专利名称：一种玩具声控装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及声控玩具技术领域，具体是指一种玩具声控装置。
背景技术：
随着生活水平的不断提高，玩具的品种越来越丰富，人们对玩具的要求也越来越高。传统的玩具主要通过外形、色彩、声音、智力锻炼等方面来吸引儿童，绝大多数都需要用手“拿”着玩，例如积木、玩具娃娃、玩具汽车等等，需通过手来操作。这些玩具无法“听”懂和“回答”使用者的说话，儿童在使用它们时，只能靠儿童进行自身单方面的操作和想象，难以获得与自己心爱的玩具(特别是拟人化的玩具，如玩具娃娃等)进行“交流”的感觉。近年来，不少玩具中都添加了声控或发声的功能，使它们能对人们的声音产生一些反应，如能朝着声音的方向走，或是经一定操作后可以说一些话或发出某些声响等，但目前这类玩具的缺点是(1)功能简单，现有的发声或声控玩具仍无法辨别说话的内容，离“交流”的感觉还有很大的距离，趣味性低；(2)玩具使用规则和节目内容无法更新，现有的玩具在制作完成后，便无法改变其使用的规则，如一些会发声的玩具在制作完成后只能反复说同样的几句话，使用时间长了容易让人觉得乏味，难以满足儿童的好奇心，耐玩性低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种趣味性、耐玩性高，可以进行语音交互与控制以及节目更新的玩具声控装置。
本发明的目的通过下述技术方案实现本玩具声控装置包括主控电路板、拾音模块、放音模块，所述拾音模块、放音模块分别与主控电路板连接，其特征在于所述主控电路板包括控制模块、语音识别模块、语音合成模块、模型和规则库模块、A/D转换模块、D/A转换模块、前置放大模块、功率放大模块，所述控制模块分别与语音识别模块、语音合成模块、模型和规则库模块连接，所述语音识别模块、语音合成模块分别通过A/D转换模块和前置放大模块、D/A转换模块和功率放大模块与拾音模块、放音模块连接，且语音识别模块、语音合成模块同时与模型和规则库模块连接，所述控制模块还分别通过输入接口模块、输出接口模块与计算机、执行模块连接。
为更好地实现本发明，所述控制模块、语音识别模块、语音合成模块由一个微处理器集成。
所述拾音模块可以是麦克风。
所述放音模块可以是扬声器。
所述执行模块可以是玩具的灯光、显示屏或传动装置。
所述控制模块、语音识别模块、语音合成模块也可以是各自独立的控制芯片、语音识别芯片、语音合成芯片，所述模型与规则库模块可以是存储器，所述输入接口模块、输出接口模块可以是常规的IO接口，所述A/D转换模块和D/A转换模块可以是A/D转换器和D/A转换器，所述的前置放大模块可以是前置放大电路，所述的功率放大模块可以是功放电路。
所述模型与规则库模块的软件部分，即模型与规则库包括语音识别模型库、语音合成模型库、输出控制信号库、规则库。所述语音识别模型库包含所有使本装置可以产生反应的词汇的识别模型，所述语音合成模型库包含所有使本装置可以产生的语音的合成模型，所述输出控制信号库包含所有使本装置可以产生的控制信号，所述规则库包含所有语音识别模型与语音合成模型、输出控制信号之间的映射规则。
本发明玩具声控装置实现语音交互与控制的方法包括(1)通过所述拾音模块将声波转换为模拟的声音电信号，经前置放大模块放大后传送到所述A/D转换模块；(2)所述A/D转换模块对模拟的声音电信号进行采样和量化，转换为数字信号送入所述语音识别模块；(3)所述语音识别模块实时地对输入信号进行检测和识别，如输入信号中包含所述语音识别模型库中的词汇，则将识别结果送至所述控制模块，否则继续对输入信号进行检测；(4)所述控制模块收到语音识别模块提供的识别结果后，根据规则库中预定的反应规则，向所述输出接口模块输出所需的、所述输出控制信号库中预先定义好的控制信号，并通知所述语音识别模块合成所需的语音；(5)所述语音合成模块根据所述控制模块的要求，利用所述语音识别模型库中的语音识别模型合成所需的语音信号，并送至所述D/A转换模块；(6)利用所述D/A转换模块将语音合成模块输出的数字语音信号转换为模拟的语音电信号，并通过所述功率放大模块和放音模块播放该模拟的语音信号。
本发明玩具声控装置实现节目更新的方法包括(1)本装置不断检测输入接口模块是否与计算机相连接，如果检测到输入接口模块与计算机相连接，则停止所有操作，进入节目更新状态；(2)本装置在节目更新状态时，通过计算机下载更新模型和规则库；(3)当完成模型和规则库下载，并将计算机与输入接口模块断开时，本装置恢复正常工作状态，利用新的模型和规则库实现语音交互和控制。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果(1)趣味性强，本装置可以让玩具能分辨并回应使用者的说话，创造更真实的拟人的感觉，使玩具操作更方便，更具趣味性。
