专利名称：扬声器位置的估计的制作方法
技术领域：
本发明涉及扬声器位置的估计，且特别但并非排他性地，涉及在消费性环绕声系统中对扬声器位置的估计。
背景技术：
声系统变得越来越先进、复杂和多变。举例而言，多通道空间音频系统，诸如五个或七个通道的家庭影院系统，变得流行起来。但是，在这种系统中，声品质，且特别是空间使用者体验，取决于听音位置与扬声器位置之间的关系。在许多系统中，声音再现基于假设的相对扬声器位置，且系统典型地设计成在被称作甜点(sweet spot)的相对较小区域中提供高品质空间体验。因此，系统通常假设扬声器定位成使得它们在具体标称听音位置提供甜点ο但是，由于实际应用环境的约束，理想的扬声器位置设置在实践中常常是无法复制的。实际上，由于常常认为扬声器是必需的而不是期望的设计特征，使用者(诸如，私人消费者)通常青睐在选择扬声器数量和位置方面的高度灵活性。举例而言，在典型起居室中，常常不能或不期望(例如，由于美观原因)将大量扬声器定位于导致最佳性能的位置。已将某些音频系统发展成包括手动校准功能和补偿变化的扬声器位置的功能。举例而言，许多家庭影院系统包括用于手动设置每个通道的相对信号水平和延迟的器件(例如，通过手动地指示到扬声器的距离)。但是对于典型使用者而言，个别参数的这种手动设置倾向于相当麻烦且是不实用的。而且，其倾向于不提供最佳性能，因为能设置的参数是相对有限的(而对于许多非专业人士而言仍是迷惑的)。还提出，基于在校准过程中将麦克风放置于听音位置来执行半自动化的自动过程。音频系统然后可优化每个通道的信号路径的各种特征，以提供在麦克风位置处优化的声音。但是，尽管这个过程可改进音频品质，但是其提供相对有限的灵活性，因为优化仅基于麦克风所提供的信息，因此受限于一个听音位置以及影响麦克风所俘获的声音的参数的适配。举例而言，其并不提供能用于优化该系统的任何直接空间信息。这种音频系统包括基于相对于听音位置或区域的实际扬声器位置来优化音频信号处理的功能。举例而言，已提出自动地来优化信号处理以向消费者提供任何扬声器配置的优化的空间声音再现。但是，为了优化这种灵活系统中的声音再现，需要确定扬声器位置且优选地还需要确定听音位置和使用者的方位。还提出能基于扬声器输出的声学测量来自动确定扬声器位置。具体而言，提出了扬声器的相对位置可通过麦克风与每个扬声器的协同定位来确定，且于是每个麦克风依次播放校准信号(校准信号由其它扬声器的麦克风拾取)。通过从所俘获的信号确定从每个个别扬声器到所有其它扬声器的不同传播延迟，能估计扬声器设置的几何布局。但是，这种方案具有某些相关联的缺点。举例而言，需要每个扬声器的额外硬件 (麦克风)，由此增加了成本且限制了对于其中这种麦克风提供有扬声器的系统的使用。而且，其需要在中央单元与扬声器中的每一个之间的通信，从而进一步提高了复杂性和成本。 此外，对房间中的声干扰的敏感性相当高。举例而言，除了扬声器之外的其它声源或阻挡从扬声器到麦克风的直接路径的物体可使得该方案显著地降级。而且，该方法需要播放校准信号，这意味着校准过程是明显的且可能会令使用者感到厌烦。而且，为了确定听音位置， 需要将额外麦克风定位于听音位置。已经提出的另一方案是基于射频(无线电频率)的定位方法，诸如RFID (射频识另IJ)和超宽带(UWB)。这些方法使用附连到待定位物体上的标签。标签发出低功率RF信号， 低功率RF信号由多个0= RF传感器进行检测，之后，由三角形化(triangularization)来确定相对位置。但是这种方案也具有某些相关联的缺点。特别地，待定位的每个物体需要加上标签，需要多个传感器且需要在整个房间中空间地分配多个传感器，且室内准确度常常相对较低且不足以使得音频系统适应扬声器配置。而且，该方案相对昂贵，因为相关联技术的成本相对较高。而且，大部分当前提出的方案的常见问题在于，它们并不易于从确定扬声器位置扩展到确定听者位置。举例而言，不便于将RFID传感器放置于听音位置。因此，一种用于估计扬声器位置的改进系统将是有利的，且特别地，一种允许提高的灵活性、改进的音频品质、降低的成本、便利的操作、便利的实施、改进的使用者体验、改进的空间感知和/或改进的性能的系统将是有利的。
发明内容
因此，本发明设法优选地以单独方式或以任何组合方式来减轻，缓解或消除上文所提到的缺点中的一个或多个。根据本发明的一方面，提供用于确定扬声器位置估计的系统，该系统包括用于确定使用者移动单元的运动数据的器件，运动数据表征使用者可移动单元的移动；以及用于接收使用者激活的使用者输入，使用者激活指示在接收到使用者激活被接收时使用者可移动单元的当前位置和方位中的至少一个与扬声器位置相关联；以及，分析器件，其响应于运动数据和使用者激活来生成扬声器位置估计。本发明可允许扬声器位置的有效估计。特别地，能实现相对较高的准确度，同时维持很低的复杂性和/或使用者友好的方案。该方案可在许多不同的情形中使用且适用于许多不同的扬声器设置和音频环境。该方案可特别适合于消费品市场，因为其允许基于易于由非专业者所执行的简单操作和测量过程而进行可靠的扬声器位置确定。本发明可允许低成本的方案，且特别地避免了对单独测量设备(与所有个别扬声器协同地定位或建置到所有个别扬声器内)的需要。实际上，该方案可完全独立于所用的任何具体扬声器。实际上，可估计扬声器的位置而完全不对任何扬声器进行定位，且该方案例如可用于在实际安装扬声器之前预先校准系统。