CN1300662C - 作为计算机外设的声控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及计算机技术领域，是一种语音信息查询系统用于语音交互的电子装置，特别涉及原有触摸屏类信息查询产品的改造和产品升级。该装置主要包括语音识别工具软件、麦克风、语音信号的滤波与放大电路和增益控制电路、加解密电路及驱动程序、加解密电路与计算机接口电路，及配套的软件开发包。本发明装置充分利用PC的强大资源，语音功能自然而丰富，交互性强，结构简单，轻便，直接连接在计算机的USB口上，通过与通用的多媒体软件开发工具的结合，即可实现用说话的方式进行语音浏览、查询、控制功能。可以很好改善原有触摸屏系统查询效率低，而且需要接触的使用方式，灵活性更强。同时，也是实现pc语音控制功能的统一外部设备。
Description
技术领域
本发明是涉及语音信息查询系统用于语音交互的电子装置，特别涉及原有信息查询产品(触摸屏)的改造和产品升级。同时，也可作为外部设备安装在个人电脑上，实现语音控制功能，增强计算机的可操作性。
背景技术
作为专用交互平台的信息查询系统主要通过使用者利用手指点击触摸屏幕上的特定信息区域，达到信息查询的目的。主要由计算机主机、显示屏、触摸屏、USB接口声音处理及加密板、音频功率放大器、机柜、音箱、电源等部分组成。
原有触摸屏信息查询系统目前主要存在如下问题：
(1)使用中，对使用者手指的点击动作具有感知和定位能力的触摸屏，在使用中需粘贴在用于显示信息的显示屏上，在触摸屏和显示屏两个部分调试到坐标统一的前提下，实现将手指移动/点击转换成类似于鼠标移动/点击的功能，达到对显示信息进行触摸选择的使用目的。但由于触摸屏本身的构造和材料限制，经常会出现定位的漂移，因而造成显示区域和原有的对应触摸区域的偏差，甚至是不匹配，给正常的使用带来很大的麻烦。为了弥补上述不足，必须将显示和对应的触摸点击区域尽可能做的大一些，以此增加点击的有效性，但显而易见的是降低了每个页面可选信息的数量；而且，还需要定期校正定位。
(2)在使用中，经常触摸区域由于受手指附着物的污染和自然老化等非主观原因，需要定期维护，这也无疑大量增加了用户的维护工作量。
(3)原有的触摸使用方式不够卫生。触摸屏(包括键盘)很可能成为某些疾病的传播者。另外，大部分的消毒液会氧化、分解触摸屏的表面，因此也不允许频繁的进行擦拭，客观上造成使用者的抵触心理。而使用者与具有语音识别功能的查询系统进行交互时，无需接触，而且总存在20-60cm的使用距离，此外，麦克风隔罩的更换和消毒极为简单方便。因而，更加卫生、可靠。
综上所述，信息查询效率不高，必然造成使用复杂程度的增加，在加上卫生等方面的考虑，容易让使用者产生抵触心理。而原有产品对维护工作的要求较高，也增加了维护成本。这些不利因素，在一定程度上阻碍了原有触摸屏系统的发展和推广。
另一方面，作为一个计算机外设的通用产品(USB接口声音处理及加密板可以作为通用USB声卡)，本装置可以改善原有的人机交互模式，增加语音控制功能。使用户在操作计算机时，具有的语音控制的选择。特别是不方便使用键盘和用户的双手被占用的情况下，更能突出这一个选择的必要性。
发明内容
借助语音识别功能特有的优势，不仅可以弥补上述不足，更可以有效地改善传统产品的生硬的人机交互方式，实现类似于对话的自然交流。增加使用的亲切感。
本发明装置的设计目的是(一)提供一种基于原有信息查询产品的具有语音交互功能和使用者检测能力的、小型、灵活、低成本的，语音信息浏览、查询、控制应用的专用装置。(二)作为一个通用的计算机外部设备，为原有系统增加一个可控的语音通道，实现但不限于语音控制功能。
为实现上述目的，本发明装置包括：
(1)语音识别及合成软件，
(2)麦克风，
(3)语音信号的滤波与放大电路和增益控制电路，
(4)驱动程序，
