CN206116013U - 一种用于特征提取的语音滤波电路及语音绘图系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于特征提取的语音滤波电路及语音绘图系统，属于语音信号滤波领域，语音滤波电路包括电压输入端、电压输出端、若干三极管以及电容，电容C1并联在三极管T1的集电极与发射极两端，三极管T1的集电极分别与三极管T2的基极以及三极管T3的集电极连接，三极管T1的基极与三极管T5的基极连接，三极管T1的发射极、三极管T2的发射极、三极管T5的发射极、三极管T7的发射极以及三极管T8的发射极均与接地端连接；电容C2并联在所述三极管T2的集电极与发射极两端，三极管T5的集电极与三极管T6的集电极以及三极管T7的集电极连接。本实用新型便于语音特征提取和计算，提高了语音识别的分辨率和精度。本实用新型适用于语音识别系统。

Description

一种用于特征提取的语音滤波电路及语音绘图系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于特征提取的语音滤波电路及语音绘图系统，属于语音识别电路领域。

背景技术

语音识别是实现智能化物联网、智能家居的重要技术，现有技术中的语音特征提取电路的实现方法有基于串联的低通滤波器和并联带通滤波器两类，两种方法的分辨率都不能达到高精度的需求，并且电路结构较为复杂，配合芯片使用会使得芯片资源利用率较低。

发明内容

本发明为了解决现有技术中由于仅使用串联低通滤波器或并联带通滤波器，导致语音识别的分辨率较低，达不到高精度的缺陷，提出了一种用于特征提取的语音滤波电路及语音绘图系统，其中语音滤波电路包括：电压输入端、电压输出端、三极管T1、三极管T2、三极管T3、三极管T4、三极管T5、三极管T6、三极管T7、三极管T8、三极管T9、电容C0、电容C1、电容C2，其中：

所述电容C1并联在所述三极管T1的集电极与发射极两端，所述三极管T1的集电极分别与所述三极管T2的基极以及所述三极管T3的集电极连接，所述三极管T1的基极与所述三极管T5的基极连接，所述三极管T1的发射极、所述三极管T2的发射极、三极管T5的发射极、三极管T7的发射极以及三极管T8的发射极均与接地端连接；

所述电容C2并联在所述三极管T2的集电极与发射极两端，所述三极管T2集电极与所述电源输入端以及所述三极管T4的集电极连接；

所述三极管T5的集电极与所述三极管T6的集电极以及所述三极管T7的集电极连接，所述三极管T7的集电极与所述三极管T7的基极连接，所述三极管T7的基极与所述三极管T8的基极连接，所述三极管T8的集电极与所述三极管T9的集电极连接；所述电容C0并联在所述三极管T9的基极与所述三极管T9的发射极两端，所述三极管T9的集电极与所述电压输出端连接；所述三极管T3的集电极、三极管T4的集电极、三极管T6的集电极以及三极管T9的集电极均与参考电压连接；

所述三极管T1、三极管T5、三极管T7、三极管T8均为P沟道型MOS管，所述三极管T3、三极管T4、三极管T6、三极管T9均为N沟道型MOS管。

本发明还提出了一种语音绘图系统，包括麦克风、时钟电路以及供电电路，还包括音频输入电路、音频输出电路、语音缓存电路、语音指令存储电路、用于驱动画笔的电机电路、供电电路、嵌入式语音识别处理电路以及前述的用于特征提取的语音滤波电路，其中：所述麦克风的模拟信号输出端与所述音频电路的音频输入端连接；所述音频输出电路的音频输出端与所述语音滤波电路的电压输入端连接，所述语音滤波电路的电压输出端与所述嵌入式语音识别处理电路的音频输入端连接；所述语音缓存电路的第一支路与语音指令存储电路的输入输出端连接，第二支路与所述音频输出电路的音频输入端连接，第三支路与所述嵌入式语音识别处理电路的输入输出端连接；所述语音指令存储电路与所述嵌入式语音识别处理电路连接；所述电机电路与所述嵌入式语音识别处理电路的驱动端连接；所述供电电路为其余部件供电；所述时钟电路为其余部件提供时钟输入信号。

