SISTEMA DE RECONOCIMIENTO DE SONIDOS DE BAJO CONSUMO.

Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo. La presente invención se refiere a un sistema de detección de sonidos polivalente de bajo consumo y fácil integración,

para ser utilizado en cualquier tipo de sistema. Entre los sistemas en los que se puede integrar hay que destacar, los sistemas embebidos de bajo coste que requieran de un sistema de reconocimiento y/o detección de sonidos, cuyo coste sea adecuado al sistema en el que se va a integrar. Además, el sistema permite ser integrado fácilmente incluso en la misma placa del sistema embebido así como conectarse siguiendo cualquiera de los protocolos de comunicaciones existentes en la actualidad. Un ejemplo de sistemas en el que integrar el objeto de invención son los robots móviles.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201000884.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE MALAGA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: ORTIZ GARCIA,ANDRES, BARBANCHO PÉREZ,ISABEL, BARBANCHO PÉREZ,ANA MARIA, TARDÓN GARCIA,LORENZO JOSE.

Fecha de Publicación: 8 de Agosto de 2012.

Clasificación Internacional de Patentes:

G10L19/02 FISICA. › G10 INSTRUMENTOS MUSICALES; ACUSTICA. › G10L ANALISIS O SINTESIS DE LA VOZ; RECONOCIMIENTO DE LA VOZ; PROCESAMIENTO DE LA VOZ O EL HABLA; CODIFICACIÓN O DESCODIFICACIÓN DEL AUDIO O LA VOZ. › G10L 19/00 Técnicas de análisis-síntesis de la voz o de señales de audio para la reducción de la redundancia, p. ej. en codificadores vocales; Codificación o decodificación de la voz o de señales de audio, utilizando modelos filtro-fuente o el análisis psicoacústico (en instrumentos musicales G10H). › utilizando análisis espectrales, p. ej. codificadores vocales de transformación o codificadores vocales subbanda.
G10L21/00 G10L […] › Tratamiento de la señal de la voz para producir otra señal audible o no audible, p. ej. visual o táctil, con el fin de modificar su calidad o su inteligibilidad (G10L 19/00 tiene prioridad).
G10L21/02 G10L […] › G10L 21/00 Tratamiento de la señal de la voz para producir otra señal audible o no audible, p. ej. visual o táctil, con el fin de modificar su calidad o su inteligibilidad (G10L 19/00 tiene prioridad). › Mejora de la inteligibilidad de la voz, p. ej. reducción de ruido o eliminación de ecos (reducción de efectos de eco en los sistemas de transmisión en línea H04B 3/20; supresión de eco en teléfonos de manos libres H04M 9/08).

Fragmento de la descripción:

Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo.

Sector de la técnica

La presente invención se refiere al análisis o tratamiento de señales de audio. Más particularmente, la presente invención se dirige a un sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo y fácil integración que permite, entre otros, la detección de la presencia o ausencia de señales de audio así como la determinación del tono de dichas señales de audio.

Estado de la técnica

Actualmente existen sistemas para el reconocimiento y detección de sonidos, basados en la utilización de un dispositivo electrónico conocido como Procesador Digital de la Señal (DSP- Digital Signal Processing) o basados en la utilización de un ordenador de cierta potencia en el que se incluyen programas específicos que realicen dichas tareas. Tantos los DSP como los ordenadores tienen una gran potencia de cálculo, pero tanto su coste económico como de potencia, hacen que no puedan integrarse en sistemas de bajo consumo.

Dentro de los sistemas de bajo coste y bajo consumo se encuentran los robots móviles, entre los que se pueden destacar los robots con fines educacionales (WO02/095517). Este tipo de robots incluyen sensores con los que ir aumentando las capacidades del mismo. Uno de los sensores que en la actualidad no existe es un sensor que permita el reconocimiento de sonidos y que pueda ser integrado en plataformas de bajas prestaciones (compatible por tanto, con cualquier plataforma o sistema), dada la complejidad, y la potencia que consumen este tipo de sensores.

Por otra parte, las aplicaciones musicales con fines educacionales (US2004237756A1) están cada vez más extendidas. Dichas aplicaciones para que sean realmente útiles para el aprendizaje de música, requieren de un sistema de escucha que decida si lo que suena es correcto o no. Actualmente, la mayor limitación de dichas aplicaciones es el coste que supone un buen sistema de reconocimiento y detección de sonidos.

