基於音頻的數據表示設備和方法
2023-05-23 07:10:41 2
專利名稱：基於音頻的數據表示設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種用一個音頻信號來表示數據的數據表示設備，這種數據表示設備包括一個音頻處理單元，其被安排成提供具有取決於一個能具有第一值和第二值的無位置數據變量的特徵的音頻信號。
本發明還涉及一種用一個音頻信號來表示數據的系統，這種系統包括一個音頻源，其被安排成提供一個輸入音頻信號；一個數據變量源，所述數據變量能具有第一值和第二值；一個聲音產生設備；以及一個用該音頻信號來表示數據的數據表示設備，所述數據表示設備包括一個音頻處理單元，其被安排成將具有取決於該數據變量的特徵的該音頻信號提供給該聲音產生設備。
本發明還涉及一種用音頻信號來表示數據的方法，這種方法包括一個音頻處理步驟，該音頻處理步驟提供具有取決於一個能具有第一值和第二值的數據變量的特徵的音頻信號。
本發明還涉及一種由一個處理器執行的、使該處理器能夠執行這種方法的電腦程式。
本發明還涉及一種存儲這種電腦程式的數據載體。
從US-B-6,230,047中可以知道這種數據表示設備的一個實施例。這種已知設備從一個脈搏監視器接收一個心率(heart rate)作為一個數據變量。根據該心率，由一個音頻處理單元從一個存儲預先記錄的例如鼓的節奏的節奏模式存儲器中獲取一個相應的節奏模式。該音頻處理單元根據所選的節奏產生一個連續音頻信號，其節拍特徵與該特定的所測量到的心率一致。
這種測量結果的音頻反饋的缺點是，用戶很難判斷實際所表示的是數據變量的哪個特定值，因此其只能用於只需要一個測量的基準點和用戶只需要判斷從該基準點的偏差的那些應用。這種已知設備例如由慢跑者使用，所述慢跑者往往要調整他們的訓練，以使得他們的心率與節奏相應。
本發明的一個目的是提供一種用一個音頻信號來表示數據的數據表示設備，這種數據表示設備以用戶比較容易量化的方式呈現數據。
這個目的是這樣實現的該數據表示設備包括一個映射單元，用來將所述數據變量的第一值映射到三維空間內的第一位置，而將該數據變量的第二值映射到三維空間內的一個第二位置；以及所述音頻處理單元被安排來改變所述特徵，使得對於聽取該音頻信號的用戶來說，該音頻信號在該數據變量具有第一值的情況下像是來源自第一位置，而在該數據變量具有第二值的情況下像是來源自第二位置。用一個音頻信號來表示數據是有益的，這是出於以下幾個原因，例如用戶可以將他的視覺能力用於其它事情，如觀看TV、駕駛汽車或在奔跑時看要在哪裡落腳；如果有許多數據已用視覺表示，則聽覺表示就可能是有益的；在有些環境中視覺信息可能不大有用，例如在夜裡或濃煙中；或者對於視力差的人，聽覺表示可能是有幫助的。
現有的聽覺表示系統通常是改變音頻信號的音量、音調、節奏或平衡，但對於大多數人來說這難以量化。例如，大多數人不擅於判斷聲音的正確音調。
然而，人可以較為精確地判斷聲音來自哪個方向。他們對空間內的角度值的判斷也不很粗糙。因此，正象例如一塊表的刻度盤可以比較精確地以視覺示出時間那樣，按照本發明的數據表示設備可以在用戶的頭部周圍產生一個具有虛擬音頻源位置的虛擬刻度盤。在這個虛擬刻度盤上指示數據變量的值的相應虛擬音頻源是用真實聲音產生設備產生的，但是用戶感到聲音是來自一個預定位置或方向。除了虛擬刻度盤，用音頻處理單元可以實現在用戶頭部周圍表示數據變量值的虛擬聲源的任何幾何分布。代替在一個固定位置呈現虛擬聲源，該位置由數據變量的值確定，其在空間內並沒有一個自然相關位置。例如，由溫度計測量的溫度沒有自然關聯位置，但它可以在一維坐標軸上測量。它必須被映射到空間內的一個點。如果數據變量具有第一值，虛擬聲源就被呈現在第一位置，而如果數據變量具有第二值，虛擬聲源就被呈現在第二位置。
