揚聲器位置的估計的製作方法

2023-09-21 20:12:50

專利名稱：揚聲器位置的估計的製作方法
技術領域：
本發明涉及揚聲器位置的估計，且特別但並非排他性地，涉及在消費性環繞聲系統中對揚聲器位置的估計。
背景技術：
聲系統變得越來越先進、複雜和多變。舉例而言，多通道空間音頻系統，諸如五個或七個通道的家庭影院系統，變得流行起來。但是，在這種系統中，聲品質，且特別是空間使用者體驗，取決於聽音位置與揚聲器位置之間的關係。在許多系統中，聲音再現基於假設的相對揚聲器位置，且系統典型地設計成在被稱作甜點(sweet spot)的相對較小區域中提供高品質空間體驗。因此，系統通常假設揚聲器定位成使得它們在具體標稱聽音位置提供甜點ο但是，由於實際應用環境的約束，理想的揚聲器位置設置在實踐中常常是無法複製的。實際上，由於常常認為揚聲器是必需的而不是期望的設計特徵，使用者(諸如，私人消費者)通常青睞在選擇揚聲器數量和位置方面的高度靈活性。舉例而言，在典型起居室中，常常不能或不期望(例如，由於美觀原因)將大量揚聲器定位於導致最佳性能的位置。已將某些音頻系統發展成包括手動校準功能和補償變化的揚聲器位置的功能。舉例而言，許多家庭影院系統包括用於手動設置每個通道的相對信號水平和延遲的器件(例如，通過手動地指示到揚聲器的距離)。但是對於典型使用者而言，個別參數的這種手動設置傾向於相當麻煩且是不實用的。而且，其傾向於不提供最佳性能，因為能設置的參數是相對有限的(而對於許多非專業人士而言仍是迷惑的)。還提出，基於在校準過程中將麥克風放置於聽音位置來執行半自動化的自動過程。音頻系統然後可優化每個通道的信號路徑的各種特徵，以提供在麥克風位置處優化的聲音。但是，儘管這個過程可改進音頻品質，但是其提供相對有限的靈活性，因為優化僅基於麥克風所提供的信息，因此受限於一個聽音位置以及影響麥克風所俘獲的聲音的參數的適配。舉例而言，其並不提供能用於優化該系統的任何直接空間信息。這種音頻系統包括基於相對於聽音位置或區域的實際揚聲器位置來優化音頻信號處理的功能。舉例而言，已提出自動地來優化信號處理以向消費者提供任何揚聲器配置的優化的空間聲音再現。但是，為了優化這種靈活系統中的聲音再現，需要確定揚聲器位置且優選地還需要確定聽音位置和使用者的方位。還提出能基於揚聲器輸出的聲學測量來自動確定揚聲器位置。具體而言，提出了揚聲器的相對位置可通過麥克風與每個揚聲器的協同定位來確定，且於是每個麥克風依次播放校準信號(校準信號由其它揚聲器的麥克風拾取)。通過從所俘獲的信號確定從每個個別揚聲器到所有其它揚聲器的不同傳播延遲，能估計揚聲器設置的幾何布局。但是，這種方案具有某些相關聯的缺點。舉例而言，需要每個揚聲器的額外硬體 (麥克風)，由此增加了成本且限制了對於其中這種麥克風提供有揚聲器的系統的使用。而且，其需要在中央單元與揚聲器中的每一個之間的通信，從而進一步提高了複雜性和成本。 此外，對房間中的聲幹擾的敏感性相當高。舉例而言，除了揚聲器之外的其它聲源或阻擋從揚聲器到麥克風的直接路徑的物體可使得該方案顯著地降級。而且，該方法需要播放校準信號，這意味著校準過程是明顯的且可能會令使用者感到厭煩。而且，為了確定聽音位置， 需要將額外麥克風定位於聽音位置。已經提出的另一方案是基於射頻(無線電頻率)的定位方法，諸如RFID (射頻識另IJ)和超寬帶(UWB)。這些方法使用附連到待定位物體上的標籤。標籤發出低功率RF信號， 低功率RF信號由多個0= RF傳感器進行檢測，之後，由三角形化(triangularization)來確定相對位置。但是這種方案也具有某些相關聯的缺點。特別地，待定位的每個物體需要加上標籤，需要多個傳感器且需要在整個房間中空間地分配多個傳感器，且室內準確度常常相對較低且不足以使得音頻系統適應揚聲器配置。而且，該方案相對昂貴，因為相關聯技術的成本相對較高。而且，大部分當前提出的方案的常見問題在於，它們並不易於從確定揚聲器位置擴展到確定聽者位置。舉例而言，不便於將RFID傳感器放置於聽音位置。因此，一種用於估計揚聲器位置的改進系統將是有利的，且特別地，一種允許提高的靈活性、改進的音頻品質、降低的成本、便利的操作、便利的實施、改進的使用者體驗、改進的空間感知和/或改進的性能的系統將是有利的。

發明內容
因此，本發明設法優選地以單獨方式或以任何組合方式來減輕，緩解或消除上文所提到的缺點中的一個或多個。根據本發明的一方面，提供用於確定揚聲器位置估計的系統，該系統包括用於確定使用者移動單元的運動數據的器件，運動數據表徵使用者可移動單元的移動；以及用於接收使用者激活的使用者輸入，使用者激活指示在接收到使用者激活被接收時使用者可移動單元的當前位置和方位中的至少一個與揚聲器位置相關聯；以及，分析器件，其響應於運動數據和使用者激活來生成揚聲器位置估計。本發明可允許揚聲器位置的有效估計。特別地，能實現相對較高的準確度，同時維持很低的複雜性和/或使用者友好的方案。該方案可在許多不同的情形中使用且適用於許多不同的揚聲器設置和音頻環境。該方案可特別適合於消費品市場，因為其允許基於易於由非專業者所執行的簡單操作和測量過程而進行可靠的揚聲器位置確定。本發明可允許低成本的方案，且特別地避免了對單獨測量設備(與所有個別揚聲器協同地定位或建置到所有個別揚聲器內)的需要。實際上，該方案可完全獨立於所用的任何具體揚聲器。