专利名称：语音输入电话自动查号系统的制作方法
技术领域：
本发明属于通信领域。
迄今为止，电话查号大都采用人工查号报号方式。其装置如附
图1所示，由查号员耳机话筒[1]与电话接续台[2]连接，然后通过电话传输线[3]与用户电话机[4]相连。查号员根据用户询问，或者靠记忆或者靠查阅电话号码簿找到查询单位的电话号码，告诉用户。这要求查号员记住或从电话号码簿上查找毫无规律，且经常变动的大量号码，工作强度很大;查号效率很低;且容易出错;相应地占用电话通信线路的时间也就很长。
近年来，北京、上海等省市，开始利用计算机，采用键盘输入汉语拼音的方式进行半自动查号。这种方式要求查号员熟练掌握普通话的汉语拼音和汉字键盘输入技术，而我国方言种类繁多，推广应用有一定困难，且易出现重码。
本发明打破了传统的上述装置的结构，设计了一种语音输入电话自动查号系统。该系统采用自然语音输入方式，查号员只要口述用户要查电话号码的单位名称及隶属单位名称，该系统就可以通过语音识别，识别出单位名称，根据单位名称自动检索出该单位的电话号码。然后运用语音合成技术，将电话号码自动报给用户。
本发明一语音输入电话自动查号系统(见附图2)，包括查号员耳机话筒[1]，电话接续台[2]，电话传输线[3]及用户电话机[4]。其特征在于，把语音识别和合成技术用于电话查号系统，其硬件结构是在查号员耳机话筒后经一转换开关[5]，连接语音信号处理及电话查号系统[6]，再经电话接续台与语音信号处理及电话查号系统的接口卡[7]和电话接续台[2]连接，所说的语音信号处理及电话查号系统(见附图3)依次由语音信号处理卡[61]，A/D转换卡[62]，微处理机[63]，D/A转换卡[68]，连接而成。另外，与微处理机相连的还有硬盘子系统[66]，软盘子系统[67]及打印机[64]与监示器[65]。所说的语音信号处理卡(见附图4)由低通滤波及予放大器[611]，高频提升电路[612]，自动增益控制电路[613]，比例放大器[614]，15通道带通滤波器组[615]，15通道检波器组[616]，一路全通放大器[617]及时钟发生电路[618]组成。所说的电话接续台与语音信号处理及电话查号系统的接口卡(见附图5)由低通滤波器[71]，衰耗器[72]及匹配放大器[73]组成。
在上述硬盘子系统的硬盘中，存储了本系统中要用的全部软件，这些软件也可固化在微处理机内的只读存贮器(ROM)中，硬盘中还按树型结构存贮了用户单位名称及相应语音的特征信息，在编制上述软件时，运用了过零率，能量及多级制约的方法，从而能有效地获取原始语音信息;利用分块四值化算法，对语音原始信息进行数据压缩，使信息量由每个单位名称的2400比特压缩到24比特;还利用异或查表求差法进行语音模式的快速匹配。
获取原始语音信息，采用的过零率、能量及多级制约的方法(见附图11)，是采用了三个能量门限d1，d2，d3;一个过零率门限do;一个记录语音有效帧数的计数器C1，和一个记录不过门限帧数的计数器C2。上述门限和计数器通过实验统计获得，经一定的逻辑关系由软件判断所采集数据的取舍，从而选取最佳的语音信息。
在程序设计中，采用了树型层次结构来安排所查单位及隶属单位的名称，提高了语音识别及查号速度。另外为了确保查号的绝对准确，语音输入的单位名称，经语音识别后，将第一识别结果用汉字显示在监示器[65]上。若第一识别结果与输入的单位名称不符，可敲微处理机键盘上一报号键，选择识别的第二、第三结果，或列出属于该级的全部单位名称以供选择。当用微处理机上的数字键，选择所列单位名称后，微处理机内的查号软件，会自动将所呼的单位名称的待识语音样本去替代原先的参考语音样本，实现参考语音样本的自动更新。