數據變量的多個值被映射到空間內的一條軌跡。詞語軌跡(locus)就其使用的意義是指「其坐標滿足單個等式或一個或多個代數條件的所有點的集合或結構」。軌跡可以是一、二或三維的流形而且具有任何範圍。例如，溫度值可以被映射到一個圍著用戶頭部的一維圓，或被映射到一個具有某個厚度的二維圓條。
已經存在多聲道聲音重現。例如，耳機虛擬器模擬例如在Dolby 5.1聲音重現中所需要的5個揚聲器作為虛擬揚聲器。然而，用於這些聲道的音頻信息(導致虛擬聲源位置)是在音頻信號中已經存在的。所述虛擬源應該大致與在記錄期間的樂器的實際位置一致。這些物理聲源自然具有一個位置。例如，如果在記錄管弦樂的過程中小提琴處在聽眾(或者在聽眾的位置處的麥克風)的右側，那麼在重現期間，虛擬的小提琴也應該或多或少讓聽眾感到好象來自聽眾右側的同一個點。立體聲和多聲道聲音重現通常基於試探法(heuristics)，因此一個虛擬聲源的位置不必與所記錄的聲源的原始位置完全一致。但是，揚聲器(或者說耳機虛擬器內的虛擬揚聲器)被放在一個固定位置，並一直保持在那裡。這意味著虛擬聲源的位置是由發送給揚聲器的實際音頻信號確定的。在數據表示設備內，虛擬聲源的定位取決於所述數據變量，例如諸如時間之類的測量結果。由於時間沒有明顯的位置(它是一個無位置的或非位置的變量)，因此需要一個映射來將時間值映射到用戶的頭部周圍的三維空間內的一條軌跡，其中相應的時間應該用虛擬聲源表示。例如，在十二點時，在用戶的頭部的正上方產生一個鐘聲。
在一個實施例中，音頻處理單元包括一個濾波器，用來將一個與頭部有關的傳遞函數(HRTF)應用於一個輸入音頻信號，以得到像是分別來源自第一位置或第二位置的輸出音頻信號。音頻處理單元的一個簡單變型包括用簡單的立體聲移位(panning)來模擬虛擬聲源位置的移位裝置。通過改變分別要用於兩個對應的立體聲揚聲器的第一和第二音頻信號分量的幅度和/或延遲，可以遍歷在這兩個揚聲器之間的一條虛擬聲源位置的軌跡。然而，可以通過用用戶特定的與頭部有關的傳遞函數(HRTF)處理來自一個音頻源的輸入音頻信號來獲得對虛擬聲源位置的更好的可控制性，其中為每個所希望的虛擬聲源位置得到一個具有兩個音頻信號分量的輸出信號第一分量用於例如耳機的左揚聲器，第二分量用於右揚聲器。
數據表示設備可以包括一個數據變量分配器，用來將從來自一個測量設備的測量結果得出的數據變量提供給音頻處理單元。如果數據變量是直接從來自一個測量設備的測量結果得出的(例如數據變量就是測量結果本身)則是有益的。數據變量分配器被安排成將測量結果數據變量發送給音頻處理單元，用來對虛擬聲源進行定位。附加地或者替換地，數據變量可以來源自一個數據變量提供裝置。例如，數據變量可以存儲在一個存儲器裝置內或通過網際網路到達。數據變量分配器能發送一個來自單個所選的數據變量源的數據變量，或者發送來自不同的源的數據變量。數據變量分配器也可以被配置成只發送具有預定優先權的數據變量值。
在所述設備或它的實施例的一個修改中，映射單元被安排成將由數據變量的多個標稱值(nominal value)構成的集合映射到三維空間的各預定區域。標稱數據變量值是屬於多個類別的值，例如代替用諸如攝氏刻度之類的數值刻度來規定溫度，溫度可以表示為「很熱」、「熱」、「溫」和「冷」。這些標稱值可以例如被映射到用戶的頭部上方的四個象限。在標稱數據值之間沒有自然的順序關係，因此映射可以含有一個例如為每個標稱數據值規定與空間內的位置之間的聯繫的表。
在所述設備或它的實施例的另一個修改中，映射單元被安排成將由數據變量的多個數字值構成的集合映射到三維空間內一條曲線軌跡上的各位置。在也應該呈現一個數字數據變量的情況下，映射單元被安排成規定一條在用戶周圍的曲線軌跡，並將它分成各區間，數字數據變量的各區間應該被映射到這些區間。軌跡可以是空間內的一維流形，但也可以是二維或三維流形。沿著軌跡的各位置可以是等距離的，或者也可以利用數據變量值與沿軌跡的位置之間的更為複雜的關係。
