RO126887A2 - Ansamblu de control al unui dispozitv digital prin comandă în limbaj, pseudo-natural flexibil - Google Patents

Abstract

Prezenta invenţie se referă la un ansamblu de control al unui dispozitiv digital prin comandă vocală. Ansamblul de control (100), conform invenţiei, permite interacţiunea dintre un utilizator (101) şi un dispozitiv (160), prin intermediul unei platforme (300) de control vocal şi al unei platforme (400) de control hardware, folosind, pentru comunicare om-maşină, limbajul Speak (500), iar pentru comunicare maşină-maşină, limbajul Squeak (600).

Description

Ansamblu de control al unui dispozitiv digital prin comanda vocala in limbaj pseudo-natural flexibil

Domeniul tehnic

Invenția de fata se incadreaza in domeniul metodelor de control al dispozitivelor digitale si in special in subdomeniile recunoașterii vocale, interpretării sintactico-semantice (a unui limbaj pseudonatural), comunicării intre mai multe dispozitive prin utilizarea unui cod mașina virtual universal.

Problema tehnica

Problema pe care o abordeaza acest ansablu de control este cea a controlului unui dispozitiv controlabil electronic. Aceasta problema poate fi încadrata in mai mult sub-probleme astfel:

1. Comunicare om-masina. Problema comunicării om-masina este abordata prin diverse interfețe: mecanice, electrice, electronice, grafice, vocale etc.

2. Recunoaștere vocala. In cazul interfețelor vocale, apare problema recunoașterii vocale adica a transformării unui sunet (i.e. comanda vocala înregistrata) in text adica reprezentarea „scrisa a sunetului. Aceasta problema

3. Comunicare masina-masina. Dispozitivul controlat poate avea capacitatea de a susține un motor de recunoaștere vocala, insa in majoritatea cazurilor nu o are. Din acest motiv apare necesitatea comunicării masina-masina adica intre dispozitivul care îndeplinește rolul de comunicare cu omul si dispozitivul tinta care se dorește controlat.

S olutia tehnica

Soluția pe care o propune aceasta invenție este un ansamblu de control (100) format dintr-o platforma de control vocal (300) care are sarcina de a comunica cu utilizatorul si o platforma de control hardware (400) care face managementul functionalitatilor dispozitivului.

Sistemul de funcționare al invenției este modular, fiind impartit in module si sub-module, atat fizice c it si conceptuale. Pe platforma de control vocal utilizatorul folosește limbajul Speak (500) pentru a formula enunțuri; aceste enunțuri sunt captate (205), transformate in text (305) si analizate (318), iar pe baza acestei interacțiuni unitatea centrala de procesare (320) interactioneaza cu platforma de control hardware (400) prin intermediul modulului de comunicație (329), a limbajului Squeak (600) si a modelului matematic si funcțional aferent.

Platforma de control hardware (400) are autonomie funcționala dar este subordonata comenzilor platformei de control vocal (300), iar comunicarea intre acestea se realizează prin intermediul modulului de comunicație (442). Unitatea centrala de procesare (450) face managementul resurselor 'ia^rdware ale dispozitivului prin intermediul actuatorilor de stare (455).

0—2 0 1 0-00377-2 9 -06- 2010

Avantajele invenției

Omogenitate tehnologica. Soluții distincte pentru unele domenii ale invenției exista precum recunoaștere vocala, comunicare om-masina sau comunicare masina-masina, insa principalul avantaj este oferirea unei soluții omogene care sa incorporeze toate aceastea. Acesta este avantajul cu impactul cel mai mare asupra stadiului actual al tehnicii.

Interacțiune optima. O prima urmare a aceste implementării omogene este asigurarea unei optimizări eficiente a interacțiunii dintre module, limbajele Speak si Squeak fiind bazate pe același model matematic generativ.