运用该语音输入电话自动查号系统，自动查找电话号码前，需按电话号簿分级输入各隶属单位名称、单位名称的汉字及电话号码，然后由微处理机依次将隶属单位名称或单位名称显示在监示器上，根据显示的单位名称的汉字，查号员把所有名称从头到尾说一遍，每说一个名称，系统自动将这个名称的语音进行处理，处理后的语音信息，作为语音参考样本按电话单位的隶属关系依次存入硬盘子系统的硬盘中，上述过程称为训练。
查号时，查号员由查号员耳机话筒中，得知用户要查询的单位名称后，将转换开关转到语音信号处理及电话查号系统，对查号员话筒呼叫隶属单位名称和单位名称，每呼叫一单位名称，系统自动将这个名称的语音进行处理，处理后的语音信息，作为待识语音样本与存在硬盘中的参考语音样本，逐一用异或查表求差法进行语音模式的匹配识别。当确认识别出的单位名称正确后，微处理机按所编程序自动检索出电话号码。
上述训练和查号时，都需对查号员说的单位名称进行语音处理，语音处理的过程是查号员说一单位名称，查号员耳机话筒[1]将语音变成电信号，通过转换开关[5]，经语音信号处理卡[61]的低通滤波及予放大器[611]，高频提升电路[612]，自动增益控制电路[613]，比例放大器[614]，对输入语音进行予处理，再经15通道滤波器组[615]和15通道检波器组[616]及一全通放大器[617]，变成16路信号(前15路信号反映了语音在15个频段上的频谱值，后一路全通信号用来采集语音信号的过零率)，将这些信号送入一块16通道A/D转换卡[62]，A/D转换卡对这16路信号采样，其采样数据送入微处理机[63]，进行分块四值化分析，把每个单位名称的语音信息量由2400比特压缩到24比特，这24比特的信息在训练时，作为参考语音样本存在硬盘中，查号时作为待识语音样本与参考语音样本进行语音模式的匹配识别。
检索出的电话号码，由微处理机[63]根据计算机软件自动合成数字音，再经D/A转换卡[68]变为模拟电信号，该电信号经电话接续台与语音信号处理及电话查号系统的接口卡[7]中的低通滤波器[71]和衰耗器[72]，由电话传输线[3]把清晰的电话号码音送到用户电话机[4]。为了查号员既能与用户通话，又能把语音输入到语音信号处理及电话查号系统[6]，在电话接续台与语音信号处理及电话查号系统的接口卡[7]中，设置了一个不另加电源的匹配放大器[73]。
下面介绍本发明-语音输入电话自动查号系统的软件结构及其与硬件的联系。本系统由“分配”;“建表”;“查号”;“增、删、改”;“列表、打印”;各部分组成(见附图8)。这些软件均存在硬盘中或固化在微处理机内的只读存贮器(ROM)中，软件设计均采用树型层次结构，分多级安排所查单位名称及隶属单位名称。查号员先用“分配”软件，分配各级单位数、建立索引表，再用“建表”软件，按级依次输入各级单位名称及电话号码。之后在附图9所示“训练”软件的控制下，根据屏幕上显示的单位名称、查号员按级依次将要查询电话的全部单位名称及隶属单位名称呼叫一遍。每呼一单位名称，单位名称的语音经查号员耳机话筒[1]、通过转换开关[5]、进入语音信号处理及电话查号系统[6]，该系统内的语音信号处理卡[61]对输入语音信号进行予处理和分析。产生16路信号。这些信号经A/D转换[62]进入微处理机[63]。在“训练”软件的控制下，采集该单位名称的语音信息，用信息压缩的方法，压缩语音信息。从而获得参考语音样本。该级的全部单位名称“训练”完后，将全级参考语音样本送入语音信号处理及电话查号系统[6]内的硬盘子系统[66]的硬盘中。经上述过程就把全部单位名称、电话号码及相应的参考语音样本输入了硬盘。