具有位置相关空间源生成的通信设备、通信系统及相关方法与流程

本发明涉及通信设备、包括通信设备的通信系统，以及包括操作通信设备的方法的相关方法。特别地，本发明涉及一种具有位置相关的空间源生成和/或空间源定位的通信设备。

背景技术：

在战斗情况或具有高噪声水平的其它压力环境中，期望用户有效地保护他/她的听力，同时使用户能够经由无线或其它通信系统与队友进行通信。在战斗情况或其它压力环境期间，用户可能需要佩戴听力保护设备以减弱噪音，例如枪炮声、机械声和其它类型的恒定或间歇性噪声。

使用无线通信的缺点是可能会丢失方向提示，从而导致用户在定位输入信号源时费力，尤其是在战斗情况下，这是非常危险的，在这种情况下，当方向提示丢失时，友军误伤的危险会显著增加。

技术实现要素：

因此，需要在无线通信期间增加用户的状况感知的通信设备、通信系统和方法。

公开了一种通信设备，该通信设备包括处理器；用于连接到无线单元的无线接口；以及输出接口。处理器被配置为例如经由无线接口获取指示第一源的第一位置的第一位置信号；例如经由无线接口获取指示用户位置的用户位置信号；例如经由通信设备的无线接口和/或传感器接口获取指示用户的头部方向的方向信号；确定头部方向和从用户到第一源的第一方向之间的第一角度；基于第一角度确定第一滤波函数；将第一滤波函数应用于第一音频信号以提供第一左输出信号和第一右输出信号；以及经由输出接口输出左输出信号和右输出信号。左输出信号基于第一左输出信号，和/或右输出信号基于第一右输出信号。

还公开了一种包括如本文所述的通信设备的通信系统，该通信系统包括一组扬声器，例如包括左扬声器和右扬声器，用于连接或可连接到通信设备的输出接口。该通信系统可选地包括用于连接或可连接至无线接口的无线单元。此外，公开了一种听力保护系统，该听力保护系统包括如本文所述的通信设备，该听力保护系统包括一组扬声器，例如包括左扬声器和右扬声器，用于连接或可连接到通信设备的输出接口。该组扬声器可以布置在听力保护设备的相应耳套和/或听筒中。

此外，公开了一种用于操作通信设备的方法，该通信设备包括处理器、用于连接到无线单元的无线接口，以及输出接口，该方法包括例如经由无线接口获取指示第一源的第一位置的第一位置信号；例如经由无线接口和/或通信设备的位置传感器获取指示用户位置的用户位置信号；例如经由无线接口和/或通信设备的传感器接口获取指示用户的头部方向的方向信号；确定头部方向和从用户到第一源的第一方向之间的第一角度；基于第一角度确定第一滤波函数；将第一滤波函数应用于第一音频信号以提供第一左输出信号和第一右输出信号；以及经由输出接口输出左输出信号和右输出信号，其中左输出信号基于第一左输出信号，和/或右输出信号基于第一右输出信号。