如果包括被安排成允許為映射單元規定一個優選映射的規定裝置則是有益的。例如如果用戶正在駕駛汽車，他可能希望用一個虛擬聲源來呈現他的速度。一些事故所以發生是因為駕駛員只有例如2秒的反應時間，而如果他不將寶貴的時間浪費在看他的儀表上，他也許能及時剎車。當在高速公路上駕駛時，所允許的速度是120公裡/小時。因此，他可能希望規定一個刻度盤，其中120公裡/小時與一個在他的正前方的虛擬聲源相應，而高達130公裡/小時的速度被呈現在右側90度。對於較低的速度，左側的90度可以表示低到80公裡/小時的速度。然而，當在建築群區域內駕駛時，速度限制為50公裡/小時，因此駕駛員可能希望規定一個替換的映射，其中25公裡/小時到60公裡/小時之間的速度被從左側到右側映射。特別是，在同時呈現多個刻度盤的情況下，如果由用戶分配映射到不同空間區域的映射就很是有用，特別是在為所述虛擬聲源分配的是類似的音響聲音的情況下。
如果存在被安排成允許用第一種音頻信號表示第一組數據變量值而用第二種音頻信號表示第二組數據變量值的選擇裝置，那也是有益的。例如，為了將用戶對所表示的數據值的量化精度提高到超過用戶對聲源定位的精度，可以將一個虛擬刻度盤上的相近的值用不同的虛擬聲音表示。例如，每組十個相繼的值用音調漸增的聲音表示。第一值發出低音調的聲音，第十值是高音調的，而第十一值又是低音調的，依此類推。此外，在同時呈現不同的刻度盤軌跡或一般而言同時呈現各數據變量映射時，可以用用戶聽起來不同的聲音來表示它們各自的數據值。這樣，用戶就可以得知例如哨聲表示速度測量結果，而鐘聲表示鐘點，依此類推。
所述用一個音頻信號來表示數據的系統的特徵在於所述數據表示設備還包括一個映射單元，其被安排成用一個映射將數據變量的第一值映射到三維空間內的第一位置，而將數據變量的第二值映射到三維空間內的第二位置；以及所述音頻處理單元被安排成改變所述特徵，使得對於聽取該音頻信號的用戶來說，該音頻信號對於具有第一值的該數據變量像是來自第一位置，而對於具有第二值的該數據變量像是來自第二位置。
所述用一個音頻信號來表示數據的方法的特徵在於實施一個映射，將數據變量的第一值映射到三維空間內的第一位置，而將數據變量的第二值映射到三維空間內的第二位置；以及所述音頻處理步驟改變所述特徵，使得對於聽取該音頻信號的用戶來說，該音頻信號對於具有第一值的該數據變量像是來源自第一位置，而對於具有第二值的數據變量像是來源自第二位置。
從以下參照附圖對只是作為非限制的例子的實現方式和實施例的所做說明中可以清楚地看到本發明的數據表示設備、系統和數據載體的這些和其它方面。
在附圖中
圖1a示意性地示出了數據表示設備；圖1b示意性地示出了數據變量分配器的一些實施例；圖2示意性地示出了映射數字測量值的各例子；圖3示意性地示出了映射標稱數據變量值的各例子；圖4示意性地示出了一條具有多個深度的虛擬軌跡；圖5示意性地示出了同時呈現兩條虛擬軌跡的兩個例子；圖6示意性地示出了數據載體；以及圖7示意性地示出了一個與頭部相關的傳遞函數HRTF。
在這些附圖中，虛線所示的元件是可選的，這取決於圖1中的理想實施例和其它附圖中的虛擬情況。在這些例示性的實施例中所示出的元件並不需要都出現在替換實施例中。
圖1示出了用一個音頻信號o呈現數據的數據表示設備100。它包括一個音頻處理單元102，其被安排成提供具有特徵C的音頻信號o，該特徵C被修改成使得音頻信號o對用戶200來說像是來自空間內的一個所希望的位置，這取決於數據變量p。數據變量p可以是物理測量m的結果或者另一個規定的結果，例如一個數學數字或例如電子郵件或另一個數據集的可數屬性。音頻處理單元102被安排成在數據變量p具有第一值206的情況下將圖2中的虛擬聲源222的第一位置分配給音頻信號o，而在該數據變量具有第二值208的情況下將第二位置218分配給將音頻信號o。虛擬聲源222是用一個包括至少兩個揚聲器(例如PC、電視或收音機的耳機或揚聲器)的聲音產生設備112模擬的。音頻信號o通常可以由音頻處理單元102根據一個輸入信號i得出。輸入信號i可以是例如來自一個例如為可攜式MP3播放機的外部音頻源114的音樂，也可以是從一個內部音頻源116內部產生的音頻，例如為蜂鳴聲或音樂。輸入信號i可以是單聲道或多聲道音頻。
