Способ автоматического перевода устной речи с одного языка на другой и устройство для его реализации
METHOD OF AUTOMATIC TRANSLATION OF ORAL SPEECH FROM ONE LANGUAGE TO ANOTHER AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Область техники
Изобретение относится к области электроники, в частности к электронным устройствам для организации общения между людьми, говорящими на разных языках.
Предшествующий уровень техники
Общеизвестен способ организации перевода с одного иностранного языка на другой язык с использованием специальных приложений - языковых переводчиков для современных смартфонов, работающих на базе операционных систем Android и IOS, которые позволяют осуществлять односторонний или двухсторонний синхронный перевод с одного иностранного языка на дугой язык.
Например, приложение Google Translate позволяет владельцу смартфона осуществлять двунаправленный синхронный перевод на более чем ста языках мира. Перевод возможен как в режиме онлайн, так и в режиме офлайн, что очень удобно.
Главным недостатком современных электронных переводчиков, в том числе выполненных на базе смартфонов, является неудобство пользования ими при общении. Для этого желательно иметь подобный переводчик у каждого человека, поскольку для верного перевода приходится говорить достаточно громко и очень близко от микрофона, вмонтированного в корпус переводчика. Расстояние вводимой информации должно быть, как правило, не более 0,2-0,5 м.
При использовании единственного переводчика процесс общения резко замедляется, поскольку необходимо осуществлять в него последовательный ввод фраз на том или ином языке с высоким качеством вводимого акустического сигнала и последовательно прослушивать переведенные фразы или слова с одного языка на другой. При таком способе общения собеседники должны находиться в непосредственной близости друг от друга, что не всегда возможно и удобно.
Известна способ и система для синхронного перевода, описанные в патенте США №8527258 В2 (дата приоритета 11.03.2010).
В предложенном техническом устройстве, хотя бы, один человек имеет электронное устройство с программным обеспечением для возможности осуществления двухстороннего синхронного перевода с одного языка на другой язык. При этом каждый пользователь должен иметь свою беспроводную или проводную гарнитуру, которая подключается к одному электронному устройству по проводному или беспроводному каналу связи. Она должна состоять из микрофона и наушника(ов). Для того, чтобы начать пользоваться способом и устройством согласно патенту США №8527258 В2, нужно, чтобы собеседник (иностранец) обладал проводной или беспроводной гарнитурой. Для этого он должен ее заранее приобрести или получить от владельца устройства. Это порождает определенные неудобства и в некоторых случаях может быть даже опасно. Иностранец может не понять, чего от него хочет другой человек, не говорящий на его языке.
Известно изобретение, описанное в патенте РФ №2571588 (приоритет 24.07.2014), в котором описан более удобный способ и устройство для перевода с одного языка на другой иностранный язык.
В этом устройстве только один пользователь имеет микрофоны (не менее двух штук, наушник или наушники) и громкоговоритель.
За счет введения дополнительных устройств ввода и вывода акустической информации (микрофонов, динамика и наушников), а также специальной обработки и анализа акустических сигналов удается существенно ускорить скорость общения между людьми, говорящими на разных языках, и реализовать более удобную, естественную и безопасную форму общения между людьми.
Недостатком устройства можно считать достаточно высокую его сложность и необходимость реализации ряда действий по анализу спектров вводимых акустических сигналов с использованием ЭВМ и ее ресурсов. Необходимо написание соответствующего программного продукта согласно формулировке технического решения, изложенного в первом независимом пункте формулы изобретения, с использованием по крайней мере двух микрофонов и двух излучающих устройств. Обработка сигналов с микрофонов в ЭВМ электронного устройства может снижать скорость перевода и может потребовать повышенной производительности процессора устройства.
Поэтому такой способ организации работы переводчика можно считать не совсем рациональным и его можно усовершенствовать.
Раскрытие изобретения
Задача, решаемая изобретением, - создание более совершенного способа перевода речи с одного языка на другой язык с помощью электронного устройства, а также создания простого, мобильного, удобного в пользовании электронного устройства (переводчика), предназначенного для реализации возможности общения между человеком, говорящим на одном языке, снабженным электронным устройством, с человеком, говорящим на другом языке, не имеющим подобного устройства, или когда это устройство отключено, в режиме когда каждый человек говорит и слышит ответы преимущественно на понятном ему языке.
Технический результат - повышение точности и скорости перевода, повышение дистанции общения между людьми при пользовании электронным устройством для автоматического перевода устной речи с одного языка на другой язык, более экономное использование вычислительных ресурсов ЭВМ устройства.
Дополнительный технический результат - возможность реализации устройства в виде приставки (нового вида аксессуара) для типового смартфона, iPhona или планшетного компьютера, например в виде проводной или беспроводной гарнитуры с новыми функциональными возможностями и общим числом устройств ввода и вывода информации.