本发明的重要优点在于实时地增强了通信设备的用户的状况感知，这进而减少了决策时间。

因此，通信设备的用户例如在战斗情况下可以体验增强的状况感知以及对盟友/队友的定位，这对于在敌方领土/战斗情况下作战的用户/战士非常有好处。

此外，为用户/战士提供了更精确和更准确的定位/方向提示，因此用户/战士可以准确地识别周围区域的队友，同时保持听力保护设备的保护并保持连接。

此外，可以改善例如来自不同源的输入信号的方向性，例如进而在多源通信设备中提供了更有效的源空间分离。

附图说明

通过以下参考附图对示例性实施例的详细描述，对于本领域技术人员而言，本发明的上述以及其它特征和优点将变得显而易见。

图1示意性地示出了根据本发明的示例性通信系统，

图2是根据本发明的示例性处理器的框图，

图3是根据本发明的示例性方法的流程图，

图4是示出诸如第一输入信号的输入信号的典型功率谱的曲线图，

图5是示出与不同角度对应的hrtf的四个典型增益谱的曲线图，

图6是示出根据本发明的示例性互补信号的功率谱的曲线图，

图7是通信设备的示例性处理器的框图，以及

图8示出了具有通信设备的用户、第一源和第二源的环境。

附图标记列表

2通信系统

4通信设备

6左接收机

8右接收机

9左听筒

10左连接

11右听筒

12右连接

14处理器

16无线接口

18无线单元

20输出接口

22存储器

24第一输入信号

26第二输入信号

28第一源

30第二源

32第一位置信号

34第二位置信号

36用户位置信号

38定位设备

40传感器接口

42传感器设备

44左输出信号

44a左音频信号

46右输出信号

46a右音频信号

48第一预处理模块

48a第二预处理模块

50第一音频信号

50a第二音频信号

52第一输入滤波器

52a第二输入滤波器

54第一加法器

54a第二加法器

56信号生成模块

58第一互补信号

58a第二互补信号

60第一滤波器模块

60a第二滤波器模块

62第一左输出信号

62a第二左输出信号

64第一右输出信号

64a第二右输出信号

66第一左滤波器

68第一右滤波器

70滤波控制器

72第一控制信号

72a第二控制信号

74混音器模块

80第一噪音发生器

82第一音调发生器

84多路复用器

86第一次级滤波器

88第二次级滤波器

100通信设备的操作方法

102获取多个位置信号

102a获取指示第一源的第一位置的第一位置信号

102b获取指示用户位置的用户位置信号

102c获取指示第二源的第二位置的第二位置信号

104获取指示用户的头部方向的方向信号

106确定头部方向与从用户到源的方向之间的角度

106a确定头部方向和第一方向之间的第一角度

106aa确定从用户到第一源的第一方向

106b确定头部方向和第二方向之间的第二角度

106bb确定从用户到第二源的第二方向

108确定一个或多个滤波函数

108a基于第一角度确定第一滤波函数

108b基于第二角度确定第二滤波函数

110将相应的滤波函数应用于相应的音频信号

110a将第一滤波函数应用于第一音频信号以提供第一左输出信号和第一右输出信号

110b将第二滤波函数应用于第二音频信号以提供第二左输出信号和第二右输出信号

112经由输出接口输出左输出信号44和右输出信号46

200hrtf对应于前下左

202hrtf对应于前下右

204hrtf对应于前上左

206hrtf对应于前上右

hd听力方向

具体实施方式

在下文中，当相关时，参考附图描述各种示例性实施例和细节。应当注意，附图可以按比例绘制或可以不按比例绘制，并且在整个附图中，相似结构或功能的元件由相似的附图标记表示。还应注意，附图仅旨在促进实施例的描述。它们不旨在作为本发明的详尽描述或作为对本发明范围的限制。另外，示出的实施例不必具有所示的所有方面或优点。结合特定实施例描述的方面或优点不必限于该实施例，并且即使未如此示出或未如此明确地描述，也可以在任何其它实施例中实践。

本发明涉及通信设备和操作通信设备的方法。该通信设备包括：处理器；用于连接到无线单元的无线接口；以及输出接口。

处理器被配置为例如经由无线接口获取指示诸如无线单元的第一源的第一位置的第一位置信号sp_1。连接到无线接口的无线单元可以例如通过转发用无线单元接收的第一源的第一位置来提供第一位置信号。

在一个或多个实施例中，无线单元可以包括gps传感器。

处理器被配置为例如经由无线接口和/或通信设备的位置传感器获取指示用户位置的用户位置信号sp_u。

处理器被配置为例如经由无线接口和/或通信设备的传感器接口获取指示用户的头部方向的方向信号sd。因此，通信设备可以包括传感器接口。传感器接口可以形成输出接口的一部分，例如用于连接到布置在听力保护设备中(诸如在听力保护设备的一个或多个耳罩和/或听筒中)并且被配置为提供指示用户的头部方向的方向信号的一个或多个传感器。一个或多个传感器可以包括第一加速度计和第二加速度计。

处理器被配置为确定头部方向hd和从用户到第一源的第一方向d_1之间的第一角度a_1；并基于第一角度a_1确定第一滤波函数ff_1。

处理器被配置为例如采用处理器的第一滤波器模块将第一滤波函数ff_1应用到第一音频信号，以提供第一左输出信号和第一右输出信号。换句话说，通信设备的处理器可以包括第一滤波器模块，用于根据第一滤波函数对第一音频信号进行滤波，以提供第一左输出信号和第一右输出信号。

此外，处理器被配置为经由输出接口输出左输出信号和右输出信号，其中，左输出信号基于第一左输出信号，而右输出信号基于第一右输出信号。

在一个或多个示例性通信设备中，将第一滤波函数应用于第一音频信号包括将第一左滤波器应用于第一音频信号以提供第一左输出信号，和/或将第一右滤波器应用于第一音频信号以提供第一右输出信号。第一左滤波器可以是第一左头部相关传递函数hrtf_1_l，和/或第一右滤波器可以是第一右头部相关传递函数hrtf_1_r。因此，第一滤波器模块可以包括用于对第一音频信号进行滤波的第一左滤波器和/或第一右滤波器。

在一个或多个示例性通信设备中，基于第一角度a_1确定第一滤波函数包括例如采用通信设备的滤波控制器，从包括多个滤波函数的一组滤波函数中选择第一滤波函数。换句话说，通信设备的处理器可以包括用于控制处理器的滤波器模块(例如第一滤波器模块和可选的第二滤波器模块)的滤波控制器。在一个或多个示例性通信设备中，从一组滤波函数中选择第一滤波函数包括：如果第一角度a_1在第一角度范围内，则选择滤波函数；以及如果第一角度a_1在第二角度范围中，则可选地选择滤波函数，与第一角度范围对应的滤波函数不同于与第二角度范围对应的滤波函数。该组滤波函数可以包括与相应的四个角度范围(例如，左前角度范围、左后角度范围、右前角度范围、右后角度范围)对应的至少四个滤波函数ff_lf、ff_lb、ff_rf和ff_rb。在一个或多个示例性通信设备/方法中，该组滤波函数可以包括与相应角度范围对应的至少六个，诸如八个滤波函数。滤波控制器可以例如通过用第一滤波函数标识符控制第一滤波器模块来设置第一滤波器模块的滤波系数。

在一个或多个示例性通信设备中，获取指示例如相对于参考方向(诸如北向)的用户的头部方向的方向信号sd包括：从安装在用户头盔上的外部传感器设备接收方向信号。因此，传感器接口可以被配置为连接到传感器设备。外部传感器设备可以是例如安装在头盔或听力保护设备上的电子罗盘。外部传感器设备可以包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器包括第一加速度计和第二加速度计。该一个或多个传感器可以包括第一陀螺仪和/或第二陀螺仪。获取指示头部方向的方向信号sd可以包括：接收例如相对于参考方向(诸如北向)的头部方向数据，诸如头部角度。

