DE4029697C2 - Sprachgesteuertes Fernbedienungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein sprachgesteuertes Fernbedienungssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Fernbedienungssystem ist aus der DE 27 55 633 A1 bekannt.

Die genannte Druckschrift beschreibt eine Fernbedienungseinrichtung, bei der der drahtlos übertragene Fernbedienungsbefehl aus einem Sprachsignal erzeugt wird. Hierzu sind ein Mikrophon, ein Sprachanalysator und eine Sendeeinrichtung auf der Senderseite und ein dazu passender Empfänger vorgesehen.

Wenn ein Sprachbefehl in geräuschvoller Umgebung gegeben wird, kann es vorkommen, daß der Sprachanalysator nicht in der Lage ist, den Befehl richtig zu erkennen. Es kann dann geschehen, daß der gewünschte Befehl nicht nur nicht ausgeführt wird, sondern stattdessen eine dem Befehl gar nicht entsprechende Tätigkeit am Empfangsort ausgeführt wird.

Aus der US 42 39 936 ist ein Spracherkennungssystem bekannt, das eine mit Umgebungsgeräusch unterlegte Sprache erkennen soll. Zu diesem Zweck enthält das System zwei Mikrophone, von denen eines die mit dem Umgebungsgeräusch unterlegte Sprache aufnimmt, während das andere nur das Umgebungsgeräusch aufnimmt. Das mit dem Umgebungsgeräusch unterlegte Sprachsignal wird unmittelbar dem Sprachanalysator zugeführt, während das nur das Umgebungsgeräusch enthaltende Signal hinsichtlich seiner Amplitude bewertet wird. In einer Sperrschaltung wird das von dem Sprachanalysator ausgegebene Signal gegen eine Weitergabe gesperrt, wenn das Umgebungsgeräusch zu groß ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sprachgesteuertes Fernbedienungssystem der eingangs genannten Art anzugeben, das gegenüber Umgebungsgeräuschen weitgehend unempfindlich ist, eine hohe Spracherkennungsrate aufweist und die Auslösung fehlerhaften Betriebes verhindert.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anders als bei dem oben zitierten Stand der Technik werden bei dem erfindungsgemäßen System die die Spracherkennung störenden Umgebungsgeräuschkomponenten aus dem Signal entfernt, das das Mikrophon liefert, das die mit dem Umgebungsgeräusch unterlegte Sprache aufnimmt. Dem Sprachanalysator wird daher ein von Umgebungsgeräuschsignalkomponenten befreites Sprachsignal zugeführt. Eine Sperrung der Auswertung des Sprachanalysators in Abhängigkeit vom Umgebungsgeräuschpegel findet nicht statt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Senders in dem Fernbedienungssystem der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Senders;

Fig. 3 ein detailliertes Blockschaltbild des in Fig. 1 gezeigten Sender;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Spracherkennungsschaltung;

Fig. 5 ein detailliertes Blockschaltbild der Spracherkennungsschaltung;