Для решения задачи изобретения с достижением указанного технического результата в известном способе перевода устной речи с одного языка на другой язык посредством электронного устройства, содержащего ЭВМ с соответствующим программным обеспечением, заключающемся в приеме звуковых сигналов на входном и выходном языках посредством разнесенных в пространстве друг относительно друга не менее двух микрофонов, обработке принятых звуковых сигналов и их переводе с одного языка на другой язык и наоборот посредством указанного выше электронного устройства, в излучении переведенных сигналов посредством не менее двух излучателей, разнесенных в пространстве для реализации возможности общения человека, говорящего на входном языке, снабженного электронным устройством, с человеком, не обладающим подобным устройством или обладающим устройством, находящимся в выключенном состоянии, и говорящим на выходном языке, при этом первый микрофон предназначен для приема звуковых сигналов, человека, говорящего на входном языке, второй микрофон предназначен для приема сигналов, человека, говорящего на выходном языке, первый микрофон располагают поблизости от головы или рта человека, говорящего на входном языке, первый излучатель выполняют в качестве хотя бы одного наушника и располагают его вблизи уха человека, говорящего на входном языке для обеспечения возможности прослушивания переведенных с выходного языка на входной язык звуковых сигналов человека, говорящего на выходном языке, второй излучатель предназначен для излучения звуковых сигналов на выходном языке, его выполняют с возможностью расположения на теле или одежде человека, говорящего на входном языке.
Согласно изобретению электронное устройство для перевода устной речи с одного языка на другой язык выполняют в виде двух модулей - блока обработки сигналов от микрофонов и электронного устройства, содержащего ЭВМ с соответствующим программным обеспечением, которые могут быть связаны друг с другом по проводным или беспроводным линиям связи, блок обработки сигналов от микрофонов предназначен для выполнения части операций по обработке сигналов с выходов микрофонов и управления работой излучателей сигналов, электронное устройство предназначено для выполнения другой части операций по обработке сигналов с микрофонов для их перевода с одного языка на другой язык, при этом блок обработки сигналов от микрофонов выполняют с возможностью подключения к нему микрофонов и излучателей сигналов и выполняют его в виде, по крайней мере, двух каналов обработки сигналов от двух микрофонов, узла коммутации, связанных между собой так, что обеспечивается возможность автоматического, поочередного переключения электрических сигналов, формируемых с помощью микрофонов на один общий микрофонный выход блока обработки сигналов микрофонов, который предназначен для подключения к электронному устройству и обеспечивается необходимый уровень электрического сигнала от микрофонов на общем микрофонном выходе для реализации возможности работы электронного устройства в режиме переводчика, при этом электронное устройство может быть выполнено с возможностью подключения к нему только одного микрофона по проводному или беспроводному каналу связи, блок обработки сигналов с выходов микрофонов выполняют также с возможностью автоматического переключения работы излучателей сигналов в соответствии с поступающими из электронного устройства переведенными сигналами на выходном и входном языках, коэффициенты передачи электрических сигналов с микрофонов на общий выход блока обработки сигналов микрофонов устанавливают разными для обеспечения разной чувствительности микрофонов, чувствительность первого микрофона должна быть ниже чувствительности второго микрофона.
Возможны варианты реализации способа такие, что:
- действия по автоматической поочередной коммутации сигналов с выходов микрофонов и переключению работы излучателей сигналов реализуются по следующему алгоритму когда уровень звукового сигнала, воздействующего на первый микрофон, превышает заданный порог, на общий микрофонный выход блока обработки сигналов микрофонов подается сигнал, сформированный от первого микрофона, при этом сигнал, сформированный от второго микрофона, отключается от микрофонного выхода блока обработки сигналов микрофонов на время τ1, в течение времени τ1 разрешается работа излучателя звуковых сигналов на выходном языке, после окончания времени τ1 сигнал, сформированный от первого микрофона, отключается от общего микрофонного выхода блока обработки сигналов микрофонов и на него может быть подан сигнал, сформированный от второго микрофона, и может быть разрешена работа первого излучателя сигналов на входном языке;
- блок обработки сигналов микрофонов выполняют с возможностью автоматического изменения длительности временного отрезка τ1 в зависимости от момента времени начала появления электрического сигнала на втором излучателе для ускорения процесса переключения сигналов, сформированных от микрофонов на общий микрофонный выход блока обработки сигналов микрофонов;
- в качестве электронного устройства используют смартфон, iPhone или планшетный компьютер, в качестве программного обеспечения для него используют операционную систему Android или IOS и программное приложение для этой операционной системы, обеспечивающее возможность распознавания языков и двухстороннего перевода устной речи с одного языка на другой, например приложение Google Translate, блок обработки сигналов от микрофонов выполняют в виде отдельного устройства - приставки к смартфону, iPhone или планшетному компьютеру, при этом связь между устройствами обеспечивается по проводам через типовой разъем, функционально предназначенный для приема сигнала с одного микрофона и передачи сигналов на наушники гарнитуры пользователя;
- в качестве электронного устройства используют смартфон, iPhone или планшетный компьютер, в качестве программного обеспечения для него используют операционную систему Android или IOS и программное приложение для этой операционной системы, обеспечивающее возможность распознавания языков и двухстороннего перевода устной речи с одного языка на другой, например приложение Google Translate, блок обработки сигналов от микрофонов выполняют в виде отдельного устройства - приставки к смартфону, iPhone или планшетному компьютеру, при этом связь между устройствами обеспечивается беспроводным способом, например с использованием устройства Bluetooth для передачи данных;
- работа первого и второго излучателей обеспечивается за счет введения в состав блока обработки сигналов с микрофонов первого и второго усилителей низкой частоты, к которым подключают соответствующие излучатели и которые выполняют с управляющими входами для обеспечения возможности автоматического переключения работы излучателей сигналов.