En la actualidad, existen multitud de robots móviles comercializados por diferentes marcas [Lego, Moway, Robotics, etc.], los cuales, pueden ser complementados o mejorados añadiéndoles distintos módulos que normalmente comercializa el propio fabricante del robot. Entre dichos módulos, podemos encontrar desde distintos sistemas de tracción, sensores que permiten la medida de distancias, o interfaces para el control remoto. Uno de los objetivos principales de la presente invención es proporcionar un módulo que permita dotar a un robot de bajo coste de oído. La presente invención permite por tanto implementar dicho oído, adaptado al coste global de los robots móviles a los que se está haciendo referencia y al mismo tiempo de bajo consumo. Por otro lado, se dota al sistema de una interfaz estándar de forma que sea posible la interconexión con cualquier tipo tanto de robot como de sistema de bajas prestaciones o no.

La presente invención se refiere a un sistema de detección de sonidos polivalente de bajo consumo y fácil integración, para ser utilizado en cualquier tipo de sistema. Entre los sistemas en los que se puede integrar hay que destacar, los sistemas embebidos de bajo coste que requieran de un sistema de reconocimiento y/o detección de sonidos, cuyo coste sea adecuado al sistema en el que se va a integrar. Además, el sistema permite ser integrado fácilmente incluso en la misma placa del sistema embebido así como conectarse siguiendo cualquiera de los protocolos de comunicaciones existentes en la actualidad. Un ejemplo de sistemas en el que integrar el objeto de invención son los robots móviles.

Descripción detallada de la invención

El sistema objeto de la presente invención comprende los siguientes módulos:

a)Módulo de adaptación de señales. Este módulo comprende un preamplificador de entrada que adapta la impedancia del transductor utilizado y proporciona el nivel necesario para la siguiente etapa. b)Modulo de filtrado: El objetivo de este módulo es garantizar el correcto funcionamiento de las etapas posteriores, para lo que comprende un filtro anti-aliasing. c)Módulo de adquisición y conversión. Este módulo tiene como función la digitalización de la señal analógica proveniente del módulo de filtrado en una señal digital sin aliasing. La señal analógica es convertida a digital mediante un conversor A/D. d)Módulo de procesamiento y control. Dicho módulo se encarga de realizar el procesamiento digital de la señal almacenada. Implementa filtros digitales y realiza el paso de la información en el dominio del tiempo al dominio de la frecuencia, extrayendo únicamente la información útil en cada caso, reduciendo considerablemente los requerimientos de memoria y el coste computacional asociado a las siguientes etapas. Además, dicho módulo realiza la detección y el reconocimiento. Dichas tareas se llevan a cabo mediante técnicas de inteligencia artificial que permiten reducir el coste computacional. Por otro lado, el módulo de procesamiento y control coordina las comunicaciones con el exterior. e)Módulo de almacenamiento. Será el módulo encargado de proporcionar memoria temporal para almacenar la información a procesar así como los resultados de dicho procesamiento para ser enviados al procesador principal del robot. Dicho almacenamiento consiste en una memoria RAM complementaria a la memoria RAM del módulo de procesamiento y control. f)Módulo de comunicaciones. Este es el módulo encargado de implementar la comunicación con el exterior, por ejemplo, con el procesador principal del robot. g)Módulo de alimentación. Este módulo proporciona la posibilidad de que el sistema funcione de forma autónoma sin necesidad de tomar la alimentación del sistema con el que se comunica. Es de especial importancia en el caso de la comunicación mediante interfaz inalámbrica. h)Capa software encargada de: i.Detectar la presencia de sonido. ii.Controlar el convertidor Analógico/Digital. iii.Almacenar las muestras. iv.Realizar el procesamiento de las muestras. v.Toma de decisiones sobre la salida en función del resultado del procesamiento. vi.Envío de las salida a través de la interfaz de salida.