本发明的技术效果是，使用MOS管代替低通滤波器以及带通滤波器，便于语音特征提取和计算，提高了语音识别的分辨率和精度。同时提供了一种语音绘图系统，可以通过语音识别控制画笔进行绘图，填补了通过语音识别进行绘图的技术空白，而语音识别过程中使用的语音滤波电路也使得语音识别更加准确。

附图说明

图1是本实用新型实施例的用于特征提取的语音滤波电路的电路结构图；

图2(a)是原始语音信号的二维时频图；

图2(b)是使用本实用新型的语音滤波电路滤波后的二维时频图；

图3(a)是原始语音信号的时域图；

图3(b)是滤波后信号的时域图；

图4是本实用新型实施例的语音识别系统的方框原理图；

图5是本实用新型实施例的音频输出电路的电路结构图；

图6是本实用新型实施例的音频输入电路的一个实施例的电路结构图；

图7是本实用新型实施例的语音缓存电路的电路结构图；

图8是本实用新型实施例的用于驱动画笔的电机驱动电路的电路结构图；

图9是本实用新型实施例的音频输入电路的另一个实施例的电路结构图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的用于特征提取的语音滤波电路，如图1所示，包括电压输入端、电压输出端、三极管T1、三极管T2、三极管T3、三极管T4、三极管T5、三极管T6、三极管T7、三极管T8、三极管T9、电容C0、电容C1、电容C2，其中：

电容C1并联在所述三极管T1的集电极与发射极两端，三极管T1的集电极分别与三极管T2的基极以及三极管T3的集电极连接，三极管T1的基极与三极管T5的基极连接，三极管T1的发射极、三极管T2的发射极、三极管T5的发射极、三极管T7的发射极以及三极管T8的发射极均与接地端连接；

电容C2并联在所述三极管T2的集电极与发射极两端，三极管T2集电极与电源输入端以及三极管T4的集电极连接；

三极管T5的集电极与三极管T6的集电极以及三极管T7的集电极连接，三极管T7的集电极与三极管T7的基极连接，三极管T7的基极与三极管T8的基极连接，三极管T8的集电极与三极管T9的集电极连接；电容C0并联在三极管T9的基极与三极管T9的发射极两端，三极管T9的集电极与电压输出端连接；三极管T3的集电极、三极管T4的集电极、三极管T6的集电极以及三极管T9的集电极均与参考电压连接；

三极管T1、三极管T5、三极管T7、三极管T8均为P沟道型MOS管，所述三极管T3、三极管T4、三极管T6、三极管T9均为N沟道型MOS管。

其中，MOS管T1和T2构成二阶滤波器，T5、T6构成电压电流转换电路，T7实现半波整流功能，T8将整流后的电流输出至低通滤波电路，T9和C0构成低通滤波电路。

其中二阶滤波器、低通滤波器、整流电路等原理是公知的，本实用新型的创新点在于使用N沟道、P沟道MOS管实现这些滤波电路，从而代替现有技术中使用运算放大器、电感等元件实现相同功能。这种替代方法准确性更高，并且可以通过MOS管的特性进行定量计算和精确的开关控制，而现有技术进行计算时由于电感振荡的特性，计算并不准确，而且如果要进行开关控制需要额外使用开关元件，会耗费更多成本。因此本实用新型的特点是现有技术的滤波电路所不具备的。

下面结合实验数据和实验图像来具体说明本实用新型的技术效果：

(1)本实用新型的滤波效果：

图2(a)是原始语音信号的二维时频图，图2(b)是使用本实用新型的语音滤波电路滤波后的二维时频图，两图对比可以看出，滤波后的时频图比原始语音信号图的颜色更浅，意味着一部分噪声能量被滤除，同时相对应的频率方向、时间方向上的信号成分更少，因此可以判断出本实用新型的语音滤波电路可以有效滤除语音信号时频矩阵中的低能量噪声。

