语言识别系统的制作方法

本发明属于语言识别技术领域，具体而言，本发明涉及语言识别系统。

背景技术：

语音识别是通过采集人说话的语音，并对语音做信号分析的方法。目前的语言识别均需通过采集人声，而在一些不便于发出声音的场合，需要具备无声传输信息的功能，如士兵之间的无声信息传输。人体在发声时，嘴部运动会带动喉部肌肉伸缩，此时，并不需要发出声音，仅作出与发声相同的口型时，喉部肌肉便会产生相应运动，主要为舌骨上肌群和舌骨下肌群，由于不同的口型对应的喉部肌肉运动不同，因此，通过分析喉部肌肉产生的肌电信号即可实现对应语言的识别。现有技术中有使用传统电极检测下颚两侧肌肉的肌电信号，实现下颚、舌部、喉部运动的检测。但传统电极体积大，无法测量体表狭小或曲率大的区域的肌电信号，如喉部位置，且无法长时间穿戴，无法实现喉部肌电信号的实时检测，且因信号传输问题导致整个系统适应性差。

因此，现有语言识别技术有待进一步改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种语言识别系统。该系统具备完全贴合皮肤的包含柔性电极模块和柔性电路模块的柔性器件整体，可舒适、长时间地佩戴而不脱落，且整体透明度高、隐蔽性好、不显眼，适于运动场景；同时该系统仅利用喉部肌电信号、无需发声即可实现语言识别功能。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种语言识别系统，根据本发明的实施例，该系统包括：

柔性基底，所述柔性基底上设有：

柔性电极模块，所述柔性电极模块包括表面电极和导线，所述表面电极和所述导线均设置于所述柔性基底上，所述导线的一端与所述表面电极相连，且适于采集并传输喉部肌肉运动产生的肌电信号；

柔性电路模块，所述柔性电路模块包括柔性电路板和柔性封装材料、供电部，所述柔性电路板设置于所述柔性基底上，所述柔性封装材料设置于所述柔性电路板上，所述柔性电路板包括数据采集电路和无线传输部，所述数据采集电路与所述导线的另一端相连，所述无线传输部与所述数据采集电路相连，且适于接收、处理并传输所述肌电信号，所述供电部为所述柔性电路板供电；

信号识别模块，所述信号识别模块与所述无线传输部相连，且适于对经所述柔性电路模块处理并传输的所述肌电信号做信号清理、特征提取和语言识别。

根据本发明实施例的语言识别系统，该系统的柔性电极模块和柔性电路模块均设于柔性基底上，整体具备柔性，适于贴于人体喉部位置，人的嘴部在做出话语对应的口型时，尽管不发出声音，但会带动喉部肌肉运动，表面电极可采集喉部肌肉运动产生的肌电信号，且本申请柔性电极模块中的表面电极相比于传统电极，厚度显著降低，可以较好地贴合表皮，实现对表皮小区域、大曲率、大变形位置的肌电信号的采集；通过导线可将上述肌电信号送至柔性电路板中的数据采集电路，且本申请中柔性电极模块中的导线可以大幅提高表面电极的可延展性；进一步的，在柔性电路模块中，数据采集电路接收导线传输的肌电信号，并对接收到的肌电信号进行处理，且通过无线传输部进行传输，实现可穿戴功能，并适应于运动状态等传统电极无法适用的场合，同时，供电部为柔性电路板供电，适合可穿戴应用；柔性电路板本身具备可弯曲性，柔性封装材料封装于柔性电路板的外表面，不仅可起到保护的作用，还使柔性电路模块整体结构具有更好的柔性；信号识别模块可对无线传输部传输的经处理后的肌电信号做信号清理、特征提取和语言识别，最终实现语言识别。由此，该系统具备完全贴合皮肤的包含柔性电极模块和柔性电路模块的柔性器件整体，可舒适、长时间地佩戴而不脱落，且整体透明度高、隐蔽性好、不显眼，适于运动场景；同时该系统仅利用喉部肌电信号、无需发声即可实现语言识别功能。

另外，根据本发明上述实施例的语言识别系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述表面电极和所述导线均包括垫片层和导电层，且所述导线的所述垫片层与所述表面电极的所述垫片层相连，所述导线的所述导电层与所述表面电极的所述导电层相连，所述垫片层设置于所述柔性基底上，所述导电层设置于所述垫片层上；所述导线还包括保护层，所述保护层设于所述导线的所述导电层上。