(2)可重复更新，本装置可以通过计算机下载更新模型和规则库，让同一玩具具有不同的说话内容和反应方式，增加了玩具的耐玩性。
(3)可移植性，本装置通过设置合适的词汇和规则库，可以将其方便地移植到不同类型的声控玩具中。
(4)可调整性，本装置可以通过调整语音合成模块的某些参数(如基音频率等)，方便地合成具有不同特点的声音(如男声、女声、童声等)，便于应用在不同玩具中，或在同一玩具中实现不同的说话效果。
图1是本发明玩具声控装置的电路方框图。
图2和3是本发明玩具声控装置的电路原理图。
图4是本发明玩具声控装置的安装结构图。
图5是本发明玩具声控装置的工作流程图。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本玩具声控装置包括主控电路板1、拾音模块2、放音模块3，拾音模块2、放音模块3分别与主控电路板1连接，主控电路板1包括控制模块4、语音识别模块5、语音合成模块6、模型和规则库模块7、A/D转换模块8、D/A转换模块9、输入接口模块10、输出接口模块11、前置放大模块12、功率放大模块13，控制模块4分别与语音识别模块5、语音合成模块6、模型和规则库模块7连接，语音识别模块5、语音合成模块6分别通过A/D转换模块8和前置放大模块12、D/A转换模块9和功率放大模块13与拾音模块2、放音模块3连接，且语音识别模块5、语音合成模块6同时与模型和规则库模块7连接，控制模块4还分别通过输入接口模块10、输出接口模块11与计算机14、执行模块15连接。其中本玩具声控装置的拾音模块2选用麦克风，放音模块3选用扬声器，执行模块15可以是玩具的灯光、显示屏或传动装置。
如图2和3所示，本玩具声控装置的控制模块4、语音识别模块5、语音合成模块6是三者结合为一体的微处理器，为DSP芯片TMS320F2812，模型和规则库模块7由TMS320F2812片内自带的FLASH存储器构成，A/D转换模块8由TMS320F2812片内自带的ADC及片外的低通滤波器电路共同构成，D/A转换模块9由TMS320F2812片内的PWM电路与片外的低通滤波器电路共同构成，输入接口模块10、输出接口模块11采用TMS320F2812片内提供的IO口来实现，前置放大模块12由前置放大电路构成，功放电路13由功放电路构成，拾音模块2采用麦克风，放音模块采用扬声器。
如图4所示，在一玩具狗上安装本玩具声控装置时，将包括DSP芯片TMS320F2812、前置放大电路、功放电路、低通滤波器电路的主控电路板1置于玩具狗外壳内，麦克风和扬声器分别放置在玩具狗的头部和躯干上，并通过信号线与主控电路板1上前置放大电路和功放电路相连；玩具狗外壳上设置一计算机接口，通过信号线与主控电路板1上TMS320F2812的一IO口相连；外壳内部包含有玩具狗四肢、头、尾等部分的传动装置，主控电路板1上TMS320F2812的另一IO口为该传动装置提供控制信号。
本玩具声控装置通过软件控制，实现语音交互与控制以及节目更新的目的，图5给出了本玩具声控装置的工作流程，如图5所示当开机上电后，首先进行初始化工作，然后进入主程序循环。
在主程序循环中，首先检测输入接口模块是否与计算机相连接，当检测到输入接口模块与计算机相连时，即进入节目更新状态，此时停止所有正常的操作，由使用者通过计算机对模型和规则库进行更新，更新完毕后，使用者将计算机与输入接口模块断开，系统恢复正常工作状态，利用新的模型和规则库来与使用者进行语音交互和控制。如果没检测到输入接口模块与计算机相连，则等待输入缓冲区满后，进入软实现的语音识别模块中。
在语音识别模块中，采用以下步骤来对输入信号进行检测和识别(1)采用语音识别中的端点检测技术，检测输入信号中是否包含语音。如果检测到输入信号包含语音，则找出并记录下该段语音的起点和终点；如果不是语音，则回到主程序循环的开始，等待新的数据输入。
(2)采用语音识别和拒识技术，将步骤(1)记录下的语音段与语音识别模型库中的语音模型相比较，如果该段语音与其中某个模型相匹配，则该段语音为系统可识别词汇，此时记下该模型的序号，并将识别结果送至控制模块；如果该段语音与所有模型都不匹配，则该段语音不是系统可识别词汇，回到主程序循环的开始继续执行，等待新的数据输入。语音识别模型库中，语音识别模型采用 的形式进行存储。
