一种用于潜水全面罩的实时信息交流装置制造方法及图纸

一种用于潜水全面罩的实时信息交流装置，涉及水声通信。包括麦克风与扬声器模块、低速率语音编解码模块、信号调制解调模块、信号传输模块、语音识别模块和潜水信息显示目镜模块；麦克风与扬声器模块包括麦克风和扬声器，低速率语音编解码模块包括语音编码单元和语音解码单元，信号调制解调模块包括信号调制单元和信号解调单元，信号传输模块包括功率放大单元、水声换能器和前放单元，潜水信息显示目镜模块设有潜水信息显示目镜。综合低速率语音编码、语音识别技术和已经面世的潜水显示目镜，为潜水员发明专利技术一种能够进行实时语音通信和信息显示的装置，该装置集成于潜水全面罩中，解放潜水员双手，为水下作业提供便利，保障潜水员安全。

【技术实现步骤摘要】
一种用于潜水全面罩的实时信息交流装置
本专利技术属于水声通信，尤其是涉及一种用于潜水全面罩的实时信息交流装置。
技术介绍
水下蛙人或潜水员在水下作战作业时，需要解决看、听、说、行等难题，但是水下环境与陆上环境差异很大，通信不畅，信息交流不便，具有看、听、说能力的智能潜水全面罩自问世以来得到了潜水行业的青睐，能够极大地降低水下蛙人或潜水员水下作战作业时的风险。中国专利CN208915400U公开一种适配通讯装置的潜水面罩，将防水无线通讯模块集成到潜水面罩中，在发挥潜水面罩原有的保障潜水员呼吸顺畅作用的前提下，加入的防水通讯模块可进一步保障潜水员的安全。中国专利CN209290642U针对潜水员自身携带设备状态信息显示问题，公开一种操作方便的潜水信息显示目镜，将水下设备的各类显示信息实时显示在佩戴于面罩上的潜水目镜上，解放潜水员的双手，让各类水下设备的显示直投眼前，大大方便潜水员的水下作业。然而，要使潜水全面罩真正具备看、听、说的实时交互能力还需解决以下两个问题。首先是语音实时传输问题，其次是话音信息的提取问题。迄今为止，水声通信仍然是为业界所认可，最具灵活性和可行性的水下通信方案，但是水声带宽窄，通信可靠性不高，尤其实时语音所需求的数Kbps的传输速率(如常用的G.729语音编码需要8kbps的传输速率)，这一在陆地无线环境下能够轻松达成的通信速率在水声环境下却捉襟见肘。其次，面罩语音还受水下环境、潜水员自身呼吸等干扰，播放的语音可懂度不高，出现话音信息提取不准确等问题。针对语音实时传输问题，中国专利CN103310793A采用低速率语音编码技术实现了一种水声实时数字语音通信方法，在该方法中，水声通信系统仅需要提供大于600bps的传输速率就能够令收发双方进行实时语音通信，该方法没有考虑系统集成度问题，不以潜水全面罩作为应用背景，不以信息提取为目的。针对话音信息提取问题，杜桂明(杜桂明.基于神经网络的面罩语音识别方法研究[D].河北工业大学,2018)从解决海洋噪声干扰入手，将语音增强算法和语音识别算法级联起来，先对带噪面罩语音做增强处理，然后对增强后的面罩语音进行识别。该文献提出的算法其处理对象是面罩环境下的原始语音，不涉及传输问题。中国专利CN105845135A公开一种机器人系统的声音识别系统，本地语音编码后经过远程解码和语音识别，然后再生成操作指令，此操作指令通过网络传输至本地多媒体模块后执行来相应操作。该专利最大的特点是在云端进行语音识别。目前，市场上还未有能够用于潜水全面罩，方便潜水员进行实时信息交流的装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的有限带宽下的实时语音通信和话音可懂度不高情况下的信息提取问题，提供一种用于潜水全面罩的实时信息交流装置。