专利名称：使用3d声音方向向导的方法和使用该方法的导航系统的制作方法
技术领域：
与本发明一致的设备和方法涉及一种导航系统，更具体地说，涉及一种使用具有方向性的3D声音沿行进路线引导车辆的方向向导处理的方法以及使用该方法的导航系统。
背景技术：
通常，导航系统使用导航消息(由属于全球定位系统(GPS)的多个卫星发送)、陀螺仪、速度传感器等来检测当前行进中的移动车辆的当前位置，并使检测到的移动车辆的当前位置与地图数据匹配，以便在屏幕上显示移动车辆的当前位置。另外，导航系统使用地图数据通过移动车辆的当前位置或移动车辆的出发点到预定目的地来确定行进路线，并沿着确定的行进路线引导移动车辆。
导航系统使用图像和声音(sound)的组合沿着道路引导移动车辆。然而，由于在驾驶的同时观看图像可能发生事故而造成危险，因此比起图像向导功能，驾驶者更依靠语音(voice)向导功能。传统导航系统的语音向导通过不具有方向性的单声道扬声器被输出。然而，当移动车辆沿图1A、图1B和图1C中示出的方向中的一个的方向前进时，传统向导功能可能使驾驶者迷惑。标号110代表车辆，标号120代表车辆110的前进方向。
参照图1A，当车辆110想要以2:00钟方向前进时，尽管驾驶者听到诸如“右转，2:00钟方向”的语音向导，他也难以在五叉路、岔路等地方找到车辆110的正确的前进方向。
在五叉路或岔路处，当驾驶者听到诸如“右转之后向右行驶”等连续方向向导时，他或她难以找到车辆110的正确前进方向。
当驾驶者听到诸如“右转，向前300米”的语音向导时，他或她难以选择执行该指令的地点，即，反应点。
参照图1B，尽管驾驶者听到语音向导指令之后不久进行诸如“右转”的方向改变，但是当前方存在至少一条车辆可以右转的巷道时，他或她难以找到正确行进方向。
参照图1C，当驾驶者必须改变方向然后需要立即再次改变方向时，他感到迷惑。
因此，使用传统导航系统的驾驶者必须看地图以便决定正确的行进方向。然而，当驾驶者不能在驾驶期间集中精神时，事故的发生率增加。
发明内容
本发明的示例性实施例提供一种通过使用具有方向性的3D声音沿着行进路线引导车辆的方向向导处理的方法。
本发明还提供一种使用具有方向性的3D声音执行方向向导的导航系统。
根据本发明的一方面，提供一种导航系统的方向向导的方法，所述方法包括基于导航数据检测移动车辆的前进方向和目的地方向中的至少一个；基于检测的移动车辆的前进方向和目的地方向中的至少一个计算移动车辆的前进角度和目的地方向的角度；以及通过将计算的角度提供给3D声音技术来产生相应角度的3D方向向导声音。
根据本发明的另一方面，提供一种用于导航系统的3D向导语音处理的设备，所述设备包括方向测量单元，基于导航数据测量移动车辆的前进方向和目的地方向中的至少一个；声音角度设置单元，根据方向测量单元测量的移动车辆的前进方向或目的地方向计算移动车辆的前进角度或目的地角度，并将移动车辆的前进角度或目的地方向的角度设为关于相应方向的声音角度；以及3D声音产生单元，通过将声音角度设置单元设置的前进方向的角度和目的地方向的角度中的至少一个提供给3D声音技术来产生相应角度的3D向导声音。
通过下面参照附图对本发明示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其他示例性方面和优点将会变得更加清楚，其中 图1A至图1C是示出使驾驶者迷惑的传统情况的示图； 图2是示出根据本发明实施例的导航系统的框图； 图3是示出图2中示出的语音向导处理单元的详细示图； 图4是示出图3中示出的3D声音产生单元的详细示图； 图5是示出根据本发明实施例的导航系统的方向向导的方法的流程图； 图6是示出在图5示出的方法中使用的计算声音角度的示图；以及 图7A至图7C是示出根据本发明实施例的移动车辆的前进方向向导的示图。
