本發(fā)明涉及語音識別技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于語音識別技術(shù)的教學(xué)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在實際生活過程中，不管是學(xué)習(xí)還是工作，我們都需要進行訓(xùn)練，以便適應(yīng)實際過程中面臨的問題。虛擬教學(xué)系統(tǒng)就應(yīng)運而生，而在虛擬教學(xué)系統(tǒng)中，又具備多種形式，包括視頻教學(xué)和語音教學(xué)。視頻教學(xué)由于生動形象，受到很多人的追捧，但整個系統(tǒng)的造價較為高昂。但是實際過程中，語音教學(xué)由于較為廉價，而且具備不輸于視頻教學(xué)的效果，其普及率更高。

而現(xiàn)有的語音教學(xué)系統(tǒng)還存在以下的問題：

1、無法模擬多種聲音：由于現(xiàn)有的教學(xué)系統(tǒng)多采用固定的機械式聲音進行教學(xué)，無法模擬更多的聲音類型。

2、容易受干擾：無法識別操控者的聲音和外部的干擾聲音，導(dǎo)致教學(xué)過程中系統(tǒng)的運行錯誤。

3、教學(xué)效果較差：對于操控者的聲音的識別和對聲音的預(yù)處理方式較為落后，很多時候會導(dǎo)致誤操作，進行錯誤教學(xué)。

4、和上位機的通信效果較差：和上位機進行通信的時候未對通信過程進行校驗，導(dǎo)致通信錯誤。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于語音識別技術(shù)的教學(xué)系統(tǒng)及方法，本發(fā)明具有教學(xué)效果好、自我校驗、模擬多種聲音和不易受干擾等優(yōu)點。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于語音識別技術(shù)的教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：語音識別單元、聲強檢測單元、語音合成單元、面板控制單元、面板、主控器和上位機；所述主控制器分別信號連接于語音識別單元、聲強檢測單元、語音合成單元、面板控制單元和上位機；所述面板控制單元信號連接于面板。

采用上述技術(shù)方案，操作人員可以在面板上對整個系統(tǒng)進行操作，面板控制單元根據(jù)操作人員的操作發(fā)送控制命令道控制器從而對整個系統(tǒng)進行控制。

所述語音識別單元，用于識別操作人員的口令；它包括：聲音輸入模塊、頻譜分析模塊、特征提取模塊、語音識別模塊、語音識別器、關(guān)鍵詞列表、拼音串和MCU處理器；所述聲音輸入模塊信號連接于頻譜分析模塊；所述頻譜分析模塊信號連接于特征提取模塊；所述特征提取模塊信號連接于語音識別器；所述語音識別器分別信號連接于MCU處理器和關(guān)鍵詞列表；所述關(guān)鍵詞列表信號連接于拼音串；所述MCU處理器信號連接于拼音串。

所述聲音輸入模塊，用于接收來自于主控制器處理后的聲音信號；所述頻譜分析模塊，用于對獲取的聲音信號進行頻譜分析，將分析后的聲音信號發(fā)送至特征提取模塊；所述特征提取模塊，對聲音信號進行特征提取，將處理后的信號發(fā)送至語音識別模塊；所述語音識別模塊，用于根據(jù)關(guān)鍵詞列表中的關(guān)鍵詞對語音信號進行識別，將識別后的語音信號發(fā)送至；所述MCU處理器，用于處理用戶輸入的關(guān)鍵詞，將處理后的關(guān)鍵詞發(fā)送至拼音串；所述拼音串，用于將處理后的關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)換為拼音串，將拼音串發(fā)送至關(guān)鍵詞列表進行存儲，從而更新關(guān)鍵詞列表。

采用上述技術(shù)方案，語音識別單元所處理的聲音信號是經(jīng)過聲強監(jiān)測單元預(yù)處理后的信號。

所述聲強檢測單元，用于檢測接收到的聲音信號是否是對該設(shè)備進行控制的口令；所述聲強檢測單元包括：聲音采集模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、聲強判斷模塊、信號放大模塊和信號采樣模塊；所述聲音采集模塊，用于對外部聲音信號進行采集；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，用于將采集到的聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述聲強判斷模塊，用于接收到的信號強度進行判斷，若聲強超過設(shè)定的閾值則將信號發(fā)送至信號放大模塊，若聲強未超過設(shè)定的閾值，則將接收到的信號進行刪除；所述信號放大模塊，用于將信號進行放大；所述信號采樣模塊，用于對信號進行采樣，將采樣后的聲音信號發(fā)送至控制器。

