距离检测装置及其距离检测方法与流程

本发明涉及一种检测装置，尤其涉及一种距离检测装置及其距离检测方法。

背景技术：

一般来说，在计算信号源与接收器间的相对距离时，辨别信号源输出的信号与接收器接收到的信号的时间差可通过计算每一个时间点接收信号与原输出信号的交叉相关(cross-correlation)来得到，其中交叉相关信号最大值所对应的时间为接收到信号的时间，而输出信号的时间为已知，因此可依据接收到信号的时间与输出信号的时间差距来计算相对距离。如此虽然可有效计算出相对距离，然而频繁地执行交叉相关运算将相当耗费资源。

技术实现要素：

本发明提供一种距离检测装置及其距离检测方法，可大幅地节省运算资源并准确地检测出输出信号源与接收信号器间的相对距离。

本发明的距离检测装置包括扬声器、声音接收器以及处理器。扬声器输出预设声音信号，预设声音信号具有时变的振幅与频率，预设声音信号经低通滤波后所得到的第一低通滤波信号与预设声音信号之间具有时间差值，预设声音信号的封包振幅峰值在第一时间被扬声器输出。处理器对声音接收器所接收到的声音信号进行低通滤波以产生第二低通滤波信号，处理器依据时间差值与第二低通滤波信号预估声音接收器接收到预设声音信号的封包振幅峰值时所对应的第二时间，处理器在对应第二时间的声音接收器接收到的声音信号的频率值与对应第一时间的扬声器输出的预设声音信号的频率值间的差值未超出预设范围时，将以第一时间为基准的第一时间长度内的扬声器输出的预设声音信号与以第二时间为基准的第二时间长度内的声音接收器所接收到的声音信号进行交叉相关运算，以产生交叉相关信号，依据交叉相关信号的振幅峰值所对应的时间与第一时间计算扬声器与声音接收器间的距离，其中第二时间长度大于第一时间长度。

在本发明的一实施例中，上述的处理器对以第二时间为基准的第一时间长度内的声音接收器所接收到的声音信号进行傅立叶转换运算，并判断在以第二时间为基准的第一时间长度内声音接收器所接收到的声音信号在频域中具有最大振幅的频率值与对应第一时间扬声器输出的预设声音信号的频率值间的差值是否超出预设范围，当未超出预设范围时，处理器将以第一时间为基准的第一时间长度内的扬声器输出的预设声音信号与以第二时间为基准的第二时间长度内的声音接收器所接收到的声音信号进行交叉相关运算。

在本发明的一实施例中，上述的时间差值为第一低通滤波信号的封包振幅峰值所对应的第三时间与第一时间之间的差值。

在本发明的一实施例中，上述的扬声器与声音接收器配置于空间中，第二时间长度小于预设声音信号传递扬声器与声音接收器在空间中能够配置的最远的相对距离所需的时间。

在本发明的一实施例中，上述的预设声音信号具有第三时间长度，第二时间长度大于或等于第三时间长度。

在本发明的一实施例中，上述的第一时间长度为对应预设声音信号的封包振幅小于预设值的时间长度。

在本发明的一实施例中，上述的扬声器与声音接收器的相对距离为固定。

在本发明的一实施例中，上述的低通滤波为无限脉冲响应滤波。

在本发明的一实施例中，上述的交叉相关运算为快速交叉相关运算。

本发明还提出一种距离检测装置的距离检测方法，距离检测装置包括扬声器以及声音接收器，扬声器输出预设声音信号，预设声音信号具有时变的振幅与频率，预设声音信号经低通滤波后所得到的第一低通滤波信号与预设声音信号之间具有时间差值，预设声音信号的封包振幅峰值在第一时间被扬声器输出，距离检测装置的距离检测方法包括下列步骤：对声音接收器所接收到的声音信号进行低通滤波以产生第二低通滤波信号；依据时间差值与第二低通滤波信号预估声音接收器接收到预设声音信号的封包振幅峰值时所对应的第二时间；判断对应第二时间声音接收器接收到的声音信号的频率值与对应第一时间扬声器输出的预设声音信号的频率值间的差值是否超出预设范围；若对应第二时间的声音接收器接收到的声音信号的频率值与对应第一时间的扬声器输出的预设声音信号的频率值间的差值未超出预设范围，将以第一时间为基准的第一时间长度内的扬声器输出的预设声音信号与以第二时间为基准的第二时间长度内的声音接收器所接收到的声音信号进行交叉相关运算，以产生交叉相关信号，其中第二时间长度大于第一时间长度。依据交叉相关信号的振幅峰值所对应的时间与第一时间计算扬声器与声音接收器间的距离。