具体实施例方式 现在将参照附图更完整地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，可通过多种不同方式来实施本发明，并且本发明不应被理解为限制于在此阐述的实施例；此外，提供这些实施例将使本公开彻底和完全，并将把本发明的构思完整地传达给本领域的技术人员。
图2是示出根据本发明实施例的导航系统的框图。
参照图2，导航系统包括控制单元210、地图数据存储单元220、语音数据存储单元230、显示单元240、GPS模块单元250、语音向导处理单元260和扬声器单元270。
GPS模块单元250从多个GPS卫星接收位置信息，并基于位置信息计算当前位置。另外，GPS模块单元250使用陀螺仪传感器测量当前前进方向。
地图数据存储单元220存储地图数据。
控制单元210基于GPS模块单元250输入的当前位置和方向来检测移动车辆的当前位置，将检测的移动车辆的当前位置与存储在地图数据存储单元220中的地图数据进行匹配，并随后确定移动车辆的行进路线。控制单元210执行确定的行进路线的向导操作，并将存储在语音数据存储单元230中的语音数据发送到语音向导处理单元260。
输入单元290根据用户对控制单元210的输入产生操作命令。
显示单元240根据控制单元210的控制在屏幕上显示地图数据、移动车辆的当前位置、移动车辆的行进路线等。
语音数据存储单元230存储与控制单元210执行的行进路线向导相关的语音数据。
语音向导处理单元260使用移动车辆的当前位置以及由控制单元210处理的行进路线向导功能来测量移动车辆的前进方向和目的地方向，根据移动车辆的前进方向和目的地方向设置声音角度，并基于设置的声音角度将存储在语音数据存储单元230中的语音数据转变为具有方向性的3D声音。
扬声器270从语音向导处理单元260产生的语音信号再现声音。扬声器单元270可包括立体声类型导航扬声器、立体声类型车载扬声器和头戴式耳机/耳机中的一种。
图3是示出图2中示出的语音向导处理单元260的详细示图。
语音向导处理单元260包括前进方向测量单元310、目的地方向测量单元320、声音角度设置单元330、扬声器选择单元340和3D声音产生单元350。可将前进方向测量单元310和目的地方向测量单元320集成为方向测量单元。
前进方向测量单元310使用移动车辆的当前位置和行进路线向导操作来测量移动车辆的前进方向的角度(也就是移动车辆的前进方向和行进路线向导方向之间的角度)，以及移动车辆的当前位置和方向的改变点(或转向点)之间的剩余距离，并测量车辆将要转向的道路的转向角度。
目的地方向测量单元320使用移动车辆的当前位置和行进路线向导操作来测量移动车辆的当前位置和目的地之间的直线距离。
声音角度设置单元330使用由前进方向测量单元310测量的移动车辆的当前位置和方向的改变点之间的剩余距离以及将要转向的道路的转向角度来计算前进方向角度。另外，声音角度设置单元330使用由目的地方向处理单元320测量的移动车辆的当前位置和目的地方向之间的角度差来计算目的地方向的角度，并将前进方向的角度和目的地方向的角度设置为每个方向的声音角度。
扬声器选择单元340选择是使用导航扬声器还是使用车载扬声器。
3D声音产生单元350使用声学传递函数(诸如头部相关传递函数(HRTF))来产生与声音角度设置单元330设置的前进方向和目的地方向的声音角度相应的3D向导声音。
图4是示出图3中示出的3D声音产生单元350的详细示图。
通常，3D声音系统通过使用头戴式耳机或扬声器在虚拟空间的预定位置形成声源，以产生方位(locality)、距离和空间的感觉，从而用户可听到从虚拟声源发出的声音就像从真实的声音发生地发出的声音一样。通常，使用作为声源和耳膜之间的声学传递函数的HRTF来实现3D声音。HRTF通过使用两个扬声器来在3D空间中提供各种声像(sound image)。HRTF包括代表声音被传递到的空间的特性以及两耳之间的时间差、两耳之间的电平差和外耳的形状的大量信息。具体地，HRTF包括关于对上部声像(upper sound image)和下部声像(lower sound image)定位有决定性影响的外耳的信息。然而，由于外耳复杂的形状使得难以使用外耳执行建模，因此使用仿真头部在各个角度测量HRTF。