而且，该系统并不需要在这些扬声器中的任何扬声器与估计功能之间进行任何通信交换。实际上，在许多实施例中，与扬声器位置估计相关联的数据的任何通信限于来自使用者移动单元的数据的通信。该方案可在许多情形下提供对给定听音位置的、改进的扬声器的相对位置的直接评定，且并不依靠更复杂、不准确或易于出现误差的估计的间接算法(诸如三角形化或最小二乘估计算法。而且，该方案无需任何直接视线，且可对干扰(诸如无线电干扰或音频干扰)不敏感。而且，能实现低成本实施方式，且特别地该方案可允许扬声器位置估计基于来自低成本运动传感器技术(诸如低成本MEMS (微机电系统)运动传感器)的数据来进行。可移动的单元的方位可包括可移动的单元的相对或绝对方向的任何指示，和/或可移动单元绕任何物理或分析轴线旋转的任何指示。使用者可移动单元的位置和方位可包括使用者移动单元的相对或绝对位置、对准、方向、旋转、角度或姿态的任何指示。运动数据可例如由使用者可移动单元中的一个或多个运动传感器生成。在某些实施例中，用于确定运动数据的器件可包括于使用者可移动单元中。在某些实施例中，使用者输入可包括于使用者可移动单元中。在某些实施例中，分析器件可部分地或完全地包括于使用者可移动单元中。扬声器位置估计可用于修改来自扬声器位置的声音所呈现或展现的特征。举例而言，扬声器位置可与多通道空间声系统(诸如环绕声系统)的扬声器相关联。扬声器位置估计可对应于空间通道扬声器，该空间通道扬声器展现多通道信号的个别通道的信号。该系统可包括用于响应于所估计的扬声器位置来修改来自与所估计的扬声器位置相关联的扬声器的多通道信号的展现特征的器件。准确的扬声器位置估计的使用提供更大的灵活性和更大的用于优化多通道信号展现的范围。根据本发明的可选特征，分析器件被布置成响应于运动数据来确定指示使用者可移动单元方位的方位数据。这可在许多情形下提供改进的估计和/或便利的操作。该方位可包括使用者可移动单元的角度、方向和/或旋转。根据本发明的可选特征，该分析器件被布置成响应于使用者激活的方位数据，对于多个使用者激活中的每一个，估计从一定位置到扬声器的方向；以及响应于这些方向来确定扬声器位置估计。这可在许多情形下提供改进的估计和/或便利的操作。特别地，该方向可由相对于参考方向的角度来表示。参考方向可对应于朝向扬声器设置的对称中心点的方向，和/ 或对应于预定的空间声音感知角度，诸如在听者正前方的角度。该位置可为在三维、二维或甚至一维空间中的任何位置。在许多应用中该位置为听音位置。该位置可为对应于在接收一个或多个使用者激活时使用者可移动单元位置的位置，或者该位置可例如从这些位置来确定(例如，作为平均)。根据本发明的可选特征，分析器件被布置成响应于从该位置到每个扬声器位置的预定距离估计来确定扬声器位置估计。这可允许便利的扬声器位置估计过程，同时提供对于许多情形、应用和扬声器设置而言充分准确的结果。该预定距离对于所有扬声器而言可相同，或对于不同的扬声器而言可不同。预定距离可为固定距离，例如在设计阶段设置或由使用者手动输入。因此，预定距离可为任何非测量的距离。根据本发明的可选特征，分析器件被布置成响应于运动数据来确定指示可移动单元位置的位置数据。此可在许多情形下提供改进的估计和/或便利的操作。该方位可包括使用者可移动单元的角度、方向和/或旋转。可例如从移动数据生成位置数据。例如，加速度数据可积分两次以提供位置数据。可确定与使用者激活相关联的使用者移动单元的位置。该位置可确定为绝对或相对位置(例如相对于听音位置的相对位置)。根据本发明的可选特征，该分析器件被布置成响应于与使用者激活相关联的位置数据，对于多个使用者激活中每一个，估计使用者可移动单元的相对位置；且响应于相对位置来确定扬声器位置估计。这可提供低复杂性估计过程，同时提供非常适合于优化所展现的声音的估计。根据本发明的可选特征，假设每个相对位置对应于扬声器位置来确定扬声器位置估计。这可在许多情形下提供改进的估计和/或便利的操作。特别地，其可允许对来自所估计位置处的扬声器所展现的声音进行改进的优化。根据本发明的可选特征，使用者输入被布置成接收参考使用者激活(reference user activation)，参考使用者激活指示使用者可移动单元的当前位置或方位与听音位置参考相关联，以及该分析器件被布置成响应于参考使用者激活来确定参考位置或方位，以及响应于参考位置或方位来确定扬声器位置估计。这可允许对来自于所估计的扬声器位置的声音的呈现进行改进的优化，且可特别地允许对具体的、使用者可选择/可限定的听音位置进行优化。根据本发明的可选特征，分析器件被布置成相对于听音位置来确定扬声器位置估计。这可便于和/或改进估计；和/或便于和/或改进对来自所估计的扬声器位置的声音的呈现进行优化。根据本发明的可选特征，使用者输入被布置成接收指示扬声器位置未被使用的使用者输入；以及分析器件被布置成将相对应的扬声器位置指定为未被使用。这可提供高度灵活性和/或改进的适应性，同时允许简单且使用者友好的校准过程。特别地，声音的呈现可与所用扬声器的准确数量和估计位置相适应。根据本发明的可选特征，使用者可移动的单元为手持装置。这可提供高度灵活且使用者友好的方案，且可特别有利于消费品市场。手持装置可具体地为遥控器。遥控器可为能控制使用者装置的遥控器。具体而言，遥控器可为用于扬声器驱动单元以驱动与所估计是扬声器位置相关联的扬声器的遥控器(诸如放大器)。 