CN1397063A - 对具有声音输出装置的设备进行控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用声音指令信号(BS)对具有声音输出装置(2)的设备(1)进行控制的方法。本发明建议，一旦所述的设备(1)识别出向该设备(1)传输声音指令信号，则由设备(1)自动地降低其音量。

Description

对具有声音输出装置的设备进行控制的方法
本发明涉及一种借助声音指令信号对具有声音输出装置的设备进行控制的方法。此外，本发明还涉及一种具有声音输出装置的设备，它具有一种用于接收声音指令信号的接收装置、一种用于识别该指令信号的识别装置、以及一种用于根据被识别的指令信号控制所述的设备的控制装置。
为了提高设备-尤其是消费电子产品范围内的设备-对用户的友好性和使用可能性和由此使所述的设备更具吸引力，越来越多的设备被如此地装备，使得可以借助声音指令来控制该设备。于是，长期以来已经在市场上提供了诸如警铃或光源等可控设备，它们譬如可以借助非常简单的声音指令信号-譬如噪声和拍击或干扰声-被接通或关断，或者在不同的模式之间来回地切换。此外，随着语音识别系统的不断发展，还有一些可以识别和接受指令信号形式的不同语音指令的设备，使得可以对这种设备进行更复杂的控制。这种语音控制设备非常舒适，因为操作者可以不用手来操作该设备。因此，当操作者需要其手用于其它活动时，该控制方法将具有非常大的优点，譬如在控制汽车收音机时，操作者无需把手从方向盘上挪开来改变音量和调定新的频道。然而，该方法另外还对操作设备是非常有吸引力的，因为通过这种语音控制，位于人和机器之间的接口(MMI，人机接口)从迄今普通的机器通信层-也即通过电钮和调节器的操作-被转移到人自身的通信层上，也即通过语音进行信息传输。但是，对具有声音输出装置和按照功能自动产生声音信号的设备而言-也即譬如所有的音频设备或音频视频设备(收音机，CD播放机，电视，视频播放设备，计算机等等)-，在控制这些设备时会产生困难。在这类具有音频功能的设备中，可以识别指令信号的识别装置不仅接收指令信号，而且还以声音回波的形式接收由设备本身所产生的声音输出信号(譬如在CD播放机中所播放的音乐)。因此，该自身的输出信号象背景噪声那样与指令信号相抵触。根据指令信号或所述自身输出信号的音量，这可能在识别指令信号时产生较大的问题。
通常，为改善识别能力而在这种设备中采用了所谓的“AEC(声音回波抑制)方法”。在这种措施中，由设备自身产生的输出信号被用来估测一个空间脉冲-应答信号，也即估测在所述设备所在的房间内因所述输出信号的反射而由接收装置再次测得的信号。这是以所谓的“自适应滤波方法”来实现的，其中迭代地求出一个传递函数，利用该传递函数首先变换原始的输出信号，然后把如此变换的输出信号在滤波器内从接收的总输入信号中去除。该方法只是在持久地继续所述的迭代方法方面是自适应的，并因此测定房间内随所述传递函数的变化而产生的变化。譬如当在房间内拉开或拉拢窗帘、开门或者房间内的人离开时，可能在声音回波中产生变化。该方法通常是卓有成效的。但需注意的是，当设备的输出信号音量自动上升时，语音识别系统的准确度会大大降低。其原因在于，所述的自适应AEC滤波器不能最佳地模拟所述的房间特性，所以在滤除声音回波之后，所述信号的干扰是大致与设备的音量自身成正比。
本发明的任务在于创造一种对设备进行声音控制的简单而又对用户友好的方法，其中所述的设备自身产生声音输出信号，此外，本发明的任务还在于创造一种相应的设备，其中可以相对于当前现有技术改善指令信号的识别精度。
该任务通过权利要求1的方法和权利要求10的设备来解决。
