專利名稱：用于雙耳音頻系統(tǒng)中的用于創(chuàng)建多維通信空間的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的布置涉及音頻處理和呈現(xiàn)的領(lǐng)域，且特定來(lái)說(shuō)涉及組合并定制多個(gè)音頻環(huán) 境以向用戶給出位于環(huán)繞收聽者的三維空間中的聲音的優(yōu)選錯(cuò)覺。
背景技術(shù)：
立體聲是經(jīng)處理以向收聽者提供三維虛擬音頻環(huán)境的聲音。此類型的音頻允許收聽 者虛擬地沉浸于任一環(huán)境中以模擬較為逼真的體驗(yàn)。使雙耳聲來(lái)自收聽者的頭部外的不 同空間位置不同于立體聲且其不同于單聲道音頻。
可通過(guò)固定于房間中的揚(yáng)聲器或通過(guò)固定到收聽者的每只耳朵的揚(yáng)聲器來(lái)將雙耳 聲提供給收聽者。使用一組室內(nèi)揚(yáng)聲器將特定雙耳聲提供到每一只耳朵由于聲學(xué)串音且 因?yàn)槭章犝弑仨毾鄬?duì)于揚(yáng)聲器保持固定而較為困難。另外，雙耳聲將不視收聽者的頭部 的位置或旋轉(zhuǎn)而定。頭戴式耳機(jī)的使用利用最小化聲學(xué)串音和收聽者的耳朵與頭戴式耳 機(jī)中的相應(yīng)揚(yáng)聲器之間的固定距離。
在普通情形下，到達(dá)人的每一鼓膜的聲音經(jīng)歷多重改變，所述改變向收聽者的大腦 提供關(guān)于聲源的位置的信息。 一些改變是由人體軀千、頭部、耳廓和耳道所引起。共同 地，將這些改變稱作頭部相關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)(Head Related Transfer Function，HRTF)。 HRTF 通常是頻率以及頭部與聲源之間的相對(duì)定向的函數(shù)。距離的影響通常導(dǎo)致與聲源與收聽 者之間的距離成比例的振幅衰減。分別稱作耳間強(qiáng)度差(interaural intensity difference，IID )和耳間時(shí)間差(interaural time difference,ITD )的左耳與右耳處的振幅和 聲波到達(dá)時(shí)間的差異為以可聽方式定位聲源提供重要提示。頻譜成形和聲波的衰減也提 供由收聽者使用以識(shí)別聲源是在收聽者的前方還是后方的重要提示。
有時(shí)用于雙耳系統(tǒng)中的另一濾波器為雙耳房間脈沖響應(yīng)(Binaural Room Impulse Response，BRIR)。 BRIR包括關(guān)于房間的所有聲學(xué)性質(zhì)的信息，包括聲源、收聽者的位 置和定向、房間尺寸、墻壁的反射性質(zhì)等等。因此，視房間的大小、形狀和墻壁材料而 定，位于房間的 一 端的聲源在由處于房間的另 一 端的收聽者聽到時(shí)具有不同聲音性質(zhì)。 將此技術(shù)的一實(shí)例提供于現(xiàn)今所購(gòu)買的大多數(shù)聲音系統(tǒng)中。這些系統(tǒng)具有若干不同聲音 效應(yīng)以給予收聽者坐在音樂(lè)廳、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、室內(nèi)劇場(chǎng)、室外劇場(chǎng)等等中的感受。已進(jìn)行研 究來(lái)論證從BRIR導(dǎo)出的用以給予收聽者聲音從不同形狀的房間的墻壁彈回的所感知效應(yīng)的能力。
已提出常規(guī)雙耳系統(tǒng)，其模擬在聲音從遠(yuǎn)程聲源到達(dá)人耳時(shí)聲音所發(fā)生的這些改變 中的一些改變。這些系統(tǒng)中的一些系統(tǒng)針對(duì)改進(jìn)HRTF的濾波性能。術(shù)語(yǔ)"濾波器"在 本文中用于指代執(zhí)行等效于以脈沖響應(yīng)巻積時(shí)域信號(hào)的操作的裝置。類似地，如此處使 用的術(shù)語(yǔ)"濾波"和類似術(shù)語(yǔ)指代將此類濾波器應(yīng)用于時(shí)域信號(hào)的過(guò)程。需要大量計(jì)算 資源以實(shí)施準(zhǔn)確的HRTF，因?yàn)槠錇榉较蚺c頻率的非常復(fù)雜的函數(shù)。雙耳音頻系統(tǒng)的整 體設(shè)計(jì)對(duì)于減少實(shí)施成本、改進(jìn)聲音反饋速率和實(shí)施可包括許多聲源的實(shí)際雙耳聲場(chǎng)是 非常重要的。
