专利名称：能够产生可听见消息的监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种系统，特别涉及一种产生人可听见的消息的婴儿监控器。
婴儿监控器通常包括婴儿单元和至少一个监护人单元。婴儿单元放置在婴儿床旁边。该单元包括麦克风。从婴儿接收到的声音从婴儿单元发送到监护人单元。大多数婴儿单元只转送声级在特定等级以上的婴儿声音。监护人单元包括扬声器，用于呈现由婴儿单元发送的声音。
婴儿监控器的功能在不断增加。飞利浦(Philips)的SBC SC467婴儿监控器能够使操作者调整麦克风的灵敏度。只有在选定等级以上的声音才被传递到监护人单元。监护人单元还提供静静地监控婴儿的选择。在这种情况中，在视觉上显示婴儿的声级，并且扬声器的音量可以被调小到零音量级。为了安慰婴儿，监护人可以对着监护人单元的麦克风讲话。声音被发送到婴儿单元。婴儿单元内的扬声器呈现监护人的声音。
本发明的目的是提供一种改进的系统，特别是一种婴儿监控器，用于产生人可听见的消息。
为了实现本发明的目的，用于产生人可听见的消息的系统包括一种设备，该设备包括有麦克风；用于接收音频消息的输入；用于存储接收的音频消息的存储器；用于呈现音频消息的输出；和控制器，用于响应于检测到通过麦克风接收的声音，使得通过输出呈现存储的音频消息。
本发明者具有这样的洞察力，已知婴儿监控器的安慰选项只有在监护人在场并且能够相应来自婴儿的哭声时才会工作。如果监护人离开，那么看管人(baby sitter)的声音可能不具有所希望的效果。如果监护人睡着了，那么婴儿哭的声音通常必须足够大才能唤醒监护人。然后监护人可以使用已知的婴儿监控器安慰婴儿，而不必起床。然而，此时婴儿的痛苦声音可能已经非常高以致于对于安慰声音已经不具有效果了。因此，在根据本发明的系统中，检测声音(例如，婴儿的声音)的设备还自动产生(安慰的)音频消息。该消息是可以记录的并存储在该设备的存储器中。如在从属权利要求5中所述的，该设备优选是婴儿单元。这可以是具有添加了所述功能的传统婴儿单元。它还可以是单独的装置，例如催眠曲玩具。监护人可以记录消息并由此最好的抚慰婴儿。除了对婴儿声音起作用，该系统还可以用于其它功能。尤其是，该系统可以用于警告打鼾者或者对睡眠窒息起作用。
如在从属权利要求2的措施中所述的，该设备包括信号电平检测器，用于检测通过麦克风接收的音频信号的信号强度；该控制器是可操作的以响应于信号电平检测器检测到信号强度超过阈值进行呈现。以这种方式只有具有足够强度的声音才能触发消息的回放。优选地，该设备包括用户界面，用于使操作者能够确定阈值。
如权利要求3所述的，该设备包括声音鉴别器，用于检测通过麦克风接收到代表人声音的音频信号；该控制器是可操作的以响应于来自鉴别器的触发而进行呈现。可以以任何适当的方式实现鉴别器，例如使用频带滤波器提取很可能包括人的声音的频率。也可以使用音调检测器或者语音识别器进行更精确地检测。在优选实施例中，可以滤掉充分区别于婴儿声音和/或鼾声的声音以避免不需要的消息重放。
根据从属权利要求4的措施，输入连接到麦克风以使得操作者能够记录音频消息。这是记录消息的有效方式。可选择地，可以从另外的设备接收消息。例如，在婴儿监控系统中，可以从监护人单元接收消息。
根据从属权利要求6的措施，该系统的设备包括婴儿单元，用于响应于来自婴儿的声音向婴儿呈现存储的音频消息，以及该系统还包括监护人单元；该婴儿单元和监护人单元包括用于在单元之间建立通信的各自的通信装置；该婴儿单元的控制器是可操作的，以使得在检测到声音之后立即呈现存储的音频消息，并且仅仅在声音已经被检测了预定周期之后，才将报警信号传送到监护人单元；并且该监护人单元包括用于警告人的输出；和监护人单元控制器，用于响应于从婴儿单元接收的报警信号来警告人们。以这种方式，婴儿单元就象第一线的抚慰者。如果在预定周期内没有成功，那么仍然警告监护人。如果成功了，监护人没必要起床或者没必要努力走到婴儿那里。优选地，如从属权利要求7所述该周期是可以设置的。
