基于LED可見光通信的中英同聲傳譯系統(tǒng)

鄧城 張欽鋒 詹宏林 麥強(qiáng)

摘要：針對(duì)會(huì)議中采用的同聲傳譯系統(tǒng)存在設(shè)備鋪設(shè)麻煩，信號(hào)受到干擾重疊或用戶數(shù)量有限等問題，根據(jù)會(huì)議同聲傳譯系統(tǒng)在室內(nèi)使用的特點(diǎn)，提出利用照明LED光源進(jìn)行可見光通信來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。綜合利用，STC單片機(jī)、LED驅(qū)動(dòng)電路，LED燈、光電傳感器，藍(lán)牙模塊和樹莓派等硬件模塊，通過科大訊飛開放平臺(tái)進(jìn)行語音識(shí)別、轉(zhuǎn)寫、機(jī)器翻譯，實(shí)現(xiàn)了中英同聲傳譯功能。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確進(jìn)行語音翻譯，并通過LED燈將信息發(fā)送至接收端，完成同聲傳譯功能。

關(guān)鍵詞：LED可見光通信;機(jī)器翻譯;語音合成

中圖分類號(hào)：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）11-0025-02

0 引言

隨著國(guó)際文化交流日益頻繁，各國(guó)語言存在差異，翻譯人員的需求劇增，而人工智能的高速發(fā)展，機(jī)器翻譯的準(zhǔn)確率越來越高，利用語音轉(zhuǎn)寫與機(jī)器翻譯可以實(shí)現(xiàn)同聲傳譯的功能。

目前會(huì)議采用的無線同聲傳譯系統(tǒng)的通信方式主要有紅外輻射式、藍(lán)牙傳輸式和射頻發(fā)射式。但由于在會(huì)場(chǎng)場(chǎng)地限制下，存在著安裝、調(diào)試很不方便，R容易被干擾，無法大量用戶同時(shí)使用等問題。

本文根據(jù)同聲傳譯會(huì)議系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，提出利用會(huì)場(chǎng)照明LED燈進(jìn)行通信的新方式，設(shè)計(jì)一套采用LED可見光通信技術(shù)的會(huì)場(chǎng)同聲傳譯系統(tǒng)。利用科大訊飛平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)人工智能同聲傳譯，減少了對(duì)翻譯人員的依賴，并用了LED可見光通信技術(shù)，通過LED燈光進(jìn)行高頻閃爍，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。因?yàn)殚W爍頻率高，人眼無法識(shí)別，所以LED燈在正常照明的同時(shí)，還是實(shí)現(xiàn)了通信的功能。同時(shí)用戶只需要在燈光能照到的地方就可以接收到信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了大用戶量實(shí)時(shí)通信，參會(huì)人數(shù)不受限制，可廣泛應(yīng)用于各種會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)，具有一定市場(chǎng)前景。

1 系統(tǒng)工作原理與設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)工作原理

基于LED可見光通信的中英同聲傳譯系統(tǒng)是發(fā)言人通過麥克風(fēng)說完一句話后，翻譯器會(huì)將發(fā)言的語音翻譯成中文或者英文的文本，并通過無線通信發(fā)送至?xí)h室頂端的LED燈具，再以二進(jìn)制形式通過LED燈光發(fā)送。聽眾戴上安裝有接收器的耳機(jī)，在會(huì)場(chǎng)LED燈光照射范圍內(nèi)就可以接收到信號(hào)，通過接收器解碼和語音合成后還原出中文或者英文的語音信號(hào)，并利用按鍵來選擇播放中文或者英文。

系統(tǒng)工作原理示意圖如圖1所示，主要由語音采集及人工智能翻譯，LED可見光通信信號(hào)發(fā)射，光信號(hào)接收與語音播放三個(gè)部分構(gòu)成。

語音采集及人工智能翻譯的工作原理是基于科大訊飛開放平臺(tái)進(jìn)行語音翻譯，通過麥克風(fēng)接收語音信號(hào)，將語音信號(hào)轉(zhuǎn)換為文本，再通過機(jī)器翻譯轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的中英文本。

LED可見光通信信號(hào)發(fā)射的工作原理是通過微控制芯片來控制LED燈，以每秒數(shù)百萬次的閃爍，其中燈亮代表1，燈滅代表0。將文本以二進(jìn)制形式編碼調(diào)制成燈光信號(hào)，從而進(jìn)行有效的中文和英文的文本傳輸了。

光信號(hào)接收與語音播放的工作原理是通過光電傳感器接收LED燈的光信號(hào)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理后，進(jìn)行語音合成播放。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)系統(tǒng)的工作原理，將系統(tǒng)框架分成了語音處理與翻譯端、LED可見光通信發(fā)射端，光信號(hào)接收與播放端，如圖2所示。