软实现的控制模块在收到语音识别模块提供的语音识别模型序号后，采用以下步骤来确定输出控制信号和所需合成的语音(1)根据语音识别模块的识别结果在规则库中查找相应的反应规则。规则库为一张记录语音识别模型序号和语音合成模型序号、输出控制信号序号之间映射的表，其格式为 ，例如表示玩具名字的语音识别模型序号为1，其反应语音“汪汪”的语音合成模型序号为3，其反应动作“摆尾巴”的输出控制信号序号为7，则规则表的形式为 ，当叫玩具名字时，可语音识别模块得到语音识别模型序号为1，由规则表查到相应的语音合成模型序号和输出控制信号序号分别为3和7。
(2)根据所得的输出控制信号序号，在输出控制信号库中查找到对应的输出控制信号，并将该信号输出到输出接口模块。输出控制信号库中，输出控制信号采用以下格式进行存储 。
(3)将得到的合成语音序号送至软实现的语音合成模块。
在语音合成模块中，采用以下步骤合成所需的语音(1)根据控制模块提供的语音合成模型序号，在语音合成模型库中查找相应的语音合成模型。语音合成模型库中，语音合成模型采用 的形式进行存储。
(2)利用语音合成技术，合成所需的语音，并输出至D/A转换器。
完成这些工作后，回到主程序循环开始重新执行。
如上所述，即可较好地实现本发明。
权利要求
1.一种玩具声控装置包括主控电路板、拾音模块、放音模块，所述拾音模块、放音模块分别与主控电路板连接，其特征在于所述主控电路板包括控制模块、语音识别模块、语音合成模块、模型和规则库模块、A/D转换模块、D/A转换模块、前置放大模块、功率放大模块，所述控制模块分别与语音识别模块、语音合成模块、模型和规则库模块连接，所述语音识别模块、语音合成模块分别通过A/D转换模块和前置放大模块、D/A转换模块和功率放大模块与拾音模块、放音模块连接，且语音识别模块、语音合成模块同时与模型和规则库模块连接，所述控制模块还分别通过输入接口模块、输出接口模块与计算机、执行模块连接。
2.按权利要求1所述一种玩具声控装置，其特征在于所述控制模块、语音识别模块、语音合成模块是由一个微处理器集成。
3.按权利要求1所述一种玩具声控装置，其特征在于所述拾音模块包括麦克风。
4.按权利要求1所述一种玩具声控装置，其特征在于所述放音模块包括扬声器。
5.按权利要求1所述一种玩具声控装置，其特征在于所述执行模块包括玩具的灯光、显示屏或传动装置。
6.权利要求1所述一种玩具声控装置实现语音交互与控制的方法包括(1)通过所述拾音模块将声波转换为模拟的声音电信号，经前置放大模块放大后传送到所述A/D转换模块；(2)所述A/D转换模块对模拟的声音电信号进行采样和量化，转换为数字信号送入所述语音识别模块；(3)所述语音识别模块实时地对输入信号进行检测和识别，如输入信号中包含所述语音识别模型库中的词汇，则将识别结果送至所述控制模块，否则继续对输入信号进行检测；(4)所述控制模块收到语音识别模块提供的识别结果后，根据规则库中预定的反应规则，向所述输出接口模块输出所需的、所述输出控制信号库中预先定义好的控制信号，并通知所述语音识别模块合成所需的语音；(5)所述语音合成模块根据所述控制模块的要求，利用所述语音识别模型库中的语音识别模型合成所需的语音信号，并送至所述D/A转换模块；(6)利用所述D/A转换模块将语音合成模块输出的数字语音信号转换为模拟的语音电信号，并通过所述功率放大模块和放音模块播放该模拟的语音信号。
7.权利要求1所述一种玩具声控装置实现节目更新的方法包括(1)本装置不断检测输入接口模块是否与计算机相连接，如果检测到输入接口模块与计算机相连接，则停止所有操作，进入节目更新状态；(2)本装置在节目更新状态时，通过计算机下载更新模型和规则库；(3)当完成模型和规则库下载，并将计算机与输入接口模块断开时，本装置恢复正常工作状态，利用新的模型和规则库实现语音交互和控制。
全文摘要
本发明提供一种玩具声控装置，包括拾音模块、放音模块分别与主控电路板连接，主控电路板包括控制模块、语音识别模块、语音合成模块、模型和规则库模块、A/D转换模块、D/A转换模块、前置放大模块、功率放大模块，控制模块还分别通过输入接口模块、输出接口模块与计算机、执行模块连接；该装置还可实现语音交互与控制的方法和节目更新的方法。本发明可让玩具分辨并回应使用者的说话，趣味性强，可通过计算机下载更新模型和规则库，并可将其移植到其他玩具，还可调整不同的声音。
文档编号A63H30/00GK1640522SQ20051003266
公开日2005年7月20日 申请日期2005年1月4日 优先权日2005年1月4日
发明者韦岗, 张军, 聂文斐 申请人:华南理工大学