根据本发明，一旦所述的设备识别出可能向该设备传输声音指令信号，则由该设备自己立即降低所述的音量。通过自动地降低所述设备的音量，由于更小的声音回波，所以可以更容易和可靠地识别所述设备的指令信号。此外，当音频设备不是太大的声音时，用户通常能更加舒适地发出语音指令。另外，通过减小音量还能减小所谓的“伦巴德(Lombard)效应”，该效应意味着，当人必须相对于背景噪声说话时，他会自动地用另一种方式、譬如大声地和用重音来说话，这势必会对语音识别系统的识别能力造成影响。
本发明的相应设备首先必须具有一种声音输出装置、一种用于接收声音指令信号的接收装置-譬如普通的传声器-、一种用于识别该指令信号的识别装置、以及一种用于根据被识别的指令信号控制所述的设备的控制装置。此外，所述的设备还必须具有一种用于对接收装置可能接收所述设备的指令信号进行识别的合适装置，以及一种在识别出可能接收所述设备的指令信号的情况下用于降低所述从声音输出装置输出的输出信号音量的合适装置。
这种对指向该设备的指令信号的识别可以用不同方式来实现。譬如可以如此地装配和调整所述的设备，使得可以把由某个用户以预定的音量和/或音高和/或说话方向所说出的词识别为可能的指令信号，并据此降低所述的音量。
在一种特别简单而又优选的实施方案中，在原本的指令信号之前预先发送一个密钥指令信号，在识别该信号时降低所述的音量。该密钥指令信号恰好优选地涉及如下的指令信号，由它把所述的设备置为准备状态以接收进一步的指令信号，也就是说由它首先把相应设备的控制装置激活。无论如何，这种“激活信号”在许多情况下是必须的，因为利用该方法可以阻止设备去识别和接受不经意地由用户输出的指令信号-譬如语言或背景噪声中的某些字-并由此执行原本不需要的控制动作。这种密钥指令信号尤其在如下情况中是非常有意义的，即：在相同的环境中存在多个语音控制设备，而这些语音控制设备均接受类似或相同的指令信号。在该情形下，被构想了特定指令信号的设备必须利用相应的密钥指令信号通过预设的密钥指令信号来进行动作。于是，譬如可以直接相邻地布置一个语音控制的计算机和电视机，而在这些设备的指令信号之前分别预设了密钥指令信号“计算机”或“电视”。
在识别密钥指令信号时自动地降低设备输出信号的音量另外还有个优点，就是利用该方法同样可以通知用户相应的设备已处于准备状态以接收进一步的指令信号-也即“监听”所述的用户。可选地，也可以另外针对密钥指令信号的接收而输出视觉或声音确认。
优选地，在识别一个-譬如跟随于密钥指令之后的-指令信号之后便自动地再次提高所述的音量。这意味着，譬如在每次密钥指令信号之后恰好接受一个指令信号。作为替换方案，也可以在识别一个密钥指令信号或指令信号之后的特定时间间隔过去之后，把所述的音量再次自动地调回到此前所设定的值上。在该情形下，所述的设备在收到指令信号之后还要等待一个确定的时间，看是否有进一步的指令信号输入。只有这样，所述的设备才自动地从准备状态或激活状态切换回来。
在一种特别优选的实施例中，根据所求出的指令信号能量来降低所述输出信号的音量。在此，指令信号能量被理解为所接收的指令信号的信号能量，其中，密钥指令信号显然在该意义上显然也可以被理解为一种-特殊的-指令信号。因此，只有当自身的输出信号与指令信号实际之比如此之大，使得不再能确保可靠地识别指令信号时，才可以譬如降低该设备的自身输出信号的音量。这可以简单地通过如下方式来实现，即求出输出信号能量或所求出或估测出的输出信号声音回波的信号能量与指令信号能量之间的比值。只有当该比值相对于预定的阈值而处于一个特定的数值范围内时，才降低所述的音量。譬如，当求出输出信号或声音回波的能量相对于指令信号能量的比值时，只有在该比值大于预定阈值的情况下才降低所述的音量。相反，当求出指令信号能量相对于输出信号能量或声音回波能量的比值时，只有在该比值小于预定阈值的情况下才降低所述的音量。所述的指令信号能量譬如可以在接收装置或传声器的输入端上进行测量。