因此，该方案可允许将用于控制声系统的标准遥控器也用于扬声器位置的准确校准。根据本发明的可选特征，使用者可移动单元被布置成在使用者激活时，确定使用者可移动单元的位置估计和方位估计中的至少一个；并且使用者可移动单元还包括用于将位置估计和方位估计中的至少一个传送到远程单元的器件。这可在许多实施例中提供有效方案，且可特别地减少了从使用者可移动单元传送的数据量，从而减少电池使用等。使用者可移动单元可特别地无需传送原始运动数据或表征个别使用者激活的数据。根据本发明的可选特征，使用者可移动单元包括运动检测传感器且确定器件被布置成响应于来自运动检测传感器的数据来确定运动数据，该运动检测传感器包括下列中的至少一个陀螺仪；加速度计；以及磁力计。这可提供改进的和/或便利的操作或复杂性/成本。根据本发明的可选特征，该系统还包括用于使得声信号从待估计的第一扬声器位置辐射的器件；以及用于将一定时间间隔内所接收的使用者激活与所述第一扬声器位置联系起来的器件，其中该一定时间间隔与所述声辐射相关联。这可辅助使用者执行准确校准。根据本发明的一方面，提供一种用于确定扬声器位置估计的方法，该方法包括确定使用者可移动单元的运动数据，运动数据表征使用者可移动单元的移动，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时使用者可移动单元的当前位置和方位中的至少一个与扬声器位置相关联；以及响应于运动数据和使用者激活来生成扬声器位置估计。参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面、特征和优点将会显然并被阐明。
现将参考附图仅以举例说明的方式来描述本发明，在附图中 图1示出常规五通道环绕声系统中的扬声器系统设置；
图2示出根据本发明的某些实施例用于估计扬声器位置的系统的元件的实例。图3示出根据本发明的某些实施例包括用于估计扬声器位置的系统的元件的遥控器的实例。图4示出根据本发明的某些实施例包括用于估计扬声器位置的系统的元件的遥控器使用的实例。图5示出根据本发明的某些实施例包括用于估计扬声器位置的系统的元件的遥控器使用的实例；以及
图6示出根据本发明的某些实施例包括用于估计扬声器位置的系统的元件的遥控器使用的实例。
具体实施例方式下文的描述集中于适用于家庭影院环绕声系统中扬声器位置估计的本发明的实施例。但应了解本发明并不限于这种应用而是可应用于许多其它声系统中的扬声器位置估计。图1示出在诸如家庭影院系统中的常规五通道环绕声系统中的扬声器系统设置。 该系统包括中央扬声器101，其提供中央前通道；左前扬声器103，其提供左前通道；右前扬声器105，其提供右前通道；左后扬声器107，其提供左后通道；右后扬声器109，其提供右后通道。五个扬声器101-109 —起提供在听音位置111的空间声体验且允许在此位置的听者经历环绕和沉浸式声体验。在许多家庭影院系统中，该系统还提供用于低频效果(LFE) 通道的子低音扬声器(subwoofer )。但是，在实际情形中，常常不能或不方便将扬声器定位于理想位置。的确，在实际系统中，扬声器的实际位置可能会很显著地不同。这可对在听音位置的声音感知具有很显著的影响，且特别地可能会显著地影响到空间感知。为了补偿扬声器变化，该声系统可包括具体地适应实际扬声器位置的补偿。但是，这种方案取决于对扬声器位置的准确估计以便提供适当补偿。图2示出根据本发明的某些实施例用于估计扬声器位置的系统。该系统基于在使用者可移动单元中使用运动传感器来提供运动数据。该系统还接收使用者激活，诸如键按压，其指示使用者可移动单元的当前位置或方位与扬声器位置联系起来，即，其提供扬声器位置的指示。举例而言，当使用者可移动单元指向扬声器之一或者在扬声器之一顶部上时可按压按钮。该系统然后从移动数据和使用者激活来计算扬声器位置。举例而言，使用者可移动单元可位于扬声器位置或者可在接收到使用者激活时指向扬声器位置。于是可在此瞬间直接计算使用者可移动单元的方向或位置，且可用作扬声器位置的指示(或者实际上可直接用作扬声器位置)。具体而言，在该系统中，运动传感器集成于小型手持装置(例如，家庭影院系统的遥控器)中，且这些传感器用于确定扬声器相对于听音位置的位置，以及使用者相对于扬声器设置的方位。具体而言，指导使用者循序地将使用者可移动单元从他的听音位置指向扬声器或将使用者可移动单元定位成紧邻扬声器或者在扬声器顶部上。这些确定的扬声器位置(和可选地听音位置和/或使用者方位)然后用于优化扬声器系统的空间声再现，这例如通过采用音频信号的合适的再映射来进行。在图2的实例中，使用者可移动单元包括第一运动传感器单元201和第二运动传感器单元203，第一运动传感器单元201和第二运动传感器单元203生成表征使用者可移动单元的移动的运动数据。应了解，在其它实施例中可使用更少或更多的传感器。运动传感器201、203中每一个可具体地包括一个或多个MEMS传感器，诸如陀螺仪、加速度计或磁力计。多种MEMS运动传感器是可用的且倾向于较小、低复杂性和低成本，从而使得它们几乎适用于包括很小的、低成本便携式装置的任何装置中。而且，这种传感器的准确度相对较高且持续地改进。存在不同类型的MEMS传感器，包括