所述數據變量可以是從一個測量設備104接收的，或者是從一個數據變量提供設備124接收的，數據變量提供設備124例如為一個盤讀取器(在數據變量預先存在盤上的情況下)、存儲器或網絡連接。如果所有的數據變量p被順序從盤上讀出並被變換為虛擬聲源位置，用戶200可以迅速地採取與數據變量p的表示相應的某個動作，諸如按一個按鈕之類。數據變量分配器122被安排成將從測量設備104或數據變量提供設備124接收到的數據變量p提供給音頻處理單元102。數據變量分配器122可以例如被配置成只提供來自測量設備104的數據變量，也可以被配置成例如以交替方式提供來自測量設備104和數據變量提供設備124的數據變量。這兩個數據變量還可以組成一個代碼字，或者作為這兩個數據變量的函數而計算出一個新的數據變量值。此外，數據變量分配器122可以被配置成在只以預定義的間隔提供數據變量p的值，或者為其分配優先權值。例如，如果數據變量與電子郵件消息有關，那麼只有在電子郵件消息具有優先權值「職業電子郵件」時才可以表示如「緊急」、「普通」、「信息」等等之類的數據變量。所述間隔或優先權值可以被規定成指出危險情況，例如，只有在超過一個預定值的情況下才表示溫度，否則就不用溫度信息來打擾用戶。為了實現這一點，可以存在優先權排序裝置170。優先權排序裝置170可以例如體現為一個處理器，其被安排成評估一組關於數據變量p的規則，只有在滿足所述規則時才導致將相應的位置pos傳輸給音頻處理單元102。
圖1b示意性地示出了數據變量分配器122的幾個示例實施例。它可以包括一個作為輸出連接的第一連接180，在這個連接上，在不同時間t0、t1將來自不同測量設備或數據變量提供設備的數據變量按照預定義的交織方案交織。附加地或者替換地，可以存在第二連接182，在這個例子中第二連接182向音頻處理單元102發送一個合成參數，它是第一物理測量結果m11和第一所提供數據變量pp的函數。第三連接184隻在第二物理測量結果m12的值大於20時才將第二物理測量結果m12作為參數p13發送。映射單元132將與例如不同的物理測量結果相應的參數的時間序列變換為位置pos的時間序列，音頻處理單元根據位置Dos的時間序列分別為每個時間序列產生虛擬聲源。在數據表示設備100的一個簡單的變型中，只輸入一種測量結果，因此數據分配器可以就是測量設備與映射單元132之間的直接電連接。
測量設備104可以例如是一個測量用戶200每分鐘跑多少步的步速計或者是一個心率計。用戶200必須重複觀看顯示他的心率的顯示器是很煩惱的。這可能會妨礙他的訓練，甚至會因為注視顯示器而被路上的凸起物絆倒。可以將音頻處理單元102安排成使得始終存在來自虛擬源的聲音(例如，如果使來自MP3播放機的音樂定位在用戶200的頭部周圍)，或者它可以每隔幾秒產生一個蜂鳴聲。該蜂鳴聲可以被加到所聽的聲音或音樂上。例如，一個設備可以用所添加的蜂鳴聲來向一個正在收聽來自可攜式CD播放機的音樂(或者在另一個應用中正在收聽電視上電影的聲音)的用戶200告警。
用戶200可以規定，將他所希望的跑步步速映射到他正前方的位置，而將較慢的步速映射到他的頭部上方。此外，對於一個鬧鐘收音機來說，虛擬聲音定位是非常有用的。就當前的鬧鐘收音機情況，如果用戶在鬧鐘收音機早晨開始播放後還睡著時，他只在播音員播報時間時(例如在讀新聞期間每半小時)得到一個時間反饋。如果虛擬聲源位置例如從鬧鐘收音機的左側移動到右側，用戶200就一直得到時間反饋。