Fig. 6(a) eine Darstellung eines Analogprozessors, und

Fig. 6(b) bis 6(h) Darstellung von Signalwellenformen im in Fig. 6(a) gezeigten Analogprozessor.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist ein Sender 10A des sprachge­ steuerten Fernbedienungssystems ein einteiliges Gehäuse 11 auf, das der Bedienungsperson das freie Umhertragen des Senders erlaubt. Das Gehäuse 11 besitzt in seiner oberen Blende (vorderseitige Blende) ein erstes Mikrophon M₁ und an seiner unteren Blende (rückseitige Blende) ein zwei­ tes Mikrophon M₂. Das erste Mikrophon M₁ wandelt den von der Bedienungsperson gegebenen Sprachbefehl in ein elektri­ sches Signal um. Das zweite Mikrophon M₂ dient zur Aufnahme des den Sender 10A umgebenden Geräusches. Ein Sendemittel (etwa eine Infrarotlicht-Emitterdiode D₁) ist an einem Ende des Gehäuses 11 angebracht. Die Infrarotlicht-Emit­ terdiode D₁ wird dazu verwendet, ein Fernbedienungssignal an den Empfänger eines (nicht gezeigten) entfernt ange­ ordneten, zu steuernden Gerätes zu senden. Auf einer Seite des Gehäuses 11 ist ein Spracheingabeschalter 12 (der im folgenden mit "Sprechschalter" bezeichnet wird) angeordnet, der im gedrückten Zustand geschlossen ist und automatisch geöffnet wird, wenn er losgelassen wird. Der Sprechschalter 12 kann ein automatisch zurückstellender Druckknopf oder ein (automatisch zurückstellender) Schie­ beschalter sein. Wenn ein Sprachbefehl eingegeben wird, wird der Sprechschalter 12 geschlossen, um den Sender 10A zu betätigen. Sonst ist der Sprechschalter 12 geöffnet, so daß der Sender 10A außer Betrieb gehalten wird. Das Gehäuse 11 besitzt an seiner Seite außerdem einen Be­ triebswahlschalter 13, der beispielsweise die Form eines Schiebeschalters besitzt. Der Betriebswahlschalter 13 dient der Auswahl einer der Betriebsarten zu einen be­ stimmten Zeitpunkt. Die Betriebsarten umfassen eine Sprachspeicherbetriebsart, in der der Sprachbefehl im Sender 10A gespeichert wird, und eine Spracherkennungsbe­ triebsart, in der ein Sprachbefehl erkannt wird, wie spä­ ter beschrieben werden wird. Das Gehäuse 11 beinhaltet die elektronische Schaltung des erfindungsgemäßen sprach­ gesteuerten Fernbedienungssystems.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltung des Senders 10A des erfindungsgemäßen sprachge­ steuerten Fernbedienungssystems gezeigt. Der Sender 10A umfaßt zwei Mikrophone M₁ und M₂, wie oben beschrieben worden ist. Das erste Mikrophon M₁ dient der Eingabe ei­ nes Sprachbefehls, während das zweite Mikrophon M₂ der Aufnahme des den Sender 10A umgebenden Umgebungsschalls oder des Umgebungsgeräusches, das von den Sprachbefehlen verschieden ist, dient. Jedes der Mikrophone M₁ und M₂ wandelt ein einwirkendes Schallsignal in ein elektrisches Signal um, das an eine Umgebungsgeräuschsignal-Unterdrückungseinrichtung 104 ge­ liefert wird. Letztgenannte besei­ tigt die Umgebungsgeräuschsignalkomponente auf der Grundlage der von den Mikrophonen M₁ und M₂ übertragenen elektri­ schen Signale und gibt lediglich ein dem eingegebenen Sprachbefehl entsprechendes elektrisches Signal an eine Spracherkennungsschaltung 2. Die Spracherkennungsschal­ tung 2 erkennt auf der Grundlage des von der Unterdrückungs­ einrichtung 104 ausgegebenen elektrischen Signals den Sprachbefehl, erzeugt auf der Grundlage des Erkennungser­ gebnisses dem Sprachbefehl entsprechende Befehlsdaten und schickt diese Befehlsdaten an eine Sendeeinheit 4. Die Sendeeinheit 4 erzeugt ein Fernbedienungssignal R_c, das die Befehlsdaten der Spracherkennungsschaltung 2 dar­ stellt, und sendet dieses Fernbedienungssignal R_c an den Empfänger eines entfernt angeordneten zu steuernden Gerä­ tes.