在本发明的一些实施例中，所述导线的所述垫片层与所述表面电极的所述垫片层一体成型，所述导线的所述导电层与所述表面电极的所述导电层一体成型。

在本发明的一些实施例中，所述导线的所述垫片层和所述导电层、所述保护层的形状相同。

在本发明的一些实施例中，所述表面电极的所述垫片层和所述导电层的形状相同。

在本发明的一些实施例中，所述导线在所述柔性基底上呈蜿蜒状延伸。

在本发明的一些实施例中，所述表面电极具有丝状蜿蜒结构。

在本发明的一些实施例中，所述柔性基底的厚度为50-300μm。

在本发明的一些实施例中，所述表面电极的所述垫片层和所述导线的所述垫片层的厚度分别独立地为3-50μm。

在本发明的一些实施例中，所述表面电极的所述导电层和所述导线的所述导电层的厚度分别独立的为85-320nm。

在本发明的一些实施例中，所述保护层的厚度为3-50μm。

在本发明的一些实施例中，所述垫片层和所述保护层的材质为聚酰亚胺。

在本发明的一些实施例中，所述柔性基底和所述柔性电极模块的总厚度为50-500μm。

在本发明的一些实施例中，所述表面电极和所述导线中的导电层均包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层设于所述表面电极的所述垫片层和所述导线的所述垫片层上，所述第二金属层设置于所述第一金属层上，所述导线的保护层设置于所述导线的所述第二金属层上。

在本发明的一些实施例中，所述表面电极中的所述第一金属层和所述导线中的所述第一金属层的厚度分别独立地为5-20nm。

在本发明的一些实施例中，所述表面电极中的所述第二金属层和所述导线中的所述第二金属层的厚度分别独立地为80-300nm。

在本发明的一些实施例中，所述第一金属层为铬金属层，所述第二金属层为金金属层。

在本发明的一些实施例中，所述柔性封装材料和所述柔性基底的材质分别独立地选自由聚氨酯膜和丙烯酸粘结剂组成的敷料、聚酰亚胺膜、聚二甲基硅氧烷、水凝胶中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述柔性电路板的厚度为0.1-0.5mm。

在本发明的一些实施例中，所述柔性电路板和所述柔性封装材料、所述柔性基底形成的整体厚度为0.5-1.5mm。

在本发明的一些实施例中，所述数据采集电路包括依次相连的仪表放大电路、高通滤波电路、低通滤波电路、adc采集电路，所述仪表放大电路与所述导线的另一端相连，且所述数据采集电路还包括驱动电路，所述驱动电路与所述仪表放大电路相连。

在本发明的一些实施例中，所述无线传输部选自蓝牙、近场通信、无线宽带中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述供电部为锂电池，所述锂电池的厚度小于0.5mm。

在本发明的一些实施例中，所述信号识别模块利用声学模型和/或神经网络模型实现识别功能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的语言识别系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种语言识别系统，根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：柔性基底100、柔性电极模块200、柔性电路模块300和信号识别模块400。

根据本发明的实施例，柔性基底100上设有柔性电极模块200和柔性电路模块300。需要说明的是，柔性电极模块和柔性电路模块可以共用一柔性基底，也可以分别设置在不相连的柔性基底上，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。根据本发明的一个实施例，柔性基底和柔性电极模块的总厚度、柔性基底的厚度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如柔性基底的厚度可以为50-300μm，具体的，如可以为50μm/100μm/150μm/200μm/250μm/300μm。进一步的，柔性基底和柔性电极模块的总厚度可以为50-500μm，具体的，如可以为50μm/100μm/150μm/200μm/250μm/300μm/350μm/400μm/450μm/500μm。发明人发现，柔性电极模块的最小厚度主要受制备工艺的限制，在实际使用过程中，柔性电极模块的厚度越小越好，更有利于柔性电极模块被共形地贴合到皮肤表面。根据本发明的再一个实施例，柔性基底的材质也不受特别限制，如可以选自由聚氨酯膜和丙烯酸粘结剂组成的敷料、聚酰亚胺膜、聚二甲基硅氧烷、水凝胶中的至少之一。发明人发现，上述材料厚度薄、颜色透明，可弯曲性、可延展性好，柔性佳、生物相容性好。

根据本发明的实施例，柔性电极模块200包括表面电极210和导线220，表面电极210和导线220均设置于柔性基底100上，导线220的一端与表面电极210相连，且适于采集并传输喉部肌肉运动产生的肌电信号。发明人发现，柔性电极模块设于柔性基底上，整体具备柔性，适于贴于人体喉部位置，人的嘴部在做出话语对应的口型时，尽管不发出声音，但会带动喉部肌肉运动，表面电极可采集喉部肌肉运动产生的肌电信号，且本申请柔性电极模块中的表面电极相比于传统电极，厚度显著降低，可以较好地贴合表皮，实现对表皮小区域、大曲率、大变形位置的肌电信号的采集；通过导线可将上述肌电信号送至柔性电路板中的数据采集电路，且本申请中柔性电极模块中的导线可以大幅提高表面电极的可延展性。