進一步的，聲強檢測單元中的閾值可以通過面板進行設(shè)置，同時也可以通過程序進行預(yù)設(shè)。

所述語音合成單元，包括發(fā)音人選擇單元、語速調(diào)節(jié)單元、語調(diào)調(diào)節(jié)單元、音量調(diào)節(jié)單元和合成單元；所述發(fā)音人選擇單元分別信號連接于語速調(diào)節(jié)單元、語調(diào)調(diào)節(jié)單元和音量調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)控制器發(fā)送過來的經(jīng)語音識別信號識別后的語音信號隨機選擇不同的發(fā)音人，將該發(fā)音人對應(yīng)的語音特征分別發(fā)送至語速調(diào)節(jié)單元、語調(diào)調(diào)節(jié)單元和音量調(diào)節(jié)單元；所述語速調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)接收到的發(fā)音人特征，生成對應(yīng)的語速特征；所述語調(diào)調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)接收到的發(fā)音人特征，生成對應(yīng)的語調(diào)特征；所述音量調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)接收到的發(fā)音人特征，生成對應(yīng)的音量特征；所述合成單元分別信號連接于語速調(diào)節(jié)單元、語調(diào)調(diào)節(jié)單元和音量調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)接收到的語速特征、語調(diào)特征和音量特征合成最終的聲音信號。

進一步的，語音特征、語速特征、語調(diào)特征和音量特征都是一個參數(shù)，合成單元根據(jù)獲取的參數(shù)和語音識別單元的識別結(jié)果，進行合成，生成最終的聲音信號。

一種基于語音識別技術(shù)的教學(xué)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1：聲強檢測單元對接收到的聲音信號進行聲強檢測，若聲強超過了設(shè)定的閾值則對聲音信號進行預(yù)處理，然后發(fā)送至控制器，執(zhí)行步驟2；若聲強未超過設(shè)定的閾值，則將接收到的信號刪除；

步驟2：控制器將預(yù)處理后的聲音信號發(fā)送至語音識別單元；語音識別單元對接收到的聲音信號進行語音識別處理，將處理后的聲音信號發(fā)送至控制器；

步驟3：控制器將語音識別處理后的聲音信號發(fā)送至語音合成單元；語音合成單元對接收到的經(jīng)語音識別單元識別后的聲音信號進行合成，生成最終的語音信號。

所述上位機對聲音信號進行回放的方法包括以下步驟：

步驟1：上位機發(fā)送串口命令至控制器；控制器監(jiān)測串口0是否終端，如果終端則執(zhí)行步驟2，如果未終端則不進行處理；

步驟2：控制器接收上位機的控制命令，判斷接收到的數(shù)據(jù)中是否存在本機地址，如果存在，則執(zhí)行步驟3，如果不存在則跳回繼續(xù)執(zhí)行步驟1；

步驟3：控制器將地址存入緩沖區(qū)，判斷地址是否接收完整，如果是則執(zhí)行步驟4，如果不是則繼續(xù)執(zhí)行步驟1；

步驟4：控制器開始進行CRC校驗，如果校驗正確，則執(zhí)行步驟5，如果校驗不正確則跳回執(zhí)行步驟1；

步驟5：執(zhí)行信號回傳，將聲音信號發(fā)送至上位機。

采用上述技術(shù)方案，可以保證控制器準(zhǔn)確獲取上位機的控制命令，避免了誤操作。

采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生了以下有益效果：

1、可合成不同的聲音：本發(fā)明的教學(xué)系統(tǒng)可以合成不同的類型的聲音信號，可以使得被訓(xùn)練者可以接受不同類型聲音的訓(xùn)練，提升教學(xué)的效果。

2、不易受干擾：本發(fā)明的教學(xué)系統(tǒng)通過對聲音強度的識別可以判別是操控者的聲音還是環(huán)境的干擾聲音，避免了部分干擾。

3、教學(xué)效果好：本發(fā)明的教學(xué)系統(tǒng)通過對聲音的準(zhǔn)確識別和合成不同類型的聲音，提升了教學(xué)的效果。。

4、通信效果好：本發(fā)明的上位機和控制器的通信過程中進行了多重驗證，保證了通信過程的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種基于語音識別技術(shù)的教學(xué)系統(tǒng)及方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書（包括任何附加權(quán)利要求、摘要）中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

本發(fā)明實施例1中提供了一種基于語音識別技術(shù)的教學(xué)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