对此，在一种非常优选的方法中，所述输出信号的音量被降低到如此的程度，直到所述的信号能量的比值处于一个预定的值。对用户而言这意味着，若由设备自身输出的声音信号-譬如CD播放机的音乐-本来就比较轻，或者如果用户位于设备的传声器附近，那么就不降低所述的音乐音量，而是使其保持不变。否则如此地降低所述的音量，使得在传声器处的音乐能量和语音指令的能量具有预定的比值。该比值可以由用户预先定义和调整，或者也可以自动地通过达到识别装置的特定识别可靠性来进行定义。
尤其在该情形下，如下做法是有意义的，即所述的设备具有用视觉或声音进行显示的附加装置，由该装置显示所述的密钥指令信号已被识别，因为用户并不一直能够信赖所述的音量在识别所述的密钥指令信号之后被降低。
优选地，所述的设备还具有一种滤波装置，用于从由设备接收的总信号中滤除所述由设备自身输出的输出信号的声音回波。这就是说，除了AEC方法之外还可以使用该新型方法来实现最佳的识别能力。
被用来控制音频设备或音频视频设备的典型语音指令为命令字，以便控制所述设备的音量。这种“音量-指令信号”譬如涉及词“大声点”或“小声点”。由于根据本发明可以由设备在识别出密钥指令信号之后立即降低音量，所以用户再也不能识别其音量-指令信号自身具有何种效应。因此，在识别一个这种音量-指令信号之后，优选地由设备自己针对这种音量-指令信号把所述的音量首先再次调回到在被降低之前所设定的值上。然后再把音量调整到与所述音量-指令信号相对应的值上。这意味着，譬如在识别出词“小声点”时使音量下降一个特定的级，或者在识别出词“大声点”时把音量提高一个特定的级。
下面参考附图并借助实施例来详细讲述本发明。
唯一的附图在此示出了一种音频设备1、譬如CD播放机的简要框图，其中只示出了对本发明重要的组件。
在该情形下，音频设备1首先具有一种音频信号源6。在该音频信号源6中，CD播放机譬如涉及CD驱动器、扫描装置、以及用于把所测定的光数据转换成音频信号的电子装置。由音频信号源6产生的音频信号随后被传送给譬如为普通末级8的放大级8，并从那儿通过声音输出装置2-此处为普通的扬声器2-进行输出。
为了进行控制，所述的设备1具有一种控制装置5，它譬如可以实施为微控制器或其类似物的形式。借助该控制装置5可以控制所述的音频信号源6，譬如在CD上选择特殊的标题。该控制可能性在附图中是通过所示的控制线18来表示的。同样，也可以通过控制装置5来调节设备1的音量。这通过控制末级8来实现。该控制可能性在附图中通过控制线19来表示。
设备1以声音指令信号BS的形式获得用于控制的指令，此处为语音指令，它通过用户经接收装置3-此处为传声器3-输入，并通过线路14、15被传送到识别装置4-此处为语音识别系统4。被识别的指令随后通过信号线17被传输给控制装置5，由该控制装置随后根据该获得的指令来控制设备1的各个组件。
如图所示，传声器3不仅测定指令信号BS，而且还测定声音回波AE，该回波通过由设备1的扬声器2自己输出的声音信号-此处为CD的音乐-来产生。在此，所述的声音回波AE不仅取决于所述的输出信号，而且还取决于房间的声音参数。为了在识别指令信号BS时减少该声音回波AE的干扰，所述的设备具有一种滤波装置9(下文称之为AEC单元)，在其内从传声器3所接收的总信号中滤除该声音回波AE。
