一種基於藍牙傳輸的智能家居語音控制系統及方法
2023-06-12 00:25:51 5
專利名稱：：一種基於藍牙傳輸的智能家居語音控制系統及方法
技術領域：
：本發明涉及數字家庭智能家居
技術領域：
，具體涉及一種基於藍牙傳輸的智能家居語音控制系統。
背景技術：
：數字家庭作為當今高新科技產業發展的一個主流方向，正向多元化、成熟化、產業化的方向發展，成為融合3C(電腦、通訊和消費電子產品)領域的產業，引領全新的家庭消費理念和信息服務理念，推動相關市場和產業的發展。而智能家居控制作為數字家庭中最重要組成部分之一，其發展更是讓人矚目。作為決定數字家庭產業推進的關鍵技術點之一，完成低成本語音識別和控制的研發，是讓數字家庭最終用戶真正體驗到數字家庭給生活所帶來便利的最直接途徑，是數字家庭相關產業發展的關鍵要素。在現實家庭生活中，語音識別的限制主要在於噪聲的影響和互動語音的不規範性和任意性。簡單地說，由於噪聲對用戶的語音採樣和輸入造成影響，在語音識別中會發生理解錯誤或者用戶語音的丟失。用戶互動語音的不規範性和任意性在語音識別中的匹配帶來的隨機的不確定性，在匹配語音當中可能因為語音的不規範性和任意性和匹配錯誤造成語音的語語義解錯誤。多種原因會造成上述效果，如環境噪音(包括任何來源的音樂、混雜低語、機械聲等)、競爭語音(如電視機音響中播放著的語音其語音質量及音量都可能高過控制語音)、話筒遠距離造成的聲音失真(多路徑回音的混響)等。此外，採集到的聲音強度本身也有很大變化。因此，如果能從源端減少噪音的影響，將會大大改善語音識別的質量。手機作為移動終端設備，其應用功能越來越豐富。而手機移動終端的語音識別和控制功能已經很完善，用戶可以通過語音撥號和選擇界面。因此，以手機作為語音採集端，既可以很好的從源端減少噪音的影響，又能以移動的方式收集語音，增加使用者的靈活性。同時，通過藍牙技術傳輸語音信號，更適合應用於智能家居中的區域網，使傳輸更具有目標性。藍牙傳輸不需要浪費任何流量，且傳輸更穩定。最重要的是，藍牙傳輸大大延長了語音控制的距離，而且通過藍牙傳輸的語音從發音端極大的消除了噪音雜音，使傳輸的語音命令更容易被識別分析。
發明內容有鑑於此，本發明的目的在於彌補現有技術的不足，在現實家庭生活環境下，提供一種採取藍牙傳輸技術實現語音控制智能家居的系統及控制方法，實現了在短距離內利用手機終端控制家庭電器的功能，實現了家居智能化。本發明基於藍牙傳輸的智能家居語音控制系統是這樣實現的一種基於藍牙傳輸的智能家居語音控制系統，包括智慧型手機終端，包括藍牙設備及語音輸入設備，用於前端的語音採集及藍牙發送；中控器，包括藍牙設備，用於接收智慧型手機終端通過藍牙發送過來的語音數據，並對所述語音數據進行分析，並向控制器端發送目標控制信號；控制器，包括通信接口及網絡接口，用於接收所述目標控制信號並輸送載體，實現對家居電器的控制。4進一步的，所述中控器是基於嵌入式可編程DSP晶片的架構。進一步的，所述控制器是基於FPGA晶片的架構，所述通信接口為RS232接口，所述網絡接口為乙太網接口。進一步的，所述智慧型手機終端進一步包括UI模塊，用於提供與用戶交互的接口，用於設置整個運行於智慧型手機終端的語言採集和發送程序的配置及出錯提醒；系統監聽模塊，用於提供系統常駐監視功能，對作業系統當前狀態進行監聽及調用其它各模塊進行相應的工作；語音採集模塊，用於通過控制智慧型手機終端的聲音錄入硬體接口採集語音命令；語音傳輸模塊，用於搜索目標藍牙設備，並將從語音採集模塊接收的語音數據通過藍牙設備傳送到目標藍牙設備上；異常處理模塊，用於系統的出錯和異常處理，提示用戶出錯信息。