在一个或多个示例性通信设备中，获取第一位置信号包括经由连接到通信设备的无线单元从第一源接收第一位置数据。第一位置数据指示第一源的第一位置，并且可以包括第一源的全球定位系统(gps)坐标。

在一个或多个示例性通信设备中，获取用户位置信号包括：从连接到通信设备的无线单元或从通信设备的定位设备接收用户位置数据。用户位置数据指示用户的位置(例如，由无线单元确定)，并且可以包括无线单元和/或通信设备的全球定位系统(gps)坐标。因此，通信设备可以包括用于确定通信设备的位置(诸如gps位置)的定位设备。

在一个或多个示例性通信设备中，通信设备被配置为经由连接到通信设备的无线单元从第一源接收第一输入信号。第一音频信号可以基于第一输入信号。可以将第一输入信号直接馈送为第一音频信号，或者与其它信号组合以形成第一音频信号。可以对第一输入信号进行滤波以形成第一音频信号或其一部分。

在一个或多个示例性通信设备中，该通信设备包括用于提供第一互补信号的信号生成模块，并且其中第一音频信号基于第一互补信号。因此，处理器可以包括第一预处理模块，用于处理(例如，通过混合和/或滤波)第一输入信号和/或第一互补信号以形成第一音频信号。

在一个或多个示例性通信设备中，处理器被配置为例如经由无线接口获取指示第二源的第二位置的第二位置信号。连接到无线接口的无线单元可以例如通过转发用无线单元接收的第二源的第二位置来提供第二位置信号。

处理器可以被配置为确定头部方向和从用户到第二源的第二方向d_2之间的第二角度a_2；并基于第二角度a_2确定第二滤波函数ff_2。

处理器可以被配置为例如采用处理器的第二滤波器模块将第二滤波函数应用于第二音频信号，以提供第二左输出信号和第二右输出信号。换句话说，通信设备的处理器可以包括第二滤波器模块，用于根据第二滤波函数对第二音频信号进行滤波，以提供第二左输出信号和第二右输出信号。左输出信号可以基于第二左输出信号，并且右输出信号可以基于第二右输出信号。

在一个或多个示例性通信设备中，将第二滤波函数应用于第二音频信号包括将第二左滤波器应用于第二音频信号以提供第二左输出信号，和/或将第二右滤波器应用于第二音频信号以提供第二右输出信号。第二左滤波器可以是第二左头部相关传递函数hrtf_2_l，和/或第二右滤波器可以是第二右头部相关传递函数hrtf_2_r。因此，第二滤波器模块可以包括用于对第二音频信号进行滤波的第二左滤波器和/或第二右滤波器。

在一个或多个示例性通信设备中，基于第二角度a_2确定第二滤波函数包括例如采用通信设备的滤波控制器，从包括多个滤波函数的一组滤波函数中选择第二滤波函数。换句话说，通信设备的处理器可以包括用于控制第二滤波器模块的滤波控制器。在一个或多个示例性通信设备中，从一组滤波函数中选择第二滤波函数包括：如果第二角度a_2处于第一角度范围内则选择滤波函数；以及如果第二角度a_2处于第二角度范围内则可选地选择滤波函数。该组滤波函数可以包括与相应的四个角度范围(例如，左前角度范围、左后角度范围、右前角度范围、右后角度范围)对应的至少四个滤波函数ff_lf、ff_lb、ff_rf和ff_rb。在一个或多个示例性通信设备/方法中，该组滤波函数可以包括与相应角度范围对应的至少六个，诸如八个滤波函数。滤波控制器可以例如通过用第二滤波函数标识符控制第二滤波器模块来设置第二滤波器模块的滤波系数。

在一个或多个示例性通信设备中，获取第二位置信号包括经由连接到通信设备的无线单元从第二源接收第二位置数据。第二位置数据指示第二源的第二位置，并且可以包括第二源的全球定位系统(gps)坐标。

在一个或多个示例性通信设备中，通信设备被配置为经由连接到通信设备的无线单元从第二源接收第二输入信号。第二音频信号可以基于第二输入信号。第二输入信号可以作为第二音频信号直接馈送，或者可以与其它信号组合以形成第二音频信号。可以对第二输入信号进行滤波以形成第二音频信号或其一部分。

在一个或多个示例性通信设备中，信号生成模块被配置为提供第二互补信号，并且其中第二音频信号基于第二互补信号。因此，处理器可以包括第二预处理模块，用于处理(例如，通过混合和/或滤波)第二输入信号和/或第二互补信号以形成第二音频信号。

还公开了一种用于操作通信设备的方法，该通信设备包括处理器、用于连接至无线单元的无线接口，以及输出接口，该方法包括例如经由无线接口获取指示第一源的第一位置的第一位置信号；例如经由无线接口和/或通信设备的位置传感器获取指示用户位置的用户位置信号；例如经由无线接口和/或通信设备的位置传感器获取指示用户的头部方向的方向信号；确定头部方向和从用户到第一源的第一方向之间的第一角度；基于第一角度确定第一滤波函数；将第一滤波函数应用于第一音频信号以提供第一左输出信号和第一右输出信号；以及经由输出接口输出左输出信号和右输出信号，其中左输出信号基于第一左输出信号，并且右输出信号基于第一右输出信号。