在本发明的一实施例中，上述的距离检测装置的距离检测方法包括下列步骤：对以第二时间为基准的第一时间长度内的声音接收器所接收到的声音信号进行傅立叶转换运算；判断在以第二时间为基准的第一时间长度内声音接收器所接收到的声音信号在频域中具有最大振幅的频率值与对应第一时间的扬声器输出的预设声音信号的频率值间的差值是否超出预设范围；若未超出预设范围，将以第一时间为基准的第一时间长度内的扬声器输出的预设声音信号与以第二时间为基准的第二时间长度内的声音接收器所接收到的声音信号进行交叉相关运算。

在本发明的一实施例中，上述的时间差值为第一低通滤波信号的封包振幅峰值所对应的第三时间与第一时间之间的差值。

在本发明的一实施例中，上述的扬声器与声音接收器配置于空间中，第二时间长度小于预设声音信号传递扬声器与声音接收器在空间中能够配置的最远的相对距离所需的时间。

在本发明的一实施例中，上述的预设声音信号具有第三时间长度，第二时间长度大于或等于第三时间长度。

在本发明的一实施例中，上述的第一时间长度为对应预设声音信号的封包振幅小于预设值的时间长度。

在本发明的一实施例中，上述的扬声器与声音接收器的相对距离为固定。

在本发明的一实施例中，上述的低通滤波为无限脉冲响应滤波。

在本发明的一实施例中，上述的交叉相关运算为快速交叉相关运算。

基于上述，本发明的实施例依据预设声音信号与其低通滤波信号间的时间差值和声音接收器所接收到的声音信号的低通滤波信号预估声音接收器接收到预设声音信号的封包振幅峰值的第二时间，当声音接收器在第二时间接收到的声音信号的频率值接近在第一时间输出的预设声音信号的封包振幅峰值的频率时，将以第一时间为基准的第一时间长度内的扬声器输出的预设声音信号与以第二时间为基准的第二时间长度内的声音接收器所接收到的声音信号进行交叉相关运算，以产生交叉相关信号，并依据交叉相关信号的封包振幅峰值所对应的时间与第一时间计算扬声器与声音接收器间的距离，其中第二时间长度大于第一时间长度。如此仅需将以第一时间为基准的第一时间长度内的扬声器输出的预设声音信号与以第二时间为基准的第二时间长度内的声音接收器所接收到的声音信号进行交叉相关运算，可有效地大幅地节省运算资源并准确地检测出扬声器与声音接收器间的相对距离。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明一实施例的距离检测装置的示意图。

图2a是依照本发明一实施例的扬声器输出的预设声音信号的波形示意图。

图2b是依照本发明一实施例的声音接收器所接收到的声音信号的波形示意图。

图3是依照本发明一实施例的距离检测装置的距离检测方法的流程图。

附图标记说明：

102：扬声器

104：声音接收器

106：处理器

s(t)：预设声音信号

t_tx、t_max、t_tx_iir、t_rx_iir：时间

t1：时间差值

ta、tc、tn：时间长度

tx_iir：第一低通滤波信号

rx_iir：第二低通滤波信号

r1：距离

y(t)：声音信号

s302～s308：距离检测装置的距离检测方法步骤

具体实施方式

图1是依照本发明一实施例的距离检测装置的示意图，如图1所示，距离检测装置包括扬声器102、声音接收器104以及处理器106，其中处理器106耦接声音接收器104，扬声器102与声音接收器104的距离r1可例如为固定，然而本实施例并不以此为限。扬声器102用以输出预设声音信号，预设声音信号具有时变的振幅与频率，也就是说，预设声音信号在不同时间点可对应不同的振幅与频率。声音接收器104用以接收声音信号，处理器106可用以对预设声音信号以及声音接收器104所接收到的声音信号进行信号处理。处理器106可例如包括中央处理器、或是其他可编程的一般用途或特殊用途的微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digitalsignalprocessor,dsp)、控制器、特殊应用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit,asic)、可编程逻辑装置(programmablelogicdevice,pld)或其他类似装置或这些装置的组合。此外，处理器106中可配置有随机存取存储器(ram)或只读存储器(rom)等易失性储存媒体，处理器106可例如与声音接收器104整合在同一电子装置(例如便携式电子装置)中，亦或是与声音接收器104分别配置在不同的电子装置中。在部分实施例中，处理器106也可通过网络或其它方式以有线或无线的方式与扬声器102以及声音接收器104进行信号传输。