進一步的，所述中控器進一步包括藍牙傳輸模塊，用於接收從智慧型手機終端傳送過來的語音數據，當命令出現錯誤時，負責傳輸錯誤信息到智慧型手機終端；語音分析模塊，用於分析傳輸過來的語音並進行抗噪處理，然後通過提取特徵樣本得出語音信息數據，轉化為文字信息命令；模板對比模塊，用於通過語音分析模塊得出的文字信息的含義與模板文件對比，通過模糊信息搜索和漢語口語理解，對語音進行特徵抽取，如果與模板文件匹配則把語音信息解釋為能夠執行的命令傳輸給控制模塊，否則產生出錯處理；命令輸出模塊，用於根據語音識別的結果，向控制系統輸出對應的操作信號。進一步的，所述控制器進一步包括命令接收模塊，用於根據中控器輸出的控制信號，生成對應的控制指令，輸出到控制模塊當中；控制模塊，用於把控制指令傳送到控制電路，對家居電器進行控制。根據本發明的另一方面，本發明還提供一種利用所述控制系統的智能家居語音控制方法，包括如下步驟(1)採集語音數據，並分析所述語音數據得到目標控制信號；(2)尋找匹配的和設定匹配藍牙設備對應的智能家居設備；(3)向所述對應的智能家居設備傳輸目標控制信號進行控制。進一步的，所述採集語音數據具體包括語音前端系統監聽模塊監聽到用戶當前激活語音控制功能後，語音前端系統程序通過UI模塊與用戶進行交互，用戶在通過UI模塊事先對語音前端系統進行必要的配置。進一步的，所述步驟C3)包括調用藍牙傳輸模塊尋找和設定匹配的設備，然後藍牙傳輸有效範圍內把語音信號傳輸出去；所述藍牙傳輸模塊不斷監聽藍牙通信埠，一旦發現有消息傳輸過來時則返回true，否則返回false；此藍牙傳輸模塊上有一個用戶列表，用戶可以在通過移動手機終端設置該用戶列表，當返回消息為true時，該模塊查找列表並與發送端的用戶名對比，當發現發送端用戶名不在列表上時，則不做任何動作；當發送端用戶名在列表上時，就接收語音數據；接收信息時接收從藍牙埠傳輸過來的數據；當接收到模版匹配模塊返回的出錯信息時，該模塊把信息發送到相應的手機移動終端。進一步的，所述語音分析模塊採用HMM模型建模，所述語音分析模塊把標準語音命令通過某種通用的燒錄方式，下載固化到DSP硬體模塊中的非易失存儲器件中；所述DSP硬體模塊因此成為完整的獨立運行的模塊，經過具體的某種啟動導入模式，獨立運行於DSP系統中；轉換後的數位訊號運用維納濾波去除噪聲，得出準確的用戶語音信息，利用漢語口語的特點提取聲學特徵，利用聲學特徵通過Viterbi算法利用預先訓練好的HMM語音模型集對特徵進行解碼，最後把解碼後的信息與文字進行匹配，生成文字信息。根據本發明的如上技術方案1、本發明所提出的基於藍牙傳輸的智能家居控制系統實現了手機終端與智能家居電器的語音控制。2、本發明採用的藍牙傳輸技術，更適合應用於智能家居中的區域網，使傳輸更具有目標性。藍牙傳輸不需要浪費任何流量，且傳輸更穩定。最重要的是，藍牙傳輸大大延長了語音控制的距離，而且通過藍牙傳輸的語音從發音端極大的消除了噪音雜音，使傳輸的語音命令更容易被識別分析。3、本發明採用的終端基於智慧型手機終端，大幅減少了應用硬體設備的成本，通過在智慧型手機端安裝語音前端系統的程序，可輕鬆在現有設備上實現移動語音控制。4、本發明所提出的語音識別和分析系統中的語音分析模塊，在建立關鍵詞時，採用音節建模，在聲學模型和語言模型基礎上的隱馬爾可夫模型(HMM)拓撲結構，先進行分割，再對每一段進行解碼，能夠使語音識別更加準確。圖1為本發明實施例所述系統的整體模塊框架圖；圖2為本發明實施例所述系統的流程圖；圖3為本發明實施例所述系統的模板對比模塊中的文本對比圖。具體實施例方式下下面結合附圖對本發明作進一步的說明。由圖1所示，本系統基於的硬體架構包括智慧型手機終端用於語音採集和發送，具有藍牙通信功能並能自主安裝客戶程序；中繼器作為伺服器用於語音分析和控制，擁有藍牙通信功能和嵌入式可編程DSP晶片。