本专利技术包括麦克风与扬声器模块、低速率语音编解码模块、信号调制解调模块、信号传输模块、语音识别模块和潜水信息显示目镜模块；所述麦克风与扬声器模块包括麦克风和扬声器，所述低速率语音编解码模块包括语音编码单元和语音解码单元，所述信号调制解调模块包括信号调制单元和信号解调单元，所述信号传输模块包括功率放大单元、水声换能器和前放单元，所述潜水信息显示目镜模块设有潜水信息显示目镜；所述麦克风接语音编码单元的输入端，语音编码单元的输出端接信号调制单元的输入端，信号调制单元的输出端接功率放大单元，功率放大单元的输出端接水声换能器，水声换能器的输出端接前放单元，前放单元的输出端接信号解调单元的输入端，信号解调单元的输出端接语音解码单元，语音解码单元的输出端分别连接扬声器和语音识别模块，语音识别模块的输出端接潜水信息显示目镜；所述麦克风用于实时接收潜水员的语音信号并输出语音数据至语音编码单元；所述扬声器用于播放语音解码模块输出的语音数据流；所述语音编码单元用于运行语音压缩算法，对量化后的语音数据流进行编码，输出低速率的语音编码数据流；所述语音解码单元用于对解调后的传输数据流进行解码，输出经过传输后的语音数据流。所述信号调制单元用于对语音编码数据流进行信号调制处理，输出可在水声换能器规定频带内传输的波形信号；所述信号解调单元用于接收由前放单元输出的模拟信号，模数转换后进行信号解调处理，获得经过传输后的语音编码数据流；所述功率放大单元用于对信号调制单元输出的波形进行功率放大，驱动水声换能器；所述水声换能器用于实现声-电转换，将具有特定带宽的输入电信号转换为相应频带的声信号，将接收端输入的声信号转换为电信号；前放单元用于放大水声换能器输出的微弱信号，输出到信号解调单元；所述语音识别模块用于接受语音解码输入，对经过编码、传输并解码后的语音信号进行识别，采用语音识别模型对输入音频进行分析，并将识别的结果以文字的形式输出；所述潜水信息显示目镜模块用于接受语音识别模块的输入，将语音识别模块输出的文字显示在潜水信息显示目镜上。所述低速率语音编解码模块、信号调制解调模块、语音识别模块可集成于多核嵌入式芯片上，可采用市售商品，譬如国外德州仪器的AM5708，博世用于物联网的MEMS传感器，GreenWaves公司的GAP9，国内瑞芯微公司的RK3228H,RK3399等芯片。基于多核嵌入式芯片，可搭载嵌入式AI软件开发平台，如OPENAILAB的AID，在AID平台上包含了深度学习框架Tengine，能够采用离线学习获得的模型进行推理输出。本专利技术首先针对通信带宽有限，数据传输速率不高问题，采用了甚低速率语音编码技术，为潜水员提供了实时语音交互能力；其次，针对恶劣信道条件下经过语音编码后的语音可懂度不高问题，采用基于机器学习的语音识别技术对接收语音进行识别，转换为文本内容显示在潜水显示目镜上，为潜水员提供全面的信息交互；最后，此装置集成于多核嵌入式芯片上，采用微型机器学习方法，离线学习模型，在线推理输出，使装置小型化。本专利技术综合低速率语音编码、语音识别技术和已经面世的潜水显示目镜，为潜水员专利技术一种能够进行实时语音通信和信息显示的装置，该装置集成于潜水全面罩中，解放潜水员双手，为水下作业提供便利，保障潜水员安全。附图说明图1是本专利技术原理框图。图2是离线语音识别训练系统原理框图。图3是语音识别的实现流程框图。具体实施方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1是本专利技术所提出的用于潜水全面罩的实时信息交流装置原理框图，本专利技术实施例包括麦克风1、语音编码单元2、信号调制单元3、功率放大单元4、水声换能器5、前放单元6、信号解调单元7、语音解码单元8、语音识别模块9、扬声器10和潜水信息显示目镜11；所述麦克风1接语音编码单元2的输入端，语音编码单元2的输出端接信号调制单元3的输入端，信号调制单元3的输出端接功率放大单元4，功率放大单元4的输出端接水声换能器5，水声换能器5的输出端接前放单元6，前放单元6的输出端接信号解调单元7的输入端，信号解调单元7的输出端接语音解码单元8，语音解码单元8的输出端分别连接扬声器10和语音识别模块9，语音本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于潜水全面罩的实时信息交流