加速度计，其测量在1维、2维或3维的线性加速度。·陀螺仪，其测量在1维、2维或3维中改变的角速率。·磁力计，其测量相对于磁北的角方位。第一运动传感器单元201和第二运动传感器单元203耦接到移动处理器205，移动处理器205接收所生成的传感器数据。移动处理器205还耦接到分析处理器，向分析处理器馈送从传感器单元201、203所导出或接收到的运动数据。此外，该系统包括使用者界面207，使用者界面207被布置成从使用者接收输入。 使用者界面可例如包括可由使用者按压的一个或多个键或按钮。使用者界面207耦接到使用者处理器209，使用者处理器209被布置成检测是否接收到任何使用者输入。具体而言， 使用者处理器209可检测使用者是否按压了键或按钮。使用者处理器209还耦接到分析处理器211，每当检测到使用者输入时，向分析处理器211提供使用者激活的指示。具体而言，每当使用者按压健或按钮时，使用者处理器209生成使用者激活指示且将其馈送到分析处理器211。分析处理器211被布置成基于所接收的运动数据和使用者激活来估计一个或多个扬声器位置。举例而言，分析处理器211可持续地估计使用者可移动单元的位置且可在接收到使用者激活时俘获当前位置。其然后可直接使用此位置以作为估计的扬声器位置。 作为另一实例，该分析处理器211可持续地检测使用者可移动单元的方向且可在接收到使用者激活时俘获当前方向。分析处理器211然后可继续基于该方向和例如到扬声器位置的预定的固定假设距离来估计相对于使用者可移动单元的当前位置(其可假设处在听音位置111)的扬声器位置。在该实例中，分析处理器211耦接到音频系统控制器213，音频系统控制器213被布置成控制音频系统的操作，音频系统从与扬声器位置相关联的扬声器呈现音频。该音频系统可例如为驱动与所估计的扬声器位置(假设位于此处)相关联的一组扬声器的家庭影院放大器。音频系统控制器213可控制音频系统的操作使得其适应音频系统的扬声器的具体估计位置。举例而言，每个扬声器的延迟和/或水平可根据从扬声器到听音位置的估计距离来设置。而且，由于每个扬声器的确切的估计位置是已知的，可使用显著更复杂更灵活的适配。举例而言，音频系统控制器213可确定出扬声器中的一个或多个更可能使得空间体验降级而不是增强空间体验且可相应地使此不能用。该音频系统然后可对于不使用相对应的预期扬声器位置的情形进行优化。举例而言，如果环绕扬声器太靠近听音位置，其可能被禁用。作为另一实例，可使用估计扬声器位置以通过提供不同音频通道在具体扬声器上的灵活分配来提供增强的空间信号。举例而言，扬声器位置估计可指示前左扬声器103和右前扬声器105定位成很靠近中央扬声器101，而左环绕扬声器105和右环绕扬声器107定位到听者的侧部而不是听者后方(例如，因为听音位置对应于抵靠后墙放置的沙发，从而防止向后环绕扬声器)。在此情况下，传统环绕系统将提供相对压缩的空间体验。但是，基于扬声器位置估计，音频系统控制器213可控制家庭影院放大器以使得左前通道通过前左扬声器103和左环绕扬声器107。这可提供在左前扬声器103与左环绕扬声器107之间的左前通道的感知位置，且确切位置可由左前通道在两个扬声器上的确切分配来调整。相同的方案可应用于右前通道，从而提供改进且增强的空间体验。应了解扬声器位置估计的使用并不限于音频系统操作的适配或优化。举例而言， 在某些实施例中，该系统可评估所确定的扬声器位置是否满足合适的标准集合，且如果并非如此，可提供使用者指示。举例而言，该系统可检测认为太靠近听音位置的任何扬声器且可指示出其应当进一步远离，或者例如可检测这样的扬声器设置，即该扬声器设置并不充分对称以提供合适的空间声体验，且可相对应地指示出扬声器应移动以提供合适的空间声体验。图2的功能可自由地分配于该系统中。通常，第一运动传感器单元201和第二运动传感器单元203位于使用者可移动单元中，移动处理器205典型地也为这种情况。因此，基本原始运动数据通常在使用者可移动单元中生成。
使用者界面207和使用者处理器209可在许多实施例中也包含于使用者可移动单元中，因为这可在许多情形下提供实际使用者体验。举例而言，该使用者可移动该使用者可移动单元使得其表示或指示扬声器位置，且然后可简单地按压在使用者可移动单元上的按钮来指示这种情况。但是，在某些实施例中，使用者界面207和使用者处理器209可不为使用者可移动单元的一部分，而是可为另一装置的一部分。举例而言，在某些实施例中，使用者界面207和使用者处理器209可包含于驱动该扬声器的音频系统中，例如，其可为家庭影院放大器的一部分。分析处理器211可在某些实施例中完全包含于使用者可移动单元中，在其它实施例中，其可整个在使用者可移动单元外部且在另外的实施例中其可部分地实施于使用者可移动单元中。举例而言，在某些实施例中，使用者可移动单元可仅包括第一运动传感器单元201 和第二运动传感器单元203，且移动处理器205可包括用于将原始运动数据例如传送到音频系统放大器的通信功能。音频系统放大器可接收原始运动数据且可包括使用者界面207 和使用者处理器209以及分析处理器211。因此，每当在音频系统放大器上按压按钮时，其继续确定如由使用者可移动单元的运动数据所指示的相对应扬声器位置的数据。这种实施例的优点在于，其可允许很简单且低复杂性的使用者可移动单元。在类似实施例中，使用者可移动单元可包括使用者界面207和使用者处理器209， 但每当接收到使用者激活时使用者界面207和使用者处理器209可简单地通信。