1.本发明涉及语音识别技术领域，具体涉及一种带有语音识别功能的教学设备。


背景技术：

2.随着教育信息化和互联网信息的发展，传统的教学设备已经不能满足用户对多媒体信息化教学方式的需求。在传统教学设备教学过程中，教学过程在受学者很难中形成直观和感性认识，尤其是儿童。在现有的多媒体教学设备中仍需要教学者手动开启教学设备，手动操作教学设备，降低了教学者的体验度，并且任何人都可对教学设备进行操作，容易发生误操作导致教学设备不能正常工作；另外现有的语音采集方式，在恶劣教学环境下，会降低识别率，影响准确性，比如有嘈杂、有回声场合等环境下。因此，急需对降低教学者体验度、容易发生误操作以及语音采集准确性较低的问题提出一种带有语音是必然功能的教学设备。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供一种带有语音识别功能的教学设备，以解决上述技术问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种带有语音识别功能的教学设备，包括：主控单元、语音采集单元、语音识别单元、开关单元、身份认证单元、存储单元、时间设定单元和演示单元；
6.所述语音采集单元用于采集教学者的指令信息并将指令信息发送至所述主控单元，所述语音采集单元与所述主控单元相连接；
7.所述语音识别单元用于接收控制单元的指令信息，对接收的指令信息进行识别，所述语音识别单元与所述主控单元相连接；
8.所述主控单元用于控制各个单元工作，所述主控单元分别与所述开关单元、所述身份认证单元、所述存储单元、所述时间设定单元和所述演示单元相连接；
9.所述开关单元用于控制教学设备的开关；
10.所述身份认证单元用于对教学者身份进行认证，所述身份认证单元包括指纹认证模块、虹膜认证模块和声纹认证模块；
11.所述存储单元用于存储身份认证信息、语音信息和教学信息，所述身份认证信息包括指纹存储信息、虹膜存储信息和音频存储信息；
12.所述时间设定单元用于设定所述主控单元的工作时间；
13.所述演示单元用于演示教学内容。
14.进一步地，所述语音采集单元包括音频采集模块、图像采集模块和a/d转换模块，所述音频采集模块用于采集教学者教学时的音频信息以及身份认证时的音频信息并将采集的音频信息发送至所述a/d转换单元，所述图像采集模块用于采集教学者教学时的图像信息以及身份认证的指纹信息和虹膜信息并将采集的图像信息发送至所述a/d转换单元，所述音频采集单元的输出端和所述图像采集单元的输出端均与所述a/d转换单元的输入端
相连接，所述a/d转换单元的输出端与所述主控单元的输入端相连接。
15.更进一步地，所述音频采集模块包括用于采集音频信息的麦克风阵列，所述图像采集模块包括用于采集虹膜信息的高清摄像头和用于采集指纹信息的指纹采集板，所述a/d转换单元包括a/d转换器。
16.更进一步地，所述语音识别单元包括语音预处理和语音识别模块，所述语音预处理模块用于对采集的语音信息进行预处理并将预处理后的信息发送至所述语音识别模块，所述语音识别模块用于对预处理后的语音信息进行识别，所述语音预处理模块的输出端与所述语音识别模块的输入端相连接。
17.更进一步地，所述语音预处理模块包括音频预处理模块和图像预处理模块，所述音频预处理模块用于对采集的音频信息进行语音增强、角度计算，获得较为清晰的语音信号，所述图像预处理模块用于对采集的图像信息进行图像变换、灰度变换和直方图变换，获得高质量的虹膜信息和指纹信息；所述语音识别模块包括音频识别模块，所述音频识别模块用于对处理后的音频信息进行识别。
18.进一步地，所述指纹认证模块用于基于图像处理的指纹识别技术对接收的指纹信息与所述存储单元中的指纹特征信息进行认证，所述虹膜认证模块用于基于图像处理的虹膜识别技术对接收的虹膜信息与所述存储单元中存储的虹膜信息进行认证，所述声纹认证模块用于基于音频特征码识别技术对接收的音频信息与所述存储单元中存储的音频信息进行过认证。
19.进一步地，所述演示单元包括教学端演示模块和受学端演示模块，所述教学端演示模块用于向教学者展示教学信息，所述受学端演示模块用于向受学者展示教学信息，所述教学端演示模块的输入端和所述受学模块的输入端均与所述主控单元的输出端相连接接。
20.进一步地，该带有语音识别功能的教学设备，还包括通信单元和与所述通信单元相连接的移动终端，所述移动终端用于向所述主控单元发送远程控制信息，所述移动终端通过所述通信单元与所述主控制单元进行通信。
21.进一步地，该带有语音识别功能的教学设备，还包括报警单元，所述报警单元用于当身份认证失败时进行报警，所述报警单元与所述主控单元相连接。
22.进一步地，该教学设备的工作方法，包括以下步骤：