在最高級(jí)別，雙耳系統(tǒng)通常由三個(gè)部分組成。第一部分是接收器。接收器通常經(jīng)設(shè) 計(jì)以接收含有音頻信息連同所述音頻信息的元數(shù)據(jù)的單聲道射頻(radio frequency, RF) 信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，元數(shù)據(jù)通常包括特定音頻信息的聲源的空間位置信息。接著可使用此 空間位置信息來(lái)產(chǎn)生模擬聲源的所需空間位置的雙耳音頻信號(hào)。處理器從接收器接收此 元數(shù)據(jù)且從收聽者的頭部跟蹤設(shè)備接收數(shù)據(jù)。處理器使用此信息來(lái)產(chǎn)生將由每一只耳朵 聽到的音頻。最終，將左側(cè)和右側(cè)音頻發(fā)送到可由定位于收聽者周圍的地面揚(yáng)聲器實(shí)施 或可由將揚(yáng)聲器放置為接近于收聽者的每一只耳朵的頭戴式耳機(jī)實(shí)施的聲音產(chǎn)生器。地 面揚(yáng)聲器具有使收聽者固定于適當(dāng)位置以聽到三維(3-D)雙耳聲的缺點(diǎn)。然而，頭戴
式耳機(jī)允許收聽者在處理器監(jiān)視其移動(dòng)和頭部位置的同時(shí)自由移動(dòng)。
已將改進(jìn)雙耳系統(tǒng)的大部分努力集中于改進(jìn)雙耳聲的保真度、提高雙耳聲處理器的 速度或增加可能收聽者的數(shù)目。然而，這些努力己趨于集中于用以模擬虛擬音頻環(huán)境的 過(guò)程。相比之下，極少努力已針對(duì)用于實(shí)際地將此類雙耳音頻信息付諸實(shí)踐使用的創(chuàng)新 應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生、組合和定制虛擬聲音環(huán)境以向用戶提供關(guān)于其環(huán)境的可 理解信息的方法和設(shè)備。雙耳聲系統(tǒng)包括經(jīng)配置以接收含有至少一第一類型的信息和第 二類型的信息的信號(hào)的接收器。第一類型的信息包括表達(dá)(enunciated)數(shù)據(jù)。表達(dá)數(shù)據(jù) 規(guī)定希望以可聽方式向用戶表達(dá)的特定信息。第二類型的信息包含第一類型的元數(shù)據(jù)和 第二類型的元數(shù)據(jù)。第一類型的元數(shù)據(jù)包括除空間位置信息以外的識(shí)別表達(dá)數(shù)據(jù)的特性 的信息。第二類型的元數(shù)據(jù)識(shí)別與表達(dá)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的空間位置信息。雙耳聲系統(tǒng)還包括 響應(yīng)于信號(hào)的音頻處理系統(tǒng)。音頻處理系統(tǒng)經(jīng)配置以根據(jù)棊于第一元數(shù)據(jù)、第二元數(shù)據(jù) 或兩者的預(yù)定音頻增強(qiáng)而以可聽方式向用戶重現(xiàn)表達(dá)數(shù)據(jù)。
5本發(fā)明的方法包括若干步驟。所述方法可通過(guò)產(chǎn)生含有至少一第一類型的信息和第 二類型的信息的一個(gè)或一個(gè)以上信號(hào)而開始。第一類型的信息包括規(guī)定希望以可聽方式 向用戶表達(dá)的特定信息的表達(dá)數(shù)據(jù)。第二類型的信息包括至少一第一類型的元數(shù)據(jù)。第 一類型的元數(shù)據(jù)包括除了用于識(shí)別表達(dá)數(shù)據(jù)的來(lái)源(實(shí)際或虛擬)的位置的空間位置信 息之外的識(shí)別表達(dá)數(shù)據(jù)的特性的信息。所述方法還包括根據(jù)基于第一類型的元數(shù)據(jù)的預(yù) 定音頻增強(qiáng)而以可聽方式向用戶傳達(dá)表達(dá)數(shù)據(jù)。第二類型的信息還包括識(shí)別與表達(dá)數(shù)據(jù) 相關(guān)聯(lián)的空間位置信息的第二類型的元數(shù)據(jù)。使用此空間位置信息來(lái)創(chuàng)建3-D雙耳音頻。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述方法包括界定多個(gè)雙耳音頻環(huán)境的步驟。根據(jù)一個(gè)方 面，預(yù)定音頻增強(qiáng)包括如下步驟僅在第一元數(shù)據(jù)指示表達(dá)數(shù)據(jù)與多個(gè)雙耳環(huán)境的特定 一者相關(guān)聯(lián)的情況下才在雙耳音頻環(huán)境的選定一者中選擇性地包括表達(dá)數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā) 明的另一方面，預(yù)定音頻增強(qiáng)還包括建立多個(gè)用戶群組。在所述情況下，僅在表達(dá)數(shù)據(jù) 由用戶群組中的預(yù)定一者的成員發(fā)起的情況下才將表達(dá)數(shù)據(jù)選擇性地包括于多個(gè)雙耳 音頻環(huán)境的特定一者中。
