重量较轻的显示器，包括头戴式显示器、平板显示器、腕戴式显示器、位于前述外壳上的显示器、躯干携带显示器、颈部悬挂显示器、翻领佩戴的显示器、肩部承载显示器或其它的显示器或其组合。而且，可以采用连接在围绕使用者身体的牵绳的任何的显示器。每个显示器可与处理器装置无线连接或硬线连接。

例如，应用程序可与独立(或相关)语音识别模块相互作用，以使语音识别模块可根据整个经过训练的词汇模型的子集识别出口头语音。该词汇子集可以包括例如与使CPU功率下降的操作系统指令相对应的语音识别模块的词语。热量/电耗由词汇子集中的关键词控制。相反，相关语音识别模块不与应用程序结合在一起。用于语音识别、特别是独立语音识别的系统和方法在美国专利US5,025,471、US4,969,193和US4,672,667中进行了描述，这里作为参考文件而包括在本文之中。

当身体携带的计算机不操作时，计算机应当使功率下降以保存电池的有限电能。由于计算机是免手的，于是就没有鼠标或键盘来使功率下降。而且，已知的身体携带的计算机不具有任何可节约电池电能和降低传到使用者身体上的热量的实用装置。对于身体携带的计算机来说极为重要的是，A．由于电池提供的有限电能，因此需节约能量；和B．由于计算机要持续地与使用者的身体接触，因此需降低计算机所产生的热量。

计算机系统包括CPU(中央处理器)、芯片组(用于控制系统的IC)、音频处理IC、视频输出控制IC，等等。这里，音频处理IC如此进行处理，使得以数字模式构成和处理的音频数据转换为模拟格式，并从转换数据生成人耳能听到的声音。而且，音频处理将外部产生的模拟声音转换为数字信号并如此进行处理，使得它成为CPU可处理的状态。

芯片组可判断CPU和功能IC，例如：音频处理IC和视频输出控制IC，同时，从降低电能消耗和控制CPU温度升高的观点看，它控制CPU的操作速度。

为降低电能消耗，当没有例如键盘和鼠标这样的外部输入装置的输入时，CPU的运行速度降低，功率消耗更小。当有任何的外部输入装置的输入时，CPU的运行速度增加，处理加快。

为了控制CPU的温度升高，当CPU和其周围环境温度升高时，CPU的运行速度降低，以控制CPU所产生的热。

通常，由于不认为音频输入是如同键盘或鼠标的外部输入装置，因此，对控制CPU的运行速度是有效果的。也就是，当音频由外部输入而且CPU要对它进行处理时，CPU的运行速度是很低的。因而，当不能足够有效地进行处理时，CPU的运行速度就不能提高。

于是，除了用于音频输入的通道外，需设置用于检测音频输入存在的电路。然后，通过对芯片组电路的输出进行处理并以处理过的数据来控制CPU的运行速度，CPU就可平稳地处理音频数据了。

首先，比较器作出模拟音频输入是否大于一个预定电平的判断。这里，预定电平是由电路元件例如电阻确定的。判断的结果作为中断信号传送给芯片组。然后，作为触发器的中断信号中的变化点使CPU运行速度改变。

由于比较器没有输出时就无需处理音频数据，因此，通过外部输入装置和CPU温度就可控制CPU的运行速度。另一方面，当比较器有输出时，在不考虑其它因素的情况下，CPU的运行速度达到最大。而且，如果CPU是多项任务并行处理的，可最优先地进行音频数据的处理。

图1是根据本实施例的计算机的基本结构特征的示意框图。计算机102包括一个总线102，它最好具有至少16位的数据宽度。根据本实施例，总线102包含在系统单元106中。计算机还包括一个处理器装置，例如中央处理器(CPU)104，它与总线102相连接，并且最好也包含在系统单元中。CPU104最好是80286或80386SX的Intel微处理器。可以明白，对于本领域的普通技术人员来说，尽管80286或80386SX微处理器是优选的，但也可采用无论是现在或是将来可用的其它中央处理器或微处理器。