實際上，可估計揚聲器的位置而完全不對任何揚聲器進行定位，且該方案例如可用於在實際安裝揚聲器之前預先校準系統。而且，該系統並不需要在這些揚聲器中的任何揚聲器與估計功能之間進行任何通信交換。實際上，在許多實施例中，與揚聲器位置估計相關聯的數據的任何通信限於來自使用者移動單元的數據的通信。該方案可在許多情形下提供對給定聽音位置的、改進的揚聲器的相對位置的直接評定，且並不依靠更複雜、不準確或易於出現誤差的估計的間接算法(諸如三角形化或最小二乘估計算法。而且，該方案無需任何直接視線，且可對幹擾(諸如無線電幹擾或音頻幹擾)不敏感。而且，能實現低成本實施方式，且特別地該方案可允許揚聲器位置估計基於來自低成本運動傳感器技術(諸如低成本MEMS (微機電系統)運動傳感器)的數據來進行。可移動的單元的方位可包括可移動的單元的相對或絕對方向的任何指示，和/或可移動單元繞任何物理或分析軸線旋轉的任何指示。使用者可移動單元的位置和方位可包括使用者移動單元的相對或絕對位置、對準、方向、旋轉、角度或姿態的任何指示。運動數據可例如由使用者可移動單元中的一個或多個運動傳感器生成。在某些實施例中，用於確定運動數據的器件可包括於使用者可移動單元中。在某些實施例中，使用者輸入可包括於使用者可移動單元中。在某些實施例中，分析器件可部分地或完全地包括於使用者可移動單元中。揚聲器位置估計可用於修改來自揚聲器位置的聲音所呈現或展現的特徵。舉例而言，揚聲器位置可與多通道空間聲系統(諸如環繞聲系統)的揚聲器相關聯。揚聲器位置估計可對應於空間通道揚聲器，該空間通道揚聲器展現多通道信號的個別通道的信號。該系統可包括用於響應於所估計的揚聲器位置來修改來自與所估計的揚聲器位置相關聯的揚聲器的多通道信號的展現特徵的器件。準確的揚聲器位置估計的使用提供更大的靈活性和更大的用於優化多通道信號展現的範圍。根據本發明的可選特徵，分析器件被布置成響應於運動數據來確定指示使用者可移動單元方位的方位數據。這可在許多情形下提供改進的估計和/或便利的操作。該方位可包括使用者可移動單元的角度、方向和/或旋轉。根據本發明的可選特徵，該分析器件被布置成響應於使用者激活的方位數據，對於多個使用者激活中的每一個，估計從一定位置到揚聲器的方向；以及響應於這些方向來確定揚聲器位置估計。這可在許多情形下提供改進的估計和/或便利的操作。特別地，該方向可由相對於參考方向的角度來表示。參考方向可對應於朝向揚聲器設置的對稱中心點的方向，和/ 或對應於預定的空間聲音感知角度，諸如在聽者正前方的角度。該位置可為在三維、二維或甚至一維空間中的任何位置。在許多應用中該位置為聽音位置。該位置可為對應於在接收一個或多個使用者激活時使用者可移動單元位置的位置，或者該位置可例如從這些位置來確定(例如，作為平均)。根據本發明的可選特徵，分析器件被布置成響應於從該位置到每個揚聲器位置的預定距離估計來確定揚聲器位置估計。這可允許便利的揚聲器位置估計過程，同時提供對於許多情形、應用和揚聲器設置而言充分準確的結果。該預定距離對於所有揚聲器而言可相同，或對於不同的揚聲器而言可不同。預定距離可為固定距離，例如在設計階段設置或由使用者手動輸入。因此，預定距離可為任何非測量的距離。根據本發明的可選特徵，分析器件被布置成響應於運動數據來確定指示可移動單元位置的位置數據。此可在許多情形下提供改進的估計和/或便利的操作。該方位可包括使用者可移動單元的角度、方向和/或旋轉。可例如從移動數據生成位置數據。例如，加速度數據可積分兩次以提供位置數據。可確定與使用者激活相關聯的使用者移動單元的位置。該位置可確定為絕對或相對位置(例如相對於聽音位置的相對位置)。根據本發明的可選特徵，該分析器件被布置成響應於與使用者激活相關聯的位置數據，對於多個使用者激活中每一個，估計使用者可移動單元的相對位置；且響應於相對位置來確定揚聲器位置估計。這可提供低複雜性估計過程，同時提供非常適合於優化所展現的聲音的估計。根據本發明的可選特徵，假設每個相對位置對應於揚聲器位置來確定揚聲器位置估計。這可在許多情形下提供改進的估計和/或便利的操作。特別地，其可允許對來自所估計位置處的揚聲器所展現的聲音進行改進的優化。根據本發明的可選特徵，使用者輸入被布置成接收參考使用者激活(reference user activation)，參考使用者激活指示使用者可移動單元的當前位置或方位與聽音位置參考相關聯，以及該分析器件被布置成響應於參考使用者激活來確定參考位置或方位，以及響應於參考位置或方位來確定揚聲器位置估計。這可允許對來自於所估計的揚聲器位置的聲音的呈現進行改進的優化，且可特別地允許對具體的、使用者可選擇/可限定的聽音位置進行優化。根據本發明的可選特徵，分析器件被布置成相對於聽音位置來確定揚聲器位置估計。這可便於和/或改進估計；和/或便於和/或改進對來自所估計的揚聲器位置的聲音的呈現進行優化。根據本發明的可選特徵，使用者輸入被布置成接收指示揚聲器位置未被使用的使用者輸入；以及分析器件被布置成將相對應的揚聲器位置指定為未被使用。這可提供高度靈活性和/或改進的適應性，同時允許簡單且使用者友好的校準過程。特別地，聲音的呈現可與所用揚聲器的準確數量和估計位置相適應。根據本發明的可選特徵，使用者可移動的單元為手持裝置。這可提供高度靈活且使用者友好的方案，且可特別有利於消費品市場。手持裝置可具體地為遙控器。遙控器可為能控制使用者裝置的遙控器。