另外，預(yù)定音頻增強(qiáng)可包括基于由第一元數(shù)據(jù)規(guī)定的表達(dá)數(shù)據(jù)的來(lái)源而選擇音頻重 現(xiàn)格式。舉例來(lái)說(shuō)，在本發(fā)明的--實(shí)施例中，從由下列各項(xiàng)組成的群組中選擇音頻重現(xiàn) 格式單聲道音頻、立體聲音頻和多個(gè)雙耳音頻環(huán)境的預(yù)定一者。另外，所述方法還可 包括界定多個(gè)信息關(guān)聯(lián)度等級(jí)。假定給出前述布置，預(yù)定音頻增強(qiáng)包含根據(jù)元數(shù)據(jù)所規(guī) 定的特定關(guān)聯(lián)度等級(jí)而選擇性地應(yīng)用音頻重現(xiàn)格式。舉例來(lái)說(shuō)，可基于對(duì)表達(dá)數(shù)據(jù)的來(lái) 源的識(shí)別而確定表達(dá)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度等級(jí)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述方法包括將預(yù)定 音頻增強(qiáng)選擇為包括選擇性地對(duì)希望以可聽方式向用戶表達(dá)的信息進(jìn)行減音。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述方法進(jìn)一步包括響應(yīng)于第二元數(shù)據(jù)而用BRIR濾波器 與混響濾波器中的至少一者來(lái)修改表達(dá)數(shù)據(jù)。在此方面，所述方法可包括根據(jù)用戶相對(duì) 于與表達(dá)數(shù)據(jù)的來(lái)源相關(guān)聯(lián)的遠(yuǎn)程位置的相對(duì)空間距離而選擇BRIR濾波器與混響濾波 器中的至少一者。
應(yīng)了解，如本文中使用的"表達(dá)數(shù)據(jù)"將包括多種不同類型的可用于向用戶呈現(xiàn)的 音頻信息。舉例來(lái)說(shuō)，各種類型的表達(dá)數(shù)據(jù)包括由人產(chǎn)生的現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音數(shù)據(jù)、規(guī)定接著為 用戶經(jīng)合成或機(jī)器重現(xiàn)的一個(gè)或一個(gè)以上字的數(shù)據(jù)。此類合成或機(jī)器重現(xiàn)可包括通過(guò)使 用由表達(dá)數(shù)據(jù)所規(guī)定的存儲(chǔ)的音頻數(shù)據(jù)而產(chǎn)生一個(gè)或一個(gè)以上字。還應(yīng)了解，如本文中 使用的術(shù)語(yǔ)表達(dá)數(shù)據(jù)包括規(guī)定以可聽方式為用戶重現(xiàn)的一個(gè)或一個(gè)以上不同類型的音 頻音調(diào)的數(shù)據(jù)。
最后，所述方法不限于產(chǎn)生表達(dá)數(shù)據(jù)來(lái)作為人類語(yǔ)音的結(jié)果。所述方法還有利地包
6括響應(yīng)于控制信號(hào)而自動(dòng)產(chǎn)生用于產(chǎn)生表達(dá)數(shù)據(jù)的一個(gè)或一個(gè)以上信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，控 制信號(hào)可有利地規(guī)定預(yù)定狀況的發(fā)生。在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括響應(yīng)于安置于戰(zhàn) 術(shù)環(huán)境內(nèi)的傳感器而自動(dòng)產(chǎn)生控制信號(hào)。


圖1是對(duì)于理解可影響雙耳系統(tǒng)中的聽覺響應(yīng)的人類頭部的各種定向有用的示意圖。
圖2是對(duì)于理解不同類型的雙耳系統(tǒng)有用的示意圖。
圖3是對(duì)于理解不同類型的雙耳系統(tǒng)有用的示意圖。
圖4是對(duì)于理解本文揭示的雙耳聲系統(tǒng)的布置和操作有用的系統(tǒng)概要圖。