該DSP晶片具有一個可A/D數模音頻轉換模塊，把模擬音頻信號轉換為數位訊號；具有可燒寫Flash，用於儲存hmm模型的標準三字音段語音。控制器，包括通信接口及網絡接口，用於接收所述目標控制信號並輸送載體，實現對家居電器的控制功能。其流程如圖2所示。智慧型手機終端進一步包括以下模塊UI模塊主要用於與用戶交互。用戶安裝該語音收集系統文件時，首先設置收發器的藍牙設備的名字。當需要錄入命令時，點擊開始就可以進行錄音，錄音完畢點擊完成。當操作出錯時，界面顯示相應的出錯信息。系統監聽模塊提供系統常駐監視功能，對作業系統當前狀態進行監聽及調用其它各模塊進行相應的工作；語音採集模塊通過智慧型手機終端的聲音錄入功能負責採集語音命令，語音採集模塊對智慧型手機終端操作採集到模擬信號，然後把語音信號放大，然後通過濾波器採用5階巴特沃斯低通和5階巴特沃斯高通級聯進行向前濾波，再根據奈奎斯特準則進行4k和池採樣速率的信號採樣處理，最後把得到的數據進行PCM編碼(脈衝壓縮編碼)，使數據變成數字語音信息；語音傳輸模塊負責將從採集模塊接收的語音數據通過藍牙設備傳送到收發器的藍牙設備上，並從收發器的藍牙設備接收的數據發送到出錯提示模塊；接收到語音收集模塊的ready_to_send信號時，調用sendAudioO方法。程序事先設定好收發器的用戶名，在藍牙傳輸有效範圍內把語音信號傳輸過去；異常處理模塊負責提示用戶出錯信息並進行異常處理。出錯信息包括以下幾個illegalUserException是非法用戶錯誤；DataSummitExc印tion是數據傳輸異常；OperationException是操作異常。中控器包括以下模塊藍牙傳輸模塊負責接收從智慧型手機終端傳送過來的語音，當命令出現錯誤時，負責傳輸錯誤信息到智慧型手機終端；通過IistenO方法不斷監聽藍牙通信埠，一旦發現有消息傳輸過來時則返回true，否則返回false；此藍牙傳輸模塊上有一個用戶列表，用戶可以在通過移動手機終端設置該用戶列表，當返回消息為true時，該模塊查找列表並與發送端的用戶名對比，當發現發送端用戶名不在列表上時，則不做任何動作；當發送端用戶名在列表上時，就接收語音數據。接收信息時調用AcaptDataO方法接收從藍牙埠傳輸過來的數據；當接收到模板匹配模塊返回的出錯信息時，該模塊調用SendDataO方法把信息發送到相應的手機移動終端。語音分析模塊負責分析傳輸過來的語音並進行抗噪處理，然後得出語音信息數據，轉化為文字信息命令。本發明採用HMM(隱馬爾可夫)模型建模，該模塊把標準語音命令通過某種通用的燒錄方式，下載固化到DSP硬體模塊中的非易失存儲器件(如FLASH)中，該硬體模塊因此成為完整的獨立運行的模塊，經過具體的某種啟動導入模式，獨立運行與DSP系統中，這也是系統的學習階段，這個階段建立了識別單位的聲學模型。轉換後的數位訊號運用維納濾波去除噪聲，得出準確的用戶語音信息，利用漢語口語的特點提取聲學特徵，利用聲學特徵通過Viterbi算法利用預先訓練好的hmm語音模型集對特徵進行解碼，最後把解碼後的信息與文字進行匹配，生成文字信息。模板對比模塊通過語音分析模塊得出的文字信息的含義與模板文件對比，通過模糊信息搜索和漢語口語理解，對語音進行特徵抽取，如果與模板文件匹配則把語音信息解釋為能夠執行的命令傳輸給控制模塊，否則產生出錯處理；如圖3所示，該模板對比文件存儲在一個hashtable中，通過語音分析模塊得到的文字命令通過與該表中的數據進行模糊匹配，找到命令後把命令傳輸到控制模塊。命令輸出模塊根據語音識別的結果，向控制系統輸出對應的操作信號。控制器包括以下模塊命令接收模塊根據中控系統輸出的控制信號，生成對應的控制指令，輸出到控制模塊當中；控制模塊把控制指令傳送到控制電路，對家居電器進行控制。