具體而言，遙控器可為用於揚聲器驅動單元以驅動與所估計是揚聲器位置相關聯的揚聲器的遙控器(諸如放大器)。 因此，該方案可允許將用於控制聲系統的標準遙控器也用於揚聲器位置的準確校準。根據本發明的可選特徵，使用者可移動單元被布置成在使用者激活時，確定使用者可移動單元的位置估計和方位估計中的至少一個；並且使用者可移動單元還包括用於將位置估計和方位估計中的至少一個傳送到遠程單元的器件。這可在許多實施例中提供有效方案，且可特別地減少了從使用者可移動單元傳送的數據量，從而減少電池使用等。使用者可移動單元可特別地無需傳送原始運動數據或表徵個別使用者激活的數據。根據本發明的可選特徵，使用者可移動單元包括運動檢測傳感器且確定器件被布置成響應於來自運動檢測傳感器的數據來確定運動數據，該運動檢測傳感器包括下列中的至少一個陀螺儀；加速度計；以及磁力計。這可提供改進的和/或便利的操作或複雜性/成本。根據本發明的可選特徵，該系統還包括用於使得聲信號從待估計的第一揚聲器位置輻射的器件；以及用於將一定時間間隔內所接收的使用者激活與所述第一揚聲器位置聯繫起來的器件，其中該一定時間間隔與所述聲輻射相關聯。這可輔助使用者執行準確校準。根據本發明的一方面，提供一種用於確定揚聲器位置估計的方法，該方法包括確定使用者可移動單元的運動數據，運動數據表徵使用者可移動單元的移動，以及接收使用者激活，使用者激活指示在使用者激活被接收時使用者可移動單元的當前位置和方位中的至少一個與揚聲器位置相關聯；以及響應於運動數據和使用者激活來生成揚聲器位置估計。參考下文描述的實施例，本發明的這些和其它方面、特徵和優點將會顯然並被闡明。


現將參考附圖僅以舉例說明的方式來描述本發明，在附圖中 圖1示出常規五通道環繞聲系統中的揚聲器系統設置；
圖2示出根據本發明的某些實施例用於估計揚聲器位置的系統的元件的實例。圖3示出根據本發明的某些實施例包括用於估計揚聲器位置的系統的元件的遙控器的實例。圖4示出根據本發明的某些實施例包括用於估計揚聲器位置的系統的元件的遙控器使用的實例。圖5示出根據本發明的某些實施例包括用於估計揚聲器位置的系統的元件的遙控器使用的實例；以及
圖6示出根據本發明的某些實施例包括用於估計揚聲器位置的系統的元件的遙控器使用的實例。
具體實施例方式下文的描述集中於適用於家庭影院環繞聲系統中揚聲器位置估計的本發明的實施例。但應了解本發明並不限於這種應用而是可應用於許多其它聲系統中的揚聲器位置估計。圖1示出在諸如家庭影院系統中的常規五通道環繞聲系統中的揚聲器系統設置。 該系統包括中央揚聲器101，其提供中央前通道；左前揚聲器103，其提供左前通道；右前揚聲器105，其提供右前通道；左後揚聲器107，其提供左後通道；右後揚聲器109，其提供右後通道。五個揚聲器101-109 —起提供在聽音位置111的空間聲體驗且允許在此位置的聽者經歷環繞和沉浸式聲體驗。在許多家庭影院系統中，該系統還提供用於低頻效果(LFE) 通道的子低音揚聲器(subwoofer )。但是，在實際情形中，常常不能或不方便將揚聲器定位於理想位置。的確，在實際系統中，揚聲器的實際位置可能會很顯著地不同。這可對在聽音位置的聲音感知具有很顯著的影響，且特別地可能會顯著地影響到空間感知。為了補償揚聲器變化，該聲系統可包括具體地適應實際揚聲器位置的補償。但是，這種方案取決於對揚聲器位置的準確估計以便提供適當補償。圖2示出根據本發明的某些實施例用於估計揚聲器位置的系統。該系統基於在使用者可移動單元中使用運動傳感器來提供運動數據。該系統還接收使用者激活，諸如鍵按壓，其指示使用者可移動單元的當前位置或方位與揚聲器位置聯繫起來，即，其提供揚聲器位置的指示。舉例而言，當使用者可移動單元指向揚聲器之一或者在揚聲器之一頂部上時可按壓按鈕。該系統然後從移動數據和使用者激活來計算揚聲器位置。舉例而言，使用者可移動單元可位於揚聲器位置或者可在接收到使用者激活時指向揚聲器位置。於是可在此瞬間直接計算使用者可移動單元的方向或位置，且可用作揚聲器位置的指示(或者實際上可直接用作揚聲器位置)。具體而言，在該系統中，運動傳感器集成於小型手持裝置(例如，家庭影院系統的遙控器)中，且這些傳感器用於確定揚聲器相對於聽音位置的位置，以及使用者相對於揚聲器設置的方位。具體而言，指導使用者循序地將使用者可移動單元從他的聽音位置指向揚聲器或將使用者可移動單元定位成緊鄰揚聲器或者在揚聲器頂部上。這些確定的揚聲器位置(和可選地聽音位置和/或使用者方位)然後用於優化揚聲器系統的空間聲再現，這例如通過採用音頻信號的合適的再映射來進行。在圖2的實例中，使用者可移動單元包括第一運動傳感器單元201和第二運動傳感器單元203，第一運動傳感器單元201和第二運動傳感器單元203生成表徵使用者可移動單元的移動的運動數據。應了解，在其它實施例中可使用更少或更多的傳感器。運動傳感器201、203中每一個可具體地包括一個或多個MEMS傳感器，諸如陀螺儀、加速度計或磁力計。多種MEMS運動傳感器是可用的且傾向於較小、低複雜性和低成本，從而使得它們幾乎適用於包括很小的、低成本可攜式裝置的任何裝置中。而且，這種傳感器的準確度相對較高且持續地改進。存在不同類型的MEMS傳感器，包括