图3(a)和图3(b)分别是原始语音信号和滤波后信号的时域图，可以明显看出滤波后信号的时域图滤除掉了一部分噪声能量，进一步证明了本实用新型的效果。

(2)本实用新型的特征提取效果：

表1

表1是本实用新型的语音特征提取效果对比，其中使用的测试语音是语音“右”、“左”以“上”，表示了控制画笔移动方向的语音指令。其中漏警率表示未能识别出正确语音指令的频率，漏警率越低，表示语音特征提取效果越好。从表中可以看出，在语音“右”和语音“上”的测试结果中，本实用新型的语音特征提取效果的漏警率比现有技术分别降低了1.1％以及0.98％，而语音“左”的漏警率比现有技术增加了0.3％。总体上来看，本实用新型的技术方案比现有技术的效果更加准确，个别语音漏警率有所升高，但是差值并不多。

具体实施方式二：本实施方式提供了一种语音绘图系统，如图4所示，包括麦克风、时钟电路以及供电电路，其特征在于，还包括音频输入电路、音频输出电路、语音缓存电路、语音指令存储电路、用于驱动画笔的电机电路、供电电路、嵌入式语音识别处理电路以及具体实施方式一所述的用于特征提取的语音滤波电路，其中：麦克风的模拟信号输出端与音频电路的音频输入端连接；音频输出电路的音频输出端与语音滤波电路的电压输入端连接，语音滤波电路的电压输出端与嵌入式语音识别处理电路的音频输入端连接；语音缓存电路的第一支路与语音指令存储电路的输入输出端连接，第二支路与音频输出电路的音频输入端连接，第三支路与嵌入式语音识别处理电路的输入输出端连接；语音指令存储电路与嵌入式语音识别处理电路连接；电机电路与嵌入式语音识别处理电路的驱动端连接；供电电路为其余部件供电；时钟电路为其余部件提供时钟输入信号。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：如图6所示，音频输入电路包括与麦克风的正极连接的第一音频输入端MIC+以及与麦克风的负极连接的第二音频输入端MIC-，第一音频输入端的第一支路经过第一分压电阻R61后与模拟地AVSS连接，第一音频输入端的第二支路经过第一滤波电容C62与嵌入式语音识别处理电路的正极输入输出端MIC_IN+连接，第二音频输入端经过第二滤波电容C63与嵌入式语音识别处理电路的负极输入输出端MIC_IN-连接。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：音频输入电路如图9所示，音频输入电路为差分输入电路，差分输入电路的第一输入端MIC_IN与麦克风的正极连接，差分输入电路的第二输入端与所述麦克风的负极连接，差分输入电路的第二输入端接地，差分输入电路的第一端经过第三滤波电容C22后，依次与第一运算放大器D21以及第二运算放大器D22连接，第一运算放大器的负输入端与输出端之间并联有第二分压电阻R25以及第四滤波电容C23，第二运算放大器D2的负输入端与输出端之间并联有第三分压电阻R28以及第五滤波电容C25，第一运算放大器D21的正输入端与第二运算放大器D22的正输入端连接后与参考地端连接，第一运算放大器D21的输出端经过第六滤波电容C24后与嵌入式语音识别处理电路的正极输入端IN+连接，第二运算放大器D22的输出端与第一运算放大器D21的输出端连接后与所述嵌入式语音识别处理电路的负极输入端IN-连接。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：语音缓存电路如图7所示，语音缓存电路包括intel2114芯片U4以及第一外围电路，intel2114芯片U4的第一语音缓存端(第21号引脚)与所述麦克风的正极连接，intel2114芯片的第二语音缓存端(第20号引脚)与所述麦克风的负极连接。