Для решения задачи изобретения с достижением указанного технического результата для осуществления вышеописанного способа, согласно изобретению, блок обработки сигналов от микрофонов выполняют с возможностью подключения к нему, по крайней, мере двух микрофонов и двух излучателей, а также электронного устройства, содержащего ЭВМ с соответствующим программным обеспечением, первый микрофон предназначен для приема звуковых сигналов человека, говорящего на входном языке, второй микрофон предназначен для приема сигналов человека, говорящего на выходном языке, первый излучатель предназначен для излучения звуковых сигналов на входном языке, второй излучатель предназначен для излучения звуковых сигналов на выходном языке, блок обработки сигналов от микрофонов предназначен для выполнения части операций по обработке сигналов с выходов микрофонов и управления работой излучателей сигналов, электронное устройство предназначено для выполнения другой части операций по обработке сигналов с микрофонов для их перевода с одного языка на другой язык, блок обработки сигналов от микрофонов выполняют в виде, по крайней мере, двух каналов обработки сигналов от двух микрофонов, узла коммутации, связанных между собой так, что обеспечивается возможность автоматического поочередного переключения электрических сигналов, формируемых с помощью микрофонов, на один общий микрофонный выход блока обработки сигналов микрофонов, который предназначен для подключения к электронному устройству, и обеспечивается необходимый уровень электрического сигнала от микрофонов на общем микрофонном выходе для реализации возможности работы электронного устройства в режиме переводчика, при этом электронное устройство может быть выполнено с возможностью подключения к нему только одного микрофона по проводному или беспроводному каналу связи, блок обработки сигналов с выходов микрофонов выполняют также с возможностью автоматического переключения работы излучателей сигналов в соответствии с поступающими из электронного устройства переведенными сигналами на выходном и входном языках, коэффициенты передачи электрических сигналов с микрофонов на общий выход блока обработки сигналов микрофонов устанавливают разными для обеспечения разной чувствительности микрофонов, чувствительность первого микрофона должна быть ниже чувствительности второго микрофона.
Возможны варианты реализации блока обработки сигналов с микрофонов такие, что:
- действия по автоматической поочередной коммутации сигналов с выходов микрофонов и переключению работы излучателей сигналов реализуются по следующему алгоритму: когда уровень звукового сигнала, воздействующего на первый микрофон, превышает заданный порог, на общий микрофонный выход блока обработки сигналов микрофонов подается сигнал, сформированный от первого микрофона, при этом сигнал, сформированный от второго микрофона, отключается от микрофонного выхода блока обработки сигналов микрофонов на время τ1, в течение времени τ1 разрешается работа излучателя звуковых сигналов на выходном языке, после окончания времени τ1 сигнал, сформированный от первого микрофона, отключается от общего микрофонного выхода блока обработки сигналов микрофонов и на него может быть подан сигнал, сформированный от второго микрофона, и может быть разрешена работа первого излучателя сигналов на входном языке;
- блок обработки сигналов микрофонов выполняют с возможностью автоматического изменения длительности временного отрезка τ1 в зависимости от момента времени начала появления электрического сигнала на втором излучателе для ускорения процесса переключения переключения сигналов, сформированных от микрофонов, на общий микрофонный выход блока обработки сигналов микрофонов;
- в качестве электронного устройства используют смартфон, iPhone или планшетный компьютер, в качестве программного обеспечения для него используют операционную систему Android или IOS и программное приложение для этой операционной системы, обеспечивающее возможность распознавания языков и двухстороннего перевода устной речи с одного языка на другой, например приложение Google Translate, блок обработки сигналов от микрофонов выполняют в виде отдельного устройства - приставки к смартфону, iPhone или планшетному компьютеру, при этом связь между устройствами обеспечивается по проводам через типовой разъем, функционально предназначенный для приема сигнала с одного микрофона и передачи сигналов на наушники гарнитуры пользователя;
- в качестве электронного устройства используют смартфон, iPhone или планшетный компьютер, в качестве программного обеспечения для него используют операционную систему Android или IOS и программное приложение для этой операционной системы, обеспечивающее возможность распознавания языков и двухстороннего перевода устной речи с одного языка на другой, например приложение Google Translate, блок обработки сигналов от микрофонов выполняют в виде отдельного устройства - приставки к смартфону, iPhone или планшетному компьютеру, при этом связь между устройствами обеспечивается по проводам через типовой разъем, функционально предназначенный для приема сигнала с одного микрофона и передачи сигналов на наушники гарнитуры пользователя;
- работа первого и второго излучателей обеспечивается за счет введения в состав блока обработки сигналов с микрофонов первого и второго усилителей низкой частоты, к которым подключают соответствующие излучатели и которые выполняют с управляющими входами для обеспечения возможности автоматического переключения работы излучателей сигналов;
- в нем используют узлы для активного шумопонижения сигналов и/или очистки сигналов от внешних помех и шумов общеизвестными способами;
- что первый излучатель звуковых сигналов выполняют в виде мегафона;
- блок обработки сигналов с микрофонов выполняется с возможностью подключения к нему узлов ультразвуковой параметрической системы с излучателями ультразвуковых сигналов, которые предназначены для формирования звуковых сигналов в пространстве в районе головы человека, говорящего на выходном языке, в результате биения сигналов на ультразвуковых частотах высокой мощности, для которых воздушная среда является средой с нелинейными свойствами, при этом первый излучатель звуковых сигналов отключают, а вместо него включают в работу ультразвуковые излучатели сигналов;
- блок обработки сигналов с микрофонов снабжают источником питания в виде аккумулятора с возможностью его подзарядки от другого источника постоянного или переменного тока;
- блок обработки сигналов с микрофонов снабжают элементами солнечной батареи для обеспечения возможности подзарядки аккумулятора от источника света;
- блок обработки сигналов от микрофонов выполняют в одном корпусе с электронным устройством в виде специализированного переводчика или в виде многофункционального смартфона, iPhone или планшетного компьютера отличающегося от общеизвестных конструкций подобных устройств наличием разъемов или разъема для возможности подключения по крайней мере двух микрофонов, при этом первый микрофон предназначен для приема звуковых сигналов человека, говорящего на входном языке, второй микрофон предназначен для приема сигналов человека, говорящего на выходном языке, и обеспечения работы устройства в соответствии с описанным выше способом перевода устной речи с одного языка на другой язык.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения станут понятны во время рассмотрения приведенных ниже возможных вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей.