加速度計，其測量在1維、2維或3維的線性加速度。·陀螺儀，其測量在1維、2維或3維中改變的角速率。·磁力計，其測量相對於磁北的角方位。第一運動傳感器單元201和第二運動傳感器單元203耦接到移動處理器205，移動處理器205接收所生成的傳感器數據。移動處理器205還耦接到分析處理器，向分析處理器饋送從傳感器單元201、203所導出或接收到的運動數據。此外，該系統包括使用者界面207，使用者界面207被布置成從使用者接收輸入。 使用者界面可例如包括可由使用者按壓的一個或多個鍵或按鈕。使用者界面207耦接到使用者處理器209，使用者處理器209被布置成檢測是否接收到任何使用者輸入。具體而言， 使用者處理器209可檢測使用者是否按壓了鍵或按鈕。使用者處理器209還耦接到分析處理器211，每當檢測到使用者輸入時，向分析處理器211提供使用者激活的指示。具體而言，每當使用者按壓健或按鈕時，使用者處理器209生成使用者激活指示且將其饋送到分析處理器211。分析處理器211被布置成基於所接收的運動數據和使用者激活來估計一個或多個揚聲器位置。舉例而言，分析處理器211可持續地估計使用者可移動單元的位置且可在接收到使用者激活時俘獲當前位置。其然後可直接使用此位置以作為估計的揚聲器位置。 作為另一實例，該分析處理器211可持續地檢測使用者可移動單元的方向且可在接收到使用者激活時俘獲當前方向。分析處理器211然後可繼續基於該方向和例如到揚聲器位置的預定的固定假設距離來估計相對於使用者可移動單元的當前位置(其可假設處在聽音位置111)的揚聲器位置。在該實例中，分析處理器211耦接到音頻系統控制器213，音頻系統控制器213被布置成控制音頻系統的操作，音頻系統從與揚聲器位置相關聯的揚聲器呈現音頻。該音頻系統可例如為驅動與所估計的揚聲器位置(假設位於此處)相關聯的一組揚聲器的家庭影院放大器。音頻系統控制器213可控制音頻系統的操作使得其適應音頻系統的揚聲器的具體估計位置。舉例而言，每個揚聲器的延遲和/或水平可根據從揚聲器到聽音位置的估計距離來設置。而且，由於每個揚聲器的確切的估計位置是已知的，可使用顯著更複雜更靈活的適配。舉例而言，音頻系統控制器213可確定出揚聲器中的一個或多個更可能使得空間體驗降級而不是增強空間體驗且可相應地使此不能用。該音頻系統然後可對於不使用相對應的預期揚聲器位置的情形進行優化。舉例而言，如果環繞揚聲器太靠近聽音位置，其可能被禁用。作為另一實例，可使用估計揚聲器位置以通過提供不同音頻通道在具體揚聲器上的靈活分配來提供增強的空間信號。舉例而言，揚聲器位置估計可指示前左揚聲器103和右前揚聲器105定位成很靠近中央揚聲器101，而左環繞揚聲器105和右環繞揚聲器107定位到聽者的側部而不是聽者後方(例如，因為聽音位置對應於抵靠後牆放置的沙發，從而防止向後環繞揚聲器)。在此情況下，傳統環繞系統將提供相對壓縮的空間體驗。但是，基於揚聲器位置估計，音頻系統控制器213可控制家庭影院放大器以使得左前通道通過前左揚聲器103和左環繞揚聲器107。這可提供在左前揚聲器103與左環繞揚聲器107之間的左前通道的感知位置，且確切位置可由左前通道在兩個揚聲器上的確切分配來調整。相同的方案可應用於右前通道，從而提供改進且增強的空間體驗。應了解揚聲器位置估計的使用並不限於音頻系統操作的適配或優化。舉例而言， 在某些實施例中，該系統可評估所確定的揚聲器位置是否滿足合適的標準集合，且如果並非如此，可提供使用者指示。舉例而言，該系統可檢測認為太靠近聽音位置的任何揚聲器且可指示出其應當進一步遠離，或者例如可檢測這樣的揚聲器設置，即該揚聲器設置並不充分對稱以提供合適的空間聲體驗，且可相對應地指示出揚聲器應移動以提供合適的空間聲體驗。圖2的功能可自由地分配於該系統中。通常，第一運動傳感器單元201和第二運動傳感器單元203位於使用者可移動單元中，移動處理器205典型地也為這種情況。因此，基本原始運動數據通常在使用者可移動單元中生成。
使用者界面207和使用者處理器209可在許多實施例中也包含於使用者可移動單元中，因為這可在許多情形下提供實際使用者體驗。舉例而言，該使用者可移動該使用者可移動單元使得其表示或指示揚聲器位置，且然後可簡單地按壓在使用者可移動單元上的按鈕來指示這種情況。但是，在某些實施例中，使用者界面207和使用者處理器209可不為使用者可移動單元的一部分，而是可為另一裝置的一部分。舉例而言，在某些實施例中，使用者界面207和使用者處理器209可包含於驅動該揚聲器的音頻系統中，例如，其可為家庭影院放大器的一部分。分析處理器211可在某些實施例中完全包含於使用者可移動單元中，在其它實施例中，其可整個在使用者可移動單元外部且在另外的實施例中其可部分地實施於使用者可移動單元中。舉例而言，在某些實施例中，使用者可移動單元可僅包括第一運動傳感器單元201 和第二運動傳感器單元203，且移動處理器205可包括用於將原始運動數據例如傳送到音頻系統放大器的通信功能。音頻系統放大器可接收原始運動數據且可包括使用者界面207 和使用者處理器209以及分析處理器211。因此，每當在音頻系統放大器上按壓按鈕時，其繼續確定如由使用者可移動單元的運動數據所指示的相對應揚聲器位置的數據。這種實施例的優點在於，其可允許很簡單且低複雜性的使用者可移動單元。在類似實施例中，使用者可移動單元可包括使用者界面207和使用者處理器209， 但每當接收到使用者激活時使用者界面207和使用者處理器209可簡單地通信。因此，在此實例中，使用者處理器209可包括用於將使用者輸入數據例如傳送到音頻系統放大器的通信功能。