一種基于語音識別技術(shù)的教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：語音識別單元、聲強檢測單元、語音合成單元、面板控制單元、面板、主控器和上位機；所述主控制器分別信號連接于語音識別單元、聲強檢測單元、語音合成單元、面板控制單元和上位機；所述面板控制單元信號連接于面板。

采用上述技術(shù)方案，操作人員可以在面板上對整個系統(tǒng)進行操作，面板控制單元根據(jù)操作人員的操作發(fā)送控制命令道控制器從而對整個系統(tǒng)進行控制。

所述語音識別單元，用于識別操作人員的口令；它包括：聲音輸入模塊、頻譜分析模塊、特征提取模塊、語音識別模塊、語音識別器、關(guān)鍵詞列表、拼音串和MCU處理器；所述聲音輸入模塊信號連接于頻譜分析模塊；所述頻譜分析模塊信號連接于特征提取模塊；所述特征提取模塊信號連接于語音識別器；所述語音識別器分別信號連接于MCU處理器和關(guān)鍵詞列表；所述關(guān)鍵詞列表信號連接于拼音串；所述MCU處理器信號連接于拼音串。

所述聲音輸入模塊，用于接收來自于主控制器處理后的聲音信號；所述頻譜分析模塊，用于對獲取的聲音信號進行頻譜分析，將分析后的聲音信號發(fā)送至特征提取模塊；所述特征提取模塊，對聲音信號進行特征提取，將處理后的信號發(fā)送至語音識別模塊；所述語音識別模塊，用于根據(jù)關(guān)鍵詞列表中的關(guān)鍵詞對語音信號進行識別，將識別后的語音信號發(fā)送至；所述MCU處理器，用于處理用戶輸入的關(guān)鍵詞，將處理后的關(guān)鍵詞發(fā)送至拼音串；所述拼音串，用于將處理后的關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)換為拼音串，將拼音串發(fā)送至關(guān)鍵詞列表進行存儲，從而更新關(guān)鍵詞列表。

采用上述技術(shù)方案，語音識別單元所處理的聲音信號是經(jīng)過聲強監(jiān)測單元預(yù)處理后的信號。

所述聲強檢測單元，用于檢測接收到的聲音信號是否是對該設(shè)備進行控制的口令；所述聲強檢測單元包括：聲音采集模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、聲強判斷模塊、信號放大模塊和信號采樣模塊；所述聲音采集模塊，用于對外部聲音信號進行采集；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，用于將采集到的聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述聲強判斷模塊，用于接收到的信號強度進行判斷，若聲強超過設(shè)定的閾值則將信號發(fā)送至信號放大模塊，若聲強未超過設(shè)定的閾值，則將接收到的信號進行刪除；所述信號放大模塊，用于將信號進行放大；所述信號采樣模塊，用于對信號進行采樣，將采樣后的聲音信號發(fā)送至控制器。

進一步的，聲強檢測單元中的閾值可以通過面板進行設(shè)置，同時也可以通過程序進行預(yù)設(shè)。

所述語音合成單元，包括發(fā)音人選擇單元、語速調(diào)節(jié)單元、語調(diào)調(diào)節(jié)單元、音量調(diào)節(jié)單元和合成單元；所述發(fā)音人選擇單元分別信號連接于語速調(diào)節(jié)單元、語調(diào)調(diào)節(jié)單元和音量調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)控制器發(fā)送過來的經(jīng)語音識別信號識別后的語音信號隨機選擇不同的發(fā)音人，將該發(fā)音人對應(yīng)的語音特征分別發(fā)送至語速調(diào)節(jié)單元、語調(diào)調(diào)節(jié)單元和音量調(diào)節(jié)單元；所述語速調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)接收到的發(fā)音人特征，生成對應(yīng)的語速特征；所述語調(diào)調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)接收到的發(fā)音人特征，生成對應(yīng)的語調(diào)特征；所述音量調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)接收到的發(fā)音人特征，生成對應(yīng)的音量特征；所述合成單元分別信號連接于語速調(diào)節(jié)單元、語調(diào)調(diào)節(jié)單元和音量調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)接收到的語速特征、語調(diào)特征和音量特征合成最終的聲音信號。

進一步的，語音特征、語速特征、語調(diào)特征和音量特征都是一個參數(shù)，合成單元根據(jù)獲取的參數(shù)和語音識別單元的識別結(jié)果，進行合成，生成最終的聲音信號。

