KR19980049884A - Speech recognition processing device of car and its method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 음성 인식 자동차에서 자동차에 구비되는 주변장치를 음성 명령을 통해 구동시키는 경우 음성 명령과 혼합되어 인가되는 주변의 잡음으로부터 선형예측 오차 에너지를 이용하여 순수한 음성 명령에 대한 신호만을 검출하여 해당 주변 장치의 제어가 실행되므로 주변장치의 동작에 오동작이 발생하지 않아 신뢰성 및 안전성이 제공된다.According to the present invention, when a peripheral device provided in a vehicle is driven by a voice command in a voice recognition vehicle, only a signal for a pure voice command is detected by using a linear predictive error energy from the ambient noise applied by being mixed with the voice command. Since the control of the device is executed, no malfunction occurs in the operation of the peripheral device, thereby providing reliability and safety.
본 발명은 접점의 스위칭에 따라 음성 인식 모드 설정 신호를 출력하는 모드 선택 수단과, 운전자의 음성 명령을 전기적 신호로 변환하는 음성 입력수단과, 인가되는 주파수 대역을 분석하여 운전자의 음성 명령에 해당하는 주파수 대역만을 추출하는 주파수 분석수단과, 추출되어 인가되는 음성 명령을 인식한후 디지탈 신호의 형태로 변환시키는 음성 인식수단과, 디지탈 형태의 음성 명령을 설정된 테이블에 따라 분석한후 선택된 주변장치 제어를 위한 신호를 출력하는 제어수단과, 제어신호에 따라 해당 주변장치의 액츄에이터에 드라이브 신호를 공급하는 기능 처리 수단을 구비한다.According to the present invention, mode selection means for outputting a voice recognition mode setting signal according to switching of a contact point, voice input means for converting a driver's voice command into an electrical signal, and an applied frequency band are analyzed to correspond to the driver's voice command. Frequency analysis means for extracting only the frequency band, voice recognition means for recognizing the extracted voice command and converting it into the form of a digital signal, and controlling the selected peripheral device after analyzing the digital voice command according to a set table. And control means for outputting a signal for providing a drive signal to an actuator of the peripheral device in accordance with the control signal.
Description
본 발명은 음성인식 자동차에 관한 것으로, 보다 더 상세하게는 자동차에 구비되는 주변기기를 운전자의 음성을 통해 구동시키는 경우에 있어 검출되는 운전자의 음성 신호와 이에 혼합되어 검출되는 잡음 신호에서 운전자의 명령에 대한 음성 신호를 선형예측 오차 에너지를 통해 안정되게 분리하여 주변기기의 음성 제어동작에 신뢰성을 제공하도록 한 자동차의 음성인식 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a voice recognition vehicle, and more particularly, to a driver's command from a voice signal detected by a driver and a noise signal mixed with the driver's voice when a peripheral device provided in the vehicle is driven through the driver's voice. The present invention relates to a speech recognition processing apparatus for a vehicle and a method for stably separating speech signals through linear predictive error energy to provide reliability in a voice control operation of a peripheral device.
일반적으로 자동차에 사용되는 음성인식장치는 자동차에 구비되는 파워 윈도우, 와이퍼, 비상램프, 에어컨, 오디오 등 운행에 안전성 및 편의성을 제공하여 주는 각종 주변장치를 운전자의 음성을 통해 편리하게 조작하는 것을 의미한다.In general, a voice recognition device used in a car means a convenient operation of various peripheral devices that provide safety and convenience in driving such as a power window, a wiper, an emergency lamp, an air conditioner, and an audio provided in a car through a driver's voice. do.
이와같은 음성인식장치는 운전자가 마이크를 통하여 명령한 음성신호로 아날로그 전기적 신호로 변화된 후 음성 인식에 필요한 소정의 전처리 과정이 실행되며, 음성신호를 묵음구간과 음성구간으로 분리한다.Such a voice recognition device is a voice signal commanded by the driver through a microphone is converted into an analog electrical signal, and a predetermined preprocessing process required for voice recognition is executed, and the voice signal is divided into a silent section and a voice section.