因此，在此实例中，使用者处理器209可包括用于将使用者输入数据例如传送到音频系统放大器的通信功能。该音频系统放大器可实施分析处理器211，分析处理器211基于原始运动数据和使用者激活来确定扬声器位置估计。这种实施方式的优点在于，其可导致低复杂性的使用者可移动单元，且特别地其并不需要任何计算资源以可用于使用者可移动单元中。作为另一实例，分析处理器211可完全实施于使用者可移动单元中，使得使用者可移动单元本身计算扬声器位置估计，然后可将扬声器位置估计例如传送到音频系统放大器。这可显著地降低使用者可移动单元的通信要求，且可允许使用者可移动单元例如结合现有放大器(该现有放大器能将性能调适到具体扬声器位置)进行使用，但其本身并不具有估计位置的功能。应了解，许多其它实施方式和变型也是可能的。举例而言，在某些情形下，使用者可移动单元本身可计算与每个使用者激活相关联的方向且可将此信息传送给音频系统放大器，音频系统放大器然后继续根据所提供的方向来确定扬声器位置。因此，在此实施方式中，分析处理器211将分配于使用者可移动单元和音频系统放大器上。应了解在此实例中， 仅需要传送方向(例如，既不需要传送原始运动数据也不需要传送使用者激活)。因此，在许多情形下，这种中间方案可提供例如在计算资源要求与通信资源要求之间的有利权衡。 应了解，相同的方案能便于用于使用者可移动单元的与使用者激活相关的位置。在下文中，将提供各种实例，其中使用者可移动单元为手持装置且具体地为遥控器。遥控器的使用可特别有利，因为其已经包括所需功能中的某些，诸如使用者界面，通信功能和计算资源。而且，常常已经需要控制音频系统，且因此提供额外扬声器位置估计功能的成本可保持很低。其还是使用者友好的，因为使用者并不需要额外装置而是能简单地从已经提供的装置来提供额外功能。遥控器可具体地为用于音频系统放大器的遥控器。
作为系统操作的实例，该估计可基于在接收到使用者激活时从运动数据确定遥控器位置。举例而言，第一传感器201和第二传感器203可包括加速度计，其提供由遥控器连续积分两次的运动数据以提供遥控器的持续位置估计。然后可指导使用者来将遥控器循序地放置于系统中扬声器的顶部且按压按钮。俘获在按压按钮时的位置且认为该位置对应于估计的扬声器位置。该过程可特别地相对于听音位置来执行。举例而言，该估计过程可由占据听音位置且按压按钮的使用者来启动。这可重置计算位置。因此，听音位置可为参考位置，相对于该参考位置来确定扬声器位置。使用者然后可移动到第一扬声器。由加速度计来追踪该位置变化，加速度计提供加速度数据，加速度数据积分两次以提供相对于听音位置的位置估计。当遥控器放置于第一扬声器顶部时，按压按钮且俘获当前计算位置以用于该扬声器。 使用者然后可继续到下一扬声器且按压该按钮，且可对于所有扬声器重复这些操作。因此， 分析处理器211可基于用于使用者激活的位置数据为每个使用者激活来估计遥控器的相对位置。扬声器位置估计然后从这些相对位置来确定。特别地，它们被可直接地确定，因为这些位置(即与每次使用者激活(键按压)相关联的相对位置)可假设直接对应于扬声器位置。因此在此实例中，相对于听音位置来确定这些位置。此听音位置被确定为当接收到参考使用者激活时遥控器的位置，其指示遥控器位于听音位置处。此参考使用者激活可例如为专用键(例如专用按钮)按压或者可为例如在具体时间的使用者激活，诸如校准过程的第一次使用者激活或最后使用者激活。作为一具体实例，图3示出遥控器，对于该遥控器，限定了两个方向X、y。遥控器可包括呈至少一个双轴线加速度计形式的运动传感器，双轴线加速度计测量在遥控器x-y平面中的加速度。在此情形下，可首先指导坐在所期望的听音位置的使用者将该遥控器指向参考方向，参考方向最自然地应为使用者正前方向(dead-front direction)，或者可为相关联显示器的方向，并按压按钮。这样将此方向设置为参考方向。此外，其可将当前位置设置为参考位置(例如，其可重置χ轴和y轴加速度计的积分器的值)。在此具体实例中，假设使用者在整个过程中将该遥控器保持在相同方位，S卩，指导该使用者并不使遥控器绕其轴线中的任何轴线旋转。还假设所有扬声器和听音位置处在相同高度。然后指导使用者带着遥控器朝向第一扬声器行走。可使用不同的方案来规定哪个扬声器指示为第一，例如简单地由规定校准顺序的指导手册来实现或者例如由遥控器上指示将要移向的下一个扬声器的显示器来实现。作为具体实例，该系统可布置成(仅)从位于当前估计的扬声器位置处的扬声器来辐射声信号。这个信号然后可指示使用者应朝向此扬声器行走。该系统然后将在与该声辐射相关联的时间间隔内所接收的使用者激活与此具体扬声器位置联系起来。举例而言， 如果在扬声器辐射测试信号时按压按钮，则此按钮按压被认为指示遥控器位于此扬声器顶部。该系统然后可依该顺序继续从下一扬声器辐射声音。当使用者走向下一扬声器以进行估计时，遥控器轨迹由加速度计追踪，且然后将加速度数据积分两次以提供在χ-y平面中的当前位置。当使用者到达扬声器的位置时，他将遥控器放置于扬声器上且按压按钮。此使用者激活致使当前位置被俘获以用于扬声器。