在一个或多个示例性方法中，将第一滤波函数应用于第一音频信号包括将第一左滤波器应用于第一音频信号以提供第一左输出信号，其中第一左滤波器是第一左头部相关传递函数；以及将第一右滤波器应用于第一音频信号以提供第一右输出信号，其中第一右滤波器是第一右头部相关传递函数。

在一个或多个示例性方法中，基于第一角度确定第一滤波函数包括从包括多个滤波函数的一组滤波函数中选择第一滤波函数。

在一种或多种示例性方法中，获取指示用户的头部方向的方向信号包括从安装在用户的头盔上的外部设备接收方向信号。

在一个或多个示例性方法中，其中获取第一位置信号包括经由连接到通信设备的无线单元从第一源接收第一位置数据，并且其中获取用户位置信号包括从连接至通信设备的无线单元接收用户位置数据。第一位置数据指示第一源的第一位置，并且可以包括第一源的全球定位系统(gps)坐标。用户位置数据指示用户的位置，并且可以包括无线单元和/或通信设备的全球定位系统(gps)坐标。

本发明还提供一种通信系统，该通信系统包括如本文所述的通信设备、可选地可连接至无线接口的无线单元，以及可连接至输出接口的一组扬声器。该组扬声器可以布置在听力保护设备中，例如，听力保护设备的相应耳套和/或听筒中。该通信系统可以包括可连接到通信设备的输出接口的听力保护设备。

本文描述的本发明涉及一种通信设备，该通信设备包括处理器，该处理器被配置为可选地将来自诸如无线的外部源的输入信号与互补信号组合，并且基于源位置应用滤波函数，该滤波函数包括头部相关传递函数，用于提供左右输出信号。应用滤波函数可将方向信息添加到输入信号，使得它看起来像是来自与外部源位置对应的特定方向。

无线设备和类似设备上的信号通常会受到带宽限制，并且无线信道上的人类语音通常会被切断阈值频率，例如约3-4khz。头部相关传递函数和类似的滤波函数通常包含比该阈值频率高的频率的重要信息(衰减谷值或峰值形式的方向提示)。如果将滤波函数应用于上述有限带宽信号，则该信息将丢失。这可能是次优的，因为输入信号然后可能看起来不是来自任何特定方向，或者因为来自不同源的不同输入信号可能看起来来自相似方向。通过将输入信号与互补信号组合，可以扩展有效带宽，使得将滤波函数应用于音频信号将改善源的定位。

处理器被配置为将第一滤波函数应用于第一音频信号，以提供第一左输出信号和/或第一右输出信号。将第一滤波函数应用于第一音频信号可包括：将第一左滤波器应用于第一音频信号，以提供第一左输出信号。第一左滤波器可以是第一左头部相关传递函数(hrtf_1_l)。将第一滤波函数应用于第一音频信号可以包括将第一右滤波器应用于第一组合信号以提供第一右输出信号。第一右滤波器可以是第一右头部相关传递函数(hrtf_1_r)。因此，本通信设备能够有效地控制第一输入信号源自(即第一源的第一位置)的感知方向。

处理器可以被配置为经由无线接口从第二源获取或接收第二输入信号；可选地，获取第二互补信号；基于第二输入信号以及可选地第二互补信号形成第二音频信号；基于第二角度将第二滤波函数应用于第二音频信号，以提供第二左输出信号和/或第二右输出信号；第二滤波函数可选地包括一个或多个头部相关传递函数，其中左输出信号基于第二左输出信号和/或右输出信号基于第二右输出信号。因此，左输出信号可以基于第一左输出信号和第二左输出信号两者。左输出信号可以是来自滤波函数的左输出信号的和或加权和。因此，右输出信号可以基于第一右输出信号和第二右输出信号两者。右输出信号可以是来自滤波函数的右输出信号的和或加权和。

将第二滤波函数应用于第二音频信号可包括：将第二左滤波器应用于第二音频信号，以提供第二左输出信号。第二左滤波器可以是基于第二角度的第二左头部相关传递函数(hrtf_2_l)。将第二滤波函数应用于第二音频信号可以包括：将第二右滤波器应用于第二组合信号，以提供第二右输出信号。第二右滤波器可以是基于第二角度的第二右头部相关传递函数(hrtf_2_r)。因此，至少当第一源和第二源相对于用户位于不同角度位置时，本通信设备提供了第一输入信号和第二输入信号的有效和改进的分离。

当获取或接收第一输入信号时，左输出信号和右输出信号基于第一左输出信号和第一右输出信号，并且当获取/接收第二输入信号时，左输出信号和右输出信号基于第二左输出信号和第二右输出信号。当并行获取/接收第一输入信号和第二输入信号时，左输出信号和右输出信号可基于第一左输出信号和第一右输出信号以及第二左输出信号和第二右输出信号两者。

第一滤波函数和第二滤波函数可以不同，例如，使得第一和第二输入信号将出现或被感知为源自不同的空间位置或方向。因此，第一左滤波器和第二左滤波器可以不同，并且第一右滤波器和第二右滤波器可以不同，相关的hrtf也是如此。换句话说，第一滤波函数可以与第二滤波函数不同，使得第一输入信号被感知为来自第一方向，并且第二输入信号被感知为来自与第一方向不同的第二方向。第一左滤波器可以不同于第二左滤波器。第一右滤波器可以不同于第二右滤波器。