Limbaje simetrice. Limbajele Speak si Squeak au forme diferite insa sunt bazate pe același model matematic. Astfel cele doua limbaje sunt reductibile unul la celalalt. Echivalenta acestora permite compilarea din Speak in Squeak (si invers, decompilarea) cu eforturi minime de calcul.

Limbajul Speak (500) - limbaj de control vocal in forma pseudo-naturala flexibila. Avantajul limbajului Speak este utilizarea unui mediu de comunicare om-masina bazat pe următoarele caracteristici:

-forma pseudo-naturala pastreaza asemanarea cu limbajul natural pentru o ușoara utilizare de către utilizatori comuni

- structura limbajului este determinista si independenta de context minimizând efortul de analiza

- structura enunțurilor este dinamica, orientata pe comanda, astfel reducând substanțial efortul de analiza in comparație cu metodele de analiza a limbajului natural

- limbajul perminte atat utilizarea comenzilor atomice (i.e. control asupra la stărilor) si a structurilor de control (e.g. daca, cat timp etc.), cat si definirea de cuvinte noi in dicționar-comenzi compuse (e.g. „definește aprinde lumina ca seteaza ieșirea 1 cu l'j, după bunul plac al utilizatorului.

Limbajul Squeak (600) - limbaj de comunicație (i.e. control) masina-masina. Avantajul limbajului Squeak este utilizarea unui mediu de comunicare intre dispozitive bazat pe următoarele caracteristici:

- orice dispozitiv este redus la un model matematic bazat pe stări si comenzi

- structura limbajului si implementării Squeak permite comunicarea intre doua dispozitive fundamental diferite fara drivere, numai prin corelarea de stări interne. Toate comenzile Squeak funcționează identic pe orice dispozitiv.

Autonomie ușor de controlat. Folosind limbajul Squeak, oricărui dispozitiv i se pot programa comenzi automate si reacții la diverși factori (observabili prin senzori). Pe langa capacitatea de autonomie, trebuie remarcata si ușurința cu care se poate reprograma, folosind limbajul Speak pentru a trimite o comanda Squeak.

Descrierea succinta a desenelor

Invenția de fata este ilustrata prin exemple si nu limitativ in figurile următoare:

Dg-2 Ο 1 0 - 0 0 3 7 7 - 2 9 -06- 2010

FIG. 1. este o schema generala a functionalitatilor invenției

FIG. 2. este o schema de interacțiune a componentelor electronice

FIG. 3. este o diagrama conceptuala a platformei de control vocal

FIG. 4. este o diagrama conceptuala a platformei de control hardware

FIG. 5. este o colecție de modele structurale de reprezentare in limbajul Speak

FIG. 6. este o colecție de modele structurale de reprezentare in limbajul Squeak

Descrierea detaliata a desenelor

In schema generala (100) din FIG. 1 este ilustrata interacțiunea modulelor, pornind de la utilizatorul (101) care comunica platformei de control vocal (300) o comanda (105) după structura limbajul Speak (500). Platforma (300) analizeaza aceasta comanda si comunica cu platforma de control hardware (400) prin intermediul unei implementări (135) a limbajului Squeak (600). Platforma (400) comunica cu dispozitivul (160) prin comenzi (151) si prin răspunsuri (152).

Schema de interacțiune a componentelor electronice din FIG. 2 prezintă fluxul informației in interiorul sistemului electronic folosit pentru implementarea invenției. Elementele de captare de sunet (205) înregistrează o comanda vocala de la utilizator (101); convertorul analog-numeric (211) prelucrează comanda vocala si o transforma in format digital, pentru a fi prelucrata de encoder/decoder (215). Elementele de redare (206) sunt folosite pentru a reda informațiile destinate utilizatorului, preluând sunetul de la convertorul numeric-analog (212).

In funcție de implementare, se poate folosi un chip de recunoaștere vocala (217). In cazul in care nu se folosește un asemenea chip, microprocesorul (220) preia aceasta funcție.

