本发明专利技术公开了一种用于远场人机交互的便携式电声门图语音采集装置。在远场语音人机交互中，通过软硬件的复杂结合以及人工智能算法，可以在复杂的环境中，有效解决背景噪声、混响、回声等的影响。利用电声门图获得声门激励信息，进而对目标语音进行分离，可以有效的去除传输过程中的噪声影响，并且去除不同种类信息间的干扰。该便携式电声门图语音采集装置包括：信号采集部分、信号处理部分和信号传输部分。本发明专利技术电声门图采集装置结构简洁且便于随身携带，采用高频弱电压，信号采集更精确，且能配合其它设备，很好的提取语音特征，减少或避免语音在空气中传播时受到的噪声影响，具有检测精度高和应用广泛的特点。
【技术实现步骤摘要】
一种用于远场人机交互的便携式电声门图语音采集装置
本专利技术属于远场语音人机交互领域，尤其涉及一种便携式电声门图语音采集装置。
技术介绍
远场语音是融合了AI语音搜素的一项改变用户体验的功能，用过蓝牙语音遥控器的用户都知道，当我们要触发语音指令需要按下遥控器的语音按键，对着遥控器说出指令，才能让智能电视或者智能盒子作出反应，而智能远场语音功能则是省略了“按下遥控语音键”这一程序，你只需要坐在沙发上说出指令(目前一般能够做到5米范围内有效)，即可得到反馈。在远场语音人机交互上，如何在复杂的环境中，轻松语音唤醒设备成为极为重要的用户体验。远场语音识别需要前后端结合去完成，一方面在前端使用麦克风阵列硬件，通过声源定位及自适应波束形成做语音增强，在前端完成远场拾音，并解决噪声、混响、回声等带来的影响，结合人工智能算法，也就是后台识别引擎，通过软硬件的复杂结合，让远场语音实现自然人机交互，让用户远距离即可实现与智能电视或者智能盒子进行“对话”。但目前远场语音人机交互还不能大规模融入实际使用，主要存在着几方面的问题，最主要的是语音数据的获取。仅仅依靠麦克风阵列硬件来获取语音数据的话，容易受到噪声、混响、回声等的影响，而语音的产生通过声门激励与声道调制，电声门图直接反应声门激励信息，不受传输过程中各种噪声的影响。所以，如果在前端使用麦克风阵列和电声门图仪采集语音和电声门图信息，可以对目标语音进行分离，有效的去除传输过程中的噪声影响，并且去除不同种类信息间的干扰。电声门图采集装置是指通过贴在喉部甲状软骨处皮肤上的电声门图电极，对电声门图电极通电，由于喉内部运动时双侧声带间阻抗变化引起的电压变化获得的电声门图信号。这种仪器对于精度的要求非常高，对于电流、电压的控制须保证在安全范围。同时，电声门图信号能反馈大量的信息，如声带振动基频、闭合率、微扰，以及声带的外展程度和喉位的高低变化等等。利用电声门图获得声门激励信息，进而对目标语音进行分离，去除传输过程中的噪声影响，能更好的提高语音人机交互的效果。目前市场上基于电子和计算机技术的语音数据采集设备数量不少，但是这些产品针对性的特征参数较少，而远场语音人机交互的影响因素较多，使得这些产品不能较全面地解决远场语音人机交互的问题。另外，现有电声门图仪缺少人性化设计，过于复杂的操作和面板设计给使用者增加了障碍，同时电声门图仪体积庞大而且笨重，不能随时随地进行语音信号的采集。因此亟需一种能够多维度、全方位地对语音数据进行采集的便携式产品。
技术实现思路
电声门图采集装置在国外主要用于科研与临床研究，其潜力还有许多没有被挖掘，尤其在使用方便、信号可靠性、信号精度上可以有更多改进。现有技术中，传统的电声门图仪采用低频电压，对于喉部细微状态的变化(例如，声带振动时声带上下缘的变化、声带粘膜波动)无法及时检测出来，甚至无法获得有用的信号数据，尤其是在检测女性和儿童时，由于言语声音频段较高，而且女性与儿童的甲状软骨的位置不明显，电声门图电极位置可能会不正确，最后导致检测信号不准确或者无法得到期望的数据，从而不能很好的对语音进行特征提取。本专利技术克服了现有技术中电声门图仪的上述缺陷，提供一种便携式电声门图语音采集装置。本专利技术电声门图语音采集装置结构简洁，突破传统的低频电压限制，采用高频弱电压，信号采集更精确。同时能与其他设备(如计算机和软件等)进行无线传输，将语音与电声门图相结合，减少或避免语音在空气中传播时受到的噪声影响。本专利技术提出一种用于远场人机交互的便携式电声门图语音采集装置，其特征在于，可以方便快捷的采集和发送语音与电声门图的双模信号，该装置包括：(1)信号采集模块；(2)信号处理模块；(3)信号传输模块；信号采集模块(1)包括音频采集器、电声门图采集器。音频采集器，连接所述信号处理模块(2)，用于采集音频信号；电声门图采集器，连接所述信号处理模块(2)，通过高频弱电压采集电声门图信号。信号处理模块(2)包括滤波放大模块、高频振荡模块和隔离模块。滤波放大模块，进一步包括音频信号滤波放大电路和电声门图信号滤波放大电路。滤波放大电路一端连接所述音频采集器和电声门图采集器，用于放大和低通滤波音频采集器采集到的音频信号和电声门图采集器采集到的电声门图信号；另一端连接所述信号传输模块(3)，将放大滤波后的音频信号和电声门图信号发送到信号传输模块进行传输。