基于頭戴設備的智能語音識別系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了基于頭戴設備的智能語音識別系統，應用于航天領域，包括頭戴設備、后臺語音處理平臺，進一步地，頭戴設備包括語音收發模塊、WiFi收發模塊和微控制器，語音收發模塊接收宇航員的發出的語音指令，進而依次經過微控制器、WiFi收發模塊，WiFi收發模塊通過WiFi與后臺語音處理平臺無線連接，后臺語音處理信號對該語音指令進行處理和識別，進而控制航天艙內的儀器設備工作和通過WiFi向頭戴設備反饋相應的語音輸出信號。宇航員通過頭戴設備進行無線語音通信，通過語音指令控制航天艙內的儀器設備，極大地提高了航天員的工作效率。
【專利說明】
基于頭戴設備的智能語音識別系統
技術領域
[0001]本發明涉及基于頭戴設備的智能語音識別系統，主要利用了無線WiFi技術和自動語音識別技術，應用于航天領域。本發明融合了無線傳輸、信號處理、自動語音識別等領域的最新科技成果，通過對語音信號的采集、前端處理、編解碼、語音增強、特征提取、模型訓練等技術處理，使得該頭戴設備具有無線語音通信、語音增強和降噪、自動識別控制命令的功能。
【背景技術】
[0002]傳統的航天員語音頭戴中只含有語音通信功能，對航天艙內的各種儀器設備的操控都是用手來完成的。由于航天艙內空間十分狹小，每個航天員的操控臺很小，空間有限，而需要操控的按鈕和設備很多，所有操控都靠航天員的雙手來完成無疑會比較忙亂，操作效率低，勞動強度高，容易疲勞，并且極易造成操作失誤，形成操作事故。
[0003]之前航天員使用的語音頭戴是有線頭戴，主要完成語音通信的功能，但是有線頭戴容易受到空間的限制。WiFi技術是無線通信的主流技術，從標準上看，IEEE 802.11系列是公開的關于WiFi技術的國際標準，是當前無線通信領域中熱門的并不斷向前演進的標準，數據傳輸速率也從最初的1Mbps，到現在可以達到千兆水平的802.llac。
[0004]語音識別技術進入90年代之后，在電子信息技術飛速發展的帶動下，開始從實驗室走向實用，而且很多科技巨頭紛紛為語音識別系統的實用化投以巨資，語音識別技術實用化進程得以大大加速。在語音識別應用方面，IBM，MicrOSOft等公司都有自己的產品應用。與此同時在語音識別技術研究方面:細化模型的設計、參數提取和優化以及系統的自適應等技術上也取得了一些關鍵性的進展。目前中小詞匯量(1000詞左右)的語音識別系統已經可以達到實用的階段，并且可以移植到各種終端平臺上靈活運用。針對自然口語的識別以及談話系統離實用還有一段的距離，尤其是復雜環境下的語音識別系統的性能還有待提高。當前國外對語音識別系統、尤其是復雜應用環境下的應用研究和開發都加大了研發投入力度。語音識別已經成為21世紀自動語音處理技術領域的主要挑戰之一，并已經展現出廣泛的應用領域和巨大的商業前景。
[0005]將語音頭戴與無線通信技術、語音識別技術結合在一起應用到航天領域，讓語音頭戴更智能，這是一項具有創新性的技術。在航天領域，將無線語音通信、語音信號處理、語音識別等功能集中在頭戴中，并應用到設備的操作控制，國內還沒有單位開展這方面的研究，國外也未見公開報道。
【發明內容】
[0006]為了提高航天員的操作效率、降低勞動強度，本發明提供了基于頭戴設備的智能語音識別系統。
[0007]本發明技術問題的技術方案如下:
[0008]基于頭戴設備的智能語音識別系統，應用于航天領域，包括頭戴設備、后臺語音處理平臺，所述頭戴設備通過WiFi與所述后臺語音處理平臺無線連接；
[0009]所述后臺語音處理平臺用以:
[0010]接收所述頭戴設備通過WiFi傳送過來的語音輸入信號，對所述語音輸入信號進行降噪、增強和識別，進而根據語音輸入信號控制儀器設備工作；
[0011]依據預設的邏輯和/或響應操作得到并通過WiFi向所述頭戴設備反饋相應的語音輸出信號；
[0012]所述頭戴設備用以:
[0013]響應外部語音輸入接收所述語音輸入信號，并通過WiFi反饋至所述后臺語音處理平臺；
[0014]接收自所述后臺語音處理平臺反饋而來的語音輸出信號，播放相應的語音內容。
[0015]可選的，所述頭戴設備包括語音收發模塊、WiFi收發模塊和微控制器，所述語音收發模塊、WiFi收發模塊分別與所述微控制器電連接，所述WiFi收發模塊通過WiFi與所述后臺語音處理平臺無線連接；