然后指导使用者走向下一扬声器，将遥控器放置于此扬声器顶部，且再次按压按钮。重复这个过程直到确定了所有扬声器位置。在这个过程结束时，所有扬声器相对于彼此的位置以及相对于使用者的听音位置和方位的位置均被俘获。遥控器移动的跟踪和位置的确定例如可基于在整个过程中随着时间记录的原始传感器数据以及按钮按压的时刻，且然后可在完成了校准过程之后，例如由并非遥控器的另一单元来计算扬声器位置以及遥控器的物理轨迹的运算。作为另一实例，扬声器位置可在校准过程中从传感器数据直接确定且仅可存储所确定的位置本身。在该实例中，从原始加速度数据计算轨迹基本上涉及加速度计数据的二重积分。 这种方案适用于足够准确的加速度计。但是，许多低成本的基于MEMS的加速度计可遭遇漂移问题，造成双重积分以导致随时间增加的不准确度。实际上，双重积分可导致可能相对快速地增加的位置估计误差。因此，在某些实施例中，可包括对于此漂移的补偿。特别地， 每当按压按钮时遥控器的速度应为零的事实可用于确定和应用漂移的校正系数。因此，除了用作扬声器在轨迹中的标记之外，按压按钮的瞬时也可用作参考点以校正从加速度计所记录的数据。确定合适校正系数的具体实例可例如见于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国际机器人及自动化会议)中。在该具体实例中，使用单个双轴线加速度计且假设在该过程中遥控器总是保持在相同方位且所有扬声器和听音位置处在相同高度。但是，这种假设并非在所有实施例中都是适当的。因此，在某些实施例中，可允许遥控器沿着其轴线中的任何轴线的旋转，从而得到更自然的人运动以及允许在不同高度对扬声器进行准确的校准。这可通过增加合适的传感器(诸如单轴线陀螺仪、双轴线陀螺仪或三轴线陀螺仪)、测量ζ方向加速度的加速度计 (或者当然可通过用三轴线陀螺仪来替换第一实施例的双轴线陀螺仪)和/或磁力计来实现。在某些实施例中，扬声器位置估计并非基于当接收到使用者激活时遥控器的位置，而是基于在此时的遥控器方位。具体而言，可基于当接收到使用者激活时遥控器的方向来估计扬声器位置。具体而言，该系统可估计当按压按钮时从一定位置朝向扬声器的方向。该位置可具体地为听音位置且该方向可为遥控器的合适轴线的方向。举例而言，使用者可占据听音位置且将遥控器瞄准扬声器的方向。当使用者按压该按钮时，从运动数据来确定遥控器的当前方位。举例而言，遥控器的X轴线的方向可相对于参考方向来确定。参考方向可由将遥控器指向所期望的参考方向(例如，在正前方)且按压参考方向按钮的听者来确定。遥控器在两个方向之间的移动可由运动传感器追踪且用于确定在两种情况下的方向。作为具体实例，当接收到使用者激活时，遥控器可继续确定在遥控器的当前方向与参考使用者激活被接收时的方向之间的相对角度。对于所有扬声器可重复该方案，例如，使用者可继续将遥控器循序地指向所有扬声器的方向，且按压按钮(当保持在相同位置时)。于是扬声器位置可从这些方向确定，例如通过假设扬声器中的每一个位于遥控器的方向且位于预定距离处(例如对于前扬声器而言在3米处，对于右前扬声器和左前扬声器而言在3. 5米处，且对于环绕扬声器而言在2米处)。在低复杂性实例中，遥控器可包括单轴线陀螺仪，其测量遥控器绕竖直ζ轴线(垂直于图3的X-Y平面)的角速率。因此，如果遥控器平行于地平面定向，则测量在水平面中的角速率。在此实例中，假设仅需要个别扬声器相对于该使用者的角度(以及可能需要该使用者的方位)。这意味着，当执行校准时假设所有的扬声器位于离遥控器已知或充分可靠地估计或假设的距离处。例如，可假设扬声器在平行于地平面的平面中或多或少地位于离听者位置相等距离处，即，它们或多或少地布置于绕听音位置的圆上。于是，当坐在所需听音位置时，使用者首先被指导将遥控器指向参考方向，参考方向通常为使用者正前方向，且然后按压按钮以提供参考使用者激活指示。这样就将此方向设置为参考方向。因此，指导使用者将遥控器指向第一扬声器(例如，根据通过显示器或使用者手册提供给使用者的预定顺序来实施)。虽然使用者移动该遥控器来使之指向扬声器，遥控器的旋转运动由陀螺仪追踪。然后，在指向第一扬声器时，使用者再次按压该按钮。然后，指导使用者指向第二扬声器，且在他指向此第二扬声器时按压该按钮。重复这个过程直到确定了所有扬声器角度。在这个过程结束时，所有扬声器相对于彼此以及相对于使用者方位的角度是已知的。该位置然后可从假设的距离来确定。作为替代或作为补充，使用者可手动地输入到扬声器的距离，或者可使用其它距离测量技术来确定该距离。举例而言，为了测量到每个扬声器的距离，遥控器例如可包括麦克风。音频信号继而可从每个扬声器辐射且可用于确定到扬声器的距离(例如，使用音频测距技术)。作为使用陀螺仪的替代，可通过以某距离(例如遥控器的顶边缘和底边缘)分开的两个2轴线(x-y)加速度计来实现方位指向的追踪。尽管单个加速度计不能检测旋转， 但能通过分析两个2轴线加速度计的输出之间的差异来确定旋转(对于遥控器的单纯平移移动而言，两个加速度计的输出将为相同的，而对于绕两个加速度计之间一点的旋转而言， 它们的输出对于两个轴线而言将具有相反的符号)。为了高度准确的位置确定，在这些实例中遥控器的指向通过单纯的绕尽可能靠近听音位置的固定点来旋转该遥控器来实现，例如使得遥控器旋转而不改变传感器(或者传感器的中点)的位置。在图4中示出这种实例。但是，其也可为绕单个参考点实现的单纯旋转但遥控器并不位于此参考点的情况。举例而言，这种单纯旋转可通过由在该过程期间维持伸展的伸展臂使遥控器伸出(hold-out)而实现。这种实例在图5中示出，图5还示出了固定旋转点如何是臂连接到肩的点(且因此将相对于此点来确定扬声器位置)。但是，在单纯旋转没有实现的情形下，例如，如果遥控器在左右方向或前后方向移动，或者如果其在离听音位置相当远的距离处绕其自身的ζ轴线旋转的情况下，所确定的角度变化可偏离正确值。在图6中示出此实例。不准确度可取决于遥控器的平移量和扬声器离遥控器的距离。而且，可通过增加 2轴线加速度计和/或磁力计来消除或减轻误差，其中该2轴线加速度计测量遥控器的水平x-y平面中的加速度。这些方案可允许在指向操作期间跟踪遥控器的旋转和平移，且可相应地增加所确定的角度的准确度和稳健性。