該音頻系統放大器可實施分析處理器211，分析處理器211基於原始運動數據和使用者激活來確定揚聲器位置估計。這種實施方式的優點在於，其可導致低複雜性的使用者可移動單元，且特別地其並不需要任何計算資源以可用於使用者可移動單元中。作為另一實例，分析處理器211可完全實施於使用者可移動單元中，使得使用者可移動單元本身計算揚聲器位置估計，然後可將揚聲器位置估計例如傳送到音頻系統放大器。這可顯著地降低使用者可移動單元的通信要求，且可允許使用者可移動單元例如結合現有放大器(該現有放大器能將性能調適到具體揚聲器位置)進行使用，但其本身並不具有估計位置的功能。應了解，許多其它實施方式和變型也是可能的。舉例而言，在某些情形下，使用者可移動單元本身可計算與每個使用者激活相關聯的方向且可將此信息傳送給音頻系統放大器，音頻系統放大器然後繼續根據所提供的方向來確定揚聲器位置。因此，在此實施方式中，分析處理器211將分配於使用者可移動單元和音頻系統放大器上。應了解在此實例中， 僅需要傳送方向(例如，既不需要傳送原始運動數據也不需要傳送使用者激活)。因此，在許多情形下，這種中間方案可提供例如在計算資源要求與通信資源要求之間的有利權衡。 應了解，相同的方案能便於用於使用者可移動單元的與使用者激活相關的位置。在下文中，將提供各種實例，其中使用者可移動單元為手持裝置且具體地為遙控器。遙控器的使用可特別有利，因為其已經包括所需功能中的某些，諸如使用者界面，通信功能和計算資源。而且，常常已經需要控制音頻系統，且因此提供額外揚聲器位置估計功能的成本可保持很低。其還是使用者友好的，因為使用者並不需要額外裝置而是能簡單地從已經提供的裝置來提供額外功能。遙控器可具體地為用於音頻系統放大器的遙控器。
作為系統操作的實例，該估計可基於在接收到使用者激活時從運動數據確定遙控器位置。舉例而言，第一傳感器201和第二傳感器203可包括加速度計，其提供由遙控器連續積分兩次的運動數據以提供遙控器的持續位置估計。然後可指導使用者來將遙控器循序地放置於系統中揚聲器的頂部且按壓按鈕。俘獲在按壓按鈕時的位置且認為該位置對應於估計的揚聲器位置。該過程可特別地相對於聽音位置來執行。舉例而言，該估計過程可由佔據聽音位置且按壓按鈕的使用者來啟動。這可重置計算位置。因此，聽音位置可為參考位置，相對於該參考位置來確定揚聲器位置。使用者然後可移動到第一揚聲器。由加速度計來追蹤該位置變化，加速度計提供加速度數據，加速度數據積分兩次以提供相對於聽音位置的位置估計。當遙控器放置於第一揚聲器頂部時，按壓按鈕且俘獲當前計算位置以用於該揚聲器。 使用者然後可繼續到下一揚聲器且按壓該按鈕，且可對於所有揚聲器重複這些操作。因此， 分析處理器211可基於用於使用者激活的位置數據為每個使用者激活來估計遙控器的相對位置。揚聲器位置估計然後從這些相對位置來確定。特別地，它們被可直接地確定，因為這些位置(即與每次使用者激活(鍵按壓)相關聯的相對位置)可假設直接對應於揚聲器位置。因此在此實例中，相對於聽音位置來確定這些位置。此聽音位置被確定為當接收到參考使用者激活時遙控器的位置，其指示遙控器位於聽音位置處。此參考使用者激活可例如為專用鍵(例如專用按鈕)按壓或者可為例如在具體時間的使用者激活，諸如校準過程的第一次使用者激活或最後使用者激活。作為一具體實例，圖3示出遙控器，對於該遙控器，限定了兩個方向X、y。遙控器可包括呈至少一個雙軸線加速度計形式的運動傳感器，雙軸線加速度計測量在遙控器x-y平面中的加速度。在此情形下，可首先指導坐在所期望的聽音位置的使用者將該遙控器指向參考方向，參考方向最自然地應為使用者正前方向(dead-front direction)，或者可為相關聯顯示器的方向，並按壓按鈕。這樣將此方向設置為參考方向。此外，其可將當前位置設置為參考位置(例如，其可重置χ軸和y軸加速度計的積分器的值)。在此具體實例中，假設使用者在整個過程中將該遙控器保持在相同方位，S卩，指導該使用者並不使遙控器繞其軸線中的任何軸線旋轉。還假設所有揚聲器和聽音位置處在相同高度。然後指導使用者帶著遙控器朝向第一揚聲器行走。可使用不同的方案來規定哪個揚聲器指示為第一，例如簡單地由規定校準順序的指導手冊來實現或者例如由遙控器上指示將要移向的下一個揚聲器的顯示器來實現。作為具體實例，該系統可布置成(僅)從位於當前估計的揚聲器位置處的揚聲器來輻射聲信號。這個信號然後可指示使用者應朝向此揚聲器行走。該系統然後將在與該聲輻射相關聯的時間間隔內所接收的使用者激活與此具體揚聲器位置聯繫起來。舉例而言， 如果在揚聲器輻射測試信號時按壓按鈕，則此按鈕按壓被認為指示遙控器位於此揚聲器頂部。該系統然後可依該順序繼續從下一揚聲器輻射聲音。當使用者走向下一揚聲器以進行估計時，遙控器軌跡由加速度計追蹤，且然後將加速度數據積分兩次以提供在χ-y平面中的當前位置。當使用者到達揚聲器的位置時，他將遙控器放置於揚聲器上且按壓按鈕。此使用者激活致使當前位置被俘獲以用於揚聲器。