该通信设备可以包括存储器和处理器，存储器用于存储一组滤波函数例如作为查找表的一部分，在应用这些滤波器时处理器将检索这些滤波器。

在一个或多个示例性通信系统中，处理器被配置为接收/获取n个输入信号，其中n是整数，例如从2到8的范围内，诸如2、3、4、5、6、7、8。处理器可以被配置为对n个音频信号中的每一个音频信号应用相应的滤波函数，以提供n个左输出信号和n个右输出信号，滤波函数中的每个滤波函数包括一个或多个头部相关传递函数；并经由输出接口输出左输出信号和右输出信号，其中左输出信号基于诸如n个左输出信号之和，和/或右输出信号基于诸如n个右输出信号之和。左输出信号可以是n个左输出信号之和，n个左输出信号分别基于n个输入信号。右输出信号可以是n个右输出信号之和，n个右输出信号分别基于n个输入信号。

处理器的一个或多个预处理模块，诸如第一预处理模块和/或第二预处理模块，可以包括用于对输入信号进行滤波的输入滤波器。输入滤波器可以是低通滤波器，其例如被配置为衰减大于低通频率的相应输入信号的频率。这可以用来切断相应的输入信号的几乎不包含信息或不包含信息或具有波动功率的部分。输入信号的此类部分优选地被相应的互补信号去除并补偿，该互补信号可以在该范围内具有足够的和可预测的功率。不同输入滤波器的低通频率可在3khz至-4khz的范围内。第一预处理模块的第一输入滤波器的第一低通频率可以与第二预处理模块的第二输入滤波器的第二低通频率相同或不同。

诸如处理器的通信设备可以包括信号生成模块，用于生成包括第一互补信号和/或第二互补信号的一个或多个互补信号。互补信号可以是噪声信号和/或由不同音调组成的信号的组合。来自信号生成模块的信号发生器的信号可以直接用作互补信号，或者它们可以由信号生成模块进行整形或以其它方式处理以形成互补信号。第一互补信号可以与第二互补信号相同或不同。对于不同的输入信号和/或不同的滤波函数使用不同的互补信号可以允许进一步改善用户所感知的输入信号的方向性和/或降低滤波函数的复杂性。信号生成模块可以集成在处理器中或在通信设备中形成单独的单元。

信号生成模块可包含一个或多个次级滤波器和/或一个或多个次级增益块，其被配置为处理来自一个或多个信号发生器的信号以形成互补信号。次级滤波器可以被配置为衰减来自信号发生器的小于相应的高通频率的一个或多个信号的频率。例如，信号生成模块可以包括第一次级滤波器，用于对来自信号生成模块的第一信号发生器的第一噪声信号进行整形，例如高通滤波，以提供第一互补信号。第一次级滤波器可以是具有第一高通频率的高通滤波器。第一高通频率可大于1khz，诸如在2khz至–5khz的范围内。在一个或多个示例性通信设备中，第一高通频率在3-4khz的范围内。例如，信号生成模块可以包括第二次级滤波器，用于例如对来自信号生成模块的第二信号发生器的第一噪声信号或第二噪声信号进行整形，例如高通滤波，以提供第二互补信号。第二次级滤波器可以是具有第二高通频率的高通滤波器。第二高通频率可大于1khz，诸如在2khz至–5khz的范围内。在一个或多个示例性通信设备中，第二高通频率在3-4khz的范围内。

这可以用于对一个或多个互补信号进行整形，以匹配对应的(整形的)输入信号具有很少或没有功率的情况。互补信号和对应的输入信号的功率谱可能重叠，或者它们之间可能存在一个范围，无功率或低功率。优选地，互补信号的功率谱与(可选整形的)输入信号的功率谱匹配，使得对应的组合信号在输入信号和互补信号之间的过渡区域中将不具有大的峰值或谷值。

该方法或其至少部分可以由本文公开的通信设备或通信系统执行。

图1示出了示例性通信系统。通信系统2包括通信设备4以及左接收机6和右接收机8。左接收机6可以是包括左连接10的左听筒9的一部分，并且右接收机8可以是包括右连接12的右听筒11的一部分。连接10和12可以是有线连接或无线连接，诸如蓝牙连接。

通信设备4包括处理器14，诸如中央处理器(cpu)或数字信号处理器(dsp)；用于连接到无线单元18的无线接口16；输出接口20；以及存储器22。

输出接口20包括用于将接收机6、8连接到处理器14的插座或无线发射机/收发机。无线接口16包括用于有线连接到无线单元18的插座。在一个或多个示例性通信设备中，无线接口16可以是用于无线连接到无线单元18的无线接口。无线单元18向处理器14提供一个或多个输入信号24、26。第一输入信号24包括在第一位置处与第一源28相关联或源于其的听觉内容，并且第二输入信号26包括在第二位置处与第二源30相关联或源于其的听觉内容，参见图8。

处理器14被配置为获取指示第一源28的第一位置的第一位置信号32和可选地指示第二源30的第二位置的第二位置信号34。第一位置信号32包括第一位置的gps坐标，并且第二位置信号34包括第二位置的gps坐标。第一源28将第一位置的gps坐标发送到无线单元18。第二源30将第二位置的gps坐标发送到无线单元18。