(5)配合电脑标准接口的加解密电路及配套的软件开发包
其(3)语音信号的滤波与放大电路和增益控制电路中，vcc3接于电阻R12，电阻R12、R13、R14串联，并接于电容C8；电阻R12、R13之间连接有电容器C19，电阻R13、R14之间连接有麦克脚1，电阻R14、电容C8之间连接有电容C7；电容C7另一端与麦克脚2、电位器C19另一端相连接到模拟地；电容C8另一端与R15相接，R15另一端与N2B的第6脚及R16一端相接，N2B的第5脚与USB接口内部放大反馈信号电连接，N2B的第7脚与R17一端相接后做为信号的最后输出端。
所述的装置，其(5)配合电脑标准接口的加解密电路及与计算机通过USB接口相连接，利用不同频率的组合信号和辅助命令信号，实现计算机与装置之间进行握手确认的保密方法。
所述的装置，其(5)加解密电路及与计算机接口电路中含有相应的频率检出电路、电平转换部分的三极管和限流电阻以及用于通道转换的模拟开关和继电器；其中，C23与C22一端相连另一端分别相接与G2两端，G2两端再接于U2的2，3脚；U2的第6脚分别与R35，R34相接；U2的第5脚接到R31再与RL1的第5脚相接，通过C31到地，U2的第8脚通过C30到地，U2的第1脚到地；VCC通过R60，R61串联分压连接到N2A的第3脚，N2A的第3脚接一滤波电容，计算机输出的模拟信号通过R53接到N2A的第2脚，N2A的第2脚通过R52与N2A的第1脚相接，N2A的第1脚连接到U2的第7脚；R34另一端接到RL1的第7脚，R35另一端接到V1的B极；RL1的第7脚与第8脚之间接一电容C21。
所述的装置，其交互模式上，不但可以逐步显示交互内容，而且，由于声控技术的融入，能在屏幕上提示更多的交互目录，以声控目录方式提示下一级交互的内容，做到触摸与声控的高效率兼容。
所述的装置，其既可附加到现有触摸屏查询系统，又可连接到个人电脑，实现语音浏览、查询、控制功能。
本发明装置的优点在于：
(1)提高信息交互效率，降低使用复杂度。大部分情况下，使用者可以通过屏幕提供多级查询的引导信息，利用声控功能进行选择。尽可能避免了原有触摸屏系统使用效率方面的问题。
(2)交互时无需用户触摸，从根本上解决了原有系统因为需要接触而带来的不够卫生等方面的局限性。
(3)解决了那些不方便使用键盘或双手被占用时的人机交互问题。
本发明充分利用计算机的丰富资源和强大的处理能力，语音交互功能自然，娱乐性强。结构简单，轻便，直接连接在计算机的USB口。配套使用的语音识别软件的识别率高，而且是非特定人，不需要使用者去训练，对说话人限制极少，可以很好的进行人机交互。灵活性强，可以方便的通过编程调整、增加语音命令或功能。
本发明装置，可附加在原有信息查询系统上，增加语音识别功能，实现对信息的语音浏览或查询。从而满足市场对非接触式、人性化、高效率的人机交互目的使用需求。
附图说明
图1为作为计算机外设的声控装置的原理示意图；
图2为作为计算机外设的声控装置软件部分的功能示意图；
图3为作为计算机外设的声控装置的语音信号的滤波与放大电路原理图；
图4为作为计算机外设的声控装置的其他辅助电路原理图；
图5为作为计算机外设的声控装置的加解密电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，使用者的语音通过麦克风(2)采集后，经过语音信号的滤波与放大电路和增益控制电路(3)的处理后的信号送到计算机USB口，语音识别及合成软件(1)通过对声卡语音信号的检测和处理得到识别结果，信息查询软件根据识别结果的内容，将使用者需要的图像、文字、声音等多媒体信息通过显示屏和扬声器反馈给使用者，或通过语音识别及合成软件(1)将语音信息播放给使用者，完成交互功能和语音浏览/查询功能。