23.s1：通过语音采集单元输入单元采集教学者的指纹信息、虹膜信息和声纹信息并将信息发送至主控单元；
24.s2：主控单元控制身份认证单元对采集的指纹信息、虹膜信息和声纹信息进行认证；
25.s3：认证成功，主控单元控制开关单元开启，执行s4，否则主控单元控制报警单元报警；
26.s4：进一步语音识别单元识别语音采集单元采集的音频信息，并发送至主控单元，主控单元控制演示单元对教学内容进行展示。
27.从上述的技术方案可以看出，本发明的优点是：
28.本发明的教学设备能够实现在恶劣环境下的语音识别功能，操作教学设备时对身份信息有效验证，防止误操作，提高教学者体验度和受学者积极性。
附图说明
29.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
30.图1为本发明中一种带有语音功能的教学设备的组成结构示意图。
31.图2为本发明的语音采集单元的组成结构示意图。
32.图3为本发明中一种带有语音识别功能的教学设备的另一组成的构结构示意图。
33.图4为本发明中一种带有语音识别功能的教学设备工作方法的步骤图。
34.图5为本发明的虹膜认证开启教学设备的步骤图。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
36.图1示出了根据本发明的实施例的带有语音识别功能的教学设备的组成结构示意图。如图1所示，根据本发明的实施例的带有语音识别功能的教学设备，包括：主控单元、语音采集单元、语音识别单元、存储单元、身份认证单元、时间设定单元和演示单元。
37.图2示出了根据本发明的实施例的语音采集单元的的组成结构示意图。
38.如图2所示，根据本发明的实施例的语音采集单元，用于采集教学者的指令信息并将指令信息发送至所述主控单元，所述语音采集单元的输出端与所述主控单元的输入端相连接。
39.所述语音采集单元包括：音频采集模块和图像采集模块，所述音频采集模块用于采集教学者教学时的音频信息以及身份认证时的音频信息并将采集的音频信息发送至所述主控单元，所述图像采集模块用于采集教学者教学时的图像信息以及身份认证的指纹信息和虹膜信息并将采集的图像信息发送至所述主控单元，所述音频采集模块的输出端和所述图像采集模块的输出端均与所述主控单元的输入端相连接。
40.所述图像采集模块包括指纹采集模块和虹膜采集模块，所述指纹采集模块用于采集教学者指纹信息并将采集指纹信息发送至所述主控单元，所述虹膜采集模块用于采集教学者的虹膜信息并将采集的虹膜信息发送至主控单元，所述指纹采集模块的输出端与所述主控单元的输入端相连接，所述虹膜采集单元的输出端与所述主控单元的输入端相连接。
41.具体地，在本实施例中，音频采集模块包括麦克风阵列，图像采集模块包括用于采集虹膜的可调节的高清摄像头和用于采集指纹的指纹采集板。通过麦克风阵列采集教学者的音频信息并发送至主控单元，通过高清摄像头采集教学者的指纹信息信息并发送至主控单元，通过指纹采集板采集教学者的虹膜信息并发送至至主控单元，可对教学者的身份信息进行录入，解决了需要手动操作的问题，方便教学者操作，提高了教学者的体验度。
42.所述语音识别单元用于接收控制单元的指令信息，对接收的指令信息进行识别，所述语音识别单元与所述主控单元相连接。所述语音识别模块包括语音预处理模块和语音识别模块。所述语音预处理模块包括音频预处理模块、图像预处理模块。所述音频预处理模块用于对采集的音频信息进行语音增强、角度计算，获得较为清晰的语音信号。
43.具体地，将采集的音频进行利用维纳滤波器来实现音频增强，其中噪声功率谱曲
由音频中被端点检测模块判断为噪声的部分或环境噪声进行估计。
44.所述图像预处理模块用于对采集的图像信息进行图像变换、灰度变换和直方图变换，获得高质量的虹膜信息和指纹信息。
45.音频识别模块用于采用并将音频信息将存储单元中的音频特征信息进行识别并将是被结果发送至所述主控单元，由主控单元控所述演示单元。
46.所述身份认证单元用于对教学者身份进行认证，所述身份认证单元与所述主控单元相连接，所述身份认证单元包括指纹认证模块、虹膜认证模块和声纹认证模块。
47.所述指纹认证模块用于基于图像处理的指纹识别算法将存储单元中的指纹特征信息与处理后的指纹信息进行比较认证，并将指纹结果信息发送至主控单元。虹膜认证模块用于基于图像处理的虹膜识别技术将存储单元中的虹膜特征信与处理后的虹膜特征信息进行比较认证，并将虹膜结果信息发送至主控单元。所述声纹认证模块用于基于音频特征码识别技术将采集的音频信息与存储单元中存储的音频特征信息进行比较认证，并将声纹结果信息发送至主控单元。通过指纹、虹膜和声纹方式对教学者身份信息进行认证，防止操作导致教学内容或者教学设备损坏问题。