Microprocesorul (220) este unitatea centrala de procesare (320) si (in funcție de impleme?tare) îndeplinește rolul de sistem de operare a plăcii de control vocal sau ruleaza aplicația de rianagemein al controlului vocal in cazul in care este executata intr-un sistem de operare generic.

Microprocesorul (220) folosește transceiverul (230) pentru a comunica cu microcontrollerul plăcii de control hardware (250) prin intermediul transceiverului atașat (241).

Principalul rol al microcontrollerul (250) este de a face managementul resurselor hardware ale sistemului (240) si de a comunica cu placa de control vocal (210). Pentru a realiza managcmentu! resurselor, sunt utilizate elemente de comanda (251) si senzori (252).

In FIG. 3 găsim diagrama conceptuala a platformei de control vocal. Componentele care au contact direct cu utilizatorul (101) sunt motorul de recunoaștere vocala (305) si motorul de sintetizare vocala (306). Motorul de recunoaștere vocala (305) preia sunetul primit de la utilizator (101) si prin diverse metode care variaza in funcție de implementare, transforma sunetul in format text. Actat text este analizat sintactic si semantic de motorul de analiza sintactica si semantica (318). Aceasta analiza se face prin raportarea la modelul limbajului Speak (500).

cv~2 O 1 O - O O 3 7 7 - 2 9 -06- 2010

Unitatea centrala de procesare (320) primește textul analizat sub forma unei comenzi. Aceasta comanda este interpretata, schimbând stări interne sau externe. In urma schimbărilor făcute, daca este cazul, motorul de sincronizare de stări (324) comunica cu platforma de control hardware si transmite comenzi prin modulul de comunicație (329) compilând informația după o implementare Squeak (326, 600).

Motorul de sincronizare de stări (324) lucrează după o metoda de corelare de stări (325) adaptata la modelul limbajului de comunicație Squeak (600).

FIG. 4 reprezintă diagrama conceptuala a platformei de control hardware (400). Similar platformei de control vocala (300), modulul de comunicație (442), compilatorul Squeak (445) si executorul/interpretorul Squeak (446) realizează transmisia de date intre cele doua platforme (300,400).

Motorul de sincronizare de stări (449) implementează metoda de corelare de stări (325), bazata pe limbajul Squeak (600) pentru a accepta/executa comenzi si trimite notificări de stare prin intermediul modulului de comunicație (442).

Unitatea centrala de procesare (450) realizează managementul tuturor resurselor platformei de control hardware, rulând un sistem de operare dedicat (nativ Squeak) sau un sistem de operare pe care ruleaza o mașina virtuala Squeak.

Unitatea centrala de procesare (450) implementează o versiune a limbajului Squeak (600); o componenta necesara a acestui limbaj este stiva de subrutine stocate (451). In aceasta stiva se stochează si apleleaza subrutinele folosite de unitatea centrala de procesare (450).

Actuatorii de stare (455) mediaza comunicarea cu elementele de comanda (251) si senzorii (252).

In FIG. 5 avem o colecție de modele structurale de reprezentare a limbajului Speak. Unitatea structurala si funcționala a limbajului este comanda. Orice act de vorbire nativ (se pot uJliza alre acte de vorbire, dar prin reducție la comanda) este o comanda (510). Orice comanda are un :uvant cheie sau o sintagma (501) care precede comanda (e.g. seteaza in „seteaza ieșirea 0 cu 1), uimatde parametrii (502) si particule opționale de comanda (503).

In exemplul „seteaza ieșirea 1 cu 0 avem comanda seteaza... cu..., cuvântul cheie fiind seteaza iar particula opționala cu. Parametrii sunt ieșirea, 1 si 0.

Limbajul Speak are doua niveluri: nivelul atomic si nivelul complex. La nivelul atomic, se pot formula propoziții utilizând numai comenzi de control de stare (e.g. „seteaza variabila 1 cu 12”) si structuri de control (e.g. „daca variabila 1 este 12 atunci seteaza ieșirea 1 cu 0).