상기와 같은 과정을 통해 분리된 음성 구간의 신호는 대략 10ms의 프레임으로 구간별 음성의 특징을 표현하는 파라미터를 추출하며, 추출된 파라미터를 통하여 설정된 기준 영역을 초과하는 주파수 대역을 음성신호로 추출하여 사용자의 명령에 대한 음성 신호로 인식하도록 하는 방법으로 사용되었다.The signal of the speech section separated through the above process extracts a parameter expressing a feature of speech for each section in a frame of approximately 10 ms, and extracts a frequency band exceeding the reference region set through the extracted parameters as a speech signal. It was used as a way to recognize the voice signal of the user's command.
전술한 바와 같은 음성인식 방법은 조용한 환경에서는 운전자의 음성 명령이 인식되어지나, 소정의 속도 이상으로 주행하는 상태에서는 엔진의 출력에 의한 잡음과 주변의 소음이 운전자의 음성 명령과 함께 유입되므로 운전자의 음성 명령을 정상적으로 인지할 수 없어 오동작을 일으키거나 동작을 실행시킬 수 없는 문제점이 있었다.As described above, the voice command of the driver is recognized in a quiet environment, but when driving at a predetermined speed or higher, noise from the engine output and ambient noise are introduced together with the voice command of the driver. There was a problem that the voice command can not be recognized normally can cause a malfunction or to execute the action.
또한, 주변의 소음이 심한 환경에서 운전자의 위치와 음성 명령이 입력되는 마이크의 위치가 일정거리 이상으로 이격되어 있는 상태에서는 운전자의 명령 보다 잡음의 신호가 더 강하게되어 주변기기의 동작이 실행되지 못하거나 오동작을 일으키는 문제점이 있었다.In addition, when the driver's position and the position of the microphone where the voice command is input are spaced more than a certain distance in the surrounding noise environment, the signal of the noise is stronger than the driver's command, so that the operation of the peripheral device may not be executed. There was a problem causing malfunction.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 그 목적은 영교차율 보다 소음에 강한 선형예측 오차 에너지를 이용하여 음성신호를 추출하며, 선형예측 오차 에너지가 설정된 임의의 임계값을 초과하게 되면 음성명령의 시작으로 판단하고, 검출되는 음성신호에 따라 설정된 데이터를 통해 주변장치를 구동시켜 음성 명령의 인식에 신뢰성과 안정성을 제공하도록 한 것이다.The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to extract a speech signal using a linear predictive error energy that is more resistant to noise than a zero crossing rate, so that the linear predictive error energy exceeds a predetermined threshold value. When it is determined that the voice command is started, the peripheral device is driven through the data set according to the detected voice signal to provide reliability and stability in recognition of the voice command.
또한, 자동차의 각 부분 상태를 검출하여 이상 여부가 검출되면 그에 해당하는 음성 메시지를 출력하여 운전자의 수리 복구에 편리성과 신속성을 제공하도록 한 것이다.In addition, when the state of each part of the vehicle is detected and abnormality is detected, a corresponding voice message is output to provide convenience and speed to the driver's repair repair.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 접점의 스위칭에 따라 음성 인식 모드 설정 신호를 출력하는 모드선택 수단과, 운전자의 음성 명령을 전기적 신호로 변환하는 음성 입력수단과, 상기음성 입력수단을 통해 인가되는 주파수 대역을 분석하여 운전자의 음성 명령에 해당하는 주파수 대역만을 추구하는 주파수 분석수단과, 상기 추출되어 인가되는 음성 명령을 인식한 후 디지탈 신호의 형태로 변환시키는 음성 인식수단과, 상기 디지탈 형태의 음성 명령을 테이블에 따라 분석 한후 선택된 주변장치 제어를 위한 신호를 출력하는 제어수단과, 상기 제어신호에 따라 해당 주변장치의 액츄에이터에 드라이브 신호를 공급하는 기능 처리수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a mode selection means for outputting a voice recognition mode setting signal in accordance with the switching of the contact point, the voice input means for converting the voice command of the driver into an electrical signal, and applied through the voice input means Frequency analysis means for pursuing only the frequency band corresponding to the voice command of the driver by analyzing the frequency band, voice recognition means for recognizing the extracted voice command and converting it into the form of a digital signal, and the digital type. Control means for outputting a signal for controlling the selected peripheral device after analyzing the voice command according to the table, and a function processing means for supplying a drive signal to the actuator of the peripheral device in accordance with the control signal.