此外，处理器14被配置为例如从连接到通信设备4的无线单元18(其可以包含gps传感器)或从通信设备4的可选定位设备38(例如，gps感测设备)获取指示用户位置的用户位置信号36。用户位置信号36包括用户位置的gps坐标。应当注意，也可以使用其它位置数据。处理器14被配置为基于第一位置(gps位置)的第一位置数据和用户位置(gps位置)的用户位置数据来确定从用户到第一源的第一方向d_1。

处理器14被配置为例如经由通信设备4的传感器接口40从例如安装在用户的头盔上的外部传感器设备42获取指示用户的头部方向hd的方向信号sd。外部传感器设备42包括方向传感器，诸如电子罗盘。在一个或多个示例性通信系统中，外部传感器设备可以被集成在听力保护设备的听筒或耳罩/头带中。因此，传感器接口40可以被集成在输出接口20中或形成输出接口20的一部分。指示头部方向的方向信号sd包括相对于诸如北向的参考方向的头角，并且处理器14被配置为确定头部方向hd和从用户到第一源的第一方向d_1之间的第一角度a_1。

处理器14被配置为基于第一角度a_1确定第一滤波函数，并且基于第一输入信号24将第一滤波函数应用于第一音频信号，以提供第一左输出信号和第一右输出信号。此外，处理器14被配置为经由输出接口20输出左输出信号44和右输出信号46，其中，左输出信号基于第一左输出信号，而右输出信号基于第一右输出信号。

图2是通信设备的示例性处理器的框图。处理器14包括第一预处理模块48，用于基于第一输入信号24形成第一音频信号50。第一预处理模块48可选地包括第一输入滤波器52，该第一输入滤波器52是低通滤波器并且对第一输入信号24进行滤波，以提供滤波的第一输入信号，该滤波的第一输入信号被馈送到第一加法器54，以基于第一输入信号24提供第一音频信号50。处理器14包括信号生成模块56，该信号生成模块56被配置为提供被馈送到第一加法器54的第一互补信号58，该第一加法器54添加到滤波的第一输入信号和第一互补信号58，以形成第一音频信号50。处理器14包括第一滤波器模块60，其输入连接到第一预处理模块48的输出，用于接收第一音频信号50。通过应用第一滤波函数在第一滤波器模块中对第一音频输入信号50进行滤波，以提供分别形成左输出信号44(或其至少一部分)和右输出信号46(或其至少一部分)的第一左输出信号62和第一右输出信号64。将第一滤波器模块60中的第一滤波函数应用于第一音频信号50包括：将第一左滤波器66应用于第一音频信号50以提供第一左输出信号62，并将第一右滤波器68应用于第一音频信号50，以提供第一右输出信号64。第一左滤波器66是第一左头部相关传递函数hrtf_1_l，而第一右滤波器68是第一右头部相关传递函数hrtf_1_r。因此，第一滤波器模块60包括第一左滤波器66和第一右滤波器68，用于对第一音频信号50进行滤波。

处理器14包括滤波控制器70。滤波控制器70接收第一位置信号32、用户位置信号36和方向信号sd。第一控制器被配置为基于第一位置信号32的第一位置数据和用户位置信号36的用户位置数据来确定从用户到第一源的第一方向d_1。滤波控制器70被配置为确定头部方向hd和从用户到第一源的第一方向d_1之间的第一角度a_1，并且基于第一角度a_1确定在第一滤波器模块60中应用的第一滤波函数。滤波控制器70通过经由第一控制信号72设置第一左右滤波器66、68的滤波系数来控制第一滤波器模块以应用第一滤波函数。

图3是操作包括处理器、无线接口和输出接口的通信设备的示例性方法的流程图。方法100包括获取102多个位置信号，包括获取102a指示第一源的第一位置的第一位置信号，以及获取102b指示用户的位置的用户位置信号。方法100包括获取104指示用户的头部方向的方向信号，以及确定106头部方向与从用户到第一源的第一方向之间的第一角度。确定106头部方向和从用户到源的方向之间的角度包括确定106a头部方向和从用户到第一源的第一方向之间的第一角度。确定106a头部方向与从用户到第一源的第一方向之间的第一角度包括确定106aa从用户到第一源的第一方向。方法100进行到确定108一个或多个滤波函数，包括：基于第一角度确定108a第一滤波函数；以及将相应滤波函数应用110于相应的音频信号，包括将第一滤波函数应用110a于第一音频信号以提供第一左输出信号和第一右输出信号；以及经由输出接口输出112左输出信号44和右输出信号46，其中左输出信号基于第一左输出信号，并且右输出信号基于第一右输出信号。

图4和图6是示出本发明的输入信号和互补信号的相应示例的曲线图。图5是示出示例性的头部相关传递函数的增益谱的曲线图。

第一输入信号和/或第二输入信号是用听觉内容(通常是语音)编码的信号。时间平均语音频谱(例如，通话一分钟)通常覆盖100hz–5khz范围，在较低(<1khz)频带中的大部分能量对应于元音，而在较高频带(1-5khz)中则较少能量对应于辅音。此外，可以产生高达15khz的高次谐波。

分配给单个话音频率传输信道的带宽，例如通常限制在无线单元上，使得3.5khz以上的频率被截断。这是为了节省带宽，并且由于不需要更高的谐波来理解语音内容和区分语音。图4是示出了在无线信道上用于语音的典型功率谱，即示例性第一输入信号和/或第二输入信号的功率谱的曲线图。可以看出，功率谱开始下降约3khz。

