Desarrollo de un sistema de comunicación silenciosa dual basado en habla subvocal y Raspberry Pi

Dual silent communication system development based on subvocal speech and Raspberry Pi

Presenta una metodología novedosa para establecer una comunicación silenciosa dual basada en habla subvocal; para ello se desarrollaron dos sistemas electrónicos que registran las señales bioeléctricas que llegan al aparato fonador, generadas al momento de realizar el proceso de lectura silenciosa por el individuo. Estos sistemas están basados en tres etapas fundamentales; la primera es la de adquisición, encargada de extraer, acondicionar, codificar y transmitir las señales electromiográficas del habla subvocal hacia la segunda etapa, denominada de procesamiento; en esta etapa, implementada en un sistema Raspberry Pi, se desarrollaron los procesos de almacenamiento, acondicionamiento, extracción de patrones y clasificación de palabras, utilizando técnicas matemáticas como: Entropía, análisis Wavelet y Máquinas de Soporte Vectorial de Mínimos Cuadrados, implementadas bajo el entorno libre de programación Python; finalmente, la última etapa del sistema se encargó de comunicar inalámbricamente los dos sistemas electrónicos, utilizando 4 clases de señales, para clasificar las palabras hola, intruso, ¿hola cómo estás? y tengo frío.

Adicionalmente, en este artículo se muestra la implementación del sistema para el registro de señales de habla subvocal. El porcentaje de acierto promedio general es de 72.5%. Se incluyen un total de 50 palabras por clase, es decir, 200 señales. Finalmente, se pudo demostrar que usando una Raspberry Pi es posible establecer un sistema de comunicación silenciosa a partir de las señales del habla subvocal.

I. INTRODUCCIÓN

Actualmente, el estudio del Habla Subvocal (HSV) ha venido creciendo de manera abrumadora, debido a las grandes aplicaciones que se han logrado desarrollar en áreas como la ingeniería, las comunicaciones militares y el sector salud, entre otras [1-3]. El habla subvocal se define como el registro y estudio de las señales electromiográficas que se producen a partir de las vibraciones en las cuerdas vocales, movimientos de la garganta y la lengua, generadas durante el proceso de lectura silenciosa por el individuo [1]. Estas señales, en su representación física, son una mezcla de señales bioeléctricas de diferentes fuentes, en las cuales se encuentra inmersa información relevante y no relevante relacionada con palabras que se perciben auditivamente; es decir que, el habla subvocal se registra sin la producción física del sonido.

Una configuración diferencial de electrodos conectados en la superficie de la piel a la altura de la garganta, se encarga de captar las señales electromiográficas que se generan en la corteza cerebral, viajando por el sistema nervioso central hasta llegar al aparato fonador. Estas señales representan la intención del habla por parte del individuo antes de ser articuladas en voz alta [1-4].