또한, 본 발명은 음성인식 모드의 상태에서 검출되는 음성 신호를 잡음 성분의 주파수 대역과 운전자의 음성 성분에 대한 주파수 대역으로 추출하는 제1과정과, 상기 제1과정후 선형예측 오차 에너지를 통해 음성 성분의 주파수 대역만을 추출하여 설정된 임계값과 비교하는 제2과정과, 상기 제2과정에서 추출된 음성 성분의 주파수 대역이 설정된 이상이면 음성 명령의 시작으로 간주하여 검출되는 음성에 대한 명령 데이터를 판독하여 해당 주변장치의 액츄에이터를 구동시키는 제3과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a first process of extracting a voice signal detected in a voice recognition mode into a frequency band of a noise component and a frequency band of a voice component of a driver, and through the linear prediction error energy after the first process. A second process of extracting only the frequency band of the component and comparing it with a threshold set; and if the frequency band of the voice component extracted in the second process is equal to or greater than the set value, the command data for the voice detected as the start of the voice command is read. And a third process of driving an actuator of the peripheral device.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 음성인식 처리장치를 보이는 구성 블록도이고,1 is a block diagram showing a voice recognition processing apparatus of a vehicle according to an embodiment of the present invention,
도 2는 도1에 도시된 본 발명에서 음성인식 처리의 실행을 보이는 일 실시예의 흐름도이며,2 is a flowchart of an embodiment showing execution of a voice recognition process in the present invention shown in FIG.
도 3은 아이들 상태에서 음성 에너지의 영교차율 및 선형예측 에너지와의 관계를 보인 그래픽이다.3 is a graphic showing the relationship between the zero crossing rate and linear prediction energy of speech energy in the idle state.
도 4는 시속 30Km/h 의 운행상태에서 음성 에너지와 영교차율 및 선형예측 에너지와의 관계를 보인 그래픽이고,4 is a graphic showing the relationship between the voice energy, the zero crossing rate and the linear prediction energy in the operating state of 30 km / h,
도 5는 시속 60Km/h 의 운행상태에서 음성 에너지와 영교차율 및 선형예측 에너지와의 관계를 보인 그래픽이다.5 is a graphic showing the relationship between speech energy, zero crossing rate, and linear prediction energy in a driving state of 60 km / h.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에서 알수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 자동차의 음성인식 처리장치는, 모드선택 스위치(10), 주파수 분석부(20), 음성 인식부(30), 제어부(40), 기능처리부(50), 차량상태 검출부(60), 음성처리부(70), D/A 변환부(80), 마이크(MIC) 및 스피커(SPK)로 이루어지는데, 모드선택 스위치(10)는 운전자의 선택에 따라 접점이 스위칭되어 음성인식 모드를 설정하기 위한 소정의 신호를 출력한다.As can be seen in FIG. 1, the apparatus for recognizing speech in an automobile according to the present invention includes a mode selection switch 10, a frequency analyzer 20, a speech recognizer 30, a controller 40, and a function processor 50. , The vehicle state detection unit 60, the voice processing unit 70, the D / A converter 80, the microphone MIC, and the speaker SPK. The mode selection switch 10 has a contact point according to the driver's selection. The signal is switched to output a predetermined signal for setting the voice recognition mode.