其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：用于驱动画笔的电机驱动电路如图8所示，包括第一驱动输入端Vin+以及第二驱动输入端Vin-，所述第一驱动输入端Vin与第一三极管VT31的基极连接，所述第一三极管VT31的集电极经过第六分压电阻R33后与第二三极管VT36的基极连接，第二三级管VT36的发射极与供电电源连接，第二三极管VT36的集电极与电机的正极M+连接；所述第一三极管VT31的发射极与第三三极管VT33的基极连接，所述第三三极管VT33的发射极接地，所述第三三极管VT33的集电极与所述电机的负极M-连接；所述第二驱动端Vin-经过第七分压电阻R32后与第四三极管VT32的基极连接，所述第四三极管VT32的集电极经过第八分压电阻R34与第五三极管VT35的基极连接，所述第五三极管VT35的发射机接供电电源，所述第五三极管VT35的集电极分别与所述电机的负极M-以及所述第三三极管VT33的集电极连接；所述第四三极管VT32的发射极与所述第六三极管VT34的基极连接，所述第六三极管VT34的发射极接地，所述第六三极管VT34的集电极分别与电机的正极M-以及所述第二三极管VT36的集电极连接。

图8的电路用于在接收到来自处理器的驱动信号后，控制已夹持有画笔的电机沿着预定的方向进行移动，从而实现绘图功能。

其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：语音指令存储电路包括CY7C1021芯片以及第二外围电路，第二外围电路包括与CY7C1021芯片的电压输入引脚连接的第八滤波电容以及参考电压。

其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：音频输出电路如图5所示，包括凌阳SPY0030放大器D51以及第三外围电路，所述第三外围电路包括与SPY0030放大器D51的正输入端依次连接的第九滤波电容C54以及电位器RX，以及与SPY0030放大器D51的负输入端连接的第十滤波电容C55，所述电位器RX两端并联有第十一滤波电容C51，所述第十一滤波电容C51与所述嵌入式语音识别处理电路的音频输出端MIC_IN+和MIC_IN-连接，所述第十滤波电容C55与所述电位器RX连接，所述凌阳SPY0030放大器D51的输出端与语音输出接口U5连接，所述语音输出接口U5与数模转换器连接后与扬声器连接。

Claims (8)

1.一种用于特征提取的语音滤波电路，其特征在于，包括电压输入端、电压输出端、三极管T1、三极管T2、三极管T3、三极管T4、三极管T5、三极管T6、三极管T7、三极管T8、三极管T9、电容C0、电容C1、电容C2，其中：

所述电容C1并联在所述三极管T1的集电极与发射极两端，所述三极管T1的集电极分别与所述三极管T2的基极以及所述三极管T3的集电极连接，所述三极管T1的基极与所述三极管T5的基极连接，所述三极管T1的发射极、所述三极管T2的发射极、三极管T5的发射极、三极管T7的发射极以及三极管T8的发射极均与接地端连接；

所述电容C2并联在所述三极管T2的集电极与发射极两端，所述三极管T2集电极与电源输入端以及所述三极管T4的集电极连接；

所述三极管T5的集电极与所述三极管T6的集电极以及所述三极管T7的集电极连接，所述三极管T7的集电极与所述三极管T7的基极连接，所述三极管T7的基极与所述三极管T8的基极连接，所述三极管T8的集电极与所述三极管T9的集电极连接；所述电容C0并联在所述三极管T9的基极与所述三极管T9的发射极两端，所述三极管T9的集电极与所述电压输出端连接；所述三极管T3的集电极、三极管T4的集电极、三极管T6的集电极以及三极管T9的集电极均与参考电压连接；

所述三极管T1、三极管T5、三极管T7、三极管T8均为P沟道型MOS管，所述三极管T3、三极管T4、三极管T6、三极管T9均为N沟道型MOS管。

2.一种语音绘图系统，包括麦克风、时钟电路以及供电电路，其特征在于，还包括音频输入电路、音频输出电路、语音缓存电路、语音指令存储电路、用于驱动画笔的电机电路、供电电路、嵌入式语音识别处理电路以及如权利要求1所述的用于特征提取的语音滤波电路，其中：