如圖2所示，根據上述控制系統的智能家居語音控制方法按照以下步驟實現(1)採集語音數據，並分析所述語音數據得到目標控制信號；(2)尋找匹配的和設定匹配藍牙設備對應的智能家居設備；(3)向所述對應的智能家居設備傳輸目標控制信號進行控制。採集語音數據具體包括語音前端系統監聽模塊監聽到用戶當前激活語音控制功能後，語音前端系統程序通過UI模塊與用戶進行交互，用戶在通過UI模塊事先對語音前端系統進行必要的配置。步驟(3)中調用藍牙傳輸模塊尋找和設定匹配的設備，然後藍牙傳輸有效範圍內把語音信號傳輸出去；所述藍牙傳輸模塊不斷監聽藍牙通信埠，一旦發現有消息傳輸過來時則返回true，否則返回false；此藍牙傳輸模塊上有一個用戶列表，用戶可以在通過移動手機終端設置該用戶列表，當返回消息為true時，該模塊查找列表並與發送端的用戶名對比，當發現發送端用戶名不在列表上時，則不做任何動作；當發送端用戶名在列表上時，就接收語音數據；接收信息時接收從藍牙埠傳輸過來的數據；當接收到模版匹配模塊返回的出錯信息時，該模塊把信息發送到相應的手機移動終端。語音分析模塊採用HMM模型建模，所述語音分析模塊把標準語音命令通過某種通用的燒錄方式，下載固化到DSP硬體模塊中的非易失存儲器件中；所述DSP硬體模塊因此成為完整的獨立運行的模塊，經過具體的某種啟動導入模式，獨立運行於DSP系統中；轉換後的數位訊號運用維納濾波去除噪聲，得出準確的用戶語音信息，利用漢語口語的特點提取聲學特徵，利用聲學特徵通過Viterbi算法利用預先訓練好的HMM語音模型集對特徵進行解碼，最後把解碼後的信息與文字進行匹配，生成文字信息。本領域普通技術人員可以理解上述實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬體來完成，該程序可以存儲於一計算機可讀存儲介質中，存儲介質可以包括只讀存儲器(ROM，ReadOnlyMemory)、隨機存取存儲器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或光碟等。以上所述僅為本發明的實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所做的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。權利要求1.一種基於藍牙傳輸的智能家居語音控制系統，包括智慧型手機終端，包括藍牙設備及語音輸入設備，用於前端的語音採集及藍牙發送；中控器，包括藍牙設備，用於接收智慧型手機終端通過藍牙發送過來的語音數據，並對所述語音數據進行分析，並向控制器端發送目標控制信號；控制器，包括通信接口及網絡接口，用於接收所述目標控制信號並輸送載體，實現對家居電器的控制。2.根據權利要求1所述的智能家居語音控制系統，其特徵在於，所述中控器是基於嵌入式可編程DSP晶片的架構。3.根據權利要求1所述的智能家居語音控制系統，其特徵在於，所述控制器是基於FPGA晶片的架構，所述通信接口為RS232接口，所述網絡接口為乙太網接口。4.根據權利要求1所述的智能家居語音控制系統，其特徵在於，所述智慧型手機終端進一步包括UI模塊，用於提供與用戶交互的接口，用於設置整個運行於智慧型手機終端的語言採集和發送程序的配置及出錯提醒；系統監聽模塊，用於提供系統常駐監視功能，對作業系統當前狀態進行監聽及調用其它各模塊進行相應的工作；語音採集模塊，用於通過控制智慧型手機終端的聲音錄入硬體接口採集語音命令；語音傳輸模塊，用於搜索目標藍牙設備，並將從語音採集模塊接收的語音數據通過藍牙設備傳送到目標藍牙設備上；異常處理模塊，用於系統的出錯和異常處理，提示用戶出錯信息。5.