当用户要查某单位的电话号码时，从用户电话机[4]的话筒，呼叫待查的单位名称，经电话传输线[3]、电话接续台[2]、查号员耳机话筒[1]传到查号员耳中。查号员得知用户待查电话号码的单位名称后，将转换开关[5]与语音信号处理及电话查号系统[6]连接，同时查号员呼叫待查的单位名称，此单位名称的语音信号进入语音信号处理及电话查号系统[6]。该系统内的语音信号处理卡[61]，对输入的单位名称的语音信号进行予处理和分析，产生16路信号。这些信号经A/D转换[62]，进入微处理机[63]。在附图10所示的“查号”软件的控制下，先自动采集语音信息，再压缩语音信息，从而获得待识语音样本。该待识语音样本与存在硬盘子系统[66]的硬盘中的，经“训练”时获得的参考语音样本进行模式匹配。识别出该语音信号对应的单位名称，根据这第一级(附图10)中(JS＝1)的单位名称，按树型结构和“分配”时获得的索引表，从硬盘中把下一级(JS＝2)的全级单位名称及参考语音样本调入内存。查号员再呼第二级的单位名称，照上述“查号”过程，识别出所呼的第二级单位名称。如此继续下去，直到(JS＝n)时，识别出第n级单位名称，若n是最后一级时，就检索出了电话号码。根据电话号码进行语音合成。最后通过按微处理机键盘上的一报号键，该合成音进入电话接续台与语音信号处理及电话查号系统的接口卡[7]、再经电话接续台[2]、电话传输线[3]、传给用户电话机[4]。从而实现了查号员用自然语音直接输入微处理机、通过语音识别、自动检索电话号码，经语音合成将电话号码报给用户的查号方式。当需要修改、删除、增加要查询电话的单位时，查号员让微处理机执行“增、删、改”软件。当需要列写或打印系统内建立的待查电话单位名称和电话号码即电话号码簿时，查号员让微处理机执行列表、打印软件。
下面通过附图6、7，介绍一个实施例，为清楚起见，几个大的部分以虚线框出，附图6与附图4各部分一一对应，附图7与附图5各部分一一对应，附图6中的A、B是一片自动增益控制芯片的两部分，A用于构成自动增益控制电路，B用于构成全通放大器。其他符号都是本技术领域的普通技术人员惯用的。不一标明。
本发明-语音输入电话自动查号系统兼有三种功能一、人工查号报号;二、键盘输入数字，微处理机自动检索查号，合成音自动报号;三、自然语音输入，微处理机自动检索，合成语音自动报号。利用本发明查号速度快，从电话查号员接到用户询问，到报出电话号码约需3～10秒，准确率高，不使用修改键时，语音识别的准确率达97%，辅以修改键后，查号可绝对准确。单位名称均使用汉字显示，方便易看。该系统具有分配、建表、查号、列表、扩充、删除、修改、打印电话号簿、语音识别检测、语音信号处理卡检测、单位名称及电话号码成批增、删、改等工作方式;参考语音样本，可根据需要自动更新，且根据需要可同时存储多名电话查号员的参考语音样本，便于多名电话查号员共用此系统查号。
说明书附图的简单说明附图1为电话人工查号系统方框图。
1.查号员耳机话筒2.电话接续台3.电话传输线4.用户电话机附图2为语音输入电话自动查号系统方框图。
1.查号员耳机话筒2.电话接续台3.电话传输线4.用户电话机5.转换开关6.语音信号处理及电话查号系统7.电话接续台与语音信号处理及电话查号系统的接口卡附图3为附图2中语音信号处理及电话查号系统的详细方框图。
61.语音信号处理卡62.A/D转换卡63.微处理机64.打印机65.监示器66.硬盘子系统67.软盘子系统68.D/A转换卡其中的点线表示多路的意思。
附图4为附图3中语音信号处理卡[61]的细分方框图。
611.低通滤波及予放大器612.高频提升电路613.自动增益控制电路614.比例放大器615.15通道带通滤波器组616.15通道检波器组617.全通放大器618.时钟发生电路其中点线表示多路之意。