参照图4，声源位置设置单元410设置立体声类型车载扬声器、立体声类型导航扬声器或头戴式耳机/耳机的位置。
用户位置设置单元420设置驾驶移动车辆的驾驶者的位置。
HRTF设置单元430选择与代表声源的位置和驾驶者的位置的声音角度相应的HRTF，其中，由声源位置设置单元410和用户位置设置单元420分别设置声源的位置和驾驶者的位置。然后，HRTF设置单元430执行关于HRTF和音频信号的卷积(convolution)，以便产生具有相应角度的3D语音信号或3D音调信号。此时，根据声源和驾驶者的位置将在0°到360°的范围内测量的HRTF存储在表中。例如，当声音角度是20°时，选择20°的HRTF。在根据20°的HRTF处理语音向导信号或音调信号之后将其定位为20°的方向。因此，HRTF设置单元430从语音信号或音调信号产生具有方向性的3D声音，所述3D声音被当前前进方向使用以根据设置的声音角度进行向导。
HRTF通过传统方式产生3D声音，因此将省略对其的详细描述。
图5是示出根据本发明实施例的导航系统的方向向导的方法的流程图。
参照图5，由用户设置出发点和目的地(操作S512)。
接下来，使用存储的地图数据设置出发点和目的地之间的移动车辆的行进路线(S514)。
使用GPS信号更新当前位置信息(操作S516)。
使用GPS信号和地图数据计算出发点和目的地之间的距离，基于关于岔路、三叉路或五叉路的信息处理路线向导信息(S518)。
接下来，基于路线向导信息通过将路线划分为目的地方向和前进方向来计算声音角度。
现在将描述计算目的地方向的声音角度的操作。
首先，基于移动车辆的当前位置和目的地之间的剩余距离，使用GPS信号和地图数据确定移动车辆是否接近目的地(操作S522)。
当移动车辆接近目的地时，检查是否将音调信号用于对目的地的方向向导(操作S524)。
通过参照地图数据使用从移动车辆的当前位置到目的地的直线方向和移动车辆的前进方向之间的角度差来设置目的地方向的角度(操作S528)。
例如，将目的地方向的角度θ按下面的等式1设置。
等式1 θ＝tan-1(dy/dx) 其中，dy是目的地的y坐标关于当前位置的变量，dx是目的地的x坐标关于当前位置的变量。
又例如，使用以下的方式来获得目的地方向的角度θ如图6所示，使用纬度坐标和经度坐标来获得移动车辆的当前前进方向的矢量和目的地方向的矢量，并使用两个矢量的内积来获得两个矢量之间的角度。等式2是计算目的地方向的角度θ的等式。
等式2 其中，(x，y)是移动车辆的当前位置的坐标，(a，b)是从移动车辆的当前位置朝当前前进方向前进预定距离之后的位置的坐标，(c，d)是从移动车辆的当前位置朝目的地方向前进预定距离之后的位置的坐标。
现在将描述计算前进方向的声音角度的操作。
首先，使用地图数据确定是否到达改变方向的时间(操作S532)。当到达改变方向的时间时，计算前进方向的角度，并计算移动车辆的当前位置和转向点之间的距离(S534)。
接下来，确定是否将执行关于转向点的向导(S536)。
当确定将执行关于转向点的向导时，根据移动车辆的当前位置和转向点之间的距离设置逐渐被改变的前进方向的多个角度(操作S542)。例如，将移动车辆的当前位置和转向点之间的距离均分类为1km、500m和300m，按照30°、60°和90°分别计算与分类的距离相应的前进方向的角度，并将计算的前进方向的角度分别设置为可变声音角度。然而，当确定将不执行关于转向点的向导时，将已经计算的移动车辆的前进方向的角度设置为声音角度(操作S544)。
例如，将设置前进方向的角度θ按下面的等式3来设置。
等式3 θ＝tan-1(dy/dx) 其中，dy是前进方向的y坐标关于当前位置的变量，dx是前进方向的x坐标关于当前位置的变量。