根據權利要求1所述的智能家居語音控制系統，其特徵在於，所述中控器進一步包括藍牙傳輸模塊，用於接收從智慧型手機終端傳送過來的語音數據，當命令出現錯誤時，負責傳輸錯誤信息到智慧型手機終端；語音分析模塊，用於分析傳輸過來的語音並進行抗噪處理，然後通過提取特徵樣本得出語音信息數據，轉化為文字信息命令；模板對比模塊，用於通過語音分析模塊得出的文字信息的含義與模板文件對比，通過模糊信息搜索和漢語口語理解，對語音進行特徵抽取，如果與模板文件匹配則把語音信息解釋為能夠執行的命令傳輸給控制模塊，否則產生出錯處理；命令輸出模塊，用於根據語音識別的結果，向控制系統輸出對應的操作信號。6.根據權利要求1所述的智能家居語音控制系統，其特徵在於，所述控制器進一步包括命令接收模塊，用於根據中控器輸出的控制信號，生成對應的控制指令，輸出到控制模塊當中；控制模塊，用於把控制指令傳送到控制電路，對家居電器進行控制。7.一種利用權利要求1所述控制系統的智能家居語音控制方法，包括如下步驟(1)採集語音數據，並分析所述語音數據得到目標控制信號；(2)尋找匹配的和設定匹配藍牙設備對應的智能家居設備；(3)向所述對應的智能家居設備傳輸目標控制信號進行控制。8.根據權利要求7所述的智能家居語音控制方法，其特徵在於，所述採集語音數據具體包括語音前端系統監聽模塊監聽到用戶當前激活語音控制功能後，語音前端系統程序通過UI模塊與用戶進行交互，用戶在通過UI模塊事先對語音前端系統進行必要的配置。9.根據權利要求7所述的智能家居語音控制方法，其特徵在於，所述步驟(3)包括調用藍牙傳輸模塊尋找和設定匹配的設備，然後藍牙傳輸有效範圍內把語音信號傳輸出去；所述藍牙傳輸模塊不斷監聽藍牙通信埠，一旦發現有消息傳輸過來時則返回true，否則返回false；此藍牙傳輸模塊上有一個用戶列表，用戶可以在通過移動手機終端設置該用戶列表，當返回消息為true時，該模塊查找列表並與發送端的用戶名對比，當發現發送端用戶名不在列表上時，則不做任何動作；當發送端用戶名在列表上時，就接收語音數據；接收信息時接收從藍牙埠傳輸過來的數據；當接收到模版匹配模塊返回的出錯信息時，該模塊把信息發送到相應的手機移動終端。10.根據權利要求7所述的智能家居語音控制方法，其特徵在於，所述語音分析模塊採用HMM模型建模，所述語音分析模塊把標準語音命令通過某種通用的燒錄方式，下載固化到DSP硬體模塊中的非易失存儲器件中；所述DSP硬體模塊因此成為完整的獨立運行的模塊，經過具體的某種啟動導入模式，獨立運行於DSP系統中；轉換後的數位訊號運用維納濾波去除噪聲，得出準確的用戶語音信息，利用漢語口語的特點提取聲學特徵，利用聲學特徵通過Viterbi算法利用預先訓練好的HMM語音模型集對特徵進行解碼，最後把解碼後的信息與文字進行匹配，生成文字信息。全文摘要本發明所提出了一個基於藍牙傳輸的智能家居控制系統，實現了手機終端與智能家居電器的語音控制。通過移動終端採用藍牙傳輸技術，更適合應用於智能家居中的區域網，大大延長了語音控制的距離，通過藍牙傳輸的語音從發音端極大的消除了噪音雜音，使傳輸的語音命令更容易被識別分析。本系統包括智慧型手機終端，包括藍牙設備及語音輸入設備，用於前端的語音採集及藍牙發送；中控器，包括藍牙設備，用於接收智慧型手機終端通過藍牙發送過來的語音數據，並對所述語音數據進行分析，並向控制器端發送目標控制信號。用戶通過使用智慧型手機終端語音輸入命令就可以控制家居電器，實現了在短距離內利用手機終端控制家庭電器的功能，實現了家居智能化。文檔編號G10L15/14GK102111314SQ20101061338公開日2011年6月29日申請日期2010年12月30日優先權日2010年12月30日發明者周莎,宋寶雲,彭國標,王平申請人:廣州市聚暉電子科技有限公司