为此，对于从音频信号源6经末级8通向扬声器2的信号输出支路，在其末级8之前的抽头点21处抽取所述的输出信号，并经信号线11输入到AEC单元9中，由该AEC单元利用传递函数对该被抽取的输出信号进行变换。所述的传递函数对应于所估测的空间脉冲响应。当前的空间脉冲响应利用迭代方法求出，其中不断地进行更新并由此执行自适应的滤波，由它考虑房间内的变化，譬如由人或物体的移动所造成的变化。在AEC单元9的加法器内，从经信号线14由传声器3输入的总信号中扣除所述借助传递函数被变换的输出信号。然后经输出线15由AEC单元9把剩余的信号-它在理想状态下仅还对应于所述的指令信号BS-传送给所述的语音识别系统4。此外，所述的AEC装置9还具有一个输入端12，其上施加了经控制线19从控制装置5输出到末级8的控制信号，以用于调节所述的音量。于是，在AEC单元9内可以根据设置的音量来定标所述传递函数的系数。
根据本发明，所述的设备1另外还具有衰减器7形式的装置7，当语音识别系统4识别一个密钥指令信号SS时，利用所述的装置7可以降低设备1的音量。因此在本实施例中，用户必须以第一指令信号的形式说出该密钥指令信号SBS。所述的语音识别系统4被如此地设计，使得它只等候这种特殊的密钥指令信号SBS，也即此处为某个关键字，譬如为词“CD”。只有在该关键字被接受之后，才激活所述语音识别系统4的整个复杂的指令词汇表，而且设备1处于准备模式，在该模式下识别和接受进一步的指令信号，譬如“大声点”、“小声点”、“下一标题”、“标题5”等等。在所述密钥指令信号SBS之后的各个指令信号BS被识别之后，设备1将切回到如下状态，即再次等待所述的密钥指令信号SBS。
根据本发明，在识别密钥指令信号SBS时自动地由控制装置5经控制线20激活所述的衰减器7，并因此降低设备1的自身输出信号的音量。因此可以轻易地针对语音识别系统4识别接下来的指令信号BS，也即原来的指令。譬如可以把该音量降低某个值，譬如10dB，或调定到预设的音量级。也可以把所述的音量完全降低到0。
然而在附图所描述的实施例中，经信号线13、16向控制装置5输入所述在滤波器10前后施加在信号输入支路上的信号。控制装置5从滤波器10之前和之后的信号中可以求出传声器处的声音回波AE具有何种信号能量，以及原来所需要的指令信号BS具有何种信号能量。该控制装置5被如此地构造，使得所述输出信号的音量借助衰减器7被充分地降低，使得在声音回波AE的信号能量和指令信号BS的信号能量之间得出某个比值。如果所述信号能量的比值已位于该值之下，则不再进一步降低所述的音量。这就是说，当音乐已非常轻或者用户非常靠近于传声器，并能较好地识别指令信号BS时，便不再降低所述的音乐音量。否则，恰好把音乐音量降低如此的程度，使得在音乐能量和传声器输入端处的语音指令能量之间具有某个比值。
在所示的实施例中，借助简单的开关22可以在信号输出支路中桥接所述的衰减器7，并由用户根据需要关断本发明的功能。
在此，单独的衰减器7被如此地布置在信号输出支路中，使得所述的信号在用于抽取AEC单元输出信号的抽头点21之前就已经被衰减。因此自动地考虑了：在降低音量时由AEC单元9考虑在估测空间脉冲响应时的音量降低。否则在AEC单元9内不进行考虑的情况下，设备1的输出信号音量的降低将会导致由滤波器10内的滤波产生附加干扰，并进一步加大指令信号BS的识别难度。
为替代单独的衰减器7，也可以由控制装置5在识别所述的密钥指令信号SBS之后通过调节末级8来降低所述的音量。
在本发明的设备1中或按照本发明的方法，通过降低语音识别器的输入信号失真而大大地改善了语音控制的识别精度。这将创造一个对用户非常友好的接口，因为用户通过降低音量来从设备1获得如下应答，即该设备对语音指令已作好准备。可选地，附加的应答可以伴随视频或其它的声音信号-譬如信号音-。

