一种智能家居系统的语音控制方法及装置与流程

本发明属于智能家居技术领域，具体涉及一种智能家居的语音控制方法及装置。

背景技术：

智能家居是在互联网影响之下物联化的体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种终端设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等)连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。

与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。

目前智能家居系统的控制方式还是处于比较传统的模式，有以下三种类型：面板控制、触摸屏控制、第三方面板控制(智能手机、平板电脑等)。其中第三方面板控制为已经凭借其控制方便、能够远程操作等优势，越来越被广大用户所接受。同时，随着科学技术的不断发展，基于云计算和语音识别技术的语音控制方式也出现在人们的视野当中。

语音控制技术能够让用户在人机交流界面上，直接以语音进行操作而无视面板的存在，让用户真正享受到智能化带来的简单生活。于是在第三方面板上搭载一款能够进行语音识别的软件，用户便能通过语音控制整个智能家居系统内的所有设备。

但是由于需要借助第三方，且该第三方通过为能够安装APP的智能手机等类似电子产品，使用时，需要进入APP进行操作才能实现，操作比较繁琐，效率低下，未最大限度的解放用户，尤其不适用于老年用户。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种智能家居的语音控制方法及装置。

一种智能家居系统的语音控制方法，所述智能家居系统中包括采集语音信号的拾音设备、网关，以及接入网关的终端设备，所述语音控制方法包括如下步骤：

(1)对拾音设备采集到的语音信号进行语义解析得到相应的语义；

(2)利用预设的词库对所述的语义进行关键词提取；

(3)判断提取到的关键词中是否存在位置、终端设备名称和终端设备操作，并得到相应的判断结果；

(4)在所述判断结果为存在时将位置、终端设备名称和终端设备操作封装成相应的控制指令并经由网关发送至相应的终端设备以控制该终端设备。

作为优选，所述的词库包括位置词库、终端设备名称词库以及终端设备功能操作词库；

所述步骤(2)中将解析到的语义与位置词库、终端设备名称词库以及终端设备功能操作词库进行比对以分别得到位置、终端设备名称和终端设备操作。

进一步，所述步骤(1)中对采集到的语音信号进行语义解析得到相应的语义包括将语音信号分割为语句，对每个语句进行语义解析得到相应的语义。

作为优选，所述步骤(3)在判断提取到的关键词中是否存在位置、终端设备名称和终端设备操作时：若位置、终端设备名称和终端设备操作来自于同一个语句或至多分别来自于三个连续的语句中，则认为存在；否则，认为不存在。

作为优选，所述智能家居系统还包括通过Internet接入网关的语义解析云服务器，所述步骤(1)包括将拾音设备采集到的语音信号发送到语义解析云服务器，并接收语义解析云服务器解析得到的语义。

本发明还提供了一种智能家居系统的语音控制装置，所述智能家居系统中包括采集语音信号的拾音设备、网关，以及接入网关的终端设备，所述语音控制装置包括：

语义解析单元，用于对拾音设备采集到的语音信号进行语义解析得到相应的语义；

关键词提取单元，用于利用预设的词库对所述的语义进行关键词提取；

匹配判断单元，用于判断提取到的关键词中是否存在位置、终端设备名称和终端设备操作并输出相应的判断结果；

指令封装及发送单元，用于在所述匹配判断单元输出的判断结果为存在时将位置、终端设备名称和终端设备操作封装成相应的控制指令并经由网关发送至相应的终端设备以控制该终端设备。

作为优选，所述的词库包括位置词库、终端设备名称词库以及终端设备功能操作词库；所述关键词提取单元利用预设的词库对所述的语义进行关键词提取时执行如下操作：

将解析到的语义与位置词库、终端设备名称词库以及终端设备功能操作词库进行比对以分别得到位置、终端设备名称和终端设备操作。

作为优选，所述语义解析单元对采集到的语音信号进行语义解析得到相应的语义包括将语音信号分割为语句，对每个语句进行语义解析得到相应的语义。

进一步，为提高用户体验，所述匹配判断单元在判断提取到的关键词中是否存在位置、终端设备名称和终端设备操作时按照如下判断规则进行：若位置、终端设备名称和终端设备操作来自于同一个语句或至多分别来自于三个连续的语句中，则认为存在；否则，认为不存在。

为降低研发成本，作为优选，所述智能家居系统还包括通过Internet接入网关的语义解析云服务器，所述语义解析单元包括收发模块，用于将拾音设备采集到的语音信号发送到语义解析云服务器，并接收语义解析云服务器解析得到的语义。

与现有技术相比，本发明的智能家居系统的语音控制方法和装置，不依赖于第三方APP，有效降低了操作难度，提高了操作效率。

附图说明

图1为本实施例的语音控制装置的结构框图；

图2为本实施例的智能家居系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面将结合具体实施例和附图进一步阐述本发明的方案，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

本实施例的智能家居系统，包括拾音设备、终端设备，用于根据拾音设备采集到的语音信号对终端设备进行控制的语音控制装置，以及网关，终端设备通过网关和语音控制装置连接，以接收语音控制装置发送的控制指令。

拾音设备用于采集语音信号，通常该语音信号的格式为音频格式。

终端设备为智能终端设备，智能终端设备是指那些具有多媒体功能的智能设备，如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等。

通常智能家居系统中会包括多个拾音设备和多个终端设备，具体取决于智能家居系统的应用场景。

如图1所示，本实施例的语音控制装置包括：

语义解析单元，用于对拾音设备采集到的语音信号进行语义解析得到相应的语义；

关键词提取单元，用于利用预设的词库对所述的语义进行关键词提取；

匹配判断单元，用于判断提取到的关键词中是否存在位置、终端设备名称和终端设备操作并输出相应的判断结果；

指令封装及发送单元，用于在所述匹配判断单元输出的判断结果为存在时将位置、终端设备名称和终端设备操作封装成控制指令并发送经由网关至相应的终端设备以控制该终端设备。

本实施例中经由网关发送至相应的终端设备具体指：语音控制装置中的指令封装及发送单元形成的控制指令实际是先发送给网关，然后由网关转发给相应的终端设备。

需要说明的是，指令封装及发送单元封装成相应的控制指令具体指将位置、终端设备名称和终端设备操作封装成网关能够识别的控制指令，网关接收到该控制指令后根据终端设备名称确定作为该控制指令受控对象的终端设备，然后按照受控对象支持的协议类型封装后发送给该受控对象。

语义解析可以在本地实现，此时语音解析单元需要能够进行本地语义解析。

作为另外一种语义解析方法，语义解析可以在远程云端实现，本实施例中为降低成本在远程云端实现。此时，本实施例的智能家居系统还包括以通过Internet与网关连接的语义解析云服务器，语义解析单元包括以收发模块，对接收到的语音信号进行初步预处理(包括降噪等初步语音处理操作)后通过网关发送给语义解析云服务器进行解析得到的语义，并接收语义解析云服务器返回的语义。

需要说明的是，语义解析云服务器可以是专门提供语义解析服务的服务商在云端搭建的，也可以是智能家居生产上搭建的，无特殊要求。本实施例中语义解析云服务器为专门提供语义解析服务的服务商在云端搭建的，这样能够充分利用现有的语音处理技术，有效降低的研发成本，易于实现，且准确率高。

利用该语音控制装置对智能家居系统中的终端设备控制时，首先需要在语音控制装置中预存词库。

本实施例中的词库包括位置词库、终端设备名称词库以及终端设备功能操作词库。位置词库、终端设备名称移库以及终端设备功能操作词库中词均可根据实际应用的智能家居系统的情况增加、修改以及删除。当智能家居系统中增加某一终端设备时，位置词库、终端设备名称移库以及终端设备功能操作词库均会针对该终端设备进行增加对应的词。

如图2所示，利用上语音控制装置对智能家居系统进行语音控制时，具体包括如下步骤：

(1)语义解析单元对拾音设备采集到的语音信号进行语义解析得到相应的语义；

进行语义解析前通常需要对拾音设备采集到的语音信号进行降噪等语音处理，可以设置语音处理单元完成语音处理，以上不是本发明的重点，因此不进行阐述。

本实施例中语义解析单元借用语义解析云服务器进行语义解析，语义解析单元仅仅作为语音信号预处理和收发模块使用，将语音解析通过语音解析单元对接收到的语音信号进行初步预处理(包括降噪等初步语音处理操作)后通过网关发送给语义解析云服务器进行解析得到的语义，并接收语义解析云服务器返回的语义。

(2)关键词提取单元利用预设的词库对所述的语义进行关键词提取；

具体实现时：先对步骤(1)中解析得到的语音进行分词，然后在将解析到的语义与位置词库、终端设备名称词库以及终端设备功能操作词库进行比对以分别得到位置、终端设备名称和终端设备操作。

(3)匹配判断单元判断提取到的关键词中是否存在位置、终端设备名称和终端设备名称操作，并得到相应的判断结果；

考虑到语音信号的特殊性，本实施例的语音控制方法中步骤(1)，对采集到的语音信号进行语义解析得到相应的语义时首先将语音信号分割为语句，然后再对每个语句进行语义解析得到相应的语义。

分割为语句的依据可以根据实际应用需要设定，本实施例中采用停顿时间作为分割依据，任意两句语音之前的停顿时间大于设定的阈值。

根据该方法，解析得到的语义是分语句的，为保证控制的可靠性，步骤(3)在判断提取到的关键词中是否存在位置、终端设备名称和终端设备操作时：若位置、终端设备名称和终端设备操作来自于同一个语句或至多分别来自于三个连续的语句中，则认为存在；否则认为不存在。

进一步，判断提取到的关键词中是否存在位置、终端设备名称和终端设备操作时还支持简单的上下文语义组合。例：第一句话为：“打开客厅电视”，正常打开电视了，此时第二句话可以忽略位置和设备关键字，即第二句话中没有包含位置和设备信息时，默认会处理前一次语义中的设备。这里想关掉客厅里的电视，可以直接说“关闭”就可以关掉电视了。

进一步，由于语音的特殊性，同一个词，不同用户的发音会有所不同，因此，本实施例中提取关键词时，采用拼音模糊匹配法(例：开关的拼音kaiguan，可以匹配的词有开关、开罐、开馆等)。

考虑到人类语言习惯，经常会出现一些关键词可以形成控制指令，但是此时用户本意不是要控制相应的终端设备。因此，本实施例中词库还包括存储有唤醒词的唤醒词库，步骤(3)中在判断提取到的关键词中是否存在位置、终端设备名称和终端设备操作前，先将提取到的关键词中与唤醒词库进行匹配：若匹配成功后，则判断提取到的关键词中是否存在位置、终端设备名称和终端设备操作前；否则，不操作。如此操作，大大降低了误判概率。唤醒词可以根据用户喜好设置或调整。

(4)在所述判断结果为存在时将位置、终端设备名称和终端设备操作封装成相应的控制指令并经由网关发送至相应的终端设备以控制该终端设备。

考虑到拾音设备能够采集语音信号的有效距离的限制，可以在一个智能家居系统中安设多个(通常大于两个)位于不同位置的拾音设备。此时，利用本实施例语音控制装置实现对智能家居系统中的终端设备进行语音控制时，可以针对所有拾音设备共同设置一个语音控制装置，也可以针对每一个拾音设备分别设置一个语音控制装置。

此时，由于拾音设备采集语音信号时不可选择语音信号的来源，即其采集所有其能够接收到的语音信号，不区分空间区域，为了避免来自不同空间区域的语音信号相互之间互为噪声，对控制结果的可靠性影响不容忽视，为解决该问题本实施例中每个拾音设备分别设置一个对应的语音控制装置，并将二者进行一一绑定。

当智能家居系统中存在多个语音控制装置时，可能出现针对同一终端设备同时形成两条以上控制指令的情况。

为解决为问题，当针对同一终端设备同时形成两条以上控制指令时，网关对接收到的针对同一终端设备的控制指令，根据该终端设备和各个控制指令对应的拾音设备的位置关系，将形成的控制指令发送给该终端设备，具有以下两种方式，但不仅限于该两种实现方式：

(a)根据该终端设备和各个控制指令对应的拾音设备的位置关系，将形成的控制指令发送给该终端设备包括：

根据该终端设备和各个控制指令对应的拾音设备的位置分别计算该终端设备与每一条控制指令对应的拾音终端设备的距离，将距离最近的拾音设备对应的控制指令发送给该终端设备。

(b)根据该终端设备和各个控制指令对应的拾音设备的位置关系，将形成的控制指令发送给该终端设备包括：

根据该终端设备和各个控制指令对应的拾音设备的位置分别计算该终端设备与每一条控制指令对应的拾音设备的距离，根据距离设定每一条控制指令的优先级，距离越近优先级越高，然后按照优先级依次将各条控制指令发送给该终端设备。

为便于实现，各个拾音设备和终端设备安设的位置均被存在网关中，即网关维护有一张设备位置信息表，记录各个拾音设备和终端设备安设的位置。为便于查询，本实施例的设备位置信息表中，拾音设备的位置与对应语音控制装置的设备型号和接入网关的端口号进行绑定，终端设备的位置与该终端设备的设备型号和接入网关的端口号进行绑定。当拾音设备或终端设备的位置发生变化时，需要读该设备位置信息表中进行相应的更新。

需要说明的是，本实施例中的位置可以是智能家居系统应用场景中的各个物理空间点，也可以是智能家居系统应用场景中的一个划定空间区域，如一个房间等。为便于计算，本实施例的位置为物理空间点，通常该位置采用二维坐标(具体可在室内的水平面建立坐标系，然后即可得到各个位置的二维坐标)表示。此时，计算该终端设备与每一条控制指令对应的拾音设备的距离直接根据相应位置处的二维坐标计算两个空间的距离即可。

进一步，用户发送指令时，通常不可能精确到每个终端设备的位置。为解决为问题，每台终端设备进入智能家居系统时，都应该向该语音控制装置中写入该终端设备所处的具体空间位置和所属空间区域(通常为以一个房间作为一个空间区域)。当用户需要控制的某台终端设备时，仅指明该终端设备的所属空间区域即可。相应的，在提取关键词和进行匹配判断时所指的位置均应为所属空间区域。

此时，由网关根据所属空间区域和终端设备名称找到该终端设备的具体空间位置(即二维坐标表示的物理空间点)，然后再计算该终端设备与每一条控制指令对应的拾音终端设备的距离即可。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。