根据本发明的一个实施例，表面电极和导线的具体结构并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如均可以包括垫片层和导电层，且导线的垫片层与表面电极的垫片层相连，导线的导电层与表面电极的导电层相连，垫片层设置于柔性基底上，导电层设置于垫片层上；导线还包括保护层，保护层设于导线的导电层上。具体的，垫片层用于支撑导电层，导电层直接设置于垫片层上，表面电极的导电层与表皮接触用于检测喉部肌肉的肌电信号，因此表面电极的导电层上无需覆盖保护层，而导线的导电层不能与皮肤接触，因此设置保护层在导线的导电层上，以起封装和保护的作用。

根据本发明的再一个实施例，导线的垫片层与表面电极的垫片层可以一体成型，导线的导电层与表面电极的导电层也可以一体成型。进一步的，导线的垫片层和导电层、保护层的形状可以相同；表面电极的垫片层和导电层的形状也可以相同。由此，可以提供垫片层的支撑作用、发挥保护层的封装保护作用。

根据本发明的又一个实施例，导线可以在柔性基底上呈蜿蜒状延伸；表面电极可以具有丝状蜿蜒结构。由此可进一步提高柔性电极模块的可延展性。

根据本发明的又一个实施例，表面电极和导线中的导电层均可以包括第一金属层和第二金属层，第一金属层设于表面电极的垫片层和导线的垫片层上，第二金属层设置于第一金属层上，导线的保护层设置于导线的第二金属层上。

根据本发明的又一个实施例，表面电极的垫片层和导线的垫片层的厚度可以分别独立地为3-50μm，如可以为3μm/10μm/15μm/20μm/25μm/30μm/35μm/40μm/45μm/50μm；表面电极的导电层和导线的导电层的厚度可以分别独立的为85-320nm，如可以为85μm/100μm/150μm/200μm/250μm/300μm/320μm；保护层的厚度可以为3-50μm，如可以为3μm/10μm/15μm/20μm/25μm/30μm/35μm/40μm/45μm/50μm；表面电极中的第一金属层和导线中的第一金属层的厚度可以分别独立地为5-20nm，如可以为5nm/10nm/15nm/20nm；表面电极中的第二金属层和导线中的第二金属层的厚度可以分别独立地为80-300nm，如可以为80nm/100nm/150nm/200nm/250nm/300nm。发明人发现，表面电极的垫片层和导线的垫片层、表面电极的导电层、导线的导电层、保护层、表面电极中的第一金属层、导线中的第一金属层、表面电极中的第二金属层、导线中的第二金属层的最小厚度主要受制备工艺的限制，在实际使用过程中，厚度越小越好，更有利于表面电极和导线被共形地贴合到皮肤表面。

根据本发明的又一个实施例，垫片层和保护层的材质均可以为聚酰亚胺；第一金属层可以为铬金属层，第二金属层可以为金金属层。铬可以增加第二金属层与垫片层之间的附着力；金能提供很好的导电性能，且材料性质稳定。

根据本发明的实施例，柔性电路模块300包括柔性电路板310和柔性封装材料(未示出)、供电部320，柔性电路板310设置于柔性基底100上，柔性封装材料设置于柔性电路板310上，柔性电路板310包括数据采集电路311和无线传输部312，数据采集电路311与导线220的另一端相连，无线传输部312与数据采集电路311相连，且适于接收、处理并传输肌电信号，供电部320为柔性电路板310和柔性电极模块200供电。发明人发现，在柔性电路模块中，数据采集电路接收导线传输的肌电信号，并对接收到的肌电信号进行处理，且通过无线传输部进行传输，实现可穿戴功能，并适应于运动状态等传统电极无法适用的场合，同时，供电部为柔性电路板供电，适合可穿戴应用；柔性电路板本身具备可弯曲性能，柔性封装材料封装于柔性电路板的外表面，不仅可起到保护的作用，还使柔性电路模块整体结构具有更好的柔性。具体的，数据采集电路接收来自表面电极的原始肌电信号并可以对该肌电信号做放大、整流、滤波等处理。