在指向过程期间，如果并不将遥控器保持平放(即，平行于地平面)，而是绕X轴线旋转(‘滚转’)，则可出现不准确的结果，这是因为来自陀螺仪和/或加速度计的输出是相对于参考的遥控器框架而言的，而不是相对于参考的大地(和扬声器)的框架而言的。这可通过增加陀螺仪和/或测量遥控器的竖直ζ方向中的加速度的加速度计来解决(后面的方法利用了总是存在的重力作为参考)，其中该陀螺仪测量绕遥控器X轴线的角速率。在指向过程期间，如果遥控器并不保持平放(即，平行于地平面)，而是绕y轴线倾斜，则也可发生不准确的结果。这可通过增加测量绕遥控器的y轴线的角速率的陀螺仪和 /或测量遥控器的竖直方向中的加速度的加速度计来解决。这种方案也可解决其中扬声器并不位于相同水平面中的情形。在先前实例中，附加的传感器用于解决遥控器可能并不总是保持水平的事实。为了能对此进行校正，能持续地跟踪转动数据和/或倾斜数据，且由此所得的轨迹的计算可变得相当复杂和/或不准确。另一可能性为，简单地指导使用者在校准过程期间保持遥控器水平且简单地假设此为计算轨迹时的情况。可选地，可包括附加的传感器，但仅用于检测遥控器被倾斜过和/或转动过超过给定的量。如果在校准过程中检测到这种情况，则可终止校准，否则，该校准过程可认为是充分准确的。所描述的方案的优点在于，在校准过程之后，当扬声器之一移动到不同位置时，仅此扬声器的位置需要重新校准。类似地，当优选听音位置变化时，仅需要重新校准的对象是听音位置。举例而言，在包括测量平移的加速度计的多个实施例中的一个实施例中，这可通过执行这样的校准过程来进行，即该校准过程包括从旧听音位置到新听音位置的移动。在某些实施例中，该系统还支持对这样的使用者输入的提供，即该使用者输入指示扬声器位置未被使用。在此情况下，该系统可指定相对应的扬声器位置为未被使用。这可用于使得音频系统适于补偿不存在的此扬声器。举例而言，如果不包括环绕扬声器，来自环绕通道的音频中的某些可通过前扬声器馈送。因此，在某些实施例中，使用者可具有选择性以指示他并不想使用扬声器中一个或多个，这例如通过在要求他走向/指向此扬声器时按压“不使用”按钮来进行。因此，能够使使用者指示他只想使用扬声器的子集，从而使得使用者能例如使用未选择的扬声器以用于不同目的，或者例如如果另一人坐在很靠近这些扬声器中的一个的地方，则可暂时地停用这些扬声器中的该一个。应了解，为了清楚起见，上文的描述参考不同的功能单元和处理器描述了本发明的实施例。但是，显然，在不偏离本发明的情况下，可使用不同的功能单元或处理器之间的任何合适的功能分配。举例而言，例示为由单独处理器或控制器执行的功能可由相同处理器或控制器来执行。因此，对于具体功能单元的提及仅被视作提及了用于提供所描述功能的合适手段(器件)，而并非指示严格的逻辑或物理结构或组成。本发明可以任何合适形式来实施，包括硬件、软件、固件或其任何组合。本发明可选地至少部分地实施为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件。本发明的实施例的元件和构件可以以任何合适方式物理地、功能地和逻辑地实施。 实际上，该功能可实施于单个单元中，实施于多个单元中或实施为其它功能单元的部分。因此，本发明可实施于单个单元中或可在物理上和功能上分配于不同的单元或处理器之间。尽管结合某些实施例描述了本发明，其并不旨在限于本文所陈述的具体形式。而是，本发明的范围仅受所附的权利要求书的限制。此外，尽管特征可表现为结合特定实施例进行描述，但本领域技术人员应认识到，所描述的实施例的各种特征可根据本发明来组合。 在权利要求中，术语包括并不排除其它元件或步骤的存在。 而且，尽管个别地列出，但多个手段(器件)、元件或方法步骤可例如由单个单元或处理器来实施。此外，尽管个别特征可包含于不同的权利要求中，但其可有利地组合，且包括于不同权利要求中并不意味着特征的组合是不可行的和/或不利的。而且，特征包括在一类别权利要求中并不意味着限制于此类别，而是指示该特征同样可适当地适用于其它权利要求类别。而且，在权利要求中的特征次序并不意味着其中必须执行的特征的任何具体次序，且特别地，在方法项中的个别步骤的次序并不意味着步骤必须以此次序来执行。而是，步骤可以以任何合适次序来执行。此外，单数参考并不排除复数。因此对“一”、“第一”、 “第二”等的提及并不排除复数。在权利要求书中提供的附图标记只是作为阐明的实例，且不应被理解为以任何方式限制权利要求的范围。
权利要求