进一步来说，处理器106可例如通过网络传输的方式与扬声器102进行资料传输，以得知扬声器102输出预设声音信号的时间点，其中预设声音信号经低通滤波后(例如对预设声音信号进行无限脉冲响应滤波，然而本实施例并不以此为限)所得到的第一低通滤波信号与预设声音信号之间具有时间差值。举例来说，图2a是依照本发明一实施例的扬声器输出的预设声音信号的波形示意图。在图2a中，预设声音信号s(t)的封包振幅峰值对应时间t_tx，而预设声音信号s(t)经低通滤波后所得到的第一低通滤波信号tx_iir(如虚线所示)的振幅峰值对应时间t_tx_iir，则第一低通滤波信号tx_iir与预设声音信号s(t)之间的时间差值t1等于t_tx_iir-t_tx。

处理器106可对声音接收器104所接收到的声音信号进行低通滤波(例如进行与预设声音信号所进行的低通滤波相同的低通滤波处理)以产生第二低通滤波信号，处理器106依据时间差值与第二低通滤波信号预估声音接收器104接收到预设声音信号的封包振幅峰值时所对应的第二时间。举例来说，图2b是依照本发明一实施例的声音接收器所接收到的声音信号的波形示意图。在图2b中，声音接收器104所接收到的声音信号y(t)经低通滤波后所得到的第二低通滤波信号rx_iir(如虚线所示)的振幅峰值对应时间t_rx_iir，处理器106可将时间t_rx_iir减去时间差值t1，以预估声音接收器104接收到预设声音信号的封包振幅峰值时所对应的时间t_max。

处理器106可判断对应时间t_max的声音接收器104接收到的声音信号y(t)的频率值与对应时间t_tx的扬声器102输出的预设声音信号s(t)的频率值间的差值是否超出预设范围。详细来说，处理器106可对以时间t_max为基准(例如以时间t_max为中心，然不以此为限)的时间长度t_c内的声音接收器104所接收到的声音信号y(t)进行傅立叶转换运算，并判断在以时间t_tx为基准(例如以时间t_tx为中心，然不以此为限)的时间长度t_c内声音接收器104所接收到的声音信号y(t)在频域中具有最大振幅的频域信号的频率值与对应时间t_tx的扬声器102输出的预设声音信号s(t)的频率值间的差值是否超出预设范围。当对应时间t_max的声音接收器104接收到的声音信号y(t)的频率值与对应时间t_tx的扬声器102输出的预设声音信号s(t)的频率值间的差值未超出预设范围时，代表声音接收器104已接收到预设声音信号s(t)。其中时间长度t_c可例如设定为对应预设声音信号s(t)的封包振幅小于预设值的时间长度，也就是说仅利用预设声音信号s(t)中封包振幅较大的部分来进行频率值的比较，以提高比较结果的精确度，此外也可减少处理器106的运算量。

处理器106可在对应时间t_max的声音接收器104接收到的声音信号y(t)的频率值与对应时间t_tx的扬声器102输出的预设声音信号s(t)的频率值间的差值未超出预设范围时，将以时间t_tx为基准的时间长度t_c内的扬声器102输出的预设声音信号s(t)与以时间t_max为基准的时间长度t_n内的声音接收器104所接收到的声音信号进行交叉相关运算，以产生交叉相关信号，其中交叉相关运算可例如为快速交叉相关运算，然而本实施例并不以此为限，此外时间长度t_n大于时间长度t_c，时间长度t_n可例如设定为大于或等于预设声音信号s(t)的时间长度ta，但需小于预设声音信号s(t)传递扬声器102与声音接收器104在使用空间中能够配置的最远的相对距离所需的时间。处理器106可依据交叉相关信号的振幅峰值所对应的时间t_rx(也即声音接收器104接收到预设声音信号s(t)的封包振幅峰值的准确时间)与时间t_tx计算扬声器102与声音接收器104间的距离r1。举例来说，扬声器102与声音接收器104间的距离r1可等于(t_rx-t_tx)/c，其中c为声速。