高频振荡模块，经由所述隔离模块连接所述电声门图采集器，通过芯片生成2.2Mhz左右的高频振荡信号，发送至电声门图采集器的电极，进行电声门图信号的采集；隔离模块，使用隔离放大器，隔离高频振荡信号的发送端和滤波放大模块的接收端，提高信噪比和共模干扰抑制比。信号传输模块(3)包括电平转换电路、A/D转换电路、CPU和蓝牙透传模块。电平转换电路，连接所述滤波放大模块，采用LM324运算放大器，将滤波放大模块送过来的音频信号和电声门图信号的电压转换到0-3.3V范围内；A/D转换电路，采样频率设置为30KHz，A/D采集后的数据通过DMA方式存入存储器中。并引入乒乓缓存机制，当A/D转换后的数据通过DMA存入存储器1的同时，使用蓝牙发送存储器2中的数据，这样大大提升CPU的执行效率，且不会因为单缓存的数据更新从而影响发送数据结果的准确性。对存入存储器中的数据进行了降采样和降低采样精度的操作，减少了蓝牙需要发送的数据量。将转换后的音频信号和电声门图信号分别输入同一个ADC控制器的两个序列通道，可以实现这两种信号的同步发送。CPU，A/D转换、数据的存储和发送均由高性能微控制器STM32F103T8U6完成，该芯片默认系统时钟为64MHz。经过APB2总线8分频后得到ADC时钟为8MHz。蓝牙透传模块采用蓝牙芯片BC417143B，传输率在1.8Mbps-2.1Mbps，该模块包括射频发射机、射频接收机、基带信号处理模块和射频频率合成器。蓝牙模块的通信波特率为115200bit/s，提高了发送的速度。本专利技术中，便携式电声门图语音信号采集装置由颈套以及集成在颈套上的电路(包括信号采集模块、信号处理模块和信号传输模块)、小型降噪克风和电声门图采集器(两块自黏式导电电极片)组成。附图说明图1为本专利技术便携式电声门图语音采集装置的结构示意图。图2为本专利技术信号采集与处理部分示意图。图3为本专利技术信号传输部分示意图。图4为本专利技术装置示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。如图1所示，信号采集部分包括音频采集器和电声门图采集器；信号处理部分包括滤波放大模块、隔离模块和高频振荡信号；信号传输部分包括电平转换电路、A/D转换电路和蓝牙透传模块；电声门图采集器包括两块自黏式导电电极。如图1、图2所示，本专利技术的便携式电声门图语音采集装置的音频采集器、电声门图采集器分别与信号处理模块连接。音频采集器和电声门图采集器将采集到的音频信号和电声门图信号传输至信号处理模块的滤波放大模块，并调节音频信号和电声门图信号的幅度。本专利技术中，“音频信号”是指话筒输入信号。“电声门图信号”是指电声门图电极输入信号。信号处理器包括：滤波放大模块、隔离模块和高频振荡模块。滤波放大模块的一端与音频采集器和电声门图采集器连接，另一端连接到信号传输模块。滤波放本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于远场人机交互的便携式电声门图语音采集装置，其特征在于，可以方便快捷的采集和发送语音与电声门图模信号，该装置包括：(1)信号采集模块；(2)信号处理模块；(3)信号传输模块。
【技术特征摘要】
1.一种用于远场人机交互的便携式电声门图语音采集装置，其特征在于，可以方便快捷的采集和发送语音与电声门图模信号，该装置包括：(1)信号采集模块；(2)信号处理模块；(3)信号传输模块。2.如权利要求1所述便携式电声门图语音采集装置，其特征在于，所述信号采集模块(1)包括音频采集器、电声门图采集器；音频采集器，连接所述信号处理模块(2)，用于采集音频信号；电声门图采集器，连接所述信号处理模块(2)，通过高频弱电压采集电声门图信号。3.如权利要求1所述便携式电声门图语音采集装置，其特征在于，所述信号处理模块(2)包括滤波放大模块、高频振荡模块和隔离模块；滤波放大模块，进一步包括音频信号滤波放大电路和电声门图信号滤波放大电路；滤波放大电路一端连接所述音频采集器和电声门图采集器，用于放大和低通滤波音频采集器采集到的音频信号和电声门图采集器采集到的电声门图信号；另一端连接所述信号传输模块(3)，将放大滤波后的音频信号和电声门图信号发送到信号传输模块进行传输；高频振荡模块，经由所述隔离模块连接所述电声门图采集器，通过芯片生成2.2Mhz左右的高频振荡信号，发送至电声门图采集器的电极，进行电声门图信号的采集；隔离模块，使用隔离放大器，隔离高频振荡信号的发送端和滤波放大模块的接收端，提高信噪比和共模干扰抑制比。4.如权利要求1所述的便携式电声门图语音采集装置，其特征在于，所述信号传输模块(3)包括电平转换电路、A/D转换电路、CPU和...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈立江，孙吉昊，陈鹏飞，毛峡，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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