In Fig. 3 ist die elektronische Schaltung des Senders 10A genauer gezeigt. Die Spracherkennungseinheit 2 (Fig. 2) umfaßt eine Spracherkennungsschaltung 15 und eine Steuer­ schaltung 16. Die Sendeeinheit 4 (Fig. 2) umfaßt eine Sendeschaltung 17 und eine mit dieser verbundene Infra­ rotlicht-Emitterdiode D₁. Die Steuerschaltung 16 ist zwi­ schen die Spracherkennungsschaltung 15 und die Sende­ schaltung 17 geschaltet. Der Sprechschalter 12, der mit der Steuerschaltung 16 verbunden ist, versorgt die Steu­ erschaltung 16 mit einem Betriebssteuersignal S_c, das den Sender 10A nur dann betätigt, wenn ein Sprachbefehl ein­ gegeben wird. Der Sprechschalter 12 kann einen automa­ tisch zurückstellenden Schalter mit einem Druckknopf, ei­ nem Schiebeschalter oder ähnlichem aufweisen. Eine Stromversorgungsschaltung 18 liefert über eine Stromversorgungs-Steuerschaltung 14 und über Versorgungsleitungen an die Spracherkennungsschaltung 15, die Steuerschaltung 16 und die Sendeschaltung 17 elektri­ sche Energie.

Wie in Fig. 4 gezeigt, umfaßt die Spracherkennungsschal­ tung 15 einen Analogprozessor 21, der ein analoges Sprachbefehlssignal verarbeitet und das verarbeitete analoge Sprachbefehlssi­ gnal in Form von Zeitaufteilungs-Digitaldaten 20 ausgibt, einen Spracherkennungsprozessor 22, der den Sprachbefehl aufgrund der vom Analogprozessor 21 gelieferten Zeitauf­ teilungs-Digitaldaten 20 erkennt, einen Speicher 23, in dem Standardmusterdaten für die Spracherkennung gespei­ chert sind, und eine Schnittstelle 24, über die Signale an die Steuerschaltung 16 geliefert und von der Steuer­ schaltung 16 empfangen werden.

Wie in Fig. 5 gezeigt, umfaßt der Analogprozessor 21 im allgemeinen einen Verstärker 30a, der ein vom ersten Mikrophon M₁ übertragenes Sprachbefehlssignal auf einen geeigneten Pegel verstärkt, einen Verstärker 30b, der ein vom zweiten Mikro­ phon M₂ übertragenes Umgebungsgeräuschsignal auf einen ge­ eigneten Pegel verstärkt, einen Differenzverstärker 34, der als Geräuschsignalbeseitigungsschaltung dient und ein Dif­ ferenzsignal erzeugt, das den Unterschied zwischen den Ausgangssignalen der Verstärker 30a und 30b angibt, eine Filterreihe 31, die ein Ausgangssignal vom Differenzver­ stärker 34 in Signale in verschiedenen Frequenzbändern unterteilt, gleichrichtet und die Signale in diesen ver­ schiedenen Frequenzbändern ausgibt, eine Ana­ log/Digitalwandler-Anordnung 32 (die im folgenden mit "A/D-Wandler-Anordnung" bezeichnet wird), die die Aus­ gangssignale der Filterreihe 31 in den verschiedenen Fre­ quenzbändern in Digitalsignale umwandelt, und eine Schnittstelle 33, die Signale an den Spracherkennungspro­ zessor 22 überträgt und von diesem Signale empfängt.

Wie in Fig. 5 ferner gezeigt, umfaßt der Spracherkennungsprozes­ sor 22 eine Systemsteuerschaltung 40, die Steuerbefehle von der Steuerschaltung 16 analysiert und verarbeitet und ferner die gesamte Operation des Spracherkennungsprozes­ sors 22 steuert, und einen Digitalprozessor 41, der die Abstandsberechnungen ausführt und den Speicher 23 steu­ ert.

Die Systemsteuerschaltung 40 umfaßt eine CPU 42 (Zentraleinheit), die den Gesamtbetrieb des Senders 10A steuert, ein ROM 43 (Nur-Lese-Speicher), in dem ein von der CPU 42 für die Gesamtoperation des Senders 10A abzu­ arbeitendes Steuerprogramm gespeichert ist, ein RAM 44 (Schreib-Lese-Speicher), der vorübergehend Daten spei­ chert, und eine Schnittstelle 45, die sowohl an den Ana­ logprozessor 21 als auch an den Digitalprozessor 41 Daten überträgt und von diesen Prozessoren Daten empfängt.