又例如，使用以下的方式来获得前进方向的角度θ如图6所示，使用纬度坐标和经度坐标来获得移动车辆的当前前进方向的矢量和引导方向的矢量，并使用两个矢量的内积来获得两个矢量之间的角度。等式4是计算前进方向的角度θ的等式。
等式4 其中，(x，y)是移动车辆的当前位置的坐标，(a，b)是从移动车辆的当前位置朝当前前进方向前进预定距离之后的位置的坐标，(c，d)是从移动车辆的方向的改变方向前进预定距离之后的位置的坐标。
接下来，计算目的地方向和前进方向的声音角度，并随后选择输出语音向导信号的扬声器的类型(操作S548)。例如，可通过立体声类型导航扬声器、立体声类型车载扬声器或头戴式耳机/耳机中的一种来输出3D声音。
使用计算的目的地方向和前进方向的声音角度来设置HRTF。
在前进方向向导的情况下，根据预定角度的HRTF将存储在语音数据存储单元中的语音数据转换为3D语音。在目的地方向向导的情况下，根据预定角度的HRTF将具有预定模式的音调信号转换为3D语音(操作S554)。
此时，当在移动车辆中使用安装在导航系统中的立体声类型扬声器时，由于声源和驾驶者的位置是固定的，因此，导航系统使用诸如HRTF等的3D声音技术向驾驶者提供具有方向性的3D声音。
又例如，当在移动车辆中使用车载扬声器时，导航系统可通过控制左前、右前、左后、右后方的扬声器的声级(sound level)来提供3D声音。
图7A是示出根据本发明实施例的前进方向的语音向导处理的示图。
参照图7A，在前进方向向导的情况下，根据前进方向(由箭头指示)设置声音角度θ。因此，当移动车辆前进时，形成根据声音角度θ的具有方向性的3D声音。因此，由于3D声音可提供具有在0°到360°的范围内的角度的方向，因此，当驾驶者按照语音向导指示的方向驾驶时，他或她可很容易地找到道路。
图7B是示出根据本发明实施例的方向的改变点的语音向导处理的示图。
参照图7B，设置根据移动车辆的当前位置和转向点之间的距离逐渐改变的多个声音角度。例如，方向的改变点的前进角度是θ。然后，当移动车辆当前位于转向点之前1km处时，移动车辆的当前位置和转向点之间的距离均被分类为1km、500m、300m和0m的距离，与分类的距离相应的声音角度均被设置为“0°+(θ×0.1)”、“0°+(θ×0.4)”、“0°+(θ×0.7)”和“0°+(θ×1)”。此时，通过使用等式3或4来获得声音角度。根据每个声音角度形成具有方向性的3D声音。因此，当移动车辆改变方向时，移动车辆的驾驶者可听到具有根据声音角度θ的方向性的3D向导语音，所述声音角度θ在与分类的每个距离对应的位置721、723、725和727处被改变。
图7C是示出根据本发明实施例的目的地方向的语音向导处理的示图。
参照图7C，使用移动车辆的当前位置732到目的地770的直线方向与移动车辆的当前前进方向之间的角度差θ来设置目的地的声音角度。根据当移动车辆改变方向时而变化的声音角度θ形成具有方向性的3D声音。因此，当由于卫星信号的错误而没有正确引导方向的改变点时，即使在难以进行卫星通信的巷道上，驾驶者也可使用向导语音和音调信号有效地找到目的地。
还可以在计算机可读记录介质上以计算机可读代码实施本发明。计算机可读记录介质是可以存储其后被计算机系统读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如通过互联网的数据传送)。计算机可读记录介质还可分布在连接网络的计算机系统中，从而以分布的形式存储和执行计算机可读代码。