마이크(MIC)는 운전자가자동차에 구비되는 주변기기를 제어하기 위하여 입력하는 음성 명령을 아날로그 전기적 신호로 변환시켜 출력한다.The microphone (MIC) converts and outputs a voice command input by the driver to an analog electric signal to control a peripheral device provided in the vehicle.
주파수 분석부(20)는 마이크(MIC)를 통해 입력되는 전기적 신호를 분석한 후 선형 오차 에너지의 검출을 통하여 음성 명령에 해당하는 주파수의 성분과 잡음에 해당하는 주파수 성분을 추출한다.The frequency analyzer 20 analyzes an electrical signal input through a microphone MIC and extracts a frequency component corresponding to a voice command and a frequency component corresponding to noise by detecting a linear error energy.
음성 인식부(30)는 선형오차 에너지의 검출을 통해 추출된 운전자의 명령을 검출하여 제어부(40)가 인식할 수 있는 소정의 상태로 변환시켜 출력한다.The voice recognition unit 30 detects the driver's command extracted through the detection of the linear error energy, converts it into a predetermined state that the control unit 40 can recognize, and outputs the converted command.
제어부(40)는 설정된 테이블로부터 음성 인식부(30)에서 인가되는 운전자의 명령에 대한 데이터를 검출하여 그에 해당하는 제어신호를 출력하며, 각각의 검출 수단으로부터 인가되는 차량의 상태에 대한 데이터를 분석하여 음성 경보를 위한 데이터를 검출한 후 그에 해당하는 소정의 제어신호를 출력한다.The controller 40 detects data on a driver's command applied from the voice recognition unit 30 from the set table and outputs a control signal corresponding thereto, and analyzes data on the state of the vehicle applied from the respective detection means. Detects data for a voice alert and outputs a predetermined control signal corresponding thereto.
기능처리부(50)는 제어부(40) 에서 인가되는 신호에 따라 자동차에 구비되는 주변장치중에서 선택된 주변장치를 동작시키기 위한 드라이브 신호를 출력한다.The function processor 50 outputs a drive signal for operating the peripheral device selected from the peripheral devices provided in the vehicle according to the signal applied from the controller 40.
차랑상태 검출부(60)는 자동차의 각 부분에 설치되는 검출수단으로 인가되는 이상여부에 대한 신호 및 음성 명령에 의해 동작되는 주변장치의 동작상태를 검출하여 제어부(40)가 판독할수 있는 소정의 신호로 변환하여 출력한다.The lane condition detection unit 60 detects an operation state of a peripheral device operated by a voice command and a signal on whether an abnormality is applied to detection means installed in each part of the vehicle, and a predetermined signal which can be read by the control unit 40. Convert to and print it out.
음성처리부(70)는 제어부(40)에서 인가되는 차량의 상태에 대한 제어신호를 분석하여 설정된 데이터로 변환시켜 출력한다.The voice processor 70 analyzes a control signal for the state of the vehicle applied by the controller 40, converts the control signal into the set data, and outputs the converted data.
D/A변환부(80)는 음성 처리부(70)에서 인가되는 디지탈 음성 데이터를 아날로그 음성 데이터로 변화시켜 스피터(SPK)측에 인가한다.The D / A converter 80 converts the digital voice data applied from the voice processor 70 into analog voice data and applies it to the speaker SPK side.
스피커(SPK)는 아날로그 신호로 변화되어 인가되는 차량의 상태에 대한 전기적 신호를 사용자가 인지할수 있는 음성 신호로 변환하여 출력한다.The speaker SPK is converted into an analog signal and outputs an electrical signal for a state of the vehicle to be applied to a voice signal that can be recognized by the user.
전술한 바와 같은 기능을 구비하여 이루어지는 본 발명에서 운전자의 음성 명령 인식에 대한 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the voice command recognition of the driver in the present invention having the function as described above are as follows.