值得注意的是，在部分实施例中，时间长度t_n也可被设定为小于时间长度ta，例如将时间长度t_n设定为对应预设声音信号s(t)的封包振幅小于另一预设值的时间长度。如此将时间长度t_n设定为小于预设声音信号s(t)传递扬声器102与声音接收器104在使用空间中能够配置的最远的相对距离所需的时间，处理器106便不需如现有技术般对预设声音信号s(t)与声音接收器104在长时间(至少需时间长度ta加上预设声音信号s(t)传递扬声器102与声音接收器104在使用空间中能够配置的最远的相对距离所需的时间)内所接收到的声音信号y(t)进行交叉相关运算，而可大幅地减少处理器106将预设声音信号s(t)与声音信号y(t)进行交叉相关运算的时间。而且，由于处理器106已经先判断出以时间t_tx为基准的时间长度t_c内声音接收器104所接收到的声音信号y(t)在频域中具有最大振幅的频域信号的频率值与对应时间t_tx的扬声器102输出的预设声音信号s(t)的频率值间的差值未超出预设范围，因此也可确保声音接收器104已接收到预设声音信号s(t)，进而可精确地得到声音接收器104接收到预设声音信号s(t)的封包振幅峰值的时间t_rx，进而计算出扬声器102与声音接收器104间的距离r1。

图3是依照本发明一实施例的距离检测装置的距离检测方法的流程图，请参照图3。在本实施例中，距离检测装置包括一个扬声器以及一个声音接收器，扬声器输出的预设声音信号具有时变的振幅与频率，预设声音信号经低通滤波后所得到的第一低通滤波信号与预设声音信号之间具有一个时间差值，预设声音信号的封包振幅峰值于第一时间被扬声器输出，其中低通滤波处理可例如为无限脉冲响应滤波处理，然而本实施例并不以此为限。由上述实施例可知，距离检测装置的距离检测方法可至少包括下列步骤，首先，对声音接收器所接收到的声音信号进行低通滤波以产生第二低通滤波信号(步骤s302)。接着，依据时间差值与第二低通滤波信号预估声音接收器接收到预设声音信号的封包振幅峰值时所对应的第二时间(步骤s304)，其中时间差值可例如为第一低通滤波信号的封包振幅峰值所对应的第三时间与第一时间之间的差值。然后，判断对应第二时间声音接收器接收到的声音信号的频率值与对应第一时间的扬声器输出的预设声音信号的频率值间的差值是否超出预设范围(步骤s306)。举例来说，可通过对以第二时间为基准(例如以第二时间为中心，然而本实施例并不以此为限)的第一时间长度内的声音接收器所接收到的声音信号进行傅立叶转换运算来获得对应第二时间声音接收器接收到的声音信号的频率值，并判断在以第二时间为基准的第一时间长度内声音接收器所接收到的声音信号在频域中具有最大振幅的频域信号的频率值与对应第一时间的扬声器输出的预设声音信号的频率值间的差值是否超出预设范围。若对应第二时间声音接收器接收到的声音信号的频率值与对应第一时间的扬声器输出的预设声音信号的频率值间的差值未超出预设范围，则将以第一时间为基准的第一时间长度内的扬声器输出的预设声音信号与以第二时间为基准的第二时间长度内的声音接收器所接收到的声音信号进行交叉相关运算，以产生交叉相关信号(步骤s308)，其中第二时间长度大于第一时间长度，且第二时间长度小于预设声音信号传递扬声器与声音接收器所在空间中能够配置的最远的相对距离所需的时间，在部分实施例中，假设预设声音信号具有第三时间长度，第二时间长度可例如设定为大于或等于第三时间长度，但需小于预设声音信号传递扬声器与声音接收器在使用空间中能够配置的最远的相对距离所需的时间。又或者是，第二时间长度也可被设定为小于第三时间长度，例如将第二时间长度设定为对应预设声音信号的封包振幅小于另一预设值的时间长度。之后，再依据交叉相关信号的振幅峰值所对应的时间与第一时间计算扬声器与声音接收器间的距离(步骤s310)，其中交叉相关运算可例如为快速交叉相关运算，然不以此为限。

综上所述，本发明的实施例依据预设声音信号与其低通滤波信号间的时间差值和声音接收器所接收到的声音信号的低通滤波信号预估声音接收器接收到预设声音信号的封包振幅峰值的第二时间，当声音接收器在第二时间接收到的声音信号的频率值接近在第一时间输出的预设声音信号的封包振幅峰值的频率时，将以第一时间为基准的第一时间长度内的扬声器输出的预设声音信号与以第二时间为基准的第二时间长度内的声音接收器所接收到的声音信号进行交叉相关运算，以产生交叉相关信号，并依据交叉相关信号的封包振幅峰值所对应的时间与第一时间计算扬声器与声音接收器间的距离，其中第二时间长度大于第一时间长度。如此仅需将以第一时间为基准的第一时间长度内的扬声器输出的预设声音信号与以第二时间为基准的第二时间长度内的声音接收器所接收到的声音信号进行交叉相关运算，可有效地大幅地节省运算资源并准确地检测出扬声器与声音接收器间的相对距离。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。