所述麦克风的模拟信号输出端与所述音频电路的音频输入端连接；所述音频输出电路的音频输出端与所述语音滤波电路的电压输入端连接，所述语音滤波电路的电压输出端与所述嵌入式语音识别处理电路的音频输入端连接；所述语音缓存电路的第一支路与语音指令存储电路的输入输出端连接，第二支路与所述音频输出电路的音频输入端连接，第三支路与所述嵌入式语音识别处理电路的输入输出端连接；所述语音指令存储电路与所述嵌入式语音识别处理电路连接；所述电机电路与所述嵌入式语音识别处理电路的驱动端连接；所述供电电路为其余部件供电；所述时钟电路为其余部件提供时钟输入信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述音频输入电路包括与所述麦克风的正极连接的第一音频输入端以及与所述麦克风的负极连接的第二音频输入端，所述第一音频输入端的第一支路经过第一分压电阻后与模拟地连接，所述第一音频输入端的第二支路经过第一滤波电容与所述嵌入式语音识别处理电路的正极输入输出端连接，所述第二音频输入端经过第二滤波电容与所述嵌入式语音识别处理电路的负极输入输出端连接。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述音频输入电路为差分输入电路，所述差分输入电路的第一输入端与所述麦克风的正极连接，所述差分输入电路的第二输入端与所述麦克风的负极连接，所述差分输入电路的第二输入端接地，所述差分输入电路的第一端经过第三滤波电容后，依次与第一运算放大器以及第二运算放大器连接，所述第一运算放大器的负输入端与输出端之间并联有第二分压电阻以及第四滤波电容，所述第二运算放大器的负输入端与输出端之间并联有第三分压电阻以及第五滤波电容，所述第一运算放大器的正输入端与所述第二运算放大器的正输入端连接后与参考地端连接，所述第一运算放大器的输出端经过第六滤波电容后与所述嵌入式语音识别处理电路的正极输入端连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第一运算放大器的输出端连接后与所述嵌入式语音识别处理电路的负极输入端连接。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述语音缓存电路包括intel2114芯片以及第一外围电路，所述intel2114芯片的第一语音缓存端与所述麦克风的正极连接，所述intel2114芯片的第二语音缓存端与所述麦克风的负极连接。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述用于驱动画笔的电机驱动电路，包括第一驱动输入端以及第二驱动输入端，所述第一驱动输入端与第一三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极经过第六分压电阻后与第二三极管的基极连接，第二三级管的发射极与供电电源连接，第二三极管的集电极与电机的正极连接；所述第一三极管的发射极与第三三极管的基极连接，所述第三三极管的发射极接地，所述第三三极管的集电极与所述电机的负极连接；所述第二驱动端经过第七分压电阻后与第四三极管的基极连接，所述第四三极管的集电极经过第八分压电阻与第五三极管的基极连接，所述第五三极管的发射机接供电电源，所述第五三极管的集电极分别与所述电机的负极以及所述第三三极管的集电极连接；所述第四三极管的发射极与第六三极管的基极连接，所述第六三极管的发射极接地，所述第六三极管的集电极分别与所述电机的正极以及所述第二三极管的集电极连接。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述语音指令存储电路包括CY7C1021芯片以及第二外围电路，第二外围电路包括与CY7C1021芯片的电压输入引脚连接的第八滤波电容以及参考电压。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述音频输出电路包括凌阳SPY0030 放大器以及第三外围电路，所述第三外围电路包括与SPY0030放大器的正输入端依次连接的第九滤波电容以及电位器，以及与SPY0030放大器的负输入端连接的第十滤波电容，所述电位器两端并联有第十一滤波电容，所述第十一滤波电容的一端与所述嵌入式语音识别处理电路的音频输出端连接，所述第十滤波电容与所述电位器连接，所述凌阳SPY0030放大器的输出端与语音输出接口连接，所述语音输出接口与数模转换器连接后与扬声器连接。