本發(fā)明實施例2中提供了一種基于語音識別技術(shù)的教學(xué)方法：

一種基于語音識別技術(shù)的教學(xué)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1：聲強檢測單元對接收到的聲音信號進行聲強檢測，若聲強超過了設(shè)定的閾值則對聲音信號進行預(yù)處理，然后發(fā)送至控制器，執(zhí)行步驟2；若聲強未超過設(shè)定的閾值，則將接收到的信號刪除；

步驟2：控制器將預(yù)處理后的聲音信號發(fā)送至語音識別單元；語音識別單元對接收到的聲音信號進行語音識別處理，將處理后的聲音信號發(fā)送至控制器；

步驟3：控制器將語音識別處理后的聲音信號發(fā)送至語音合成單元；語音合成單元對接收到的經(jīng)語音識別單元識別后的聲音信號進行合成，生成最終的

所述上位機對聲音信號進行回放的方法包括以下步驟：

步驟1：上位機發(fā)送串口命令至控制器；控制器監(jiān)測串口0是否終端，如果終端則執(zhí)行步驟2，如果未終端則不進行處理；

步驟2：控制器接收上位機的控制命令，判斷接收到的數(shù)據(jù)中是否存在本機地址，如果存在，則執(zhí)行步驟3，如果不存在則跳回繼續(xù)執(zhí)行步驟1；

步驟3：控制器將地址存入緩沖區(qū)，判斷地址是否接收完整，如果是則執(zhí)行步驟4，如果不是則繼續(xù)執(zhí)行步驟1；

步驟4：控制器開始進行CRC校驗，如果校驗正確，則執(zhí)行步驟5，如果校驗不正確則跳回執(zhí)行步驟1；

步驟5：執(zhí)行信號回傳，將聲音信號發(fā)送至上位機。

采用上述技術(shù)方案，可以保證控制器準(zhǔn)確獲取上位機的控制命令，避免了誤操作。

本發(fā)明實施例3中提供了一種基于語音識別技術(shù)的教學(xué)系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

一種基于語音識別技術(shù)的教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：語音識別單元、聲強檢測單元、語音合成單元、面板控制單元、面板、主控器和上位機；所述主控制器分別信號連接于語音識別單元、聲強檢測單元、語音合成單元、面板控制單元和上位機；所述面板控制單元信號連接于面板。

采用上述技術(shù)方案，操作人員可以在面板上對整個系統(tǒng)進行操作，面板控制單元根據(jù)操作人員的操作發(fā)送控制命令道控制器從而對整個系統(tǒng)進行控制。

所述語音識別單元，用于識別操作人員的口令；它包括：聲音輸入模塊、頻譜分析模塊、特征提取模塊、語音識別模塊、語音識別器、關(guān)鍵詞列表、拼音串和MCU處理器；所述聲音輸入模塊信號連接于頻譜分析模塊；所述頻譜分析模塊信號連接于特征提取模塊；所述特征提取模塊信號連接于語音識別器；所述語音識別器分別信號連接于MCU處理器和關(guān)鍵詞列表；所述關(guān)鍵詞列表信號連接于拼音串；所述MCU處理器信號連接于拼音串。

所述聲音輸入模塊，用于接收來自于主控制器處理后的聲音信號；所述頻譜分析模塊，用于對獲取的聲音信號進行頻譜分析，將分析后的聲音信號發(fā)送至特征提取模塊；所述特征提取模塊，對聲音信號進行特征提取，將處理后的信號發(fā)送至語音識別模塊；所述語音識別模塊，用于根據(jù)關(guān)鍵詞列表中的關(guān)鍵詞對語音信號進行識別，將識別后的語音信號發(fā)送至；所述MCU處理器，用于處理用戶輸入的關(guān)鍵詞，將處理后的關(guān)鍵詞發(fā)送至拼音串；所述拼音串，用于將處理后的關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)換為拼音串，將拼音串發(fā)送至關(guān)鍵詞列表進行存儲，從而更新關(guān)鍵詞列表。

采用上述技術(shù)方案，語音識別單元所處理的聲音信號是經(jīng)過聲強監(jiān)測單元預(yù)處理后的信號。

所述聲強檢測單元，用于檢測接收到的聲音信號是否是對該設(shè)備進行控制的口令；所述聲強檢測單元包括：聲音采集模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、聲強判斷模塊、信號放大模塊和信號采樣模塊；所述聲音采集模塊，用于對外部聲音信號進行采集；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，用于將采集到的聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述聲強判斷模塊，用于接收到的信號強度進行判斷，若聲強超過設(shè)定的閾值則將信號發(fā)送至信號放大模塊，若聲強未超過設(shè)定的閾值，則將接收到的信號進行刪除；所述信號放大模塊，用于將信號進行放大；所述信號采樣模塊，用于對信號進行采樣，將采樣后的聲音信號發(fā)送至控制器。