На Фиг. 1 показаны основные узлы электронного устройства для автоматического перевода устной речи с одного языка на другой язык.
На Фиг. 2 показана обобщенная блок схема блока обработки сигналов от микрофонов.
Лучший вариант осуществления изобретения.
Общеизвестен способ перевода с одного иностранного языка на другой язык с использованием смартфонов или iPhone и программных продуктов – электронных двухсторонних переводчиков речи.
При таком способе организации перевода процесс общения не совсем удобен, поскольку необходимо достаточно близко от встроенного в корпус электронного устройства микрофона громко произносить фразы во время общения. И по существу осуществлять по очереди ввод информации и ее последующий перевод с одного на другой язык и наоборот, что замедляет процесс общения людей и во многих ситуациях практически невозможен.
Известен (аналог - патент РФ №2571588) способ общения на различных языках с помощью электронного переводчика, содержащего ряд новых дополнительных узлов, по сравнению с другими аналогами в виде хотя бы одного дополнительного микрофона и дополнительного излучателя звуковых сигналов. Преимущество этого устройства в том, что его может иметь только один человек и все микрофоны и излучатели располагают на его теле или одежде, как показано на Фиг. 1.
На Фиг. 1 показаны основные узлы электронного устройства для автоматического перевода устной речи с одного языка на другой язык, а также принимаемые и формируемые этим устройством звуковые сигналы.
Электронное устройство для автоматического перевода устной речи с одного языка на другой содержит корпус 1, в котором размещена, по меньшей мере, одна ЭВМ 2 с автономным источником питания 3 и программным обеспечением, позволяющим осуществлять функции ввода в ЭВМ 2 акустического сигнала 4 на входном языке, обработки этого сигнала 4 в ЭВМ 2 и преобразования его в выходной акустический сигнал 8 на выходном языке.
Электронное устройство для автоматического перевода устной речи с одного языка на другой содержит также устройство 6 ввода акустического сигнала 4 на входном языке в ЭВМ 2, подключенное к первому входу ЭВМ 2, устройство вывода 7 из ЭВМ 2 акустического сигнала 8 на выходном языке, подключенное к первому выходу ЭВМ 2.
Программное обеспечение ЭВМ 2 устройства выполняют с возможностью ввода и обработки в ЭВМ 2 в реальном времени различных акустических сигналов (4, 12, 13) и осуществления перевода принимаемых акустических сигналов и их вывода, по меньшей мере, с одного входного языка на, по меньшей мере, один выходной язык и, наоборот по мере их ввода, для реализации возможности общения человека 9, говорящего на входном языке, снабженного указанным выше электронным устройством, с человеком 10, не обладающим подобным устройством и говорящим на выходном языке. Или когда человек 10 обладает подобным устройством, но оно, в момент времени, когда к нему обращается человека 9, находится в выключенном состоянии.
Электронное устройство также снабжают, по крайней мере, одним, дополнительным устройством 11 ввода в ЭВМ 2 акустического сигнала, представляющего собой всевозможные звуки, источниками которых могут являться акустические сигналы 4, создаваемые человеком 9, говорящим на входном языке, звуки 12, создаваемые человеком 10, говорящим на выходном языке. А также возможные акустические помехи и шумы 13 от сторонних источников 14 звуков.
В простейшем варианте реализации устройства может использоваться хотя бы одно дополнительное устройство 11 ввода в ЭВМ 2 акустического сигнала, выполненное в виде микрофона 11. Этот микрофон 11 может быть размещен в корпусе 1 электронного устройства (например, используют штатный микрофон смартфона, iPhone или планшетного компьютера).
Микрофон 11 может быть конструктивно расположен на других узлах электронного устройства (как показано на Фиг. 1) или крепиться на теле или одежде (например, с помощью прищепки), человека 9, говорящего на входном языке. В изобретении также описаны ряд новых сервисных функций и возможности трансляции сигнала по специальным ультразвуковым, инфракрасным и радиоканалам связи. Подробней с работой этих узлов можно познакомиться из описания изобретения (аналога).
Недостатком электронного устройства можно считать достаточно высокую его сложность и необходимость реализации ряда действий по обработке вводимых акустических сигналов с использованием ЭВМ 2 и написания для этого соответствующего программного продукта согласно формулировке технического решения, изложенного в первом независимом пункте формулы этого изобретения.
При реализации этого устройства потребуются существенные конструктивные изменения смартфонов. Использовать напрямую те смартфоны, которые уже куплены пользователями, не удастся, поскольку штатные разъем для гарнитуры подобных устройств позволяют вводить в них сигнал только с одного микрофона. Кроме того, уровень громкости и качество выводимых звуковых сигналов низкое, поскольку штатные динамики очень маленькие, имеют низкое звуковое давление и узкую полосу частот. Кроме того, может понадобиться написание специальной программы - приложения для смартфона новой конструкции по сравнению с уже существующими приложениями переводчиков, которыми пользуются владельцы ранее купленных смартфонов и iPhone.