圖5是可用以實(shí)施多維通信的雙耳聲系統(tǒng)的框圖。
圖6是對(duì)于理解雙耳聲系統(tǒng)的含有表達(dá)數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)的信號(hào)的布置有用的圖。
具體實(shí)施例方式
由于多軸陀螺儀變得較小、較為準(zhǔn)確且較為堅(jiān)固，因此可將頭部跟蹤構(gòu)件放置于收 聽者的頭戴式耳機(jī)內(nèi)以向雙耳音頻系統(tǒng)提供收聽者的頭部的定向。將處理此頭部跟蹤信 息以改變到達(dá)收聽者的耳朵的聲音從而收聽者在虛擬3-D環(huán)境中可聽到聲音且對(duì)其進(jìn)行 定位。不同的雙耳音頻系統(tǒng)可具有不同特性。舉例來(lái)說(shuō)，在雙耳音頻系統(tǒng)中，可使虛擬 聲音相對(duì)于收聽者的頭部保持固定或者相對(duì)于收聽者的真實(shí)世界環(huán)境保持固定而不考 慮收聽者的頭部的旋轉(zhuǎn)或定向。參看圖1到圖3進(jìn)一步詳細(xì)闡述這些概念。
圖1說(shuō)明收聽者的頭部110的各種頭部旋轉(zhuǎn)和位置。軸X、 Y和Z界定收聽者的頭 部110的位置。將圍繞X軸的頭部旋轉(zhuǎn)界定為側(cè)擺(roll) 114，將圍繞Y軸的頭部旋轉(zhuǎn) 界定為平擺(yaw) 112，且將圍繞Z軸的頭部旋轉(zhuǎn)界定為俯仰(pitch) 116。在其它文 獻(xiàn)中還將平擺界定為方位且在其它文獻(xiàn)中還將俯仰界定為仰角。容納于頭戴式耳機(jī)108 中的頭部跟蹤設(shè)備102可以是提供關(guān)于收聽者的頭部110的平擺、俯仰、側(cè)擺(定向) 和收聽者的頭部110相對(duì)于聲音處理器的位置的信息的任何構(gòu)件。舉例來(lái)說(shuō)，可使用三 軸陀螺儀來(lái)確定定向，且可使用GPS單元來(lái)確定位置。將所獲得的信息提供到雙耳音頻 處理系統(tǒng)。 .
可將頭部跟蹤設(shè)備102安裝于頭戴式耳機(jī)框架105上。還可將揚(yáng)聲器104和106附 接到頭戴式耳機(jī)框架105。以此方式，將頭戴式耳機(jī)定位成接近于收聽者的頭部110的 每一只耳朵。頭戴式耳機(jī)框架105安裝在收聽者的頭部110上且隨頭部移動(dòng)而移動(dòng)。當(dāng) 然，其它布置也是可能的。舉例來(lái)說(shuō)，可使用任何常規(guī)構(gòu)件將揚(yáng)聲器附接到頭部110。在此方面，將了解，可通過(guò)耳塞、頭戴式耳機(jī)或定位成遠(yuǎn)離耳朵的揚(yáng)聲器來(lái)實(shí)施所述系 統(tǒng)。
圖2和圖3說(shuō)明頭部固定式雙耳聲環(huán)境200與世界固定式雙耳聲環(huán)境250之間的差 異。在頭部固定式環(huán)境200中，雙耳聲似乎相對(duì)于收聽者的頭部11而保持固定。比較 圖2A與圖2B，可觀測(cè)到，當(dāng)收聽者的頭部110圍繞Y軸從頭部定向202旋轉(zhuǎn)到頭部定 向210時(shí)，聲源204將隨收聽者的頭部旋轉(zhuǎn)而移動(dòng)。即使聲源204的位置將改變其真實(shí) 世界的位置或者即使聽者的頭部IIO將相對(duì)于聲源204的位置而移動(dòng)，以右揚(yáng)聲器104 和以左揚(yáng)聲器106向收聽者的耳朵提供的雙耳聲環(huán)境在分貝等級(jí)或質(zhì)量上也將不會(huì)改 變。
相反，圖3A和圖3B說(shuō)明世界固定式雙耳聲環(huán)境250的情況。在世界固定式雙耳聲 環(huán)境250中，頭部IIO圍繞Y軸而從頭部定向252旋轉(zhuǎn)到頭部定向260。然而，在圖3A 和圖3B中可觀測(cè)到，聲源254在收聽者看來(lái)不改變其虛擬位置。在收聽者的頭部110 的真實(shí)世界位置相對(duì)于聲源204的位置而移動(dòng)或改變定向時(shí)，以右揚(yáng)聲器104和以左揚(yáng) 聲器106向收聽者的耳朵提供的雙耳聲環(huán)境在分貝等級(jí)和/或質(zhì)量上將發(fā)生改變。預(yù)期本 文揭示的本發(fā)明的各種實(shí)施例將有利地利用世界固定式雙耳聲環(huán)境。然而，將了解，本 發(fā)明不限于此方面，且存在也可使用頭部固定式雙耳聲環(huán)境的一些情形。在每一'瞎況下 使用特定環(huán)境的需要性將基于隨后對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述而變得顯而易見。