头部相关传递函数(hrtf)，也称为解剖传递函数，示出人耳如何从空间中的给定点接收声音。当声音冲击听众时，包括头部、耳朵、耳道的大小和形状、头部的密度、鼻腔和口腔的大小和形状的多个因素会改变声音并影响声音的感知方式，从而引起传递函数是增益谱，其频率同时具有正增益和负增益。hrtf是特定于个人的，使得与源自同一方向的声音对应的hrtf对于不同的人而言将有所不同。此外，与源自方向a的声音对应的广义hrtf或平均hrtf在应用于声学信号时，将导致不同的听众听到如同来自大体相同方向的声音。同样，与源自两个不同方向的声音对应的两个hrtf在应用于声学信号时，将导致不同的听众听到如同来自两个不同方向的声音。

图5是示出与两个不同方向对应的左/右耳hrtf的典型增益谱的曲线图。方向可以从图5得出。因此：

-曲线200是左耳hrtf，对应于源自后下左方向的声音

-曲线202是右耳hrtf，对应于源自后下左方向的声音

-曲线204是左耳hrtf，对应于源自后下右方向的声音

-曲线206是右耳hrtf，对应于源自后下右方向的声音。

可以看出，hrtf包含3-4khz以上范围内的大量信息。>3khz范围内的信息包括与源的垂直位置相关的信息，并且起源于耳垂的大小、形状和垂直不对称性。如图4中，当将基于hrtf函数的滤波器应用于第一或第二输入信号时，由于该信号在该范围内没有功率，因此3-4khz以上的信息会丢失，也就是说，不存在该信息可以在其上编码的信号。因此，将不同的基于hrtf的滤波器应用于不同的音频信号(分别基于来自相应源的输入信号)会将原声源的视在方向置于不同的方向中。

根据本发明的通信设备、系统和相关方法可选地提供要与(滤波的)第一输入信号组合的第一互补信号，并且允许将不能被编码到第一输入信号上的滤波函数的信息编码到组合信号上。图6是示出根据本发明的示例性第一互补信号的功率谱的曲线图。在此，互补信号的功率在图4中的输入信号的功率下降的范围(3-4khz)内上升。因此，合成的组合信号将在80hz–10khz的范围内具有足够的功率，使得可以在其上编码图5的hrtf中的所有信息。这是有利的，因为这将允许音频信号根据相应源位置具有明显的原点方向。

也如结合图5和图6所描述的，至少对于第一高通频率(第一输入信号功率下降)和上限频率(例如，组合信号的带宽上限)之间的范围内的频率，第一互补信号的功率分布优选地与第一滤波函数的增益分布重叠。术语重叠旨在描述第一互补信号在第一滤波函数增益具有明显的峰值或谷值的频带上具有足够的功率，使得已在其上编码了这些峰值和谷值的组合信号的频带具有足以让人耳听见并解释方向提示的功率。

图7是示例性处理器的示意性概括框图。在无线接口16处获取/接收第一和第二输入信号24、26，并将其馈送到处理器。通信设备的处理器14可以包括用于对第一输入信号24进行滤波、整形或以其它方式处理以提供第一音频信号50的第一预处理模块48。通信设备的处理器14可以包括用于对第二输入信号26进行滤波、整形或以其它方式处理以提供第二音频信号50a的第二预处理模块48a。

第二预处理模块48a包括第二输入滤波器52a和第二加法器54a，用于提供第二音频信号50a。

处理器14可以包括信号生成模块56，用于生成用于获取或提供互补信号58、58a的信号。信号生成模块56可以包括至少第一噪声发生器80和/或至少第一音调发生器82，以及可以选择并组合所生成的信号以用作互补信号的基础的多路复用器84。信号生成模块56可以被配置为生成诸如白噪声、粉红噪声的噪声信号，或者包括多个音调并且具有期望功率与频谱的合成信号。信号生成模块56因此可以包括几个信号发生器和/或合成器以及输入多路复用器和/或混合器。

通信设备的处理器14可以包括一个或多个次级滤波器，包括用于对来自多路复用器84的信号进行滤波、整形或以其它方式处理的第一次级滤波器86和/或第二次级滤波器88，以提供第一互补信号58和可选地第二互补信号58a。第一次级滤波器86和第二次级滤波器88可以具有相应的第一和第二高通频率，并且每一个都被配置为应用高通滤波器，以明确定义的频率截止来自多路复用器84的信号的下部，以减少与输入信号的重叠。每个互补信号58、58a可以被提供有功率谱，该功率谱与包括特定hrtf的相应滤波函数提供良好的重叠，该特定hrtf将被应用于对应的组合信号。在互补信号的范围内，不同的hrtf可能具有明显的峰值和谷值，并且由于要应用于给定组合信号的hrtf是已知的，因此可以例如基于来自滤波控制器70的控制信号相应地设计对应的互补信号。