48.所述主控单元用于控制各个单元工作，所述主控单元与所述语音采集单元、所述语音识别单元、所述存储单元、所述时间设定单元和所述演示单元相连接。
49.所述开关单元用于控制教学设备的开关，所述开关单元与所述主控单元相连接。
50.所述开关单元包括控制主控单元的若干个档位。所述若干个档位包括定时档位、开启档位和关闭档位
51.所述存储单元用于存储身份认证信息、语音信息和教学信息，所述存储单元与所述主控单元相连接。所述身份认证信息包括指纹信息、声纹信息和虹膜信息。
52.存储单元包括用于存储预先录入指纹信息的指纹存储区域、用于存储预先录入的音频信息和语音控制教学设备的音频存储区域、用于存储预先录入虹膜信息虹膜存储区域、用于存储教学信息的教学信息存储区域。
53.所述时间设定单元用于设定所述主控单元的工作时间，所述时间设定单元与所述主控单元相连接。
54.所述时间设定单元包括定时器。通过定时器设定时间，当教学设备中的主控单元未接受到指令信息时，主控单元控制各单元休眠。
55.所述演示单元用于演示教学内容，所述演示单元与所述主控单元相连接。
56.演示单元包括教学端演示模块和受学端演示模块，教学端演示模块用于向教学者展示教学信息受学端演示模块用于向受学者展示教学信息，教学端演示模块的输入端和受学模块的输入端均与主控单元的输出端相连接。
57.教学端演示模块包括第一演示屏，受学端演示模块包括第二演示屏。具体地，第一演示屏和第二演示屏包括触摸式屏、投影幕布、电子白板。
58.通过演示单元展示教学内容，有利于教学者通过触摸式屏向受学者展示教学内容，通过与触摸式屏通信的主控单元控制触摸式屏显示的教学内容，例如左右翻页、放大缩小以及调整字体等操作。提高了受学者的感官认识以及学习的积极性。
59.教学内容可以是文件，也可以是图片，还可以是视频等。
60.图3示出了根据本发明的实施例的带有语音识别功能的教学设备的组成结构示意
图。
61.如图3所示，根据本发明的实施例的带有语音识别功能的教学设备，除上述单元外还包括通信单元、与通信单元连接的移动终端和报警单元。
62.所述通信单元用于完成主控单元与移动终端和语音采集单元的通信。所述通信单元包括近距离通信模块和远距离通信模块。
63.近距离通信模块包括wifi通信模块和蓝牙通信模块；远距离通信模块包括4g通信模块和5g通信模块。
64.通过近距离模块完成语音采集、身份认证等，对主控单元的控制，实现对教学设备的操作。移动终端通过远距离模块与主控单元进行通信，教学者可远程完成教学任务。近距离通信模块和远距离通信模块的设置能够使教学者不受距离限制完成对受学的教学。
65.移动终端用于对教学设备远程操作。教学者可通过移动终端将教学内容导入教学设备上并对教学设备进行操作。
66.具体地，移动终端包括智能终端、智能手机、pc中至少一种设备。
67.所述报警单元用于身份认证不成功时进行声光报警和语音提示。报警单元的输入端与主控单元的输出端相连接。报警单元包括声光报警模块和语音报警模块。
68.具体地，声光报警模块包括声光报警器，语音报警模块包括扬声器和语音合成芯片。通过设置声光报警器和语音报警器可实现在身份认证失败时发出声光报警和语音报警以提醒有人试图开启教学设备，进一步保证教学设备的安全性。
69.图4示出了根据本发明的实施例的带有语音识别功能的教学设备的步骤图。
70.如图4所示，根据本发明的实施例的带有语音识别功能的教学设备的工作步骤如下：
71.s1：通过语音采集单元输入单元采集教学者的指纹信息、虹膜信息和声纹信息并将信息发送至主控单元；
72.s2：主控单元控制身份认证单元对采集的指纹信息、虹膜信息和声纹信息进行认证；
73.s3：认证成功，主控单元控制开关单元开启，执行s4；否则报警；
74.s4：进一步语音识别单元识别语音采集单元采集的音频信息，并发送至主控单元，主控单元控制演示单元对教学内容进行展示。
75.图5示出了根据本发明的实施例的虹膜认证的步骤图。
76.如图5所示，根据本发明的实施例的虹膜认证开启教学设备的步骤示意图的步骤图。
77.具体地，虹膜认证开启教学设备的步骤如下：
78.s201：获取的预处理后的虹膜信息；
79.s202：利用gabor小波变换提取虹膜特征信息，得到相应虹膜的特征向量；
80.s203：通过支持向量机的方法将虹膜特征向量与存储单元中的虹膜进行比较，计算相似度，寻找匹配虹膜，得到虹膜识别结果；
81.s204：若匹配，则主控单元控制开关单元开启，教学设备工作；否则，主控单元向报警单元发出报警指令，报警单元中的声光报警模块和语音报警模块进行声光报警和语音报警。
82.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。