La nivelul complex se poate extinde dicționarul de termeni prin definire de cuvinte noi (e.g. „definește aprinde lumina ca seteaza ieșirea 1 cu 1). Odata definiți termenii noi, se pot folosi in același mod ca si termenii nativi (e.g. „Daca intrarea 1 = 0 atunci aprinde lumina altfe¹ stinge lumina).

Colecția de modele structurale din FIG. 6 reprezintă reprezentările structurilor fundamentale z le limbajului Squeak. Limbajul Squeak este un limbaj cod mașina virtual universal care permite

Ο 1 Ο - Ο 0 3 7 7 - 2 9 -06- 2010 comunicarea intre doua dispozitive fara a utiliza drivere. Folosind numai un acord de sincronizare a stărilor interne, oricare doua dispozitive dotate cu Squeak pot comunica intre ele.

O instrucțiune sau comanda are structura ilustrata (610), fiind constituita dintr-o comanda (601) si parametrii comenzii (602). De exemplu, pentru a seta portul 0 cu valoarea 1, se folosește comanda 0100 01.

Modelul Squeak (600) este proiectat pentru a permite implementarea si controlul facil al unui comportament autonom al dispozitivului.

Stiva de subrutine (630) are rol de stocare si apel al subrutinelor utilizate.

De exemplu, putem programa un ansamblu format dintr-un bec si un senzor sa se aprinda numai când senzorul detectează un om. Pentru aceasta trebuie sa stocam o subrutina care sa aprinda becul (01 01 01, la adresa 0B) si o subrutina care sa stingă becul (010100 la adresa OA). Apoi stocam structura de control intr-o subrutina: 04 8A 00 FF 0A 0B la adresa 0C (daca portul 8A este 255 atunci executa 0A, altfel 0B). Pentru a realiza autonomia aparatului punem intr-o bucla infinita execuția subrutines precedente (stocala la 0C).

ru- 2 Ο 1 Ο - Ο ο 3 7 7 2 9 -06- 2010

Termeni utilizați

Nr. Descriere

100 Ansamblu de control

101 Utilizator

105 Comanda vocala

106 Răspuns audio

135 Metoda de transmisie

151 Interacțiune cu dispozitivul - comanda

152 Interacțiune cu dispozitivul - răspuns

160 Dispozivul controlat

200 Sistem de dispozitive electronice de control

205 Elemente de captare de sunet

206 Elemente de redare

210 Placa de control vocal

211 Convertor analog-numeric

212 Convertor numeric-analog

215 Encoder/Decoder

217 Chip de recunoaștere vocala

220 Microprocesor

230 Transceiver

235 Mediu de transmisie

240 Placa de control hardware

241 Transceiver

250 Microcontroller

251 Elemente de comanda

252 Senzori

300 Programul de control

305 Motor de recunoaștere vocala

306 Motor de sintetizare vocala

318 Motor de analiza sintactica si semantica

320 Unitate centrala de procesare

324 Motor sincronizare start

325 Metoda corelare stări

326 Compilator Squeak

327 Executor/interpretor squeak

329 Modul de comunicație

400 Sistem de operare minimal

442 Modul de comunicație

445 Compilator Squeak

446 Executor Squeak

449 Motor sincronizare stări

450 Unitate centrala de procesare

451 Stiva de subrutine

455 Actuatori de stare

500 Limbajul Speak

501 Comanda

502 Parametru

503 Particula opționala de comanda

510 Structure unei comenzi in Speak

600 Limbajul Squeak

601 Comanda

CV 2 Ο 1 0 - 0 0 3 7 7

9 -06- 2010 ίο

602 610 620 630

Parametru Structura unei comenzi in Squeak Reprezentarea porturilor de intrare/iesire Reprezentarea stivei de subrutine