При работе устройства будут затрачиваться определенные вычислительные ресурсы устройства для осуществления обработки вводимых и формирования выводимых сигналов из ЭВМ 2. Соответственно, будет снижаться скорость перевода с одного языка на другой язык. Поэтому такой способ организации работы переводчика можно считать не совсем рациональным, высоко затратным и его можно усовершенствовать.
Отличие нового способа от общеизвестного заключается в том, что ряд действий, которые в общеизвестных смартфонах с установленными на них программами переводчиков, выполняли люди поочередно, склоняясь к смартфону и говоря в него достаточно громко свои фразы на разных языках. И обеспечивая за счет этого необходимые параметры вводимых с микрофона сигналов, а также задавая этими действиями последовательность во времени действий по вводу и выводу сообщений на различных языках. В предлагаемом изобретении будут осуществляться в иной более удобной и естественной форме.
Для реализации этих удобств предлагаются новые технические решения. Новые функциональные узлы в форме новых устройств или модулей, которые могут быть связаны друг с другом по проводным или беспроводным линиям связи. А также специальных алгоритмов по обработке сигналов, по крайней мере, с двух микрофонов 6, 11, так чтобы переводчик был удобным в пользовании и мог быть размещен на теле или одежде только одного человека.
Для пояснения нового способа и устройства воспользуемся Фиг. 2, на которой показан один из возможных вариантов обобщенной структурной схемы устройства, позволяющего реализовать новый способ.
На этой схеме показаны основные узлы и связи между ними, которые являются существенными признаками и часть из которых целесообразно выделить в качестве отличительных признаков независимых пунктов формулы изобретения.
Способ перевода устной речи с одного языка на другой язык посредством электронного устройства согласно изобретению заключается в приеме звуковых сигналов на входном 4 и выходном 12 языках посредством разнесенных в пространстве друг относительно друга не менее двух микрофонов 6, 11, обработке принятых звуковых сигналов 4, 12 и их переводе с одного языка на другой язык и наоборот посредством электронного устройства, содержащего ЭВМ 2 с соответствующим программным обеспечением, в излучении переведенных сигналов посредством не менее двух излучателей 14, 17, разнесенных в пространстве для реализации возможности общения человека 9, говорящего на входном языке, снабженного указанным выше электронным устройством, с человеком 10, не обладающим подобным устройством или обладающим устройством, находящимся в выключенном состоянии, и говорящим на выходном языке. При этом первый микрофон 6 предназначен для приема звуковых сигналов 4 человека 9, говорящего на входном языке, а второй микрофон 11 предназначен для приема сигналов 12 человека 10, говорящего на выходном языке, первый микрофон 6 располагают поблизости от головы или рта человека, говорящего на входном языке, первый излучатель выполняют в качестве хотя бы одного наушника 14 и располагают его вблизи уха 15 человека 9, говорящего на входном языке, для обеспечения возможности прослушивания переведенных с выходного языка на входной язык звуковых сигналов 5 человека 10, говорящего на выходном языке. Второй излучатель 17 предназначен для излучения звуковых сигналов 12 на выходном языке, его выполняют с возможностью расположения на теле или одежде человека 9, говорящего на входном языке.
Согласно изобретению часть операций по обработке сигналов с выходов микрофонов 6, 11 осуществляют с помощью двух модулей или устройств - блока обработки сигналов от микрофонов 19 и электронного устройства 1, содержащего ЭВМ 2 с соответствующим программным обеспечением, которые могут быть связаны друг с другом по проводным или беспроводным линиям связи 26.
Блок обработки сигналов от микрофонов 6, 11 предназначен для выполнения части операций по обработке сигналов с выходов микрофонов и управления работой излучателей 14, 17 сигналов.
Электронное устройство 1 предназначено для выполнения другой части операций по обработке сигналов с микрофонов 6, 11 - для их перевода с одного языка на другой язык и ряда других вспомогательных функций, например автоматической регулировки уровня сигнала, которые могут быть прописаны в программе работы ЭВМ 2 устройства 1.
Согласно изобретению блок 19 обработки сигналов от микрофонов 6, 11 выполняют с возможностью подключения к нему микрофонов 6, 11. Эти подключения могут осуществляться с помощью стандартных разъемов 27, 35, 36 или выполняться конструктивно уже вмонтированными в блок 19. Например, из блока 19 может выходить проводная линия связи 26 со стандартным штекером на конце для подключения блока 19 к устройству 1 (смартфону 1), а также из него могут выходить провода с излучателями сигналов 14. Или, например, блок 19 может иметь стандартный штекер для подключения к нему гарнитуры (14, 11) любого известного стандарта.