计算机还包括一个存储器106，例如，它是具有1兆-20兆字节的随机存取存储器(RAM)；但任何其它容量的RAM也是适用的。存储器106存储有计算机运行的应用程序108，它与总线102相连接，并且最好包含在系统单元中。根据操作者的指令，应用程序108从磁存储装置119(下面进行说明)装入到存储器106中。

计算机还包括一个输入/输出接口110，它可控制CPU104和与CPU104相互通信的但不直接与总线102相连接的其它部件(这里称为外围设备)之间的所有的数据传输。输入/输出接口110最好包括一个视频接口、一个用于至少两个RS-232兼容串行口的控制器、一个用于中央兼容(centronics-compatible)并行口的控制器、键盘和鼠标控制器、一个软盘控制器和一个硬盘驱动器接口。然而，可以明白，对于本领域的普通技术人员来说，输入/输出接口110可包括与其它类型的外围设备一起使用的附加的和/或不同的接口和控制器。输入/输出接口110与总线102相连接，并且最好位于系统单元中。

再参见图1，计算机还包括各种外围设备，例如磁存储装置119这样的存储装置、例如仪器包这样的测量装置、话筒和语音识别模块122，它们都通过输入/输出连接器118与系统单元(特别地，与控制外围设备和CPU104之间数据传输的输入/输出接口110)相连接。语音识别模块122包括可识别使功率下降的语音指令的装置。

语音识别模块122最好包含在系统单元中，并与话筒(最好是处于系统单元之外的耳戴式话筒)相连接。或者，语音识别模块122处于系统单元之外，并且例如可与话筒结合为一个单元。或者，语音识别模块122的模数转换部件处于系统单元之外，而语音识别模块122的其余部件则处于系统单元之内，外部模数转换器最好通过一个串行通信流与系统单元进行通信。话筒接收操作者发出的音频输入信号(也称为语言信号)，将音频输入信号转换成电信号，并且将电信号数字化。语音识别模块122识别出语言信号(它是数字电信号的形式)，并将识别出语言信号传送给CPU104，从而根据应用程序108进行处理。这样，在需要时，功率下降语音指令可减少电耗和发热。因而，正如传统的键盘激励器将操作者敲击传统的键盘所产生的电信号解释为字母和单词一样，语音识别模块122将操作者在话筒附近或传入话筒的发声所产生的数字电信号解释(或识别)为字母和单词。因此，如同键盘和指点器这样传统的输入装置，语音识别模块122与话筒一起构成了一种用于操作者影响和控制计算机运行的装置。

语音识别模块122最好根据公知的相关语音识别算法而工作，并以本领域所公知的一种硬件的形式实现。根据一个优选的实施例，语音识别模块522是可以从Voice Connection of Irving,California得到的相关语音识别电路卡。然而，可以明白，对于本领域的普通技术人员来说，也可采用其它任何的与系统单元106的尺寸相匹配的尺寸的相关语音识别电路卡。

或者，语音识别模块122根据公知的独立语音识别算法而工作，独立语音识别算法是对相关语音识别算法的改进。特别是，独立语音识别模块可识别多个发声者的声音，并且包括“良好的聆听者”，即一种用于实时修正训练词汇模块的记忆装置。相反，相关语音识别模块仅仅能识别单一发声者的声音。

这里已对本发明的优选的和最佳的实施例进行了描述，并且结合附图解释了本发明的基本原理，然而，可以理解，在不脱离本发明的精神实质和范围的情况下，可以作出多种的改进和衍生。

Claims (19)

1．一种身体携带的移动计算机和系统，包括一个外壳、电源装置、存储装置、处理器装置、音频传感器和转换器装置以及一个显示装置，所述处理器装置包含一个识别装置，所述外壳具有用于固定于使用者身体上的装置，与所述处理器装置相互通信的所述音频传感器和转换器装置用于接收使用者发出的音频指令，所述音频传感器和转换器具有用于将音频指令转换为电信号以减少系统功率并使所述计算机功率下降的装置，并具有将所述电信号传送给所述处理器和所述计算机的其它部件以执行所述音频功率下降指令的装置，所述显示装置选自如下的组：头戴式显示器、平板显示器、腕戴式显示器、颈部悬挂显示器、由连接使用者身体的牵绳承载的显示器，以及它们的组合。