根据从属权利要求8的措施，该声音鉴别器是可操作的以区分至少第一和第二类婴儿声音；该婴儿单元控制器是可操作的，对于第一类声音仅在已经检测出第一类声音预定周期之后，才给监护人单元传送报警信号，并且对于第二类声音，响应于检测到第二类声音立即给监护人单元传送报警信号。以这种方式，对于第一类声音(例如婴儿的轻微呜咽)自动进行抚慰，只有在该声音持续长时间的周期，才会跟着发出警报。对于需要紧急关注的第二类声音(例如，婴儿的痛苦哭声、睡眠窒息等)，立即警告监护人。
根据从属权利要求9的措施，可以被检测的声音是睡眠窒息。紊乱可能危及生命，尤其是对于婴儿。睡眠窒息对于成年人也是严重的并可能引起固缺乏睡眠导致的疲劳。根据本发明的系统可以用预先记录的消息警告睡觉者。
根据从属权利要求10的措施，声音鉴别器是可操作的，以检测区别于睡眠窒息的至少一种其它的人声(例如鼾声)；该控制器是可操作的，使得可以以不同的音量级呈现音频消息，其中响应于检测到睡眠窒息而呈现消息所使用的音量级比响应于检测到其它人声而呈现消息所使用的音量级高。由于睡眠窒息是严重的紊乱，所以将报警提高到高等级。
根据从属权利要求12的措施，该存储器是可操作的，以存储至少一种其它的音频消息；要呈现的消息是可通过人选择和/或由控制器选择的。其它消息可以是人可记录消息的预记录消息。操作者或者控制者可以选择不同的消息作为对由该设备检测到的各个不同声音的响应于。为了保持婴儿高兴，可以以任何顺序播放多种不同的声音或者记录的消息，否则，婴儿可能会意识到这不是真正的监护人在抚慰他，或者至少会失去兴趣并再次开始哭泣。在装置中可以存在大量令人愉悦的声音。
从下文描述的实施例中使本发明的这些和其它方面显而易见，并将参考下文描述的实施例说明本发明的这些和其它方面。
在附图中
图1示出了带有独立设备的框图，和图2示出了带有两个通信设备，特别是婴儿单元和监护人单元的系统的框图。
图1示出了根据本发明的系统的框图。在图1的示例中，该系统包括一个设备100。该设备100可以包含在现有设备中。例如，如果根据本发明的设备被用来抚慰婴儿或儿童，则其可以包含在通常存在于婴儿/儿童卧室内的设备中。该设备可以是玩具，如催眠玩具，或者是像音频系统或闹钟的电子设备。在优选实施例中，该设备包含在婴儿监控系统的婴儿单元中。如果该设备用于响应于检测到鼾声或睡眠窒息以警告给人们，则该设备可包含在如闹钟的电子设备中。该设备包括用于接收声音的麦克风110。对于许多种应用，其可以是传统的麦克风，如，例如用在婴儿监控器中的麦克风。对于特定的应用，例如，在同一区域内检测一个人的鼾声而忽略其它人的声音的应用中，优选以更定向的方式来检测声音。为此，在优选实施例中，麦克风是定向麦克风。在替换实施例中，使用波束生成器。定向麦克风和波束生成器都是公知的。1988年4月的“IEEE ASSP Magazine”第4到24页中描述了波束生成器的一个例子。该设备还包括用于接收例如监护人的音频消息的输入120。在许多应用中，该输入连接到麦克风110，用以使人能够讲出或唱出消息。该输入可以包括用于将消息转换成适当的数字表示的A/D转换器。该输入还可以包括用于压缩数字表示以减小存储需求的压缩器。这些转换器和压缩器是公知的，将不再进一步描述。输入消息的其它方式也是可以的，例如，通过到系统内部或外部的另一个设备的通信系统，或者通过可移动存储介质，如固态存储器。接收到的音频消息存储在存储器140中。优选地，存储器是非易失性的，例如基于闪存或MRAM。该设备还包括用于呈现音频消息的输出。该输出可以包括传统的解压缩器和D/A转换器。典型地，该设备包括或连接到扬声器160。