1.一种用于确定扬声器位置估计的系统，所述系统包括-用于确定使用者可移动单元的运动数据的器件001，203，205)，所述运动数据表征所述使用者可移动单元的移动，以及-用于接收使用者激活的使用者输入007，209)，使用者激活指示在所述使用者激活被接收时所述使用者可移动单元的当前位置和方位中的至少一个与扬声器位置相关联；以及-分析器件Oil)，其响应于所述运动数据和所述使用者激活来生成扬声器位置估计。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分析器件(211)被布置成响应于所述运动数据来确定指示所述使用者可移动单元方位的方位数据。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述分析器件(211)被布置成响应于所述使用者激活的方位数据，对于多个使用者激活中的每一个使用者激活，估计从一定位置到扬声器位置的方向；以及响应于所述方向来确定所述扬声器位置估计。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述分析器件(211)被布置成响应于从该位置到每个扬声器位置的预定距离估计来确定所述扬声器位置估计。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分析器件(211)被布置成响应于所述运动数据来确定指示所述可移动单元位置的位置数据。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述分析器件011)被布置成响应于与所述使用者激活相关联的所述位置数据，对于多个使用者激活中每一个使用者激活，估计所述使用者可移动单元的相对位置；且响应于所述相对位置来确定所述扬声器位置估计。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，假设每个相对位置对应于扬声器位置，从而确定所述扬声器位置估计。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述使用者输入007，209)被布置成接收参考使用者激活，参考使用者激活指示所述使用者可移动单元的当前位置或方位与听音位置参考相关联，并且所述分析器件(211)被布置成响应于所述参考使用者激活来确定参考位置或方位，以及响应于所述参考位置或方位来确定所述扬声器位置估计。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述分析器件(211)被布置成相对于所述听音位置(111)来确定所述扬声器位置估计。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述使用者输入007，209)被布置成接收指示扬声器位置未被使用的使用者输入；以及所述分析器件(211)被布置成将相对应的扬声器位置指定为未被使用。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述使用者可移动单元为手持装置。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述使用者可移动单元被布置成在使用者激活时，确定所述使用者可移动单元的位置估计和方位估计中的至少一个；并且所述使用者可移动单元还包括用于将所述位置估计和所述方位估计中至少一个传送到远程单元的器件。
13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述使用者可移动单元包括运动检测传感器001，203)，且所述确定器件被布置成响应于来自所述运动检测传感器001，203) 的数据来确定所述运动数据，所述运动检测传感器001，203)包括下列中的至少一个-陀螺仪；-加速度计；以及 -磁力计。
14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括用于使得声信号从待估计的第一扬声器位置辐射的器件；以及用于将一定时间间隔内所接收的使用者激活与所述第一扬声器位置联系起来的器件，其中该一定时间间隔与所述声辐射相关联。
15.一种确定扬声器位置估计的方法，所述方法包括-确定使用者可移动单元的运动数据，所述运动数据表征所述使用者可移动单元的移动，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时所述使用者可移动单元的当前位置和方位中的至少一个与扬声器位置相关联；以及-响应于所述运动数据和所述使用者激活来生成扬声器位置估计。
全文摘要
一种用于确定扬声器位置估计的系统，其包括运动传感器(201,203,205)，该运动传感器(201,203,205)被布置成确定使用者可移动单元的运动数据，其中运动数据表征使用者可移动单元的移动。使用者的输入(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时使用者可移动单元的当前位置和方位中的至少一个与扬声器位置相关联。使用者激活可例如由于使用者按压按钮而造成。分析处理器(211)然后响应于运动数据和使用者激活来生成扬声器位置估计。该系统可例如允许扬声器位置估计以指向扬声器或定位于扬声器上的手持装置(诸如遥控器)为基础。
文档编号H04S7/00GK102461214SQ201080024431
公开日2012年5月16日 申请日期2010年5月27日 优先权日2009年6月3日
发明者P. J. 德布鲁恩 W. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司