语音信号的滤波与放大电路和增益控制电路(3)的设计如图3所示，vcc3接于电阻R12，电阻R12、R13、R14串联，并接于电容C8；电阻R12、R13之间连接有电容C19，电阻R13、R14之间连接有麦克脚1，电阻R14、电容C8之间连接有电容C7；电容C7另一端与麦克脚2、电位器C19另一端相连接到模拟地；电容C8另一端与R15相接，R15另一端与N2B的第6脚及R16一端相接，R16是连接在N2B第6脚和第7脚之间的反馈电阻，N2B的第5脚与USB接口内部放大反馈信号电连接，N2B的第7脚输出是最后输出端。
包括信号的电容c1的滤波(隔直流)和运算放大器U3和U4的两级运算放大功能，放大电路中的反馈电阻的阻值可根据麦克风特性的不同进行调整。通过运算放大器U3和U4上附加的偏置电压，可使该部分工作于单电压供电方式，ZENER(1.5V)是标称值为1.5伏的稳压管，当采用驻极体麦克风时，该稳压电路提供麦克风的供电；当采用动圈式麦克风时，该部分可不使用。
如图2所示，在每次装置与计算机进行信号交互时通过加解密电路(5)及驱动程序(4)进行相互确认，如未通过确认，则系统不能正常工作，从而实现加密保护功能。上述的保密保护机制我们称为“握手”，
“握手”的具体实现方法是，“握手”协议中定义了一组能通过软件产生的不同频率的正旋波信号，分别表示“讲者”、“听者”、“发送”、“接受”、“数据类型”等，需要“握手”的双方，根据上述协议的约定，利用该设备的模拟通道和USB口的数据通道上信号的组合，完成相互身份合法性的确认。如图4、图5所示，为计算机外设的声控装置的电路原理图，其中，C23与C22一端相连另一端分别相接与G2两端，G2两端再接于U2的2，3脚；U2的第6脚分别与R35，R34相接；U2的第5脚接到R31再与RL1的第5脚相接，通过C31到地，U2的第8脚通过C30到地，U2的第1脚到地；VCC通过R60，R61串联分压连接到N2A的第3脚，N2A的第3脚接一滤波电容，计算机输出的模拟信号通过R53接到N2A的第2脚，N2A的第2脚通过R52与N2A的第1脚相接，N2A的第1脚连接到U2的第7脚；R34另一端接到RL1的第7脚，R35另一端接到V1的B极；RL1的第7脚与第8脚之间接一电容C21。
其中由运算放大器U2A、U2B及相联的电阻、电容、三极管等分离器件组成“握手”信号的检测电路。UA2-4.5NEC用来完成对通道的切换。
本电路供电由计算机USB口直接供电，所有运放为单电源供电完成差分放大。
Claims (3)
1.一种作为计算机外设的声控装置，包括：
a、语音识别及合成软件，
b、麦克风，
c、语音信号的滤波与放大电路和增益控制电路，
d、驱动程序，
e、配合电脑标准接口的加解密电路及配套的软件开发包；其特征在于：所述语音信号的滤波与放大电路和增益控制电路中利用运算放大器的单电源供电模式解决麦克风采集的语音模拟信号的滤波和放大问题的使用方法：电路中，在运算放大器的同向输入端引入了通过稳压二极管调整的正向电压基准(vcom)，通过运算放大器(N2B)在单电源供电状态下的运算和放大作用，使得最终输出的模拟信号在保证了对输入信号放大的基础上，以客观反映经本电路中麦克风(MIC)采用的语音原始信号的交变特性。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述配合电脑标准接口的加解密电路具备与计算机连接的USB接口设计，并通过USB接口和声控装置上的频率检出电路、电平转换电路和配套软件实现计算机与装置之间的相互确认的保密方法。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，既能够附加到现有触摸屏查询系统，还能够连接到个人电脑，实现语音浏览、查询、控制功能。
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