Блок 19 выполняют в виде, по крайней мере, двух каналов 20, 21 обработки сигналов от двух микрофонов 6, 11, узла коммутации 22, связанных между собой так, что обеспечивается возможность автоматического поочередного переключения электрических сигналов, формируемых с помощью микрофонов 6, 1,1 на один общий микрофонный выход 25 блока 19 обработки сигналов микрофонов 6, 11, который предназначен для подключения к электронному устройству 1, и обеспечивается необходимый уровень электрического сигнала от микрофонов 6, 11 на общем микрофонном выходе 25 для реализации возможности работы электронного устройства 1 в режиме переводчика. При этом важным существенным признаком является указание того, что электронное устройство 1 может быть выполнено с возможностью подключения к нему только одного микрофона по проводному или беспроводному каналу связи 26, блок 19 обработки сигналов с выходов микрофонов 6, 11 выполняют также с возможностью автоматического переключения работы излучателей 14, 17 сигналов в соответствии с поступающими из электронного устройства 1 переведенными сигналами на выходном и входном языках, коэффициенты передачи электрических сигналов с микрофонов 6, 11 на общий выход 25 блока 19 обработки сигналов микрофонов устанавливают разными для обеспечения разной чувствительности микрофонов 6, 11, чувствительность первого микрофона 6 должна быть ниже чувствительности второго микрофона 11.
Описанные выше признаки можно отнести к существенным признакам, описывающим главные отличительные особенности предложенного способа и соответствующего устройства. Их можно включить в отличительную часть независимых пунктов формулы изобретения.
Для реализации выше указанных условий в устройстве необходимо использовать, по крайней мере один усилитель 39 сигнала со второго микрофона 11. За счет осуществления действия по усилению электрического сигнала со второго микрофона 11 удается существенно увеличить дальность возможного общения между людьми 9 и 10. Экспериментально установлено, что для увеличения дальности возможного общения до 1-4 метров коэффициент усиления усилителя 39 второго микрофона 11 должен быть порядка 6-40 дБ. Оптимальный коэффициент усиления сигнала с микрофона 11 зависит от его конструктивных особенностей и электрических характеристик. В частности, от чувствительности микрофона. Коэффициент усиления канала 20 обработки сигналов со второго микрофона 11 также может зависеть от конкретной модели смартфона 1 и от конкретных аппаратных и программных решений в конкретной модели устройства 1.
Существенным признаком изобретения можно также считать следующее условие. Коэффициенты передачи сигналов с микрофонов 23, 30 на общий выход 25 блока обработки сигналов микрофонов 6, 11 выбирают разными для обеспечения разной чувствительности микрофонов 6, 11. Чувствительность микрофона 6 должна быть ниже, чем чувствительность микрофона 11. За счет этого условия удается минимизировать сбои в работе устройства за счет помех, которые возможны на улице в виде шума транспортных потоков, ветра, моря.
Усилитель 39 может быть как линейным усилителем, так и иметь логарифмическую зависимость усиления для минимизации искажений сигнала при малой дальности общения и большой громкости сигнала, создаваемой человеком 10, говорящим на выходном языке. Или, например, когда он вынужден громко говорить в условиях сильных помех и шумов. Усилитель 39 может иметь также систему автоматической регулировки усиления, а также узлы системы шумопонижения. Например, может использоваться пороговый шумоподавитель, выполненный на компараторе (на Фиг. 2 эти узлы не показаны).
Электронное устройство 1 может быть выполнено в виде типового смартфона, iPhone или планшетного компьютера с возможностью подключения к нему только одного микрофона 6 по проводному или беспроводному каналу связи 26 соответствующего стандарта, определяемого производителем той или иной марки смартфона или айфона. Например, посредством стандартного разъема 27 mini - jack, Blutus, Lightning.
Наличие перечисленных выше блоков, устройств и узлов позволяет существенно увеличить дальность общения между людьми 9 10 и реализовать разнообразные алгоритмы обработки сигналов от микрофонов 6, 11 в блоке 19. Один из возможных алгоритмов может быть описан так.
Действия по автоматической поочередной коммутации сигналов с выходов микрофонов 6, 11 и переключению работы излучателей сигналов 14, 17 реализуются по следующему алгоритму.
Когда уровень звукового сигнала 4, воздействующего на первый микрофон 6, превышает заданный порог (порог регистрируется пороговым устройством 29 - Фиг. 2), на общий микрофонный выход 25 блока 19 обработки сигналов микрофонов подается сигнал 30, сформированный от первого микрофона 6, при этом сигнал 23, сформированный от второго микрофона 11, отключается от микрофонного выхода 25 блока 19 обработки сигналов микрофонов 6, 11 на время τ1. В течение времени τ1 разрешается работа излучателя 17 звуковых сигналов на выходном языке, после окончания времени τ1 сигнал 30, сформированный от первого микрофона 6, отключается от общего микрофонного выхода 25 блока обработки сигналов микрофонов и на него может быть подан сигнал 23, сформированный от второго микрофона 11, и может быть разрешена работа первого излучателя 14 сигналов на входном языке.
Коммутация указанных сигналов на Фиг. 2 схематично показана в виде трех групп контактов реле 22, состоянием которого управляет формирователь 31 импульса длительностью τ1. На практике подобные переключения целесообразней осуществлять с использованием мультиплексоров, которые переключают сигналы с выходов микрофонов 6, 11. В более сложных вариантах целесообразно также использовать два раздельных электронно-управляемых усилителя низкой частоты (на Фиг. 2 показан один из них - усилитель низкой частоты 16). Использование современных усилителей низкой частоты, которые выполнены с управляющим входом, позволяет маломощными сигналами управлять их включением и выключением и экономно использовать энергию аккумулятора 18.