專業應用可以使用其它測量設備。例如，消防隊員通常必須進入一個充滿濃煙的建築物。利用音頻表示設備100，在顯示器上很難看得見的測量結果就可以用虛擬聲源呈現。
存在一個映射單元132，用來將數據變量p的值的集合映射到在三維空間內的位置pos的軌跡(例如圖2中的軌跡202)或二維空間內的軌跡300(圖3)。優選的是，還包括規定裝置150，用來使用戶200可以按照他的偏好規定映射。例如他可以將多個標稱數據變量p的值映射到空間內的各二維區域(諸如第一區域302和第二區域304)，這些區域的大小和位置按照用戶200的偏好規定。所述規定可以用數據輸入裝置152輸入。例如，在可攜式MP3播放機或行動電話機上可以存在一個觸摸板，用戶200可以通過在一個表示用戶200的頭部周圍空間的一部分的預定義區域上畫一些小矩形來在該觸摸板上規定第一區域302和第二區域304。或者，用戶可以用汽車收音機或車載計算機上的鍵或旋鈕輸入數據。所述映射單元可以包括一個存儲與映射有關的數據或映射函數的存儲器134。如果數據輸入裝置152包括一個網絡連接(例如連接到網際網路上)，還可以例如由數據表示設備100的製造商下載一個新的映射。
虛擬聲源可以例如通過立體聲移位(stereo panning)產生。輸入音頻信號i(例如為單聲道音樂)由音頻處理單元102變換為輸出音頻信號o，它具有兩個分量，第一分量用於第一揚聲器160，第二分量用於第二揚聲器161。這兩個分量的幅度被確定成使得音頻信號o像是來自一個在這兩個揚聲器之間某處的虛擬聲音位置。用與頭部有關的傳遞函數HRTF可以達到精確得多的定位。為了獲得這個結果，音頻處理單元102可以包括一個將HRTF應用於輸入音頻信號i的濾波器140，以得到輸出音頻信號o。對於第一分量，使用第一HRTF。它表示聲音怎樣從一個處於虛擬聲源位置處的真實聲源傳播到用戶200的第一耳朵，而在他戴著耳機的情況下，這個耳朵主要由耳機的第一揚聲器160激勵。輸入信號i由濾波器140用第一HRTF濾波，以得到第一分量。為了得到第二分量，輸入信號i被用第二HRTF濾波。用於所有虛擬聲源位置的各HRTF可以存儲在第二存儲器142內。
HRTF的一個例子示於圖7。例如，可以用HRTF內的導致音頻信號o具有在fp附近的頻率範圍內能量較少這一特徵的凹陷(pinnanotch)的頻率fp來模擬一個虛擬聲源的升高。更多信息可以參見P.J.Bloom的「Creating source elevation illusions by spectralManipulation(通過譜操作產生源升高幻覺)」(Journal of the audioengineering society，v.25，September 1977，pp.560-565)。關於用耳機給出虛擬聲源的信息可以參見專利WO 0149066。更詳細的有關用HRTF來模擬虛擬聲源的信息可參見F.L.Wightman和D.J.Kistler的「Headphone simulation of free field listening.IStimulussynthesis(自由聲揚收聽的耳機模擬I激勵合成)」(Journal of theacoustical society of America 85 no.2，Feb.1989，pp.858-867)。怎樣在給出固定數量的所測量的HRTF的情況下對於一個特定或一般用戶內插各中間位置的各HRTF可以參見L.W.P.Biscainho等人的「Usinginter-positional transfer functions in 3D sound(將位置間的傳遞函數用於三維聲音)」(Proceedings IEEE International Conference onAcoustics，Speech，and Signal Processing，Orlando，USA，2002，vol.II，pp.1961-1964)。