소정의 속도로 운행되는 자동차에서 주변장치를 음성 인식을 통해 구동하기 위하여 모드선택 스위치(10)의 접점을 음성 인식의 모드로 선택하면 제어부(40)는 검출되는 모드 접점에 따라 음성 인식 모드로 진입한다(스텝101).In a vehicle driving at a predetermined speed, when the contact of the mode selection switch 10 is selected as a voice recognition mode to drive the peripheral device through voice recognition, the controller 40 enters the voice recognition mode according to the detected mode contact. (Step 101).
이후, 운전자가 임의의 주변장치를 구동시키기 위한 음성 명령을 음성 입력 수단인 니 마이크(MIC)를 통해 입력하면 마이크(MIC)는 입력되는 음성 신호를 전기적 신호로 변환하여 주파수 분석부(20)측에 인가한다.Subsequently, when the driver inputs a voice command for driving any peripheral device through the knee microphone MIC, which is a voice input means, the microphone MIC converts the input voice signal into an electrical signal to the frequency analyzer 20. To apply.
주파수 분석부(20)는 인가되는 전기적 신호를 분석한 후 음성 성분의 주파수 대역과 잡음 성분의 주파수 대역을 일정의 상태로 구분하여 설정한 기준으로부터 선형오차 에너지의 검출을 통하여 음성 명령에 해당하는 주파수 성분과 잡음 성분에 해당하는 주파수 성분을 추출한 후 음성 인식부(30)측에 인가한다(스텝102).The frequency analyzer 20 analyzes the applied electrical signal and divides the frequency band of the voice component and the frequency band of the noise component into a predetermined state, and detects the linear error energy from the reference. The frequency components corresponding to the component and the noise component are extracted and applied to the speech recognition unit 30 (step 102).
음성 인식부(30)는 주파수 성분이 분리되어 인가되는 음성 신호에서 선형오차 에너지를 통하여 음성 명령 성분만을 추출한 후 추출된 아날로그 상태의 음성 명령을 디지탈 신호로 변환시켜 제어부(40)측에 인가한다(스텝103).The voice recognition unit 30 extracts only the voice command component through the linear error energy from the voice signal to which the frequency component is separated and then converts the extracted voice command into a digital signal and applies it to the control unit 40 ( Step 103).
제어부(40)는 선형오차 에너지를 통해 검출되는 음성 데이터의 프레임이 설정된 임계값, 대략 5프레임 이상으로 검출되는지를 판단한다(스텝104).The controller 40 determines whether the frame of the voice data detected through the linear error energy is detected at the set threshold value, approximately 5 frames or more (step 104).
상기 스텝104에서 검출되는 음성 데이터가 설정된 임계값을 초과하지 못하는 경우 제어부(40)는 음성 명령의 입력으로 인지하지 않고, 음성 데이터가 임계값을 초과하는 경우 제어부(40)는 음성 명령의 시작으로 판단하여 설정된 테이블로 부터 검출되는 음성 명령에 대하여 주변장치를 구동시키기 위한 데이터를 검출한다(스텝105)If the voice data detected in step 104 does not exceed the set threshold, the controller 40 does not recognize it as an input of the voice command. If the voice data exceeds the threshold, the controller 40 starts the voice command. Data for driving the peripheral device is detected with respect to the voice command detected by the determined table (step 105).
이후, 제어부(40)는 검출된 데이터에 따라 주변장치 구동을 위한 소정의 제어신호를 기능 처리부(50)측에 인가하면 기능처리부(50)는 인가되는 데이타에 따라 해당 주변장치의 액츄에이터측에 드라이브 신호를 출력하여 윈도우의 개폐나 와이퍼의 구동, 비상팸프의 점멸, 에어컨의 구동 또는 오디오의 구동을 실행시킨다(스텝106).Subsequently, when the control unit 40 applies a predetermined control signal for driving the peripheral device according to the detected data to the function processing unit 50, the function processing unit 50 drives the actuator side of the corresponding peripheral device according to the applied data. The signal is output to open or close the window, drive the wiper, flash the emergency lamp, drive the air conditioner or drive the audio (step 106).