Der Digitalprozessor 41 umfaßt eine Recheneinheit 46, die Abstandsberechnungen ausführt und auf der Grundlage der Ergebnisse der Abstandsberechnungen eingegebene Sprachbe­ fehle identifiziert, ein Daten-RAM 47, das die für die Abstandsberechnungen erforderlichen Daten speichert, ein ROM 48, in dem ein Programm für die Abstandsberechnungen gespeichert ist, ein Arbeits-RAM 49, das vorübergehend die verarbeiteten Daten speichert, eine Schnittstelle 50, die Daten sowohl an den Analogprozessor 21 als auch an die Systemsteuerschaltung 40 sendet und von diesen Daten empfängt, und eine Schnittstelle 51, die Daten an den Speicher 23 überträgt und von diesem empfängt.

In Fig. 6(a) wird gezeigt, daß die Filterreihe 31 eine Bandpaßfilter-Anordnung 35, die das eingegebene Sprachsi­ gnal in Signale in mehrere Frequenzbänder (4 Frequenzbänder in Fig. 6(a)) unterteilt, eine Gleichrich­ teranordnung 36, die die Ausgangssignale der Bandpaßfil­ teranordnung 35 gleichrichtet und eine Tiefpaßfilteran­ ordnung 37, die aus den Ausgangssignalen von der Gleich­ richteranordnung 36 den Brumm entfernt.

Die Bandpaßfilteranordnung 35 umfaßt mehrere Mehrzahl (vier in Fig. 6(a)) Bandpaßfilter BPF₀ bis BPF₃, die ent­ sprechend ihren jeweiligen Frequenzbändern die Mittenfre­ quenzen f₀, f₁, f₂ und f₃ (f₀ < f₁ < f₂ < f₃) besitzen.

Die Gleichrichteranordnung 36 umfaßt vier Gleichrichter RCT₀ bis RCT₃, die mit den entsprechenden Bandpaßfiltern BPF₀ bis BPF₃ der Bandpaßfilteranordnung 35 in Reihe ge­ schaltet sind. Mit den Gleichrichtern RCT₀ bis RCT₃ wer­ den die Ausgangssignale in den jeweiligen Frequenzbändern der Bandpaßfilter BPF₀ bis BPF₃ gleichgerichtet.

Die Tiefpaßfilteranordnung 37 umfaßt vier Tiefpaßfilter LPF₀ bis LPF₃, die mit den jeweiligen Gleichrichtern RCT₀ bis RCT₃ der Gleichrichteranordnung 36 in Reihe geschal­ tet sind. Die Tiefpaßfilter LPF₀ bis LPF₃ beseitigen aus den gleichgerichteten Signalen in den entsprechenden Fre­ quenzbändern den Brumm.

Die A/D-Wandleranordnung 32 umfaßt vier A/D-Wandler ADC₀ bis ADC₃, die mit den jeweiligen Tiefpaßfiltern LPF₀ bis LPF₃ der Tiefpaßfilteranordnung 37 in Reihe geschaltet sind. Die A/D-Wandler ADC₀ bis ADC₃ wandeln die analogen Ausgangssignale der Tiefpaßfilter LPF₀ bis LPF₃ in Digi­ talsignale um.

Nun wird der Betrieb des Analogprozessors 21 beschrieben. Um der Kürze willen wird nur die Signalverarbeitung in einem Frequenzband (zum Beispiel im demjenigen des Band­ paßfilters BPF₃) beschrieben. In den anderen Frequenzbän­ dern wird jedoch eine ähnliche Signalverarbeitung ausge­ führt.