[0016]所述語音收發模塊響應外部語音輸入得到所述語音輸入信號，所述語音收發模塊通過所述微控制器將所述語音輸入信號傳送給所述WiFi收發模塊，所述WiFi收發模塊通過WiFi將所述語音輸入信號傳送給所述后臺語音處理平臺；
[0017]所述后臺語音處理平臺依據預設的邏輯和/或響應操作得到并通過WiFi向所述WiFi收發模塊反饋相應的所述語音輸出信號，所述WiFi收發模塊將所述語音輸出信號通過所述微控制器傳送給所述語音收發模塊，所述語音收發模塊播放相應的語音內容。
[0018]可選的，所述語音收發模塊包括受話器、模數轉換器、數模轉換器和送話器，所述受話器與所述模數轉換器器電連接，所述送話器與所述數模轉換器電連接，所述模數轉換器、數模轉換器分別與所述微控制器電連接；
[0019]所述受話器響應外部語音輸入接收所述語音輸入信號，所述受話器將所述語音輸入信號通過所述模數轉換器進行模數轉換后傳送給所述微控制器；
[0020]所述微控制器將所述語音輸出信號通過所述數模轉換器進行數模轉換后傳送給所述送話器，所述送話器播放相應的語音內容。
[0021]可選的，所述模數轉換器、數模轉換器通過I2S接口與所述微控制器連接。
[0022]可選的，所述WiFi收發模塊包括天線、低噪聲放大器、WiFi芯片、射頻功率放大器和射頻多路選擇開關，所述微控制器與所述WiFi芯片電連接，所述低噪聲放大器的一端與所述WiFi芯片電連接，所述低噪聲放大器的另一端與所述射頻多路選擇開關電連接，所述射頻功率放大器的一端與所述WiFi芯片電連接，所述射頻功率放大器的另一端與所述射頻多路選擇開關電連接，所述射頻多路選擇開關與所述天線電連接；
[0023]所述微控制器將所述語音輸入信號傳送給所述WiFi芯片，所述WiFi芯片對所述語音輸入信號調制后傳送給所述射頻功率放大器，所述射頻功率放大器將所述語音輸入信號放大功率后傳送給所述射頻選擇開關，所述射頻選擇開關對所述語音輸入信號進行選擇后傳送給所述天線，所述天線將所述語音輸入信號以WiFi的形式傳送給所述后臺語音處理平臺；
[0024]所述后臺語音處理平臺通過WiFi將所述語音輸出信號傳送給所述天線，所述天線將所述語音輸出信號傳送給所述射頻選擇開關，所述射頻選擇開關對所述語音輸出信號選擇后傳送給所述低噪聲放大器，所述低噪聲放大器對所述語音輸出信號放大后傳送給所述WiFi芯片，所述WiFi芯片將所述語音輸出信號解調后傳送給所述微控制器，所述微控制器將所述語音輸出信號傳送給所述語音收發模塊。
[0025]可選的，所述WiFi芯片通過SD1接口與所述微控制器連接。
[0026]所述微控制器控制選擇進行所述語音輸入信號的傳輸或所述語音輸出信號的傳輸。
[0027]可選的，所述后臺語音處理平臺包括DSP平臺和設于所述DSP平臺上的以太網接口，所述頭戴設備通過無線WiFi信號與所述DSP平臺連接，所述DSP平臺對所述WiFi收發模塊發送過來的無線WiFi信號進行降噪、增強和識別，進而通過所述以太網接口向儀器設備發送控制指令和通過WiFi向所述頭戴設備傳送相應的所述語音輸出信號。
[0028]本發明具有以下的有益技術效果:
[0029]融合了無線WiFi技術和自動語音識別技術，具有良好的人機交互體驗;頭戴設備便于攜帶，通過語音指令操作儀器設備和無線語音通信，適用于狹小的航天艙內，能夠有效提高航天員的操作效率，降低勞動強度。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發明一實施例提供的頭戴設備的原理框圖。
【具體實施方式】
[0031]以下結合圖1通過具體的實施例對本發明作進一步的解釋說明。
[0032]如圖1所示，本發明提供基于頭戴設備的智能語音識別系統，應用于航天領域，包括頭戴設備、后臺語音處理平臺，頭戴設備通過WiFi與后臺語音處理平臺無線連接；
[0033]后臺語音處理平臺用以:
[0034]接收頭戴設備通過WiFi傳送過來的語音輸入信號，對語音輸入信號進行降噪、增強和識別，進而根據語音輸入信號控制儀器設備工作；
[0035]依據預設的邏輯和/或響應操作得到并通過WiFi向頭戴設備反饋相應的語音輸出信號；