可以存在選擇裝置117，其被安排成允許數據變量p的第一組值用音頻信號o的第一類型b(例如深低音)表示而數據變量p的第二組值用該音頻信號的第二類型ch(例如鐘聲)表示。選擇裝置117可以形成例如內部音頻源116的一部分，或者它們可以被合併入音頻處理單元102。選擇裝置117還可以包括一個語音產生器118，其被安排成通過在虛擬聲源222的位置處產生數據變量p的值的語音信號來改變音頻信號的類型。例如，在空間內與數據變量p的基本上等於7的值相應的位置處產生與英語詞「seven(7)」相應的聲音。
圖2示出了在用戶200的頭部周圍延伸的與數字數據變量p的各值相應的虛擬聲源位置的軌跡202。例如，第一映射M1將測量設備204(例如汽車的速度表)的刻度210上的各值映射到軌跡202。這個映射可以例如使得刻度210上的角與軌跡202上的角成正比，或者可以包括一個映射到一個非圓形軌跡的非線性角映射函數。例如第一位置216(在這個例子中表示30公裡/小時)定位在離用戶200的頭頂50度處，第二位置218(表示40公裡/小時)定位在離頭頂40度處，第三位置219(表示50公裡/小時)定位在離頭頂30度處，等等。然而，如果用戶200認為30公裡/小時到40公裡/小時之間的差別不如40公裡/小時到50公裡/小時之間的差別那樣重要，他就可以將映射設計成第一位置216與第二位置218之間為5度，而第二位置218與第三位置219之間為15度。或者，他還可以規定一個映射，其中在他基本上用所希望的速度駕駛時沒有聲音，而只用音頻表示太低或太高的速度。第二映射M2可以例如映射溫度計234的溫度。在軌跡202上，第一值206可以例如與在第一位置216處的像吉他的聲音相應，而第二值208可以與在第二位置218處的鐘聲相應。映射單元132可以被安排成使得只是一部分刻度210(例如只是低速度)被映射到軌跡202。臨界速度(例如120公裡/小時)以下的速度可以以較小的角度間隔映射到軌跡202的一個較小的部分，而120公裡/小時以上的速度可以以較大的角度間隔映射。甚至可以漏掉刻度210的一些部分。用戶200可以將軌跡202置於三維空間中他喜歡的任何地方。例如，他可能更喜歡讓軌跡在水平面內圍著他，因為這對於他來說更為自然，或者因為這樣他可以更為容易地判斷速度差別。在音頻處理單元102的一個變型中，只用HRTF確定方位角，而虛擬聲源222的高度用對音頻信號o的音調修改來模擬。箭頭220指示聽到虛擬聲源222的位置或方向，其是一種虛擬的指針。由於例如音頻處理或用戶200的定位能力的限制，就術語的含義而言，包括在空間內的一個位置應該包含虛擬聲源似乎並沒有精確地位於一個明確定義的空間點、而是位於空間的一個小區域252內的情況。
圖3示出了可以怎樣將標稱值映射到空間的備區域。例如，測量設備325可以輸出冷C、溫T和暖W的三個標稱值中的一個。用第三映射M3以分別處在第一區域302、第二區域304和第三區域306的虛擬聲源來表示它們。將一個虛擬聲源分配到一個區域可以通過將它分配到這個區域內的一個位置330(例如這個區域的中心)來實現。如果在標稱值之間有一個次序(如在溫度的情況下)，映射可以遵循一個有次序的路徑315。這可以是通過可用區域302、304等等的任何路徑，例如為之字形路徑、螺旋形路徑、分形(fractal)路徑等。
或者，由計算機320接收到的電子郵件可以具有諸如「緊急」、「公司電子郵件」之類的屬性。這些屬性也可以用第四映射M4映射到這些區域。計算機320也可以通過映射它們的標稱值來呈現某些命令或告警信號。