然後指導使用者走向下一揚聲器，將遙控器放置於此揚聲器頂部，且再次按壓按鈕。重複這個過程直到確定了所有揚聲器位置。在這個過程結束時，所有揚聲器相對於彼此的位置以及相對於使用者的聽音位置和方位的位置均被俘獲。遙控器移動的跟蹤和位置的確定例如可基於在整個過程中隨著時間記錄的原始傳感器數據以及按鈕按壓的時刻，且然後可在完成了校準過程之後，例如由並非遙控器的另一單元來計算揚聲器位置以及遙控器的物理軌跡的運算。作為另一實例，揚聲器位置可在校準過程中從傳感器數據直接確定且僅可存儲所確定的位置本身。在該實例中，從原始加速度數據計算軌跡基本上涉及加速度計數據的二重積分。 這種方案適用於足夠準確的加速度計。但是，許多低成本的基於MEMS的加速度計可遭遇漂移問題，造成雙重積分以導致隨時間增加的不準確度。實際上，雙重積分可導致可能相對快速地增加的位置估計誤差。因此，在某些實施例中，可包括對於此漂移的補償。特別地， 每當按壓按鈕時遙控器的速度應為零的事實可用於確定和應用漂移的校正係數。因此，除了用作揚聲器在軌跡中的標記之外，按壓按鈕的瞬時也可用作參考點以校正從加速度計所記錄的數據。確定合適校正係數的具體實例可例如見於Yun等人的文章「klf-contained position tracking of human movement using small inertial/magnetic sensor modules" (2007年4月的2007 IEEE國際機器人及自動化會議)中。在該具體實例中，使用單個雙軸線加速度計且假設在該過程中遙控器總是保持在相同方位且所有揚聲器和聽音位置處在相同高度。但是，這種假設並非在所有實施例中都是適當的。因此，在某些實施例中，可允許遙控器沿著其軸線中的任何軸線的旋轉，從而得到更自然的人運動以及允許在不同高度對揚聲器進行準確的校準。這可通過增加合適的傳感器(諸如單軸線陀螺儀、雙軸線陀螺儀或三軸線陀螺儀)、測量ζ方向加速度的加速度計 (或者當然可通過用三軸線陀螺儀來替換第一實施例的雙軸線陀螺儀)和/或磁力計來實現。在某些實施例中，揚聲器位置估計並非基於當接收到使用者激活時遙控器的位置，而是基於在此時的遙控器方位。具體而言，可基於當接收到使用者激活時遙控器的方向來估計揚聲器位置。具體而言，該系統可估計當按壓按鈕時從一定位置朝向揚聲器的方向。該位置可具體地為聽音位置且該方向可為遙控器的合適軸線的方向。舉例而言，使用者可佔據聽音位置且將遙控器瞄準揚聲器的方向。當使用者按壓該按鈕時，從運動數據來確定遙控器的當前方位。舉例而言，遙控器的X軸線的方向可相對於參考方向來確定。參考方向可由將遙控器指向所期望的參考方向(例如，在正前方)且按壓參考方向按鈕的聽者來確定。遙控器在兩個方向之間的移動可由運動傳感器追蹤且用於確定在兩種情況下的方向。作為具體實例，當接收到使用者激活時，遙控器可繼續確定在遙控器的當前方向與參考使用者激活被接收時的方向之間的相對角度。對於所有揚聲器可重複該方案，例如，使用者可繼續將遙控器循序地指向所有揚聲器的方向，且按壓按鈕(當保持在相同位置時)。於是揚聲器位置可從這些方向確定，例如通過假設揚聲器中的每一個位於遙控器的方向且位於預定距離處(例如對於前揚聲器而言在3米處，對於右前揚聲器和左前揚聲器而言在3. 5米處，且對於環繞揚聲器而言在2米處)。在低複雜性實例中，遙控器可包括單軸線陀螺儀，其測量遙控器繞豎直ζ軸線(垂直於圖3的X-Y平面)的角速率。因此，如果遙控器平行於地平面定向，則測量在水平面中的角速率。在此實例中，假設僅需要個別揚聲器相對於該使用者的角度(以及可能需要該使用者的方位)。這意味著，當執行校準時假設所有的揚聲器位於離遙控器已知或充分可靠地估計或假設的距離處。例如，可假設揚聲器在平行於地平面的平面中或多或少地位於離聽者位置相等距離處，即，它們或多或少地布置於繞聽音位置的圓上。於是，當坐在所需聽音位置時，使用者首先被指導將遙控器指向參考方向，參考方向通常為使用者正前方向，且然後按壓按鈕以提供參考使用者激活指示。這樣就將此方向設置為參考方向。因此，指導使用者將遙控器指向第一揚聲器(例如，根據通過顯示器或使用者手冊提供給使用者的預定順序來實施)。雖然使用者移動該遙控器來使之指向揚聲器，遙控器的旋轉運動由陀螺儀追蹤。然後，在指向第一揚聲器時，使用者再次按壓該按鈕。然後，指導使用者指向第二揚聲器，且在他指向此第二揚聲器時按壓該按鈕。重複這個過程直到確定了所有揚聲器角度。在這個過程結束時，所有揚聲器相對於彼此以及相對於使用者方位的角度是已知的。該位置然後可從假設的距離來確定。作為替代或作為補充，使用者可手動地輸入到揚聲器的距離，或者可使用其它距離測量技術來確定該距離。舉例而言，為了測量到每個揚聲器的距離，遙控器例如可包括麥克風。音頻信號繼而可從每個揚聲器輻射且可用於確定到揚聲器的距離(例如，使用音頻測距技術)。作為使用陀螺儀的替代，可通過以某距離(例如遙控器的頂邊緣和底邊緣)分開的兩個2軸線(x-y)加速度計來實現方位指向的追蹤。儘管單個加速度計不能檢測旋轉， 但能通過分析兩個2軸線加速度計的輸出之間的差異來確定旋轉(對於遙控器的單純平移移動而言，兩個加速度計的輸出將為相同的，而對於繞兩個加速度計之間一點的旋轉而言， 它們的輸出對於兩個軸線而言將具有相反的符號)。為了高度準確的位置確定，在這些實例中遙控器的指向通過單純的繞儘可能靠近聽音位置的固定點來旋轉該遙控器來實現，例如使得遙控器旋轉而不改變傳感器(或者傳感器的中點)的位置。在圖4中示出這種實例。但是，其也可為繞單個參考點實現的單純旋轉但遙控器並不位於此參考點的情況。舉例而言，這種單純旋轉可通過由在該過程期間維持伸展的伸展臂使遙控器伸出(hold-out)而實現。這種實例在圖5中示出，圖5還示出了固定旋轉點如何是臂連接到肩的點(且因此將相對於此點來確定揚聲器位置)。但是，在單純旋轉沒有實現的情形下，例如，如果遙控器在左右方向或前後方向移動，或者如果其在離聽音位置相當遠的距離處繞其自身的ζ軸線旋轉的情況下，所確定的角度變化可偏離正確值。在圖6中示出此實例。不準確度可取決於遙控器的平移量和揚聲器離遙控器的距離。而且，可通過增加 2軸線加速度計和/或磁力計來消除或減輕誤差，其中該2軸線加速度計測量遙控器的水平x-y平面中的加速度。這些方案可允許在指向操作期間跟蹤遙控器的旋轉和平移，且可相應地增加所確定的角度的準確度和穩健性。