이때, 제어부(40)는 검출되는 음성 데이터가 설정된 임계값 이하로 설정된 소정의 시간 이상 지속되는지를 판단하며(스텝107), 음성 데이터가 임계값 이하로 설정된 소정 시간 이상 지속되면 음성 명령의 종료로 판단하여 초기화 프로그램으로 복귀되고(108),상기 스텝107의 판단에서 설정된 임계시간 이내에 임계값 이상의 신호가 재 검출되면 이전에 검출된 잠정적인 음성 명령의 중단부터 현재 음성 명령이 재 검출되는 시점까지 일시 정지의 상태로 간주한 후 상기스텝 103으로 복귀하여 검출되는 음성 명령의 인식을 위한 동작을 실행한다(스텝109).At this time, the controller 40 determines whether the detected voice data lasts for more than a predetermined time set to be less than or equal to the set threshold value (step 107). If it is determined and returned to the initialization program (108), and if a signal of a threshold value or more is detected again within the threshold time set in the determination of the step 107, it is suspended from the interruption of the previously detected tentative voice command to the time when the current voice command is detected again. After it is regarded as in the stopped state, the process returns to the step 103 and the operation for recognizing the detected voice command is executed (step 109).
상술한 음성 명령 인식 동작을 일예를 들어 첨부된 도3과 도4 및 도5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.For example, the voice command recognition operation described above will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 5.
도에서 알 수 있는 바와 같이 운행되는 속도가 증가하면 주변의 잡음이 크게 입력되어 음성 명령을 인식할 수 없는 A와 같은 주파수의 대역으로 형성된다.As can be seen from the figure, when the running speed is increased, the surrounding noise is greatly input to form a band of the same frequency as A that cannot recognize a voice command.
이와 같은 주파수 대역을 설정된 기준 점을 통해 영교차율로 필터링을 실행하면 B와 같은 주파수의 대역으로 음성 성분의 주파수 대역이 추출되나 이 경우에도 잡음의 성분의 주파수 대역이 상대적으로 크게 형성된다.When such a frequency band is filtered at a zero crossing rate through a set reference point, the frequency band of the voice component is extracted to a band of the same frequency as B, but even in this case, the frequency band of the noise component is relatively large.
따라서, 영교율로 필터링 된 B의 주파수 대역을 선형예측 오차에너지를 통해 추출하면 C와 같은 순수한 음성 명령의 주파수 대역으로만 검출되므로 안정된 음성 명령의 검출을 통해 주변장치의 오동작이 발생하지 않는 신뢰성 있는 제어가 진행된다.Therefore, if the frequency band of B filtered by the zero ratio is extracted through the linear predictive error energy, only the frequency band of pure voice command such as C is detected, so that the malfunction of the peripheral device is not generated through the detection of the stable voice command. Control is in progress.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 음성 인식 자동차에서 자동차에 구비되는 주변장치를 음성 명령을 통해 구동시키는 경우 음성 명령과 혼합되어 인가되는 주변의 잡음으로부터 선형예측 오차 에너지를 이용하여 순수한 음성 명령에 대한 신호만을 검출하여 해당 주변장치의 제어가 실행되므로 주변장치의 동작에 오동작이 발생되지 않아 신뢰성 및 안정성이 제공된다.As described above, according to the present invention, when driving a peripheral device provided in a vehicle through a voice command in a voice recognition vehicle, a signal for a pure voice command using linear predictive error energy from ambient noise mixed with the voice command is applied. Since only the peripheral device is detected and control of the peripheral device is performed, no malfunction occurs in the operation of the peripheral device, thereby providing reliability and stability.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |