便民服务自助终端及其语音唤醒方法与流程

本发明涉及自助终端领域，具体涉及一种便民服务自助终端及其语音唤醒方法。

背景技术：

便民服务自助终端是缓解传统营业厅人流量过大的问题，广泛应用于通讯、金融、政府、交通、医疗、工商、税务等行业。随着全球一体化的强化和我国信息化建设脚步的加快，传统的自助服务终端在人机交互的智能化程度还不够完善。

与便民服务自助终端进行语音交流，让便民服务自助终端明白用户的需求，这是便民服务自助终端在智能化方面一个质的提升。语音唤醒技术就是让便民服务自助终端通过预制的语音命令来唤醒节能待机的自助终端正常工作，把语音信号准确的转变为相应的产品运行命令的技术。现有的自助终端在人机交互的智能化程度还不够完善，无法达到上述要求。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种便民服务自助终端，旨在解决现有技术中，自助服务终端在人机交互的智能化程度不够，无法通过语音完成人机交互的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种便民服务自助终端，该便民服务自助终端包括：

预制音存储模块，用于存储预制音的第一特征参数；

麦克风模块，用于采集外界的语音；

录音模块，用于对所述语音进行降噪和增强操作以获取语音数据；

预制音处理模块，用于对所述语音数据进行plp语音特征参数提取，获取第二特征参数；

预制音匹配模块，用于将所述第一特征参数与所述第二特征参数进行基于特征空间轨迹匹配法的计算并获取匹配分值；

比对模块，用于将所述匹配分值与预设值进行比对，并生成比对结果；

唤醒模块，根据所述比对结果确认是否执行唤醒操作。

优选地，所述麦克风模块包括：

主麦克风，用于接收便民服务自助终端外壳的机械振动和空气振动产生的第一音源数据；

次麦克风，用于接收空气振动产生的第二音源数据。

优选地，所述录音模块还包括：

统筹运算单元，用于将第二音源数据与环境噪音参数的乘积和第一音源数据求差处理，以获取降噪和增强后的语音数据。

优选地，所述便民服务自助终端还包括与唤醒模块连接的显示交互模块，所述显示交互模块用于接收唤醒信号并显示交互界面。

本发明还提出一种便民服务自助终端的语音唤醒方法，包括：

存储预制音的第一特征参数；

采集外界的语音；

对所述语音进行降噪和增强操作获取语音数据；

对语音数据进行plp语音特征参数提取，获取第二特征参数；

将所述第一特征参数与所述第二特征参数进行基于特征空间轨迹匹配法的计算，并获取匹配分值；

将所述匹配分值与预设值进行比对，并生成比对结果；

根据所述比对结果确认是否执行唤醒操作。

优选地，所述采集外界的语音的步骤包括：

接收便民服务自助终端外壳的机械振动和空气振动产生的第一音源数据；

接收空气振动产生的第二音源数据。

优选地，所述对语音进行降噪和增强操作获取语音数据的步骤包括：

将第二音源数据与环境噪音参数的乘积和第一音源数据求差处理，以获取降噪和增强后的语音数据。

优选地，在所述根据所述比对结果确认是否执行唤醒操作的步骤后，所述语音唤醒方法还包括：接收唤醒信号并显示交互界面。

本发明通过设置包括预制音存储模块、麦克风模块、录音模块、预制音处理模块、预制音匹配模块以及唤醒模块的便民服务自助终端，使用户可通过语音唤醒功能有效完成业务，减少设备工作时长和使用功耗，提高设备的使用寿命，提高了用户与自助服务系统的友好交互，同时也提高了产品的人性化设计应用使交互过程更加智能和便利。

附图说明

图1为本发明一实施例中便民服务自助终端的功能模块示意图；

图2为本发明一实施例中便民服务自助终端的语音唤醒方法的流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同标号表示相同的元件或具有相同功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为解决上述技术问题，本发明提出一种便民服务自助终端，参照图1，该便民服务自助终端包括预制音存储模块40，用于存储预制音的第一特征参数；麦克风模块10，用于实时采集外界的语音；录音模块20，用于对语音进行降噪和增强操作以获取语音数据；预制音处理模块30，用于对语音数据进行plp语音特征参数提取，获取第二特征参数；预制音匹配模块50，用于将所述第一特征参数与所述第二特征参数进行基于特征空间轨迹匹配法的计算并获取匹配分值；比对模块60，用于将匹配分值与预设值进行比对，并生成比对结果；唤醒模块70，根据所述比对结果确认是否执行唤醒操作。

在本实施例中，便民服务自助终端还包括主控芯片以及与主控芯片连接的触显一体屏、摄像头、喇叭、4g路由器、打印机、ic手动读卡器、三合一读卡器、非接读卡器、加密键盘等常用的硬件模块。唤醒模块，60与控制模块连接可根据比对结果发送控制指令至主控芯片，完成亮屏和/或语音应答等唤醒操作。预制音存储模块40，优选为存储有预制音的第一特征参数的数据存储卡，其中第一特征参数为预制音的plp参数，预制音可以是“你好”、“hello”、“我需要帮助”等常见的唤醒语。麦克风模块10设置在便民服务自助终端的壳体上，用于实时采集外界的语音，并发送该语音发送给录音模块20，录音模块20对该语音进行录制。除了记录语音数据，录音模块20还对语音进行降噪和增强操作，降噪处理时通过录音模块20内置常用的谱减法、最小均方误差方法、维纳滤波法和子空间方法等算法模型完成。以获取适于本发明应用场景的语音数据。将该语音数据发送至预制音处理模块30。预制音处理模块30对语音数据进行plp语音特征参数提取，通过语音信号经过频谱分析、等响度预加重、强度响度转换获取以获取第二特征参数，第二特征参数也是plp参数。将第二特征参数传送至预制音匹配模块50，预制音匹配模块50提取第一特征参数并与第二特征参数进行基于特征空间轨迹匹配法的计算，获取第一特征参数与第二特征参数之间的匹配分值。在本实施例中，plp参数包括时域特征参数和频域特征参数，预制音匹配模块50提取预制音的plp参数，并与预制音处理模块30处理获得的第二特征参数中的时域特征进行快速匹配并确认匹配语音的起止点，快速匹配成功并且是比较长的语音则输出识别结果，如果快速匹配不成功则在预制音存储模块40里利用时域特征进行遍历匹配找到最合适的第一特征参数，采用频域特征进行精准匹配，精准匹配成功则输出匹配分值。比对模块60，用于将所述匹配分值与预设值进行比对，并生成比对结果；预设值为第一特征参数与第二参数的匹配阀值。比对模块60包括用于对上述匹配阀值与匹配分值进行大小比对的比对电路，二者经比对电路比对后输出比对结果。比对结果为，匹配分值大于、小于或等于匹配阀值。唤醒模块70，根据所述比对结果确认是否执行唤醒操作。便民服务自助终端执行的唤醒操作主要有：唤醒自助服务终端以及执行基本操作，如触显一体屏的信息输入输出画面以便触摸交互，喇叭语音输出所需服务的信息内容和操作要求，摄像头执行视频或图像输入功能，4g路由器提供外部数据交换，打印机输出所需信息输出，ic手动读卡器输入信息和输出设备状态，三合一读卡器输出卡片需求操作，非接读卡器输入信息和输出设备状态，加密键盘输入信息和输出设备状态等。以上操作用于准确提供客户需求，达到提升客户体验和提高设备使用率的目的。

本发明中，便民服务自助终端预制唤醒语音数据，来匹配用户的语音唤醒命令，可以提高设备的工作效率和使用寿命，降低能耗需求，达到节能环保的作用。本便民服务自助终端常态为节能待机状态，经预制的语音唤醒命令激活后正常工作，做到按需工作，达到满足客户便利需求的前提下进行所需语音交互，实现对自助服务终端的操作或咨询，主要包括设备的预制语音、语音输入、数据匹配和输出结果等功能。

本发明通过设置包括预制音存储模块40、麦克风模块10、录音模块20、预制音处理模块30、预制音匹配模块50比对模块60以及唤醒模块70的便民服务自助终端，使用户可通过语音唤醒功能有效完成业务，减少设备工作时长和使用功耗，提高设备的使用寿命，提高了用户与自助服务系统的友好交互，同时也提高了产品的人性化设计应用。

在本发明另一实施例中，参照图1，麦克风模块10包括：主麦克风，用于接收外壳的机械振动和空气振动产生的第一音源数据；次麦克风，用于接收空气振动产生的第二音源数据。在本实施例中，麦克风模块10采用双麦克风采集的方案，其中主麦克风设置在外壳上用于采集外壳的机械振动和空气振动产生的第一音源数据；次麦克风同样设置在外壳上但是二者之间设置有减震材料，使次麦克风仅用于收集空气震动产生第二音源数据。通过双麦克风方案收集差异音频信号以便后续的降噪增强处理。

在本发明另一实施例中，参照图1，录音模块20还包括：统筹运算单元，用于将第二音源数据与环境噪音参数的乘积和第一音源数据求差处理，以获取降噪和增强后的语音数据。在本实施例中，双麦降噪是通过第一音源数据与第二音源数据之间的声能量差异进行的。主麦克风收集的第一音源数据的能量大于次麦克风收集的第二音源数据的能量时则保留，小于或等于时会抑制以实现降噪处理，生成语音数据。再通过增强算法对语音数据进行放大增强处理。

在本发明另一实施例中，参照图1，便民服务自助终端还包括与唤醒模块70连接的显示交互模块，显示交互模块用于接收唤醒信号并显示交互界面。在本实施例中，唤醒模块70与主控芯片连接，当匹配分值大于等于阀值时，唤醒模块70生成唤醒信号并发送至主控芯片，主控芯片控制显示交互模块亮屏并显示处交互界面以供用户完成自助服务。本发明通过语音高效完成唤醒设备，减少用户的操作频率和难度，提高了用户与便民服务自助终端系统的交互效率，同时也提高了产品的人性化设计，减少设备工作时长和使用功耗，提高设备的使用寿命，做到节能环保。

如图2所示，本发明还提出一种便民服务自助终端的语音唤醒方法，包括：

步骤s10，存储预制音的第一特征参数。在本步骤中，便民服务自助终端内设有一个或多个与预制音相关的第一特征参数，其中预制音即唤醒口令。预制音可以是“你好”、“hello”、“我需要帮助”等常见的唤醒语。其中第一特征参数是相关于上述预制音的plp参数，可作为语音数据库以供搜索匹配。

步骤s20，实时采集外界的语音。通过内设的麦克风实时采集外界的语音，外接语音包括环境噪声、设备运行噪声以及用户的唤醒口令等。通过一个或多个麦克风采取上述声音信息，以供降噪分离出语音信息。

步骤s30，对语音进行降噪和增强操作获取语音数据。采集的语音信号和噪声分量功率值进行叠加得到功率值叠加值，并计算得到功率谱比值；根据功率谱比值进行噪声估计、自适应滤波、语音增强、模块输出，对语音进行降噪处理；降噪输出模拟量经过可变放大器放大。

步骤s40，对语音数据进行plp语音特征参数提取，获取第二特征参数；在本步骤中，plp(perceptuallinearpredictive，感知线性预测)是一种基于听觉模型的特征参数。plp技术将人耳听觉试验获得的一些结论，通过近似计算的方法进行了工程化处理，应用到频谱分析中，通过语音信号经过频谱分析、等响度预加重、强度-响度转换获取以获取第二特征参数，第二特征参数也是plp参数。经过这样处理后的语音频谱考虑到了人耳的听觉特点，因而有利于抗噪语音特征提取。

步骤s50，提取第一特征参数并与第二特征参数进行基于特征空间轨迹匹配法的计算并获取匹配分值。提取预制音的第一特征参数(plp参数)，并获得第二特征参数中的时域特征进行快速匹配并确认语音数据的起止点，快速匹配成功则输出识别结果，如果快速匹配不成功则在利用时域特征进行遍历匹配找到最合适的第一特征参数，采用频域特征进行精准匹配，精准匹配成功则输出匹配分值。

步骤s60，将所述匹配分值与预设值进行比对，并生成比对结果。预设值为第一特征参数与第二参数的匹配阀值。对上述匹配阀值与匹配分值进行大小比对，二者经比对后输出比对结果。比对结果为，匹配分值大于、小于或等于匹配阀值。

步骤s70，根据所述比对结果确认是否执行唤醒操作。当匹配分值大于匹配阀值时，则发送唤醒信号至便民服务自助终端的主控芯片，以完成唤醒操作，其中唤醒操作主要有：触显一体屏的信息输入输出画面以便触摸交互，喇叭语音输出所需服务的信息内容和操作要求，摄像头执行视频或图像输入功能，4g路由器提供外部数据交换，打印机输出所需信息输出，ic手动读卡器输入信息和输出设备状态，三合一读卡器输出卡片需求操作，非接读卡器输入信息和输出设备状态，加密键盘输入信息和输出设备状态等。以上操作用于准确提供客户需求，达到提升客户体验和提高设备使用率的目的。

本发明中，便民服务自助终端预制唤醒语音数据，来匹配用户的语音唤醒命令，可以提高设备的工作效率和使用寿命，降低能耗需求，达到节能环保的作用。本便民服务自助终端常态为节能待机状态，经预制的语音唤醒命令激活后正常工作，做到按需工作，达到满足客户便利需求的前提下进行所需语音交互，实现对自助服务终端的操作或咨询，主要包括设备的预制语音、语音输入、数据匹配和输出结果等功能。

在上述实施方法中，前述步骤s20还包括：

接收外壳的机械振动和空气振动产生的第一音源数据；本步骤中采用双麦克风方案，利用其中一麦克风采取第一音源数据。

接收空气振动产生的第二音源数据。本步骤中通过另一麦克风获取第二音源数据，以便后续对第一音源数据和第二音源数据进行相关的算法处理达到降噪增强效果。

在上述实施方法中，前述步骤s30还包括：

将第二音源数据与环境噪音参数的乘积和第一音源数据求差处理，以获取降噪和增强后的语音数据。在本步骤中，双麦降噪是通过第一音源数据与第二音源数据之间的声能量差异进行的。主麦克风收集的第一音源数据的能量大于次麦克风收集的第二音源数据的能量时则保留，小于或等于时会抑制以实现降噪处理，第一音源数据和第二音源数据由电容耦合输出模拟信号，不同类型的模拟信号经过mux(多路数据选择)提取后，转换为数字信号(a/d)并进行信号放大器放大，经过语音增强算法，实时地分离出需要的语音源与环境噪声源以生成语音数据。

在上述实施方法中，前述步骤s30后便民服务自助终端的语音唤醒方法还包括：接收唤醒信号并显示交互界面。便民服务自助终端的主控芯片接受唤醒信号，主控芯片控制显示交互模块亮屏并显示处交互界面以供用户完成自助服务。本发明通过语音高效完成唤醒设备，减少用户的操作频率和难度，提高了用户与便民服务自助终端系统的交互效率，同时也提高了产品的人性化设计，减少设备工作时长和使用功耗，提高设备的使用寿命，做到节能环保。

以上的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。