根据如上所述的本发明，可通过使用3D声音技术(诸如HRTF)为语音向导提供方向性来容易地选择前进方向，同时，使用具有方向性的音调信号可更直观地找到目的地的位置。例如，虽然移动车辆连续改变方向，但是具有方向性的语音向导沿着正确道路引导驾驶者。由于使用3D声音很容易地找到0°到360°范围内的方向，因此，只要驾驶者按照从其听到的引导声音的方向驾驶，他或她就可容易地找到道路。当由于行进速度而难以选择反应点时，车辆驾驶者很难突然地在他或她听到音调信号时做出反应。因此，导航系统允许驾驶者通过逐渐改变声音方向来确定反应点，因此，驾驶者可以在正确的时间做出反应。另外，对于在难以与卫星通信的巷道中驾驶的情况下，由于卫星信号的错误，可能没有正确引导方向的改变点。如果向导语音形式的向导语音和音调信号通知驾驶者方向改变和目的地方向，则即使在巷道中驾驶也可有效地找到道路。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将理解，在不脱离权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上对其做出各种改变。
权利要求
1、一种导航系统的方向向导的方法，所述方法包括
基于导航数据检测移动车辆正在移动的前进方向和从移动车辆到目的地的目的地方向中的至少一个；
基于检测的移动车辆的前进方向和检测的移动车辆的目的地方向中的至少一个计算移动车辆的前进角度和目的地方向的角度；以及
使用3D声音技术产生具有与前进角度和目的地方向的角度中的一个相应的角度的3D方向向导声音。
2、如权利要求1所述的方法，还包括
根据前进角度选择用于输出3D方向向导声音的扬声器的类型。
3、如权利要求1所述的方法，其中，计算目的地方向的角度的步骤包括通过参照地图数据来计算从移动车辆的当前位置到目的地的直线方向和移动车辆的前进方向之间的角度差。
4、如权利要求3所述的方法，其中，计算所述角度差的步骤包括使用从GPS接收的纬度坐标和经度坐标计算移动车辆的当前前进方向和目的地方向的矢量，并通过使用两个矢量的内积来设置当前前进方向和目的地方向之间的角度差。
5、如权利要求1所述的方法，其中，计算移动车辆的前进角度的步骤包括
参照地图数据计算移动车辆的当前前进方向的角度，并计算移动车辆的当前位置和转向点之间的距离；以及
计算根据从计算的移动车辆的位置到转向点的距离而改变的前进角度。
6、如权利要求5所述的方法，其中，计算前进角度的步骤包括使用从GPS接收的纬度坐标和经度坐标计算移动车辆的当前前进方向和引导方向的矢量，并通过使用两个矢量的内积来设置当前前进方向和目的地方向之间的角度差。
7、如权利要求1所述的方法，其中，产生3D方向向导声音的步骤包括将输入音调信号和向导语音提供给预定角度的声学传递函数，在所述声学传递函数中表示了声源和驾驶者的位置。
8、如权利要求7所述的方法，其中，声学传递函数是头部相关传递函数。
9、如权利要求1所述的方法，其中，产生3D方向向导声音的步骤包括通过将目的地方向的角度提供给3D声音技术来产生具有关于相应角度的预定模式的音调信号。
10、如权利要求1所述的方法，其中，产生3D方向向导声音的步骤包括根据移动车辆的前进方向的前进角度或移动车辆的目的地方向控制多个扬声器的输出电平。
11、一种用于导航系统的3D向导语音处理的设备，所述设备包括
方向测量单元，基于导航数据测量移动车辆的前进方向和目的地方向中的至少一个；
声音角度设置单元，根据方向测量单元测量的移动车辆的前进方向或目的地方向计算移动车辆的前进角度或移动车辆的目的地方向的角度，将移动车辆的前进角度或目的地方向的角度设置为关于相应方向的声音角度；以及
3D声音产生单元，通过将由声音角度设置单元设置的前进方向的角度和目的地方向的角度中的至少一个提供给3D声音技术来产生相应角度的3D向导声音。
12、如权利要求11所述的设备，其中，方向测量单元包括
前进方向测量单元，基于移动车辆的当前位置和行进路线向导操作测量移动车辆的前进方向的角度以及移动车辆的当前位置和方向的改变点之间的距离；以及
目的地方向测量单元，基于移动车辆的当前位置和行进路线向导操作测量从移动车辆的当前位置到目的地的直线方向。