该设备还包括控制器130，如果通过麦克风检测到声音，则可操作该控制器130使存储的音频消息通过输出被呈现出来。在简单的设备中，可以利用专用硬件部件来实现该控制器。在更高级的设备中，该控制器可以是还用来控制设备的其它功能的嵌入式控制器。该控制器甚至可以是信号处理器(如DSP)，并且能够执行所述的压缩/解压缩功能，波束生成以及将在下面更详细描述的其它信号处理功能。在软件程序的控制下可以操作这种更高级的控制器。该程序可固定地嵌入到控制器中。该程序也可以从(优选的)非易失性存储器(如存储器140)中加载。该设备还可以包括在系统的工作过程中使用的并在每次关断设备时擦除的易失性存储器，如RAM。
在根据本发明的实施例中，该设备包括信号电平检测器171，用于检测通过麦克风110接收到的音频信号的信号强度。其可以包括在信号处理框170中，例如作为在例如是数字信号处理器的信号处理框170上运行的软件模块。检测到的信号强度可以基于单个采样的幅值。优选地，根据连续序列的采样(例如，从10毫秒到1秒)来确定信号强度。利用更长的周期可减少对不相关的个别声音干扰起作用的机会。太长的时间周期会增加错过所关心的声音的风险。优选地，多数表决(majority voting)用在一系列在总共10秒到两分钟的间隔内所取到的那些较短的采样序列采样。本领域的技术人员可以根据所关心的声音的特征来选择对于每种应用最佳的周期和/或多数表决间隔。信号电平检测器171比较信号强度与可存储在存储器140中的预定阈值。如果信号电平检测器检测到信号强度超过了预定阈值，则触发存储的音频消息的呈现。可以理解的是，可以通过控制器130来实现信号电平检测器171的功能。优选地，该设备包括用户界面，用于使设备与用户相互作用。可以通过按键或操纵轮或包括遥控和声控的其它任何适当的输入装置来接收用户的输入。可以通过LED、LCD显示器或其它任何适当的装置来给出输出。有利的是，用户可以设置信号电平检测器的参数，如阈值电平以及信号必须超过阈值的最小周期。这样，对于具体的人可以最佳配置设备，以及还可以对于不同的应用，如婴儿哭声的检测、鼾声检测和睡眠窒息检测来配置设备。对于睡眠窒息，可以用其它的方式精确地触发检测。如果在预定时间周期内没有检测到呼吸声，例如麦克风110在该周期内拾取到卧室内相对较安静，或者在该周期内丢失了睡眠呼吸的特征声音图形，则进行触发，这将在下面进行更详细的描述。
在根据本发明的实施例中，该设备包括声音鉴别器172，用于与非人类的声音相对比，来检测经由麦克风而接收到的表示人类声音的音频信号。图1中，声音鉴别器172包含在也用于信号电平检测的信号处理框170中。如果检测到这种人类声音，则触发控制器130。作为响应于，控制器使音频消息呈现。通过检测可能由人发出的声音，可以忽略其它声音从而减少消息被错误呈现的次数。可以用许多种不同的方式来进行声音的检测。在简单的实施例中，声音检测滤除最不可能是由人嘴发出的频率，例如，利用使100到3000Hz范围内频率通过的滤波器。在更高级的实施例中，由其是可用来检测婴儿哭声的实施例中，声音检测包括检测接收到的声音的音调。如果检测到的音调落在婴儿正常的音调范围内(例如300到900Hz)，则进行触发。可以用下面的方式进行音调检测。发声的语音可以被建模成一串迪拉克(Dirac)脉冲，表示声带的刺激，其被滤波器滤波，表示在声道、声门震源谱和辐射载荷谱内的共振。由迪拉克脉冲的周期来确定音调。可以使用音频信号自相关的声谱内的第一个峰值，用来确定音频信号的音调。