[0036]頭戴設備用以:
[0037]響應外部語音輸入接收語音輸入信號，并通過WiFi反饋至后臺語音處理平臺；
[0038]接收自后臺語音處理平臺反饋而來的語音輸出信號，播放相應的語音內容。
[0039]頭戴設備包括語音收發模塊、WiFi收發模塊和微控制器，語音收發模塊、WiFi收發模塊分別與微控制器電連接，WiFi收發模塊通過WiFi與后臺語音處理平臺無線連接；
[0040]語音收發模塊響應外部語音輸入得到語音輸入信號，語音收發模塊通過微控制器將語音輸入信號傳送給WiFi收發模塊，WiFi收發模塊通過WiFi將語音輸入信號傳送給后臺語音處理平臺；
[0041]后臺語音處理平臺依據預設的邏輯和/或響應操作得到并通過WiFi向WiFi收發模塊反饋相應的語音輸出信號，WiFi收發模塊將語音輸出信號通過微控制器傳送給語音收發模塊，語音收發模塊播放相應的語音內容。
[0042]語音收發模塊包括受話器、模數轉換器ADC、數模轉換器DAC和送話器，受話器與模數轉換器ADC器電連接，送話器與數模轉換器DAC電連接，模數轉換器ADC、數模轉換器DAC分別與微控制器電連接；
[0043]受話器響應外部語音輸入接收語音輸入信號，受話器將語音輸入信號通過模數轉換器ADC進行模數轉換后傳送給微控制器；
[0044]微控制器將語音輸出信號通過數模轉換器DAC進行數模轉換后傳送給送話器，送話器播放相應的語音內容。
[0045]模數轉換器ADC、數模轉換器DAC通過I2S接口與微控制器連接。
[0046]WiFi收發模塊包括天線、射頻功率放大器LNA、WiFi芯片、射頻功率放大器PA和射頻多路選擇開關，微控制器與WiFi芯片電連接，射頻功率放大器LNA的一端與WiFi芯片電連接，射頻功率放大器LNA的另一端與射頻多路選擇開關電連接，射頻功率放大器PA的一端與WiFi芯片電連接，射頻功率放大器PA的另一端與射頻多路選擇開關電連接，射頻多路選擇開關與天線電連接；
[0047]微控制器將語音輸入信號傳送給WiFi芯片，WiFi芯片對語音輸入信號調制后傳送給射頻功率放大器PA，射頻功率放大器PA將語音輸入信號放大功率后傳送給射頻選擇開關，射頻選擇開關對語音輸入信號進行選擇后傳送給天線，天線將語音輸入信號以WiFi的形式傳送給后臺語音處理平臺；
[0048]后臺語音處理平臺通過WiFi將語音輸出信號傳送給天線，天線將語音輸出信號傳送給射頻選擇開關，射頻選擇開關對語音輸出信號選擇后傳送給射頻功率放大器LNA，射頻功率放大器LNA對語音輸出信號放大后傳送給WiFi芯片，WiFi芯片將語音輸出信號解調后傳送給微控制器，微控制器將語音輸出信號傳送給語音收發模塊。
[0049]WiFi芯片通過SD1接口與微控制器連接。
[0050]微控制器控制選擇進行語音輸入信號的傳輸或語音輸出信號的傳輸。
[0051]后臺語音處理平臺包括DSP平臺和設于DSP平臺上的以太網接口，頭戴設備通過無線WiFi信號與DSP平臺連接，DSP平臺對WiFi收發模塊發送過來的無線WiFi信號進行降噪、增強和識別，進而通過以太網接口向儀器設備發送控制指令和通過WiFi向頭戴設備傳送相應的語音輸出信號。
[0052]基于頭戴設備的智能語音識別系統的工作原理:
[0053]航天員穿戴頭戴設備，發出語音，受話器響應外部語音，將接收的語音輸入信號轉換為相應的電壓信號，模數轉換器ADC將相應的電壓信號轉換成相應的數字信號，通過微控制器，把相應的數字信號傳遞給WiFi芯片，WiFi芯片對相應的數字信號調制后輸出，進而射頻功率放大器PA對調制后的相應的數字信號進行功率放大后輸出，經射頻多路選擇開關選擇后在天線處通過WiFi傳送給后臺語音識別系統，后臺語音系統對此進行降噪、增強和識另IJ，根據識別的語音指令控制航天艙內的儀器設備工作，并且得到和向頭戴設備反饋相應的語音輸出信號，天線接收語音輸出信號，通過射頻多路選擇開關選擇后傳送給射頻功率放大器LNA，射頻功率放大器LNA對語音輸出信號進行低噪聲放大后傳送給WiFi芯片，WiFi芯片對該語音輸出信號進行解調，解調后傳送給微控制器，微控制器把該語音輸出信號傳送給數模轉換器DAC，數模轉換器DAC把語音輸出信號轉換成電壓信號傳送給送話器，送話器播放出相應的語音內容，從而航天員接收到反饋的語音內容。