El sistema objeto de la presente invención no necesita calibrado ni configuración alguna para su funcionamiento, y posibilita al menos dos modos de funcionamiento:

1.Funcionamiento en modo básico. El sistema se utiliza sin ningún tipo de modificación ni personalización. En este modo, el sistema detecta frecuencias de audio entre 20 Hz y 6 KHz. 2.Funcionamiento en modo avanzado. En este modo, es posible configurar el sistema para ampliar el rango de frecuencias de funcionamiento del sistema. Dicha configuración permite: a)Definición de la banda de frecuencias a detectar. Se trata de poder utilizar el detector en una banda de frecuencias de audio diferente para la que por defecto se utiliza. Esto permite aumentar la resolución en frecuencia sin incrementar el coste computacional. b)Modificación de la resolución en frecuencia. La modificación de la resolución en frecuencia puede realizarse sin estrechar la banda de frecuencias a detectar. En este caso, al contrario de lo que ocurre en el caso a), sí se incrementa, aunque no de forma muy significativa, el coste computacional y por tanto el tiempo de procesamiento, es decir, el tiempo de respuesta del sistema. c)Modificación de la estructura de la trama enviada por la interfaz de comunicación. Puede haber ocasiones en las...

Reivindicaciones:

1. Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo caracterizado porque no necesita calibrado ni configuración para funcionar y comprende los siguientes módulos:

a)Módulo de adaptación de señales, que comprende un preamplificador de entrada que adapta la impedancia del transductor utilizado y proporciona el nivel necesario para la siguiente etapa; b)Modulo de filtrado, que garantiza el correcto funcionamiento de las etapas posteriores, para lo que comprende un filtro anti-aliasing; c)Módulo de adquisición y conversión, que tiene como función la digitalización de la señal analógica mediante un conversor A/D proveniente del módulo de filtrado en una señal digital sin aliasing; d)Módulo de procesamiento y control, que, mediante técnicas de inteligencia artificial, se encarga de realizar el procesamiento digital de la señal almacenada, para lo que comprende filtros digitales y realiza el paso de la información en el dominio del tiempo al dominio de la frecuencia, extrayendo únicamente la información útil en cada caso, reduciendo considerablemente los requerimientos de memoria y el coste computacional asociado a las siguientes etapas; además, dicho módulo realiza la detección y el reconocimiento, así como la coordinación de las comunicaciones con el exterior; e)Módulo de almacenamiento, encargado de proporcionar memoria temporal para almacenar la información a procesar así como los resultados de dicho procesamiento para ser enviados al procesador principal del robot, para lo que comprende una memoria RAM complementaria a la memoria RAM del módulo de procesamiento y control; f)Módulo de comunicaciones, encargado de implementar la comunicación con el exterior; g)Módulo de alimentación, que proporciona la posibilidad de que el sistema funcione de forma autónoma sin necesidad de tomar la alimentación del sistema con el que se comunica, de especial importancia en el caso de la comunicación mediante interfaz inalámbrica; y h)Capa software, encargada de: i.Detectar la presencia de sonido, ii.Controlar el convertidor A/D, iii.Almacenar las muestras, iv.Realizar el procesamiento de las muestras, v.Toma de decisiones sobre la salida en función del resultado del procesamiento, y vi.Envío de las salida a través de la interfaz de salida.

2. Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo según la reivindicación anterior caracterizado porque el módulo de adaptación de señales comprende un preamplificador realimentado para garantizar la estabilidad, ganancia y respuesta en frecuencia; y un transductor electroacústico.

3. Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2 caracterizado porque el módulo de filtrado comprende un filtro paso-bajo de capacidades conmutadas de orden 8 que permite la atenuación de la frecuencia de corte.

4. Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo según la reivindicación anterior caracterizado porque el módulo de filtrado comprende un potenciómetro para modificar la frecuencia de corte.

5. Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado porque comprende un conversor A/D de 10 bits y con una frecuencia de muestreo de 2 KHz.

6. Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo según la reivindicación anterior caracterizado porque el módulo de adquisición y conversión permite incrementar la frecuencia de muestreo hasta los 15 KHz.

7. Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado porque el módulo de procesamiento y control implementa redes neuronales artificiales.

8. Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado porque el módulo de almacenamiento comprende una memoria RAM estática con interfaz SPI.

9. Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 caracterizado porque el módulo de comunicaciones comprende al menos los siguientes interfaces de comunicación:

a.Interfaz I2C. b.Interfaz SPI.

10. Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo según la reivindicación anterior caracterizado porque los interfaces I2C y SPI se implementan utilizando el hardware incluido en el propio microprocesador que controla el sistema.

11. Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 10 caracterizado porque el módulo de comunicaciones comprende además al menos uno de los siguientes interfaces de comunicación:

a.Interfaz RS232. b.Interfaz paralelo de 8 bits. c.Interfaz inalámbrica: Wifi (802.11x), Bluetooth (802.15.1), Zigbee (802.15.4), y/o un módulo ad-hoc que operen en la banda ISM (434 MHz, 868 MHz, 2,4 MHz).

12. Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo según la reivindicación anterior caracterizado porque los interfaces de comunicación se implementan utilizando el hardware incluido en el propio microprocesador que controla el sistema.

13. Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 12 caracterizado porque las interfaces Wifi, Bluetooth y Zigbee se implementan mediante módulos Gridconnect WiFly, Ezurio BISM2 y Xbee respectivamente; la comunicación en la banda ISM se implementa mediante módulos de otros fabricantes para implementar una comunicación propietaria.

14. Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo según cualquier de las reivindicaciones 1 a 13 caracterizado porque comprende dos modos de funcionamiento:

a.Funcionamiento en modo básico, en el que el sistema se utiliza sin ningún tipo de modificación ni personalización. b.Funcionamiento en modo avanzado, en el que es posible configurar el sistema para ampliar el rango de frecuencias de funcionamiento del sistema; dicha configuración permitiendo: i.Definición de la banda de frecuencias a detectar, lo que permite utilizar el detector en una banda de frecuencias de audio diferente para la que por defecto se utiliza, posibilitando aumentar la resolución en frecuencia sin incrementar el coste computacional; ii.Modificación de la resolución en frecuencia, que puede realizarse sin estrechar la banda de frecuencias a detectar: iii.Modificación de la estructura de la trama enviada por la interfaz de comunicación, que permite personalizar la estructura y el formato de la información comunicada; iv.Funcionamiento en modo maestro o esclavo.

15. Sistema de reconocimiento de sonidos de bajo consumo según la reivindicación anterior caracterizado porque:

a.En modo maestro, el sistema realiza la captura, detección y reconocimiento de un sonido y envía el resultado a través de la interfaz sin petición previa por parte de otro procesador o del usuario; y b.En modo esclavo, el sistema espera la correspondiente orden proveniente del usuario o de otro procesador para realizar la captura, detección y reconocimiento, así como para enviar el resultado.

Patentes similares o relacionadas:

SISTEMA Y DISPOSITIVO INALÁMBRICO Y PONIBLE PARA REGISTRO, PROCESAMIENTO Y REPRODUCCIÓN DE SONIDOS EN PERSONAS CON DISTROFIA EN EL SISTEMA RESPIRATORIO, del 5 de Marzo de 2020, de ARAGÓN HAN, Daniel: La invención se refiere a un sistema y dispositivo para el registro, procesamiento y reproducción de sonidos en personas con distrofia en el […]

Métodos, aparatos y sistema para codificar y decodificar una señal, del 8 de Enero de 2020, de HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.: Un método para codificar una señal, que comprende: realizar un proceso de decisión de clasificación sobre una señal de banda de alta frecuencia de una señal […]

Métodos para codificar y decodificar una señal de audio, decodificador de audio y codificador de audio, del 1 de Enero de 2020, de FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V.: Un método para codificar una señal de audio, comprendiendo el método: (a) recibir una señal de audio ; (b) generar una señal de audio codificada; […]

Método y aparato para la mejora multisensorial del habla en un dispositivo móvil, del 13 de Noviembre de 2019, de Zhigu Holdings Limited: Un dispositivo móvil de mano, que comprende: un micrófono de conducción de aire que está configurado para convertir ondas acústicas en una señal […]

Método y dispositivo de enriquecimiento espectral, del 14 de Junio de 2019, de Orange: Procedimiento de enriquecimiento del contenido espectral de una señal que tiene un espectro incompleto incluyendo una primera banda espectral, comprendiendo […]

Transposición armónica basada en bloque de sub bandas mejorada, del 22 de Mayo de 2019, de DOLBY INTERNATIONAL AB: Un sistema configurado para generar una señal transpuesta en frecuencia y/o extendida en el tiempo a partir de una señal de entrada de audio, […]

Procedimiento y aparato de procesamiento de señales de voz/audio, del 15 de Mayo de 2019, de HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.: Un procedimiento de procesamiento de señales de voz/audio, que comprende: cuando una señal de voz/audio conmuta desde una señal de frecuencia ancha a una […]

Sistema y método para emitir y controlar especialmente una señal de audio en un entorno usando una medida de inteligibilidad objetivo, del 27 de Marzo de 2019, de ROBERT BOSCH GMBH: Sistema para emitir una senal de audio en un entorno , comprendiendo el sistema : una fuente de audio para proporcionar la senal de audio, […]