如果將區域302、308…用作列，例如第一列由第二區域304和第三區域306組成，第二列由第一區域302和第四區域308組成等等，就可以實現其它映射。例如，當在一個超級市場內購物時，這些列可以表示要購買的產品的類型，或者在工作環境內，它們可以表示各種日常工作。例如，在第三區域306內的每小時一個聲音可以指示在第一列內還留下兩個日常工作，表示要發送的電子郵件。第一區域302的聲音可以指示今天只要給一個人打電話。
圖4示意性地示出了具有多個深度的曲線的第二軌跡400。音頻信號o的幅度可以用來模擬深度，但也可以用其它特徵來模擬深度，諸如添加的混響(reverberation)之類。這種第二曲線軌跡400在數據變量對用戶200具有某種重要性時(例如一個電子郵件從普通改變為緊急時)是有益的。
圖5a示出了如何同時呈現數據變量p的第一和第二實例，例如第一數據變量p1是時間而第二數據變量p2是走過的距離。為了避免用戶200混淆不同的數據變量表示，可以例如在用戶200的右邊呈現第三軌跡500，並且可以例如在左邊呈現第四軌跡510。如果兩條軌跡的虛擬聲源發出類似的音響聲音，這就特別重要。兩個聲音可以在相同時刻或在時間上交織地發出。兩個聲音還可以遍歷同一條軌跡，例如第一曲線軌跡202，只要它們聽起來是不同的。優選的是它們在不同的時刻發出。
圖5b示出了怎樣可以同時呈現兩條與不同的數據變量p相應的軌跡的另一個例子。所述軌跡可以錯綜交叉，只要不同的音響聲音被用於它們的虛擬聲源。第一數據變量p1的各值在三維區域520、522、524等之內表示(如點線所示)，而第二數據變量p2的各值在三維區域540、542、544等之內表示(如虛線所示)。
一個被安排成提供輸入音頻信號i的音頻源114、116，一個數據變量p的源104、124，聲音產生設備112，以及用音頻信號o呈現數據的數據表示設備100，可以一起形成一個單獨的系統。它的各部件可以用不同的可能物理組合實現，這取決於系統是可攜式的還是安裝在一個房間或汽車內。信號連接可以用任何已知的技術以有線或無線實現。可以存在一個頭部跟蹤器來跟蹤用戶200的頭部的取向，以允許音頻處理單元為一個新的取向重新選擇一個HRTF，從而使得虛擬聲源222似乎在空間內是靜止的。如果用耳機作為聲音產生設備，則為了安全，可以將它們安排成部分地通過來自環境的聲音。數據表示設備可以體現在諸如行動電話、可攜式計算機、可攜式音頻播放機、家用計算機、汽車收音機、電視機之類的不同類型的設備內。
應該指出的是，以上所提到的實施例只是例示而不是限制本發明，熟悉該技術的人員在不背離權利要求書給出的本發明的專利保護範圍的情況下能夠設計出一些可替代的方案。除了如在權利要求書中所組合的本發明的元件組合之外，本發明涵蓋了如熟悉該技術的人員所理解的在本發明的專利保護範圍內的所有其它元件組合。任何元件組合都可以用單個專用元件實現。權利要求內的任何括入括號的附圖標記並不是要限制這個權利要求。詞語「包括」並不排除還存在沒有列在權利要求內的元件或特徵。元件前面的詞語「一個」並不排除存在多個這樣的元件。
本發明可以用硬體或用在計算機上運行的、並且以前存儲在一個數據載體上或通過一個信號傳輸系統發送的軟體實現。
權利要求
1.用一個音頻信號表示數據的數據表示設備，所述數據表示設備包括一個音頻處理單元，該音頻處理單元被安排成提供具有取決於一個能具有第一值和第二值的無位置數據變量的特徵的音頻信號，其特徵在於所述數據表示設備包括一個映射單元，該映射單元被安排成將數據變量的第一值映射到三維空間內的第一位置，而將數據變量的第二值映射到三維空間內的第二位置；以及所述音頻處理單元被安排成改變所述特徵，使得對於聽取該音頻信號的用戶來說，該音頻信號對於具有第一值的該數據變量像是來源自第一位置，而對於具有第二值的該數據變量像是來源自第二位置。