利用自相关法，音调T是最大化相关性的时间移位C(k,T)=i(kT)ik(+T)||i(k)||||ik(+T)||]]>其中内积(in-product)通常是在音频信号i(k)的一定数量的采样上计算得到的，并且i(k)的指数中的小T表示转置。从语音处理应用，例如语音识别可以知道很多其它方式的检测音调。优选地，声音鉴别器能够区别不同的声音。使用根据定义能够识别不同的声音(发声的声音以及非发声的声音)的语音识别技术可以做到。尤其是对于婴儿监控应用，声音鉴别器能够区别至少两种婴儿声音。在很多方式声音可以是不同的，例如在频率和声音/非声音间隔上完全不同的声音，比如鼾声和睡眠窒息。在情绪上它们也可以不同，例如呜咽的婴儿哭声和痛苦的婴儿哭声。从声音的幅值可以检测这种情绪上的不同。WO02/37474描述了多种不同的情绪和识别这些情绪的方法。这些技术可以应用在根据本发明的系统中以实现声音的精确分类。为此，还可以使用摄影机作为其它输入以帮助分类。
图2表示优选实施例，其中除了图1的婴儿单元100之外，系统还包括监护人单元200。如果期望，系统还可以包括多个婴儿单元和/或多个监护人单元。用和图1使用的相同附图标记表示的婴儿单元的元件完成和参考图1所述的相同功能。婴儿单元和监护人单元包括用于在单元之间建立通信的各自的通信装置190、290。通信可以以任何适当的形式，例如已经在婴儿监控系统中使用的。优选地，通信是无线的。对于基本操作，如果通信是一个方向(从婴儿单元到监护人单元)则这已经足够。对于更高级的应用，优选使用双向通信。在优选实施例中，如果婴儿单元的控制器130检测到声音，它立即使得存储的音频消息局部被呈现。只有已经在预定周期检测到声音之后，才通过通信装置190将报警信号传送到监护人单元。操作者可以设置婴儿单元不警告监护人单元的周期。参数可以存储在存储器140中。可以通过婴儿单元的用户界面180进行这种设置。如果双向通信是可以的，还可以通过监护人单元的用户界面280进行这种设置。可以以任何适当的形式传送报警信号。有利的是，婴儿单元仅仅传送它接收的声音(例如婴儿哭声)。因此，只要周期还没有期满，它就不传送声音。在周期期满之后传送婴儿声音能够使监护人精确地估计婴儿的痛苦。可以以模拟或者数字形式传送婴儿的声音。报警信号还可以是触发监护人单元的数字代码，例如短的数字消息。监护人单元包括用于警告人们的输出250。优选地，输出连接到扬声器260。如果通过通信装置290接收到报警作为数字触发信号(例如，消息)，则监护人单元可以发出任何特定的报警信号，例如产生报警响铃音调或者产生闪光。这种信号可以通过监护人单元的用户界面280发出。监护人单元的控制器230负责响应于从婴儿单元接收到的报警信号警告人们。控制器可以是任何适当的微控制器或者处理器。它可以和嵌入式软件一起提供，或者可以从(优选非易失性的)存储器，例如存储器240加载该软件。监护人单元还可以包括麦克风(210)或者被连接到麦克风。通过该麦克风监护人能够直接对着婴儿说话、输入消息以存储在婴儿单元中等。麦克风可以连接到可能包括A/D转换器和音频压缩器的输入220。监护人单元还可以包含在另一种设备中，例如电视机或者便携式设备，像移动电话或者个人数字助理(PDA)。
如上所述，声音鉴别器172可能可以区分至少第一和第二类婴儿声音。对于婴儿监控系统，第一类声音包括不需要监护人(看管人)立即照顾的任何婴儿声音，例如呜咽声音和具有低痛苦因素的声音。对于这类声音，婴儿单元控制器130立即呈现存储的消息，但是只是在已经检测到该声音预定周期之后，它才向监护人单元发送报警信号。这样，系统自动地设法抚慰婴儿，而(仍)不警告监护人。第二类声音是可能需要立即照顾的声音。这种声音可以包括具有高痛苦(例如大音量)的婴儿哭声或者睡眠窒息。当检测到第二类声音时，控制器130立即向监护人单元发送报警信号。将可以理解的是可以定义多种声音，每一种具有在本地设备和/或远程设备的各自响应于。