处理器14被配置为在第一预处理模块48的第一加法器54中将滤波的第一输入信号(或者如果没有第一输入滤波器，则为第一输入信号24)与第一互补信号58组合以提供第一音频信号50。可以考虑滤波的第一输入信号(或如果没有第一输入滤波器，则为第一输入信号24)和第一互补信号58的其它混合。类似地，第二预处理模块48a可以在第二加法器54a中将滤波的第二输入信号(或者如果没有第二输入滤波器，则为第二输入信号26)与第二互补信号58a组合以提供第二音频信号50a。可以考虑滤波的第二输入信号(或者如果没有第二输入滤波器，则为第二输入信号26)和第二互补信号58a的其它混合。处理器14被配置为用第一滤波器模块60将第一滤波函数应用于第一音频信号50，其中，第一滤波函数包括第一左头部相关传递函数hrtf_1_l和/或第一右头部相关传递函数hrtf_1_r，以分别提供第一左输出信号62和第一右输出信号64。处理器14可选地被配置为用第二滤波器模块60a将第二滤波函数应用于第二音频信号50a，其中第二滤波函数包括第二左头部相关传递函数hrtf_2_l和/或第二右头部相关传递函数hrtf_2_r，以分别提供第二左输出信号62a和第二右输出信号64a。

处理器14包括滤波控制器70，该滤波控制器70被配置为控制滤波器模块60、60a，特别是分别应用于其中的第一滤波函数和第二滤波函数。滤波控制器70通过确定头部方向与从用户到相应源的相应方向之间的角度，基于相应的角度确定相应的滤波函数，以及将相应的滤波函数应用于相应的音频信号以提供相应的左输出信号和右输出信号，基于指示相应源的位置的位置信号，指示用户位置的用户位置信号，以及指示用户的头部方向的方向信号，来控制滤波器模块。

例如，将相应的左输出信号和相应的第二左输出信号进行组合，例如在混频器模块74中添加和/或以其它方式混合以形成左输出信号44和右输出信号46。左和右输出信号44、46经由输出接口被相应的左接收机6和右接收机8接收以形成相应的左和右音频信号44a、46a。

上面的描述参考第一输入信号24和可选地第二输入信号26描述了图7的示意性框图。通信设备可以被配置为并行处理更大数量的输入信号，诸如4个输入信号、6个输入信号或8个输入信号，所有输入信号可选地基于相应源的位置数据进行补充和处理以具有原点方向，以便用户改善源的定位。因此，如图7中的点和进一步的框所示，通信设备可以接收更多数量的输入信号。

图8示出了用户3佩戴如本文所公开的通信设备4的环境。通信设备确定头部方向hd和从用户3到第一源28的第一方向d_1之间的第一角度，并基于第一角度调节第一滤波函数。通信设备确定头部方向hd和从用户3到第二源30的第二方向d_2之间的第二角度，并基于第二角度调节第二滤波函数。第一角度a_1对应于左前角度范围，并且第一滤波器模块应用左前hrtf，以使得用户将第一音频信号感知为如同来自左前角度范围。第二角度a_2对应于右前角度范围，并且第二滤波器模块应用右前hrtf，以使得用户将第一音频信号感知为如同来自左前角度范围。当第一源移动到与左后角度范围内的第一角度相对应的第一位置时，滤波控制器控制第一滤波器模块应用左后hrtf，以使得用户将第一音频信号感知为如同来自左后角度范围。

术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”、“主要”、“其次”、“再次”等的使用并不暗示任何特定顺序，而是被包括在内以标识各个要素。此外，使用术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”、“主要”、“其次”、“再次”等并不表示任何顺序或重要性，而是术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”、“主要”、“其次”、“再次”等用于将一个元素与另一个元素区分开。注意，“第一”、“第二”、“第三”和“第四”、“主要”、“其次”、“再次”等词在这里和其它地方仅用于标记目的，并不表示任何特定的空间或时间顺序。

此外，第一元素的标记并不暗示第二元素的存在，反之亦然。

可以理解的是，图1至图8包括一些以实线示出的模块或操作以及以虚线示出的一些模块或操作。实线中包括的模块或操作是最广泛的示例实施例中包括的模块或操作。虚线中包括的模块或操作是如下的示例实施例，其可以包括在实线示例实施例的模块或操作之外或可以作为其一部分，或者是可以采取的另外模块或操作。应当理解，这些操作不需要按所呈现的顺序执行。此外，应当理解，并非所有操作都需要执行。可以以任何顺序和任何组合来执行示例性操作。

要注意的是，词语“包括”并不一定排除所列出的元件或步骤之外的其它元素或步骤的存在。

要注意的是，在元素之前的词语“一”不排除存在多个此类元素。

还应注意，任何附图标记均不限制权利要求的范围，示例性实施例可至少部分地借助于硬件和软件来实现，并且若干“部件”、“单元”或“设备”可以用相同的硬件表示。

在方法步骤过程的一般上下文中描述了本文描述的各种示例性方法、设备和系统，该方法步骤过程可以在一个方面由体现在计算机可读介质中的计算机程序产品来实现，包括计算机可执行指令，诸如程序代码，由网络环境中的计算机执行。计算机可读介质可以包括可移动和不可移动存储设备，包括但不限于只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、光盘(cd)、数字通用光盘(dvd)等。通常，程序模块可以包括执行指定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。计算机可执行指令、相关联的数据结构和程序模块代表用于执行本文公开的方法的步骤的程序代码的示例。此类可执行指令或相关联的数据结构的特定序列代表用于实现在此类步骤或过程中描述的功能的对应动作的示例。

尽管已经示出和描述了特征，但是应当理解，它们并不旨在限制要求保护的发明，并且对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离要求保护的发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变和修改。因此，说明书和附图应被认为是说明性而非限制性的。要求保护的发明旨在覆盖所有替代、修改和等同形式。