На Фиг. 2 также показаны дополнительные элементы - регулятор 32 громкости громкоговорителя 16, штекер 33 для подключения подзаряжающего устройства 35, стандартные штекеры 35, 36, например, выполненные в виде широко распространенных 4-контактных разъемов mini - jack для подключения стандартной гарнитуры с микрофоном 6 и наушниками 14. Или разъем любого другого распространенного стандарта, например Lightning.
Понятно, что возможна организация и беспроводного способа взаимодействия блока 19 обработки сигналов микрофонов и электронного устройства 1. При организации беспроводного способа обмена данными между электронным устройством 1 и блоком 19 собственно сам способ организации работы блока 19 не меняется. Используют стандартные алгоритмы организации обмена данными, например, с помощью Bluetooth модуля подобно тому, как передаются беспроводным способом сигналы со смартфона на Bluetooth гарнитуру пользователя.
Далее рассмотрим ряд дополнительных признаков, которые позволяют повысить скорость работы переводчика и повысить его функциональные возможности.
Каналы 20, 21 обработки сигналов от микрофонов могут содержать ряд дополнительных узлов и устройств, с помощью которых можно дополнительно усовершенствовать алгоритм обработки и повысить скорость обмена сообщениями на разных языках, а также реализовать устройство в более удобном для мобильного использования виде.
Схема, показанная на Фиг. 2, имеет определенный недостаток, связанный с тем, что при постоянной величине времени τ1 длительности импульса на выходе формирователя 31 может наступить сбой в работе переводчика, заключающийся в том, что после окончания фразы, сказанной человеком 9, может не хватить времени τ1 для воспроизведения ее перевода. Например, выбрав фиксированное значение длительности импульса τ1 порядка трех секунд, может получиться так, что часть переведенной фразы будет воспроизводиться уже не через излучатель 17. В соответствии с описанным выше алгоритмом оставшаяся часть фразы будет воспроизводиться через наушники 14. В такой ситуации человек 10, для которого адресовано это сообщение, на выходном языке полностью не услышит это сообщение. Фразу придется вновь повторять по частям или прикладывать дополнительные действия, чтобы вновь был сформирован импульс длительностью τ1 и трансляция перевода вновь осуществлялась через излучатель (например, громкоговоритель) 17. Для этого человек, говорящий на входном языке, может, например, кратковременно издать звук выше порога, который будет принят микрофоном 6 и преобразован в управляющий импульс длительностью τ1 так, что снова включится усилитель 16 и звук будет воспроизводиться излучателем 17.
Понятно, что нельзя очень сильно увеличивать значение постоянной времени τ1, поскольку, услышав переведенную фразу на выходном языке, человек 10, говорящий на этом языке, может достаточно быстро ответить и его сообщение не будет направлено в электронный переводчик 1. Поскольку в течение времени τ1 сигнал 23, сформированный от второго микрофона 11, будет отключен от общего микрофонного выхода 25.
Для решения этой задачи и ускорения процесса коммутации сигналов необходимо, чтобы длительность импульса τ1 на выходе формирователя импульсов 31 была управляемой и функционально зависела от момента времени начала появления электрического сигнала на выходе излучателя 17. Для этого необходимо организовать цепь обратной связи, которая показана на Фиг. 2 схематично - виде пунктирной линии 37.
В тот момент времени, когда на выходе усилителя низкой частоты 16 появится электрический сигнал свыше определенного порога, необходимо прекратить формирование импульса длительностью τ1 и начать формировать импульс τ1 меньшей длительности.
Например, длительность импульса τ1 после завершения фразы, сказанной человеком 9 в микрофон 6, может быть выбрана порядка 10-25 сек. Такой отрезок времени позволит с запасом дождаться начала вывода из электронного устройства 1 переведенного сигнала и его появления на выходе усилителя низкой частоты 16.
Задержки начала перевода хоть и редки, но могут возникнуть, например, если включен режим работы онлайн и переводчик начал притормаживать из-за плохой связи с удаленным сервером или из-за помех на линии. Подобные задержки могут возникать, например, когда сказанная фраза очень длинная и долго осуществляется ее перевод и редактирование в ЭВМ 2 электронного устройства 1.
Поэтому целесообразно организовать так алгоритм обработки сигналов от микрофонов 6, 11, чтобы после появления электрического сигнала на выходе усилителя низкой частоты 16 импульс длительностью τ1 был существенно укорочен, например, до величины порядка 0,2-1.0 сек. И при такой схеме организации процесса управления работой узла коммутации 22, после завершения излучения переведенной на выходной язык фразы, через время τ1=0,2-1,0 сек произойдет описанное выше переключение электрических сигналов 23, 30, сформированных от первого микрофона 6 на второй микрофон 11, и на общем микрофонном выходе 25 блока 19 может появиться сигнал 23, сформированный с помощью микрофона 11.
Таким образом, электронный переводчик 1 сможет без существенной задержки начать принимать и переводить звуковые сигналы 12 от человека 10, говорящего на выходном языке. Укорачивать постоянную времени τ1 меньше 0,2 секунд нецелесообразно потому, что примерно такую же величину имеют, в среднем, промежутки между словами при установленном темпе воспроизведения переведенных фраз в электронном переводчике.
Понятно, что прерывание процесса излучения сигнала в переведенной фразе будет ухудшать точность перевода и в конечном счете приведет к снижению разборчивости переведенных слов и фраз. Указанной величине временного параметра в 0,2 сек также соответствует временной порог психофизиологической способности человека воспринимать и обработать внешнюю информацию, в том числе и в виде речи. Человеку, прежде чем ответить, например, по существу заданного ему вопроса, нужно подумать хотя бы 0,3-1 сек. Поэтому указанные параметры импульсов τ1 могут обеспечить быстрый и комфортный режим общения людей 9, 10.