附图5为附图2中电话接续台与语音信号处理及电话查号系统的接口卡[7]的细分方框图。
71.低通滤波器72.衰耗器73.匹配放大器附图6本发明主要部分之一-语音信号处理及电话查号系统[7]的具体线路图(与附图4相对应，标号也一一对应)。其中A、B是自动增益控制芯片的两部分。其余部件均采用本技术领域普通技术人员惯用符号，不一一列出，至于具体参数要根据具体情况进行调整。
附图7为附图5电话接续台与语音信号处理及电话查号系统的接口卡的方框图的对应线路图。虚线方框将线路分为三部分，并标有71，72，73，分别与附图5中的三部分一一对应。
附图8为语音输入电话自动查号系统软件结构框图。
附图9为训练软件框图。
附图10为查号软件框图。
附图11为语音信号波形的能量与采样帧数的示意图。
1.噪音2.辅音3.过渡音4.最短元音5.两字间过渡音6.尾音7.噪音w(t)语音信号波形的能量t采样帧数
权利要求
1.一种语音输入电话自动查号系统，包括查号员耳机话筒[1]，电话接续台[2]，电话传输线[3]及用户电话机[4]，其特征在于，用语音识别和合成技术实现自然语音输入，微处理机自动查号、报号，在查号员耳机话筒[1]与电话接续台[2]之间，顺次连入转换开关[5]，语音信号处理及电话查号系统[6]，电话接续台与语音信号处理及电话查号系统的接口卡[7]，所说的语音信号处理及电话查号系统[6]，依次由语音信号处理卡[61]，A/D转换卡[62]，微处理机[63]，D/A转换卡[68]连接而成，与微处理机[63]连接的还有硬盘子系统[66]，软盘子系统[67]，打印机[64]，监示器[65]；上述的语音信号处理卡[61]，依次由低通滤波器[611]，高频提升电路[612]，自动增益控制电路[613]，比例放大器[614]，15通道带通滤波器组[615]，15通道检波器组[616]及全通放大器[617]构成；所说的电话接续台与语音信号处理及电话查号系统的接口卡[7]，由低通滤波器[71]，衰耗器[72]及匹配放大器[73]构成；且在上述微处理机[63]的硬盘子系统[66]或微处理机内的只读存贮器(ROM)中，存储了本系统要用的全部语音识别、自动检索查号、合成电话号码为语音的软件，和用户单位名称及相应语音的特征信息。
2.根据权利要求1的语音输入电话自动查号系统，其特征在于所说的语音识别方法是指在获取原始语音信息时采用“过零率、能量及多级制约”方法;在压缩语音信息时，采用分块四值化方法;在模式匹配时，采用异或查表求差法;在安排和存储单位名称及相应语音的特征信息时采用了多级树型层次结构。系统软件设计由“分配”，“建表”，“训练”，“增、删、改”，“列表、打印”各部分组成。这些软件均存储在硬盘或固化在微处理机内的只读存贮器(ROM)中。
全文摘要
本发明——语音输入电话自动查号系统，用语音识别和合成技术实现自然语音输入，微处理机自动查号、报号，由查号员耳机话筒，转换开关，语音信号处理及电话查号系统，电话接续台与语音信号处理及电话查号系统的接口卡，电话接续台，电话传输线和用户电话机构成，该系统实现了自然语音输入、微处理机自动检索查号、自动合成语音报号。系统操作简便，汉字显示清晰，查号准确、快速，报号音清楚，易于增、删、改和更新电话号码簿，减轻了劳动强度，提高了电话传输线的效率，适用于中小城市的查号台。
文档编号H04M3/42GK1044020SQ89100020
公开日1990年7月18日 申请日期1989年1月5日 优先权日1989年1月5日
发明者胡起秀, 方棣棠, 吴文虎, 蔡莲红 申请人:清华大学