2．根据权利要求1所述的计算机，其特征在于，所述处理器装置与所述存储装置相互通信，用于根据一个存储的程序来接收、检索和处理信息和使用者指令。

3．根据权利要求1所述的计算机，其特征在于，所述外壳具有固定装置，用于使使用者免手地承载和携带所述外壳。

4．根据权利要求1所述的计算机，其特征在于，所述存储装置具有用于存储先前输入的信息的装置，包括一个电子技术手册和一个由多个单词构成的预编程的词汇模型，包括减少向所述处理器装置供应电能的预编程指令。

5．根据权利要求1所述的计算机，其特征在于，所述计算机显示装置与所述处理器装置相互通信，用于接收来自处理器装置的输出信息，并用于显示由使用者指令所实现的任何的功率减少。

6．根据权利要求1所述的计算机，其特征在于，所述识别装置包含在一个预编程词汇模型中的多个单词和短语，包括逐渐向所述处理器装置减少电能的预编程词汇，并根据所述预编程词汇与所转换的电信号相匹配来识别指令。

7．根据权利要求1所述的计算机，其特征在于，所述电源装置向所述计算机提供电能，并且其特征在于，所述电源装置输出的电能由音频指令进行控制。

8．根据权利要求1所述的计算机，其特征在于，它具有可使所述使用者通过语音指令来控制所产生的热量和供应给所述处理器和所述显示装置的电能的装置。

9．一种由身体携带的、可免手启动的移动计算机，包括一个计算机外壳、电源装置、显示装置、存储装置、处理器装置、音频传感器和转换器装置以及识别装置，所述外壳具有用于固定于使用者身体上的装置，并且其内包含除所述显示装置以外的所述计算机的所有部件，所述处理器与所述音频传感器和转换器装置相互通信，其特征在于，所述处理器具有接收音频指令并将所述音频指令转换为电信号以减少输至所述计算机的电能的装置，所述音频传感器具有将所述转换的音频指令传送给所述处理器和所述计算机的其它元件的装置，所述显示装置选自如下的组：头戴式显示器、平板显示器、腕戴式显示器、颈部悬挂显示器、由连接使用者身体的牵绳承载的显示器，以及它们的组合。

10．根据权利要求9所述的计算机，其特征在于，所述处理器装置与所述存储装置相互通信，用于根据一个存储的程序来接收、检索和处理信息和使用者指令。

11．根据权利要求9所述的计算机，其特征在于，所述外壳具有固定装置，用于使使用者免手地承载和携带所述外壳。

12．根据权利要求9所述的计算机，其特征在于，所述存储装置具有用于存储先前输入的信息的装置，包括一个电子技术手册和一个由多个单词构成的预编程的词汇模型，包括减少向所述处理器装置供应电能的预编程指令。

13．根据权利要求9所述的计算机，其特征在于，所述计算机显示装置与所述处理器装置相互通信，用于接收来自处理器装置的输出信息，并用于显示由使用者指令所实现的任何的功率减少。

14．根据权利要求9所述的计算机，其特征在于，所述识别装置包含在一个预编程词汇模型中的多个单词和短语，包括逐渐向所述处理器装置减少电能的预编程词汇，并根据所述预编程词汇与所转换的电信号相匹配来识别指令。

15．根据权利要求9所述的计算机，其特征在于，所述电源装置向所述计算机提供电能，并且其特征在于，所述电源装置输出的电能由音频指令进行控制。

16．根据权利要求9所述的计算机，其特征在于，它具有可使所述使用者通过语音指令来控制所产生的热量和供应给所述处理器和所述显示装置的电能的装置。

17．根据权利要求9所述的计算机，其特征在于，所述显示器是颈部悬挂的显示器。

18．根据权利要求9所述的计算机，其特征在于，所述显示器是平板显示器。

19．根据权利要求9所述的计算机，其特征在于，所述显示器是由连接使用者身体的牵绳承载的显示器。