如上所述，优选操作声音鉴别器以检测睡眠窒息。这对于婴儿以及大人来说都是有用的，其中睡眠窒息是婴儿猝死综合症的主要原因。在睡眠中，身体相对在休息。心跳和身体温度降低。这种过程是完全自动的。睡眠窒息的人在他们睡眠期间在呼吸过程中具有困难。有时他们停止呼吸一分钟并惊慌醒来。睡眠窒息可以表征为呼吸通道的全部或者部分阻塞长于10秒钟的重复周期，导致缺氧。紊乱可能危及生命，尤其是婴儿。在婴儿睡觉的过程中他们通常具有困难。具有呼吸的困难是其中之一。幸运的是，大多数婴儿会自动醒来。婴儿猝死综合症主要发生在婴儿的前两年。尤其是在这期间，重要的是如果呼吸停止太长时间监护人可以干预。具有睡眠窒息的孩子或者大人总是会醒来并由此在夜里不能得到充足的休息。在白天他们会非常疲劳。在大多数时候，当缺氧一会时身体自动进入应急状态。对于大点的孩子和大人，优选的是，在缺氧发生之前系统及时警告他们。所涉及的人的较小干扰可能足以重启呼吸过程，而不完全叫醒人。由于窒息是严重的，所以优选的是，如果不快速重启呼吸，那么呈现高音量级的音频消息。如所述的音频消息可以呈现给个人本身，或者在婴儿监控系统的情况中通过监控人单元呈现给监控人。然后在监护人不在或者睡得太熟(或者监护人单元关断)的情况中，婴儿单元仍然还可以发出消息来唤醒婴儿。高音量级比用于呈现对于其它声音的音频消息所使用的音量级更高。
在优选实施例中该系统可以检测的一种其它声音是人的鼾声。鼾声可以描述成在睡觉中具有由于悬雍垂和软腭的振动导致的刺耳嘶哑噪声的呼吸，期望的是只刺激打鼾者移动一点点，以使鼾声停止。为此，使用常规的扩音器以比通常用于唤醒人们低的音量级呈现音频消息。在这种情况中，输出150和扬声器160之间的连接可以是常规的有线连接。还可以使用可以与设备分离的扬声器。通过使用较长的线可以实现这种情况。有利的是。在设备和扬声器之间使用无线连接。如果设备用于警告打鼾者，这是特别有用的。在这种应用中，扬声器可以是放置在枕头上面或者枕头下面或者至少非常接近打鼾者的扬声器，以使得不警告房间中的其他人。这种扬声器本身是公知的，并通常由当在床上休息时听音乐或者看书的人使用。在优选实施例中，扬声器是耳朵安装型扬声器，这从对于听觉障碍的人的扬声器可以得知。如果扬声器可以放置在非常接近所涉及的人的位置，那么可以选择音量级，使得警告涉及的人，但是不打扰其他的人。作为替换或者除了使用声音警告人之外，还可以使用其他刺激。对于警告打鼾者或者具有睡眠窒息的人，优选使用振动器。这从例如移动电话可以得知振动器。
上述给出的对该系统的描述集中在使用一种音频消息来警告人们。可以理解的是，存储器140可以存储几个音频消息，至少其中的一条消息是可记录的。其它的消息可以是可记录的或者预记录的。使用具有多个消息的系统，通过用户界面由人可以选择要被呈现的消息。在简单的实施例中，通过系统仅可以呈现一条消息，其中人们可以选择呈现哪一个。在更高级的实施例中，系统能够呈现用于不同事件的不同消息。例如，用于打鼾的消息不同于用于睡眠窒息的消息。在这种系统中，用户可以优选地为每个事件选择要被呈现的消息。可替换地，控制器选择最适用于该事件的消息，例如如果人应当继续睡觉时选择抚慰消息，而如果人应当醒来(或者部分唤醒)时选择警告消息。优选地，用户还可以为每个事件或者每条消息选择呈现的音量级。由用户选择的设置可以存储在存储器140中并在呈现期间通过控制器应用。