Подобный формирователь импульсов с изменяемой длительностью τ1 можно реализовать, например, посредством нескольких компараторов, выполненных, например, на операционных усилителях общего применения и электронного ключа, выполненного, например, на транзисторе. Один из этих компараторов будет являться входным узлом устройства и выполнять функцию устройства 29 сравнения уровня сигнала, сформированного первым микрофоном 6, с порогом и на его выходе будет формироваться сигнал превышения порога, например в виде сигнала высокого уровня. Этим сигналом через первый развязывающий диод может быстро заряжаться первый конденсатор с параллельно включенным первым резистором, которые будут определять постоянную времени τ1 на первой фазе работы формирователя импульса со значением постоянной времени τ1, например, в 10 сек.
Сигнал с первого резистора и первого конденсатора может подаваться на второй компаратор, который будет находиться в переключенном состоянии в течение времени разрядки конденсатора до некоторого порогового уровня переключения второго компаратора.
Параллельно первому конденсатору и первому резистору может быть подключен транзистор, выполняющий функцию ключа для осуществления быстрой разрядки первого конденсатора. Причем управляющий сигнал, определяющий состояние транзистора, может быть сформирован узлами цепи обратной связи 37. Узлы цепи обратной связи могут быть выполнены в виде второго порогового устройства, на вход которого поступает сигнал с выхода усилителя 16 низкой частоты так, что при превышении уровня сигнала на выходе усилителя 16 низкой частоты выше определенного порога, на выходе второго порогового устройства (третьего компаратора) формируется высокий потенциал. Этим сигналом открывается транзистор ключа и через его, например переход коллектор - эмиттер быстро происходит разрядка первого конденсатора.
Сигнал с выхода второго порогового устройства через второй развязывающий диод может быть подан на второй конденсатор и второй резистор, постоянная времени которых существенно меньше и составляет, например, 0,5 сек. В результате быстрой зарядки этого конденсатора произойдет переключение четвертого компаратора, сигнал с выхода которого поступает на логический элемент ИЛИ. На второй вход элемента ИЛИ поступает сигнал с выхода второго компаратора. В результате на выходе элемента ИЛИ будет сформирован сигнал, длительность которого будет функционально зависеть как от длительности фразы, вводимой в переводчик посредством микрофона 6, так и от начала и конца сделанного перевода.
В зависимости от области использования возможны различные варианты конструктивного выполнения устройства, например в виде не дорогой компактной гарнитуры пользователя смартфона с новыми функциональными возможностями, существенно расширяющими области возможного использования типовых смартфонов и iPhone.
В блоке 19 обработки сигналов с микрофонов 6, 11 могут использоваться узлы для активного шумопонижения сигналов и/или очистки сигналов от внешних помех и шумов общеизвестными способами. Он может быть выполнен с возможностью подключения к нему узлов ультразвуковой параметрической системы с излучателями 17 ультразвуковых сигналов, которые предназначены для формирования звуковых сигналов в пространстве в районе головы человека 10, говорящего на выходном языке, в результате биения сигналов на ультразвуковых частот высокой мощности, для которых воздушная среда является средой с нелинейными свойствами, при этом первый излучатель звуковых сигналов отключают, а вместо него включают в работу ультразвуковые излучатели сигналов. Первый излучатель 17 звуковых сигналов может быть выполнен в виде мегафона. Блок 19 обработки сигналов с микрофонов 6, 11 может быть снабжен источником питания в виде аккумулятора 18 с возможностью его подзарядки от источника 19 постоянного или переменного тока или от элементов солнечной батареи. Блок 19 обработки сигналов с микрофонов 6, 11 может быть выполнен в одном корпусе с электронным устройством 1 в виде специализированного переводчика или в виде многофункционального смартфона, iPhone или планшетного компьютера, отличающегося от общеизвестных конструкций подобных устройств наличием разъемов или разъема для возможности подключения по крайней мере двух микрофонов 6, 11, при этом первый микрофон 6 предназначен для приема звуковых сигналов 4 человека 9, говорящего на входном языке, второй микрофон 11 предназначен для приема сигналов человека 10, говорящего на выходном языке, и обеспечения работы устройства в соответствии с описанным выше способом перевода устной речи с одного языка на другой язык.
Блок 19 может иметь ряд органов управления в виде кнопок подобно кнопкам управления на обычной гарнитуре, например для дистанционной регулировки громкости или перемотки вперед, а также и другие сервисные функции, например функции управления устройством голосом или выбора языковой пары с помощью голоса, функцию автоматического перезапуска программы переводчика.
Эти кнопки можно использовать как органы управления, запускающие, например, режим синхронного перевода различных приложений (радио, ютуб, телевизор и др.) или файлов пользователя (запись лекции, конференции, переговоров с иностранными партнерами).
Устройство можно использовать в туристическом, гостиничном, торговом бизнесе, для общения с беженцами, пользоваться ими в кинотеатрах при просмотре кинофильмов на иностранном языке.
Доля переводимой информации определяется производительностью ЭВМ 2 (процессора) электронного устройства 1, настройками темпа перевода и лаконичностью переводимых языков.
Промышленная применимость: изобретение применимо в электронной промышленности в качестве автоматических мобильных переводчиков с одних языков на другие.