根据本发明的一个实施例，柔性封装材料的材质可以分别独立地选自由聚氨酯膜和丙烯酸粘结剂组成的敷料、聚酰亚胺膜、聚二甲基硅氧烷、水凝胶中的至少之一。发明人发现，上述材料厚度薄、颜色透明，可弯曲性、可延展性好，柔性佳、生物相容性好。根据本发明的再一个实施例，数据采集电路可以包括依次相连的仪表放大电路、高通滤波电路、低通滤波电路、adc采集电路，仪表放大电路与导线的另一端相连，且数据采集电路还包括驱动电路，驱动电路与仪表放大电路相连。具体的，肌电信号经导线输入到仪表放大电路的输入级，然后再经仪表放大电路的输出级输出，之后先通过高通滤波器，再通过低通滤波器，滤波放大后通过adc采集电路采集信号，驱动电路连接人体和仪表放大电路的增益调节端。其中，仪表放大电路具有高共模抑制比、高输入阻抗、高增益、低噪声等特点；驱动电路用于提高线路频率，去除输入仪表放大电路中的共模干扰，提高共模抑制比；高通滤波器和低通滤波器用于提取有用的肌电信号，其频率集中在10-500hz之间；adc采集电路用于采样前级放大处理后的肌电信号，采用12bitadc，最大采样率可达1msps，可以很好的保证肌电信号细节。进一步的，无线传输部可以选自蓝牙、近场通信、无线宽带中的至少之一，如蓝牙可以为蓝牙soc芯片电路，负责数据采集和无线传输的控制。进一步的，供电部可以为锂电池。

根据本发明的再一个实施例，柔性电路板的厚度可以为0.1-0.5mm，如可以为0.1mm/0.2mm/0.3mm/0.4mm/0.5mm；柔性电路板和柔性封装材料、柔性基底形成的整体厚度可以为0.5-1.5mm，如可以为0.5mm/0.7mm/0.9mm/1.1mm/1.3mm/1.5mm；进一步的，锂电池的厚度可以小于0.5mm。发明人发现，柔性电路板的最小厚度以及柔性电路板和柔性封装材料、柔性基底形成的整体的最小厚度主要受制备工艺的限制，在实际使用过程中，柔性电路板的厚度越小越好，更有利于柔性电路板被共形地贴合到皮肤表面；现有锂电池厚度越小则其容量也越小，本领域技术人员在选择具体厚度的锂电池时，可以在保证电池容量足够提供电路电量的前提下选择最小厚度。

根据本发明的实施例，信号识别模块400与无线传输部312相连，且适于对经柔性电路模块处理并传输的肌电信号做信号清理、特征提取和语言识别。具体的，信号识别模块可以从肌电信号提取出反应语言信号的关键特征，如梅尔倒谱系数、频谱图等；然后根据提取出的上述关键特征训练声学模型和/或机器学习-深度学习模型的参数，其中，声学模型可以为隐马尔可夫模型，机器学习-深度学习模型可以为神经网络模型。进一步的，对于隐马尔可夫模型的训练，可以包括以下过程：对梅尔倒谱系数数据归一化、切分训练集和数据集，根据识别类数初始化模型，用同一种类的数据训练该种类对应的模型并得到每个模型的参数；进一步的，对于神经网络模型的训练，可以包括以下过程：对频谱数据归一化、切分训练集和数据集，设置卷积层、标准化层、池化层、激活函数、优化器、迭代次数等，梯度下降法求得最优参数；最后，训练好的模型即为实现由肌电信号识别为话语功能的模块，该模块可以置于具有与上述无线传输部传输信号相匹配硬件的终端中。

根据本发明实施例的语言识别系统，该系统的柔性电极模块和柔性电路模块均设于柔性基底上，整体具备柔性，适于贴于人体喉部位置，人的嘴部在做出话语对应的口型时，尽管不发出声音，但会带动喉部肌肉运动，表面电极可采集喉部肌肉运动产生的肌电信号，且本申请柔性电极模块中的表面电极相比于传统电极，厚度显著降低，可以较好地贴合表皮，实现对表皮小区域、大曲率、大变形位置的肌电信号的采集；通过导线可将上述肌电信号送至柔性电路板中的数据采集电路，且本申请中柔性电极模块中的导线可以大幅提高表面电极的可延展性；进一步的，在柔性电路模块中，数据采集电路接收导线传输的肌电信号，并对接收到的肌电信号进行处理，且通过无线传输部进行传输，实现可穿戴功能，并适应于运动状态等传统电极无法适用的场合，同时，供电部为柔性电路板供电，适合可穿戴应用；柔性电路板本身具备可弯曲性，柔性封装材料封装于柔性电路板的外表面，不仅可起到保护的作用，还使柔性电路模块整体结构具有更好的柔性；信号识别模块可对无线传输部传输的经处理后的肌电信号做信号清理、特征提取和语言识别，最终实现语言识别。由此，该系统具备完全贴合皮肤的包含柔性电极模块和柔性电路模块的柔性器件整体，可舒适、长时间地佩戴而不脱落，且整体透明度高、隐蔽性好、不显眼，适于运动场景；同时该系统仅利用喉部肌电信号、无需发声即可实现语言识别功能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。