2.如在權利要求1中所要求的數據表示設備，其中所述音頻處理單元包括一個濾波器，用來將與頭部有關的傳遞函數應用於一個輸入音頻信號，以得到像是分別來源自第一位置或第二位置的輸出音頻信號。
3.如在權利要求1中所要求的數據表示設備，所述數據表示設備還包括一個數據變量分配器，它能夠將可從來自一個測量設備的測量結果得出的數據變量提供給所述音頻處理單元。
4.如在權利要求1中所要求的數據表示設備，其中所述映射單元被安排成將由數據變量的各標稱值構成的集合映射到三維空間的各預定區域。
5.如在權利要求1中所要求的數據表示設備，其中所述映射單元被安排成由將數據變量的各數字值構成的集合映射到三維空間內的一條曲線軌跡。
6.如在權利要求1中所要求的數據表示設備，其中所述數據表示設備還包括規定裝置，該規定裝置被安排成允許為所述映射單元規定一個優選映射。
7.如在權利要求1中所要求的數據表示設備，其中還存在選擇裝置，該選擇裝置被安排成允許用第一種音頻信號表示第一組數據變量值，而用第二種音頻信號表示第二組數據變量值。
8.一種用一個音頻信號表示數據的系統，所述系統包括一個音頻源，該音頻源被安排成提供一個輸入音頻信號；一個數據變量源，所述數據變量能具有第一值和第二值；一個聲音產生設備；以及一個用該音頻信號表示數據的數據表示設備，所述數據表示設備包括一個音頻處理單元，該音頻處理單元被安排成將具有取決於該數據變量的特徵的音頻信號提供給該聲音產生設備，其特徵在於所述數據表示設備還包括一個映射單元，該映射單元被安排成用一個映射將該數據變量的第一值映射到三維空間內的第一位置，而將該數據變量的第二值映射到三維空間內的第二位置；以及所述音頻處理單元被安排成改變所述特徵，使得對於聽取該音頻信號的用戶來說，該音頻信號對於具有第一值的該數據變量像是來源自第一位置，而對於具有第二值的該數據變量像是來源自第二位置。
9.一種用一個音頻信號表示數據的方法，所述方法包括一個音頻處理步驟，該音頻處理步驟提供具有取決於一個能具有第一值和第二值的數據變量的特徵的音頻信號，其特徵在於實施一個映射，以將該數據變量的第一值映射到三維空間內的第一位置，而將該數據變量的第二值映射到三維空間內的第二位置；以及所述音頻處理步驟改變所述特徵，使得對於聽取該音頻信號的用戶來說，該音頻信號對於具有第一值的該數據變量像是來源自第一位置，而對於具有第二值的該數據變量像是來源自第二位置。
10.一種由一個處理器執行的電腦程式，所述電腦程式使該處理器執行權利要求9所述的方法。
11.一種存儲權利要求10所述的電腦程式的數據載體。
全文摘要
用一個音頻信號(o)表示數據的數據表示設備(100)含有一個音頻處理單元(102)，其被安排成提供具有取決於一個能具有第一值(206)和第二值(208)的無位置數據變量(p)的特徵(C)的音頻信號(o)，這種數據表示設備(100)包括一個映射單元(132)，其被安排成用一個映射將數據變量(p)的第一值(206)映射到三維空間內的第一位置(216)，而將數據變量(p)的第二值(208)映射到三維空間內的第二位置(218)，並且該音頻處理單元(102)被安排成改變所述特徵(C)，使得對於聽取該音頻信號(o)的用戶(200)來說，該音頻信號(o)對於具有第一值(206)的數據變量(p)像是來自第一位置(216)，而對於具有第二值(208)的數據變量(p)像是來自第二位置(218)。還描述了一種含有這樣一個數據表示設備(100)以及一個數據源、一個音樂源和一個聲音產生設備的系統及其所用的方法。
文檔編號H04S1/00GK1714598SQ200380103613
公開日2005年12月28日 申請日期2003年11月13日 優先權日2002年11月20日
發明者M·J·W·梅坦斯, D·W·E·肖本, R·M·亞爾特斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司