語音處理與翻譯端是通過樹莓派3B+將麥克風(fēng)的語音信號(hào)錄制為WAV格式，并將音頻文件上傳至科大訊飛開放平臺(tái)，通過平臺(tái)將語音轉(zhuǎn)換為文本，再將文本進(jìn)行機(jī)器翻譯為目標(biāo)語言文本，最后通過藍(lán)牙將文本發(fā)送LED燈具。

LED可見光通信發(fā)射端是通過藍(lán)牙模塊接收語音處理與翻譯端的文本信息后，利用單片機(jī)進(jìn)行編碼，并通過驅(qū)動(dòng)電路將信息調(diào)制到LED燈光進(jìn)行發(fā)射。

光信號(hào)接收與播放端是通過PIN光電二極管將LED燈光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再進(jìn)行IV轉(zhuǎn)換放大比較處理，通過單片機(jī)進(jìn)行解碼，并將用戶選擇的語言文本送到訊飛SX-TTSCv4.0語音合成模塊進(jìn)行語音合成播放。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 語音翻譯處理流程

語音翻譯部分主要流程如圖3所示，首先樹莓派初始化，掃描錄音按鍵，判斷錄音鍵是否按下，如果按下開始錄音，反之繼續(xù)判斷。錄音完成后，判斷按鍵1（中文轉(zhuǎn)英文）和按鍵2（英文轉(zhuǎn)中文）是否按下，如果按下開始轉(zhuǎn)換并從串口發(fā)送數(shù)據(jù)，反之就繼續(xù)錄音直到按鍵按下后結(jié)束（最長(zhǎng)時(shí)間為1分鐘）。

2.2 語音轉(zhuǎn)寫處理流程

語音轉(zhuǎn)寫流程圖如圖4所示，首先調(diào)用預(yù)處理接口，上傳音頻文件的基本信息、分片信息及相關(guān)的可配置參數(shù)。調(diào)用成功，返回任務(wù)ID。預(yù)處理成功，調(diào)用文件上傳接口。

按預(yù)處理設(shè)置的分片信息依次上傳音頻切片，直到全部切片上傳成功;上一切片成功上傳，才可進(jìn)行下一切片的上傳操作。調(diào)用過程中若出現(xiàn)異常，可重試若干次。

全部文件切片上傳成功后，調(diào)用該接口，通知服務(wù)端進(jìn)行文件合并與轉(zhuǎn)寫操作。該接口不會(huì)返回轉(zhuǎn)寫結(jié)果，而是通知服務(wù)端將任務(wù)列入轉(zhuǎn)寫計(jì)劃。轉(zhuǎn)寫的結(jié)果通過getResult接口獲取。

2.3 機(jī)器翻譯處理流程

機(jī)器翻譯流程圖如圖5所示，首先通過接口密鑰基于hamc-sha256計(jì)算簽名，將簽名以及其他參數(shù)放在Http Request Header中，請(qǐng)求參數(shù)以及圖片數(shù)據(jù)放在Http Request Body中，以POST表單的形式提交，向服務(wù)器端發(fā)送Http請(qǐng)求后，接收服務(wù)器端的返回結(jié)果。

3 系統(tǒng)測(cè)試分析

為了驗(yàn)證發(fā)送端串口通過LED燈光發(fā)送的數(shù)據(jù)與接收端接收的數(shù)據(jù)是否一致，采用示波器測(cè)試發(fā)送端的串口發(fā)送數(shù)據(jù)的波形，再與接收端發(fā)送到科大訊飛語音芯片上的波形進(jìn)行對(duì)比，并且通過擴(kuò)音器來驗(yàn)證播放的語音。如圖6所示，為發(fā)送和接收端的示波器波形圖，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)送端與接收端的數(shù)據(jù)波形是一致的，而且語音合成芯片成功播報(bào)出對(duì)應(yīng)的語音。

4 結(jié)語

本設(shè)計(jì)方案提出了一種能應(yīng)用于室內(nèi)會(huì)議場(chǎng)所的同聲傳譯系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過LED可見光通信進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，解決了現(xiàn)有系統(tǒng)安裝調(diào)試麻煩，用戶數(shù)量有限的問題。通過對(duì)系統(tǒng)的工作原理分析，設(shè)計(jì)了一套完整的系統(tǒng)方案和系統(tǒng)軟件。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了收發(fā)數(shù)據(jù)的一致性，該方案可以有效完成中英翻譯播放功能，并且實(shí)現(xiàn)了LED兼顧照明的同時(shí)完成通信功能，具有一定的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 麥強(qiáng)，卓惠佳，廖曉琳，劉洋.可見光通信調(diào)光技術(shù)研究[J].中國(guó)新通信，2018，20（24）：16-18.

[2] 于正永，唐萬春.一種全雙工VLC無線導(dǎo)覽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].無線光通信，2017（10）：37-41.

[3] 王浪.室內(nèi)可見光通信LEDs選擇及調(diào)制技術(shù)的研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2017.