在指向過程期間，如果並不將遙控器保持平放(即，平行於地平面)，而是繞X軸線旋轉(『滾轉』)，則可出現不準確的結果，這是因為來自陀螺儀和/或加速度計的輸出是相對於參考的遙控器框架而言的，而不是相對於參考的大地(和揚聲器)的框架而言的。這可通過增加陀螺儀和/或測量遙控器的豎直ζ方向中的加速度的加速度計來解決(後面的方法利用了總是存在的重力作為參考)，其中該陀螺儀測量繞遙控器X軸線的角速率。在指向過程期間，如果遙控器並不保持平放(即，平行於地平面)，而是繞y軸線傾斜，則也可發生不準確的結果。這可通過增加測量繞遙控器的y軸線的角速率的陀螺儀和 /或測量遙控器的豎直方向中的加速度的加速度計來解決。這種方案也可解決其中揚聲器並不位於相同水平面中的情形。在先前實例中，附加的傳感器用於解決遙控器可能並不總是保持水平的事實。為了能對此進行校正，能持續地跟蹤轉動數據和/或傾斜數據，且由此所得的軌跡的計算可變得相當複雜和/或不準確。另一可能性為，簡單地指導使用者在校準過程期間保持遙控器水平且簡單地假設此為計算軌跡時的情況。可選地，可包括附加的傳感器，但僅用於檢測遙控器被傾斜過和/或轉動過超過給定的量。如果在校準過程中檢測到這種情況，則可終止校準，否則，該校準過程可認為是充分準確的。所描述的方案的優點在於，在校準過程之後，當揚聲器之一移動到不同位置時，僅此揚聲器的位置需要重新校準。類似地，當優選聽音位置變化時，僅需要重新校準的對象是聽音位置。舉例而言，在包括測量平移的加速度計的多個實施例中的一個實施例中，這可通過執行這樣的校準過程來進行，即該校準過程包括從舊聽音位置到新聽音位置的移動。在某些實施例中，該系統還支持對這樣的使用者輸入的提供，即該使用者輸入指示揚聲器位置未被使用。在此情況下，該系統可指定相對應的揚聲器位置為未被使用。這可用於使得音頻系統適於補償不存在的此揚聲器。舉例而言，如果不包括環繞揚聲器，來自環繞通道的音頻中的某些可通過前揚聲器饋送。因此，在某些實施例中，使用者可具有選擇性以指示他並不想使用揚聲器中一個或多個，這例如通過在要求他走向/指向此揚聲器時按壓「不使用」按鈕來進行。因此，能夠使使用者指示他只想使用揚聲器的子集，從而使得使用者能例如使用未選擇的揚聲器以用於不同目的，或者例如如果另一人坐在很靠近這些揚聲器中的一個的地方，則可暫時地停用這些揚聲器中的該一個。應了解，為了清楚起見，上文的描述參考不同的功能單元和處理器描述了本發明的實施例。但是，顯然，在不偏離本發明的情況下，可使用不同的功能單元或處理器之間的任何合適的功能分配。舉例而言，例示為由單獨處理器或控制器執行的功能可由相同處理器或控制器來執行。因此，對於具體功能單元的提及僅被視作提及了用於提供所描述功能的合適手段(器件)，而並非指示嚴格的邏輯或物理結構或組成。本發明可以任何合適形式來實施，包括硬體、軟體、固件或其任何組合。本發明可選地至少部分地實施為在一個或多個數據處理器和/或數位訊號處理器上運行的計算機軟體。本發明的實施例的元件和構件可以以任何合適方式物理地、功能地和邏輯地實施。 實際上，該功能可實施於單個單元中，實施於多個單元中或實施為其它功能單元的部分。因此，本發明可實施於單個單元中或可在物理上和功能上分配於不同的單元或處理器之間。儘管結合某些實施例描述了本發明，其並不旨在限於本文所陳述的具體形式。而是，本發明的範圍僅受所附的權利要求書的限制。此外，儘管特徵可表現為結合特定實施例進行描述，但本領域技術人員應認識到，所描述的實施例的各種特徵可根據本發明來組合。 在權利要求中，術語包括並不排除其它元件或步驟的存在。 而且，儘管個別地列出，但多個手段(器件)、元件或方法步驟可例如由單個單元或處理器來實施。此外，儘管個別特徵可包含於不同的權利要求中，但其可有利地組合，且包括於不同權利要求中並不意味著特徵的組合是不可行的和/或不利的。而且，特徵包括在一類別權利要求中並不意味著限制於此類別，而是指示該特徵同樣可適當地適用於其它權利要求類別。而且，在權利要求中的特徵次序並不意味著其中必須執行的特徵的任何具體次序，且特別地，在方法項中的個別步驟的次序並不意味著步驟必須以此次序來執行。而是，步驟可以以任何合適次序來執行。此外，單數參考並不排除複數。因此對「一」、「第一」、 「第二」等的提及並不排除複數。在權利要求書中提供的附圖標記只是作為闡明的實例，且不應被理解為以任何方式限制權利要求的範圍。
權利要求