[0054]本發明融合了無線WiFi技術和自動語音識別技術，具有良好的人機交互體驗;頭戴設備便于攜帶，通過語音指令操作儀器設備和無線語音通信，適用于狹小的航天艙內，能夠有效提高航天員的操作效率，降低勞動強度。
[0055]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.基于頭戴設備的智能語音識別系統，應用于航天領域，其特征在于:包括頭戴設備、后臺語音處理平臺， 所述后臺語音處理平臺用以: 接收所述頭戴設備通過WiFi傳送過來的語音輸入信號，對所述語音輸入信號進行降噪、增強和識別，進而根據語音輸入信號控制儀器設備工作； 依據預設的邏輯和/或響應操作得到并通過WiFi向所述頭戴設備反饋相應的語音輸出信號； 所述頭戴設備用以: 響應外部語音輸入接收所述語音輸入信號，并通過WiFi反饋至所述后臺語音處理平臺； 接收自所述后臺語音處理平臺反饋而來的語音輸出信號，播放相應的語音內容。2.根據權利要求1所述的基于頭戴設備的智能語音識別系統，其特征在于:所述頭戴設備包括語音收發模塊、WiFi收發模塊和微控制器， 所述語音收發模塊響應外部語音輸入得到所述語音輸入信號，所述語音收發模塊通過所述微控制器將所述語音輸入信號傳送給所述WiFi收發模塊，所述WiFi收發模塊通過WiFi將所述語音輸入信號傳送給所述后臺語音處理平臺； 所述后臺語音處理平臺依據預設的邏輯和/或響應操作得到并通過WiFi向所述WiFi收發模塊反饋相應的所述語音輸出信號，所述WiFi收發模塊將所述語音輸出信號通過所述微控制器傳送給所述語音收發模塊，所述語音收發模塊播放相應的語音內容。3.根據權利要求2所述的基于頭戴設備的智能語音識別系統，其特征在于:所述語音收發模塊包括受話器、模數轉換器、數模轉換器和送話器， 所述受話器響應外部語音輸入接收所述語音輸入信號，所述受話器將所述語音輸入信號通過所述模數轉換器進行模數轉換后傳送給所述微控制器； 所述微控制器將所述語音輸出信號通過所述數模轉換器進行數模轉換后傳送給所述送話器，所述送話器播放相應的語音內容。4.根據權利要求3所述的基于頭戴設備的智能語音識別系統，其特征在于:所述模數轉換器、數模轉換器通過I2S接口與所述微控制器連接。5.根據權利要求2所述的基于頭戴設備的智能語音識別系統，其特征在于:所述WiFi收發模塊包括天線、低噪聲放大器、WiFi芯片、射頻功率放大器和射頻多路選擇開關， 所述微控制器將所述語音輸入信號傳送給所述WiFi芯片，所述WiFi芯片對所述語音輸入信號調制后傳送給所述射頻功率放大器，所述射頻功率放大器將所述語音輸入信號放大功率后傳送給所述射頻選擇開關，所述射頻選擇開關對所述語音輸入信號進行選擇后傳送給所述天線，所述天線將所述語音輸入信號以WiFi的形式傳送給所述后臺語音處理平臺； 所述后臺語音處理平臺通過WiFi將所述語音輸出信號傳送給所述天線，所述天線將所述語音輸出信號傳送給所述射頻選擇開關，所述射頻選擇開關對所述語音輸出信號選擇后傳送給所述低噪聲放大器，所述低噪聲放大器對所述語音輸出信號放大后傳送給所述WiFi芯片，所述WiFi芯片將所述語音輸出信號解調后傳送給所述微控制器，所述微控制器將所述語音輸出信號傳送給所述語音收發模塊。6.根據權利要求5所述的基于頭戴設備的智能語音識別系統，其特征在于:所述WiFi芯片通過SD1接口與所述微控制器連接。7.如權利要求2所述的基于頭戴設備的智能語音識別系統，其特征在于:所述微控制器控制選擇進行所述語音輸入信號的傳輸或所述語音輸出信號的傳輸。8.根據權利要求1所述的基于頭戴設備的智能語音識別系統，其特征在于:所述后臺語音處理平臺包括DSP平臺和設于所述DSP平臺上的以太網接口，所述頭戴設備通過無線WiFi信號與所述DSP平臺連接，所述DSP平臺對所述WiFi收發模塊發送過來的無線WiFi信號進行降噪、增強和識別，進而通過所述以太網接口向儀器設備發送控制指令和通過WiFi向所述頭戴設備傳送相應的所述語音輸出信號。
【文檔編號】G10L15/20GK105976816SQ201610298236
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月6日
【發明人】董彧燾, 邵瑩, 陳蔚涵
【申請人】上海航天測控通信研究所