Wenn auf das erste Mikrophon M₁ ein Umgebungsgeräusch und ein Sprachbefehl einwirken, wird das elektrische Ausgangssi­ gnal des Mikrophons M₁ durch den Verstärker 30a auf einen geeigneten Signalpegel verstärkt, wobei der Verstärker 30a ein verstärktes Signal Z₁ (s. Fig. 6(c)) ausgibt. Wenn auf das zweite Mikrophon M₂ das Umgebungsgeräusch einwirkt, wird das elektrische Ausgangssignal des Mikrophons M₂ durch den Verstärker 30b auf einen geeigneten Signalpegel verstärkt, wobei der Verstärker 30b ein verstärktes Si­ gnal Z₂ (s. Fig. 6(b)) ausgibt. Die Ausgangssignale der Verstärker 30a und 30b werden in den Differenzverstärker 34 eingegeben, der anschließend ein Differenzsignal A an das Bandpaßfilter BPF₃ (s. Fig. 6(d)) ausgibt; das Band­ paßfilter BPF₃ läßt nur ein seinem Frequenzband entspre­ chendes Signal B hindurch. Anschließend wird das Signal B an den Gleichrichter RCT₃ gegeben (s. Fig. 6(e)). Das Si­ gnal B wird durch den Gleichrichter RCT₃ gleichgerichtet, woraufhin vom Gleichrichter RCT₃ ein gleichgerichtetes Ausgangssignal C (s. Fig. 6(f)) an das Tiefpaßfilter LPF₃ gesendet wird. Das Tiefpaßfilter LPF₃ beseitigt Brummstö­ rungen, die im Signal C enthalten sein können, und er­ zeugt ein brummfreies Ausgangssignal D (s. Fig. 6(g)), das anschließend in den A/D-Wandler ADC₃ eingegeben wird.

Schließlich wandelt der A/D-Wandler ADC₃ das gelieferte Eingangssignal D in ein Signal E um, das aus 4-Bit-Zeit­ aufteilungs-Digitaldaten (1010), (0111), (0101), (0111), (1101), ... zusammengesetzt ist, wie in Fig. 6(h) gezeigt ist.

Claims (3)

1. Sprachgesteuertes Fernbedienungssystem, enthaltend einen Sender zum Umwandeln eines Sprachbefehls in ein Fernbedienungs­ signal und zum Aussenden des Fernbedienungssignals und einen Empfänger zum Empfangen des Fernbedienungssignals, Decodieren desselben in einen Steuerbefehl und Zuführen des Steuerbefehls zu einer gesteuerten Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (10A) ein erstes Mikrofon (M₁) zum Aufnehmen des Sprachbefehls unter Umgebungsgeräusch und Umwandeln des mit dem Umgebungsgeräusch unterlegten Sprachbefehls in ein erstes elek­ trisches Signal und ein zweites Mikrofon (M₂) zum Aufnehmen nur des Umgebungsgeräusches und zum Umwandeln desselben in ein zweites elektrisches Signal aufweist, und daß ferner vorgesehen sind:
eine Umgebungsgeräuschsignal-Unterdrückungseinrichtung (104) zum Entfernen der dem Umgebungsgeräusch entsprechenden Signal­ komponente aus dem ersten elektrischen Signal mit Hilfe des zweiten elektrischen Signals, und eine Erkennungseinrichtung (15) zum Erkennen des Sprachbefehls auf der Grundlage des von der Umgebungsgeräuschsignal-Unterdrückungseinrichtung (104) ab­ gegebenen Signals und zum Erzeugen des Fernbedienungssignals entsprechend dem erkannten Sprachbefehl.

2. Fernbedienungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Sender (10A) eine Vordersseite aufweist, an der das erste Mikrofon (M₁) angebracht ist, und eine Rückseite auf­ weist, an der das zweite Mikrofon (M₂) angebracht ist.

3. Fernbedienungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umgebungsgeräuschsignal-Unterdrückungs­ einrichtung (104) einen Differenzverstärker (34) enthält, der die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Signal ermittelt.