应当注意的是，上述实施例是描述性的，而不是限制本发明，在不超出所附的权利要求的范围条件下，那些本领域技术人员将可以设计很多可替换的实施例。在权利要求中，放在括号之间的任何附图标记将不构成对权利要求的限制。词汇“包含”和“包括”的使用以及它们的动词变化形式不排除除了权利要求所述之外的元件或者步骤的存在。元件前面的词汇“一”或者“一个”不排除多个这种元件的存在。借助于包括几个独立元件的硬件和借助于适当编程的计算机可以实现本发明。在列举几个装置的设备权利要求中，通过同一个硬件项可以实现几个这些装置。在相互不同的从属权利要求中记载的特定措施的事实并不标识这些措施的组合不能被有利地应用。
权利要求
1.一种用于产生人可听见消息的系统；该系统包括设备(100)，该设备包括麦克风(110)；用于接收音频消息的输入(120)；用于存储接收的音频消息的存储器(140)；用于呈现音频消息的输出(150)；和控制器(130)，用于响应于检测通过麦克风接收的声音，使存储的音频消息通过输出呈现。
2.如权利要求1所述的系统，其中该设备包括信号电平检测器(171)，用于检测通过麦克风接收的音频信号的信号强度；该控制器是可操作的，以响应于信号电平检测器检测到信号强度超过预定阈值而进行呈现。
3.如权利要求1所述的系统，其中该设备包括声音鉴别器(172)，用于检测通过麦克风接收到代表人声的音频信号；该控制器是可操作的，以响应于来自鉴别器的触发进行呈现。
4.如权利要求1所述的系统，其中输入连接到麦克风，用于使操作者能够记录音频消息。
5.如权利要求1所述的系统，其中设备(100)包括婴儿单元，用于响应于来自婴儿的声音向婴儿呈现存储的音频消息。
6.如权利要求5所述的系统，其中该系统包括监护人单元(200)；婴儿单元和监护人单元包括用于在单元之间建立通信的各自通信装置(190，290)；婴儿单元的控制器(130)是可操作的，以使得在检测到声音之后立即呈现存储的音频消息，并且仅仅在声音已经被检测了预定周期之后，使得报警信号传送到监护人单元；和该监护人单元包括用于警告人们的输出(250)；和监护人单元控制器(230)，用于响应于从婴儿单元接收到报警信号从而警告人们。
7.如权利要求6所述的系统，其中该系统包括至少一个用户界面(180，280)，用于使操作者能设置预定周期。
8.如权利要求3和6所述的系统，其中该声音鉴别器是可操作的以区分至少第一和第二类婴儿声音；该婴儿单元控制器是可操作的，对于第一类声音仅仅在已经检测出第一类声音预定周期之后，给监护人单元传送报警信号，并且对于第二类声音响应于检测到第二类声音立即给监护人单元传送报警信号。
9.如权利要求3所述的系统，其中该声音鉴别器是可操作的以检测睡眠窒息。
10.如权利要求9所述的系统，其中声音鉴别器是可操作的，以检测区别于睡眠窒息的至少一种其它人的声音；并且其中可操作控制器使得以不同的音量级呈现音频消息，其中响应于检测到睡眠窒息而呈现消息所使用的音量级比响应于检测到其它人声而呈现消息所使用的音量级高。
11.如权利要求10所述的系统，其中其它人声是人的鼾声。
12.如权利要求1所述的系统，其中该存储器是可操作的，以存储至少一种其它的音频消息；要呈现的消息是可通过人选择和/或通过控制器选择的。
全文摘要
一种用于产生人可听见消息的系统包括设备100。该设备包括用于接收音频消息的输入120。音频消息存储在存储器140中。输出150可以用于呈现音频消息。该设备还包括麦克风110和控制器130。如果通过麦克风接收到声音，则该控制器使得能通过输出呈现存储的音频消息。
文档编号A61M21/02GK1791896SQ200480013633
公开日2006年6月21日 申请日期2004年5月13日 优先权日2003年5月21日
发明者R·范沃登伯格 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司