装置，其特征在于包括麦克风与扬声器模块、低速率语音编解码模块、信号调制解调模块、信号传输模块、语音识别模块和潜水信息显示目镜模块；所述麦克风与扬声器模块包括麦克风和扬声器，所述低速率语音编解码模块包括语音编码单元和语音解码单元，所述信号调制解调模块包括信号调制单元和信号解调单元，所述信号传输模块包括功率放大单元、水声换能器和前放单元，所述潜水信息显示目镜模块设有潜水信息显示目镜；/n所述麦克风用于实时接收潜水员的语音信号并输出语音数据至语音编码单元；/n所述扬声器用于播放语音解码模块输出的语音数据流；/n所述语音编码单元用于运行语音压缩算法，对量化后的语音数据流进行编码，输出低速率的语音编码数据流；所述语音解码单元用于对解调后的传输数据流进行解码，输出经过传输后的语音数据流；/n所述信号调制单元用于对语音编码数据流进行信号调制处理，输出可在水声换能器规定频带内传输的波形信号；所述信号解调单元用于接收由前放单元输出的模拟信号，模数转换后进行信号解调处理，获得经过传输后的语音编码数据流；/n所述功率放大单元用于对信号调制单元输出的波形进行功率放大，驱动水声换能器；所述水声换能器用于实现声-电转换，将具有特定带宽的输入电信号转换为相应频带的声信号，将接收端输入的声信号转换为电信号；前放单元用于放大水声换能器输出的微弱信号，输出到信号解调单元；/n所述语音识别模块用于接受语音解码输入，对经过编码、传输并解码后的语音信号进行识别，采用语音识别模型对输入音频进行分析，并将识别的结果以文字的形式输出；/n所述潜水信息显示目镜模块用于接受语音识别模块的输入，将语音识别模块输出的文字显示在潜水信息显示目镜上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于潜水全面罩的实时信息交流装置，其特征在于包括麦克风与扬声器模块、低速率语音编解码模块、信号调制解调模块、信号传输模块、语音识别模块和潜水信息显示目镜模块；所述麦克风与扬声器模块包括麦克风和扬声器，所述低速率语音编解码模块包括语音编码单元和语音解码单元，所述信号调制解调模块包括信号调制单元和信号解调单元，所述信号传输模块包括功率放大单元、水声换能器和前放单元，所述潜水信息显示目镜模块设有潜水信息显示目镜；
所述麦克风用于实时接收潜水员的语音信号并输出语音数据至语音编码单元；
所述扬声器用于播放语音解码模块输出的语音数据流；
所述语音编码单元用于运行语音压缩算法，对量化后的语音数据流进行编码，输出低速率的语音编码数据流；所述语音解码单元用于对解调后的传输数据流进行解码，输出经过传输后的语音数据流；
所述信号调制单元用于对语音编码数据流进行信号调制处理，输出可在水声换能器规定频带内传输的波形信号；所述信号解调单元用于接收由前放单元输出的模拟信号，模数转换后进行信号解调处理，获得经过传输后的语音编码数据流；
所述功率放大单元用于对信号调制单元输出的波形进行功率放大，驱动水声换能器；所述水声换能器用于实现声-电转换，将具有特定带宽的输入电信号转换为相应频带的声信号，将接收端输入的声信号转换为电信号；前放单元用于放大水声换能器输出的微弱信号，输出到信号解调单元；
所述语音识别模块用于接受语音解码输入，对经过编码、传输并解码后的语音信号进行识别，采用语音识别模型对输入音频进行分析，并将识别的结果以文字的形式输出；
所述潜水信息显示目镜模块用于接受语音识别模块的输入，将语音识别模块输出的文字显示在潜水信息显示目镜上。


2.如权利要求1所述一种用于潜水全面罩的实时信息交流装置，其特征在于所述麦克风接语音编码单元的输入端，语音编码单元的输出端接信号调制单元的输入端，信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德清，汪梦雅，林童童，韩兴隆，付立群，谢旭良，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35