Claims (15)

1.利用声音指令信号(BS)对具有声音输出装置(2)的设备(1)进行控制的方法，其特征在于，
一旦所述的设备(1)识别出向该设备(1)传输声音指令信号，则自动地降低所述从声音输出装置(2)输出的输出信号的音量。
2.按权利要求1的方法，其特征在于，
首先向所述的设备(1)传输一个声音密钥指令信号(SBS)，通过该信号把所述的设备(1)置为准备状态以接收进一步的指令信号(BS)，而且，当由所述的设备(1)识别出该密钥指令信号(SBS)时，便降低所述由声音输出装置(2)输出的输出信号的音量。
3.按权利要求1或2的方法，其特征在于，
根据所求出的指令信号能量来降低所述输出信号的音量。
4.按权利要求3的方法，其特征在于，
只有当所求出的输出信号能量或所求出的输出信号声音回波(AE)的信号能量与指令信号能量之间的比值相对于预定的阈值而处于一个特定的数值范围内时，才降低所述输出信号的音量。
5.按权利要求4的方法，其特征在于，
所述输出信号的音量被降低到如此的程度，直到所述的输出信号能量或所述输出信号声音回波(AE)的信号能量与指令信号能量之间的比值对应于一个预定的值。
6.按权利要求1～5之一的方法，其特征在于，
在识别一个跟随于所述密钥指令信号(SBS)之后的指令信号(BS)之后，所述的音量被再次调回到在被降低之前所设定的值上。
7.按权利要求1～6之一的方法，其特征在于，
在识别密钥指令信号(SBS)或指令信号(BS)之后的一定时间间隔过去之后，所述的音量被再次调回到在被降低之前所设定的值上。
8.按权利要求1～7之一的方法，其特征在于，
在识别一个被传输用来改变音量的音量-指令信号之后，所述的音量首先被再次调回到在被降低之前所设定的值上，然后被调整到与所述音量-指令信号相对应的值上。
9.按权利要求1～8之一的方法，其特征在于，
用视觉或声音给设备的用户显示所述密钥指令信号的识别。
10.具有声音输出装置(2)的设备(1)，具有一种用于接收声音指令信号(BS)的接收装置(3)、一种用于识别该指令信号(BS)的识别装置(4)、以及一种用于根据被识别的指令信号(BS)控制所述的设备(1)的控制装置(5)，
其特征在于，
一种用于对接收装置(3)接收所述设备(1)的指令信号(BS)进行识别的装置，
以及一种在识别出可能接收所述设备(1)的指令信号(BS)的情况下用于降低所述从声音输出装置(2)输出的输出信号音量的装置(7)。
11.按权利要求10的设备，其特征在于，
它包括一种用于识别所述接收装置(3)接收所述设备(1)的指令信号(BS)的装置，一种用于识别密钥指令信号(SBS)的装置，其中通过该密钥指令信号把所述的设备(1)置为准备状态以接收进一步的指令信号(BS)。
12.按权利要求10或11的设备，其特征在于，
一种滤波装置(9)，用于从由接收装置(3)接收的总信号中滤除所述由设备(1)自身输出的输出信号的声音回波(AE)。
13.按权利要求12的设备，其特征在于，
所述用于降低该设备的抽头点的输出信号的装置(7)被布置在抽头点(21)之前，在该抽头点上为滤波装置(9)抽取一个与输出信号相对应的信号。
14.按权利要求12或13的设备，其特征在于，
所述的滤波装置(9)具有一个输入端(12)，用于传输控制指令以降低所述设备(1)的输出信号的音量。
15.按权利要求10～14之一的设备，其特征在于，
一种用于求出所述输出信号和/或该输出信号声音回波(AE)的信号能量与所述指令信号(BS)的信号能量之间的比值的装置(5，13，16)。
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