1.一種用於確定揚聲器位置估計的系統，所述系統包括-用於確定使用者可移動單元的運動數據的器件001，203，205)，所述運動數據表徵所述使用者可移動單元的移動，以及-用於接收使用者激活的使用者輸入007，209)，使用者激活指示在所述使用者激活被接收時所述使用者可移動單元的當前位置和方位中的至少一個與揚聲器位置相關聯；以及-分析器件Oil)，其響應於所述運動數據和所述使用者激活來生成揚聲器位置估計。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述分析器件(211)被布置成響應於所述運動數據來確定指示所述使用者可移動單元方位的方位數據。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述分析器件(211)被布置成響應於所述使用者激活的方位數據，對於多個使用者激活中的每一個使用者激活，估計從一定位置到揚聲器位置的方向；以及響應於所述方向來確定所述揚聲器位置估計。
4.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述分析器件(211)被布置成響應於從該位置到每個揚聲器位置的預定距離估計來確定所述揚聲器位置估計。
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述分析器件(211)被布置成響應於所述運動數據來確定指示所述可移動單元位置的位置數據。
6.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於，所述分析器件011)被布置成響應於與所述使用者激活相關聯的所述位置數據，對於多個使用者激活中每一個使用者激活，估計所述使用者可移動單元的相對位置；且響應於所述相對位置來確定所述揚聲器位置估計。
7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，假設每個相對位置對應於揚聲器位置，從而確定所述揚聲器位置估計。
8.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述使用者輸入007，209)被布置成接收參考使用者激活，參考使用者激活指示所述使用者可移動單元的當前位置或方位與聽音位置參考相關聯，並且所述分析器件(211)被布置成響應於所述參考使用者激活來確定參考位置或方位，以及響應於所述參考位置或方位來確定所述揚聲器位置估計。
9.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述分析器件(211)被布置成相對於所述聽音位置(111)來確定所述揚聲器位置估計。
10.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述使用者輸入007，209)被布置成接收指示揚聲器位置未被使用的使用者輸入；以及所述分析器件(211)被布置成將相對應的揚聲器位置指定為未被使用。
11.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述使用者可移動單元為手持裝置。
12.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述使用者可移動單元被布置成在使用者激活時，確定所述使用者可移動單元的位置估計和方位估計中的至少一個；並且所述使用者可移動單元還包括用於將所述位置估計和所述方位估計中至少一個傳送到遠程單元的器件。
13.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述使用者可移動單元包括運動檢測傳感器001，203)，且所述確定器件被布置成響應於來自所述運動檢測傳感器001，203) 的數據來確定所述運動數據，所述運動檢測傳感器001，203)包括下列中的至少一個-陀螺儀；-加速度計；以及 -磁力計。
14.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，還包括用於使得聲信號從待估計的第一揚聲器位置輻射的器件；以及用於將一定時間間隔內所接收的使用者激活與所述第一揚聲器位置聯繫起來的器件，其中該一定時間間隔與所述聲輻射相關聯。
15.一種確定揚聲器位置估計的方法，所述方法包括-確定使用者可移動單元的運動數據，所述運動數據表徵所述使用者可移動單元的移動，以及-接收使用者激活，使用者激活指示在所述使用者激活被接收時所述使用者可移動單元的當前位置和方位中的至少一個與揚聲器位置相關聯；以及-響應於所述運動數據和所述使用者激活來生成揚聲器位置估計。
全文摘要
一種用於確定揚聲器位置估計的系統，其包括運動傳感器(201,203,205)，該運動傳感器(201,203,205)被布置成確定使用者可移動單元的運動數據，其中運動數據表徵使用者可移動單元的移動。使用者的輸入(207,209)接收使用者激活，使用者激活指示在使用者激活被接收時使用者可移動單元的當前位置和方位中的至少一個與揚聲器位置相關聯。使用者激活可例如由於使用者按壓按鈕而造成。分析處理器(211)然後響應於運動數據和使用者激活來生成揚聲器位置估計。該系統可例如允許揚聲器位置估計以指向揚聲器或定位於揚聲器上的手持裝置(諸如遙控器)為基礎。
文檔編號H04S7/00GK102461214SQ201080024431
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月27日 優先權日2009年6月3日
發明者P. J. 德布魯恩 W. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司