CV-2 Ο 1 Ο - Ο Ο 3 7 7 ’-

Claims (9)

1. Ansamblu de control al unui dispozitiv digital prin comanda vocală în limbaj pseudo-natural flexibil (100), caracterizat prin aceea ca ansablul (100) cuprinde sistemul de dispozitive electronice (200) si o metoda de control al unui dispozitiv prin comanda vocala (100), o metoda de comunicare om-masina in limbaj pseudo-natural (300) - limbajul Speak (500) si o metoda de comunicare masina-masina printr-un limbaj mașina virtual (400) - limbajul Squeak (600).

2. Conform revendicării 1, sistem de dispozitive electronice (200), caracterizat prin aceea ca este consituit din placa de control vocal (210) si placa de control hardware (240).

3. Conform revendicării 2, placa de control vocal (210), caracterizata prin aceea ca are următoarele elemente si funcționalități:

element de captare de sunet (205) care este fie un microfon, fie o instalație capabila sa înregistreze sunete de la utilizator (101), elemente de redare (206) care sunt fie audio, video sau tactile, convertor analog-numeric (211) care preia sunetul înregistrat (205) si il reprezintă in forma digitala, encoder/decoder (215) care codifica/decodifica sunetul digital primit/trimis in/din formatul utilizat, chip de recunoaștere vocala (217) este o componenta opționala care poate in icplini sarcina de motor de recunoaștere vocala (305), microprocesor (220) care are rolul de unitate de procesare centrala a sarcinilor plăcii (210), in cazul in care nu se folosește un chip de recunoaștere vocala (217), microorc cesorul (22.0) preia sarcina de motor de recunoaștere vocala (305), transceiver (230) o componenta electronica folosita pentru a comunica cu placa de cop.tcI hardware (240) prin intermediul transceiverului corespondent (241).

4. Conform revendicării 2, placa de control hardware (240), caracterizata prin aceea ca are următoarele elemente si funcționalități:

transceiver (241) care are aceeași funcție ca (230), microcontroller (250) care are rolul de unitate de procesare centrala a sarcinilor plăcii (240), elemente de comanda (251) care primesc sarcini de la microcontroller (2'30) si comanda functionalitatile dispozitivului controlat, senzori (252) care trimit date despre stări externe microcontrollerului (250)

5. Conform revendicării 1, sistemul de dispozitive electronice (200), caracterizat prin aceea ca poate fi constituit dintr-o singura placa electronica in loc de doua (revendicarea 2); pentru aceasta microprocesorul (220) poate prelua sarcinile microcontrollerului (250) astfel componentele (2ΞΚ ) (235) si (241) nemaifiind necesare.

6. Conform revendicării 1, metoda de control a unui dispozitiv prin comanda vocala (100), caracterizat prin aceea ca un utilizator (101) folosește limbajul Speak (500) pentru a formula enunțuri destinate platformei de control voczJ (300): enunțurile sunt interpretate ca niște sarcini pe care le îndeplinește fie intern - platfcrm- cie control vocal (300), fie extern - platforma de control hardware (400);

pentru sarcinile externe platforma de control vocal (300) si platforma de control hardware (400) comunica prin intermediul limbajului Squeak (600);

tx-:? Ο 1 Ο - Ο Ο 3 7 7 - 2 9 -06- 2010 limbajul Squeak (600) este un limbaj cod mașina virtual dezvoltat pe un model matematic minimal sub care pot fi reprezentate funcțiile fundamentale ale oricăror doua mașini, necesitând astfel numai o diagrama de reprezentare a stărilor interne platforma de control hardware (400) interactiuneaza bidirecțional cu dispozitivul (151,152)