進一步的，聲強檢測單元中的閾值可以通過面板進行設(shè)置，同時也可以通過程序進行預(yù)設(shè)。

所述語音合成單元，包括發(fā)音人選擇單元、語速調(diào)節(jié)單元、語調(diào)調(diào)節(jié)單元、音量調(diào)節(jié)單元和合成單元；所述發(fā)音人選擇單元分別信號連接于語速調(diào)節(jié)單元、語調(diào)調(diào)節(jié)單元和音量調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)控制器發(fā)送過來的經(jīng)語音識別信號識別后的語音信號隨機選擇不同的發(fā)音人，將該發(fā)音人對應(yīng)的語音特征分別發(fā)送至語速調(diào)節(jié)單元、語調(diào)調(diào)節(jié)單元和音量調(diào)節(jié)單元；所述語速調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)接收到的發(fā)音人特征，生成對應(yīng)的語速特征；所述語調(diào)調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)接收到的發(fā)音人特征，生成對應(yīng)的語調(diào)特征；所述音量調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)接收到的發(fā)音人特征，生成對應(yīng)的音量特征；所述合成單元分別信號連接于語速調(diào)節(jié)單元、語調(diào)調(diào)節(jié)單元和音量調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)接收到的語速特征、語調(diào)特征和音量特征合成最終的聲音信號。

進一步的，語音特征、語速特征、語調(diào)特征和音量特征都是一個參數(shù)，合成單元根據(jù)獲取的參數(shù)和語音識別單元的識別結(jié)果，進行合成，生成最終的聲音信號。

一種基于語音識別技術(shù)的教學(xué)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1：聲強檢測單元對接收到的聲音信號進行聲強檢測，若聲強超過了設(shè)定的閾值則對聲音信號進行預(yù)處理，然后發(fā)送至控制器，執(zhí)行步驟2；若聲強未超過設(shè)定的閾值，則將接收到的信號刪除；

步驟2：控制器將預(yù)處理后的聲音信號發(fā)送至語音識別單元；語音識別單元對接收到的聲音信號進行語音識別處理，將處理后的聲音信號發(fā)送至控制器；

步驟3：控制器將語音識別處理后的聲音信號發(fā)送至語音合成單元；語音合成單元對接收到的經(jīng)語音識別單元識別后的聲音信號進行合成，生成最終的聲音信號。

所述上位機對聲音信號進行回放的方法包括以下步驟：

步驟1：上位機發(fā)送串口命令至控制器；控制器監(jiān)測串口0是否終端，如果終端則執(zhí)行步驟2，如果未終端則不進行處理；

步驟2：控制器接收上位機的控制命令，判斷接收到的數(shù)據(jù)中是否存在本機地址，如果存在，則執(zhí)行步驟3，如果不存在則跳回繼續(xù)執(zhí)行步驟1；

步驟3：控制器將地址存入緩沖區(qū)，判斷地址是否接收完整，如果是則執(zhí)行步驟4，如果不是則繼續(xù)執(zhí)行步驟1；

步驟4：控制器開始進行CRC校驗，如果校驗正確，則執(zhí)行步驟5，如果校驗不正確則跳回執(zhí)行步驟1；

步驟5：執(zhí)行信號回傳，將聲音信號發(fā)送至上位機。

采用上述技術(shù)方案，可以保證控制器準(zhǔn)確獲取上位機的控制命令，避免了誤操作。

本發(fā)明的教學(xué)系統(tǒng)可以合成不同的類型的聲音信號，可以使得被訓(xùn)練者可以接受不同類型聲音的訓(xùn)練，提升教學(xué)的效果。

本發(fā)明的教學(xué)系統(tǒng)通過對聲音強度的識別可以判別是操控者的聲音還是環(huán)境的干擾聲音，避免了部分干擾。

本發(fā)明的教學(xué)系統(tǒng)通過對聲音的準(zhǔn)確識別和合成不同類型的聲音，提升了教學(xué)的效果。。

本發(fā)明的上位機和控制器的通信過程中進行了多重驗證，保證了通信過程的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。