13、如权利要求11所述的设备，其中，声音角度设置单元基于由前进方向测量单元测量的当前位置和方向的改变点之间的距离以及方向的改变点的前进角度计算前进方向的声音角度，并基于由目的地方向测量单元测量的移动车辆的当前前进方向和目的地方向之间的角度差来设置目的地方向的声音角度。
14、一种导航系统的方向向导的设备，所述设备包括
前进方向测量单元，基于移动车辆的当前位置和行进路线向导操作测量移动车辆的前进方向的角度以及移动车辆的当前位置和方向的改变点之间的距离；
目的地方向测量单元，基于移动车辆的当前位置和行进路线向导操作测量从移动车辆的当前位置到目的地的直线方向；
声音角度设置单元，基于由前进方向测量单元测量的当前位置和方向的改变点之间的距离以及方向的改变点的前进角度来计算前进方向的声音角度，并基于由目的地方向测量单元测量的移动车辆的当前前进方向和目的地方向之间的角度差来设置目的地方向的声音角度；以及
3D声音产生单元，通过将由声音角度设置单元设置的前进方向的角度和目的地方向的角度中的至少一个提供给3D声音技术来产生相应角度的3D向导声音。
15、如权利要求14所述的设备，其中，3D声音产生单元包括
声源位置设置单元，设置扬声器的位置；
用户位置设置单元，设置驾驶移动车辆的用户的位置；以及
头部相关传递函数设置单元，通过利用相应角度的头部相关传递函数与音频信号进行卷积产生相应角度的3D向导声音，在头部相关传递函数设置单元中反映了由声源位置设置单元设置的声源的位置以及由用户位置设置单元设置的用户的位置。
16、一种导航系统，包括
GPS模块单元，从多个GPS卫星接收位置信息，并从接收的位置信息计算关于移动车辆的当前位置和移动车辆的行进方向的信息；
地图数据存储单元，存储地图数据；
控制单元，基于由GPS模块单元输入的关于当前位置和方向的信息检测移动车辆的当前位置，将检测的移动车辆的当前位置与存储在地图数据存储单元中的地图数据进行匹配，并确定移动车辆的行进路线；
语音数据存储单元，存储与控制单元确定的行进路线相关的语音数据；以及
语音向导处理单元，使用由控制单元确定的移动车辆的当前位置和行进路线来测量移动车辆的前进方向和目的地方向，根据移动车辆的前进方向和移动车辆的目的地方向计算移动车辆的前进角度，并通过将前进角度提供给3D声音技术来从存储在语音数据存储单元中的语音数据产生相应角度的3D声音。
17、如权利要求16所述的导航系统，其中，语音向导处理单元包括
前进方向测量单元，基于由控制单元确定的移动车辆的当前位置和行进路线测量移动车辆的前进角度以及移动车辆的当前位置和转向点之间的距离；
目的地方向测量单元，基于由控制单元确定的移动车辆的当前位置和行进路线测量从移动车辆的当前位置到目的地的直线方向；
声音角度设置单元，计算由前进方向测量单元测量的根据移动车辆的当前位置和转向点之间的距离而改变的前进角度，使用由目的地方向测量单元测量的移动车辆的当前位置和目的地方向之间的角度差计算目的地方向的角度，并将所述角度设置为前进方向和目的地方向的声音角度；
3D声音产生单元，通过将与由声音角度设置单元测量的前进方向和目的地方向有关的信息提供给3D声音技术来产生相应角度的3D向导声音；以及
扬声器单元，再现由3D声音产生单元产生的3D声音。
18、如权利要求17所述的导航系统，其中，3D声音产生单元包括具有与前进方向和目的地方向相应的预定角度的头部相关传递函数的数据库。
全文摘要
提供一种使用具有方向性的3D声音引导移动车辆的行进路线的语音向导方法和导航系统。所述方法包括基于导航数据检测移动车辆的前进方向和目的地方向中的至少一个，基于检测的移动车辆的前进方向和目的地方向中的至少一个计算移动车辆的前进角度和目的地方向的角度，以及通过将计算的角度提供给3D声音技术来产生相应角度的3D方向向导声音。
文档编号G01C21/26GK101256082SQ20071018495
公开日2008年9月3日 申请日期2007年10月30日 优先权日2007年3月2日
发明者李铉哲 申请人:三星电子株式会社