7. Conform revendicării 1, metoda de comunicare om-masina in limbaj pseudo-natural (300), caracterizata prin aceea ca are următoarele componente structurale care funcționează astfel:

motor de recunoaștere vocala (305) care preia sunetul de la elementele de captare sunet (205) si transmite o reprezentare a sunetului in format text motorului de analiza sintactica si semantica (318);

motorul de analiza sintactica si semantica (318) face o analiza intai sintactica apoi semantica a textului primit de la motorul de recunoaștere vocala (305) pe baza specificației limbajului Speak (500) si trimite rezultatele analizei unitatii centrale de procesare (320);

unitatea centrala de procesare (320) este nucleul structural si funcțional al întregului subsistem (300) si executa operațiile de procesare motorul de sincronizare de stări (324) realizează sincronizarea reprezentării stărilor interne cu reprezentările stărilor externe prin metoda de corelare a stărilor (325);

metoda de corelare a stărilor (325) este o metoda de corelare a reprezentărilor starilor interne/externe si a comenzilor a doua dispozitive digitale, prin intermediul limbajului Squeak (600) si a paradigmei aferente de reprezentare;

compilatorul (326) si executorul/interpretorul Squeak (327) sunt componente conceptuale care mediaza interactionea dintre motorul de sincronizare stări (324) si modulul de comunicație (329);

modulul de comunicație (329) face managementul schimbului de inrormatii dintre placa de control vocal (210) si placa de control hardware (240)

8. Conform revendicării 1, metoda de comunicare mașina către mașina printr-un limbaj mașina virtual, caracterizata prin aceea ca are următoarele componente structurale care funcționează astfel:

modulul de comunicație (442) face managementul schimbului de informații cu alte dispozitive;

compilatorul (445) si executorul/interpretorul Squeak (446) sunt componente conceptuale care mediaza interactionea dintre motorul de sincronizare stări (449/ .*i modulul de comunicație (442);

motorul de sincronizare de stări (449) realizează sincronizarea reprezentării stărilor intei ne cu reprezentările stărilor externe prin metoda de corelare a stărilor (325);

- metoda de corelare a stărilor (325) este o metoda de corelam a reprezentărilor sta> lor interne/externe si a comenzilor a doua dispozitive digitale, piin intermeoiul limbaju ui Squeak (600) si a paradigmei aferente de reprezentare;

unitatea centrala de procesare (450) este nucleul structural si funcțional al întregului subsistem (400) si realizează managementul resurselor de calcul; aceasta (450) interactioneaza cu stiva de subrutine stocate (451);

- stiva de subrutine stocate (451) este o componenta de stocare necesa; a implementării unei mașini virtuale in cadrul unitatii centrale de procesare (450) pentru a rui? limbajul Squeak (600) actuatorii de stare (455) sunt componente conceptuale care fac managementul elementelor de comanda (251) si a senzorilor (252).

ίν2010-00377-2 9 -06- 2010

9. Conform revendicării 6, metoda de transformare, corelare a stărilor si echivaleiita a limbajelor Speak (500) si Squeak (600), caracterizata prin aceea ca enunțurile comunicării ommasina exprimate in Speak sunt echivalate cu comenzi Squeak, in cod mașina virtual universal:

Speak utilizează ca unitate structurala si funcționala comanda; structura oricărei comenzi este ilustrata in secțiunea (510);

suporta extinderea dicționarului limbajului prin definirea de cuvinte noi;

exista doua tipuri de comenzi, cele atomice, care au corespondenta directa in Squeak (600) si cele complexe (care sunt definite drept cuvinte noi) - acestea sunt descompuse recursiv pentru a extrage comenzile Squeak datorita modelului matematic al limbajului Squeak (600), doua dispozitive care ruleaza acest limbaj pot comunica fara a necesita drivere, numai prin corelare de stări si transmisie de comenzi structura comenzilor interne in Squeak este ilustrata in secțiunea (610)

Squeak utilizează o stiva de subrutine conform diagramei (630)

Squeak utilizează o reprezentare interna a porturilor de intrare/iesire (620)