圖4是對(duì)于理解本文揭示的雙耳聲系統(tǒng)的操作的布置有用的系統(tǒng)概要圖。多個(gè)用戶
109-1、 109-2......109-n每一者配備一雙耳聲系統(tǒng)(binaural sound system，BSS) 400。每
一BSS 400連接到一組頭戴式耳機(jī)108或其它聲音重現(xiàn)裝置。頭戴式耳機(jī)108優(yōu)選地戴 在用戶的頭部110上。BSS可與頭戴式耳機(jī)108整合。然而，大小和重量考慮因素可使 得將BSS整合到掌上型或單人可攜帶的(man-pack)無(wú)線電系統(tǒng)中較為便利。每一 BSS 400有利地包括無(wú)線電收發(fā)器電路，其允許BSS 400根據(jù)預(yù)定無(wú)線電傳輸協(xié)議而向其它 BSS 400發(fā)送RF信號(hào)或從其它BSS 400接收RF信號(hào)。無(wú)線電傳輸協(xié)議的確切性質(zhì)并不 重要，只要其適應(yīng)如下文描述的各種類型的數(shù)據(jù)的傳輸。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，BSS 400單元可經(jīng)設(shè)計(jì)而結(jié)合一個(gè)或一個(gè)以上遠(yuǎn)程感測(cè)裝 置401操作。遠(yuǎn)程感測(cè)裝置401可經(jīng)設(shè)計(jì)以提供各種形式的感測(cè)，此將在下文中更詳細(xì) 地論述。感測(cè)裝置401通過(guò)使用預(yù)定無(wú)線電傳輸協(xié)議而直接或間接地與BSS 400通信。 在此方面，將了解，無(wú)線電傳輸協(xié)議可包括基于陸地或基于空間的中繼器裝置和通信服 務(wù)的使用。
圖5是對(duì)于理解雙耳聲系統(tǒng)400有用的框圖。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，圖5所示的結(jié)構(gòu)不希望限制本發(fā)明，而是僅作為用于實(shí)現(xiàn)本文描述的結(jié)果的系統(tǒng)的一個(gè)可能布 置而提出。還可使用任何其它系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，只要其提供類似于本文所描述的能力的能力。
在圖5中可觀測(cè)到，BSS 400包括單信道或多信道RF收發(fā)器492。 RF收發(fā)器可包 括用于實(shí)施上文描述的預(yù)定無(wú)線電傳輸協(xié)議的硬件和/或軟件。有利地選擇預(yù)定無(wú)線電傳 輸協(xié)議以傳達(dá)至少一個(gè)信號(hào)600,所述信號(hào)600如圖6所示具有至少兩種類型的信息。 第一類型的信息包括表達(dá)數(shù)據(jù)602。表達(dá)數(shù)據(jù)602規(guī)定希望以可聽方式向用戶109-1、 109-2......109-n表達(dá)的特定信息。第二類型的信息為元數(shù)據(jù)604。圖6A說(shuō)明第一類型的
信息602和第二類型的信息604可作為信號(hào)600中的單一數(shù)據(jù)串流的一部分而被串行地 發(fā)送。作為替代方案，圖6B說(shuō)明第一類型的信息602和第二類型的信息604可作為信 號(hào)600、 601中的兩個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)串流的一部分而被并行地發(fā)送。舉例來(lái)說(shuō)，可以單獨(dú) 的頻率傳輸圖6B中的兩個(gè)單獨(dú)的信號(hào)600、 601。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，所選的 特定傳輸協(xié)議對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)并非關(guān)鍵性的。
與所使用的傳輸協(xié)議無(wú)關(guān)，元數(shù)據(jù)604均包括一種或一種以上的各種類型的數(shù)據(jù)。 舉例來(lái)說(shuō)，在圖6中將此類數(shù)據(jù)展示為包括第一類型的元數(shù)據(jù)604-1和第二類型的元數(shù) 據(jù)604-2。然而，本發(fā)明不限于此方面，且可傳達(dá)更多或更少的不同類型的元數(shù)據(jù)。與 元數(shù)據(jù)的不同類型的確切數(shù)目無(wú)關(guān)，應(yīng)了解，本文對(duì)不同類型的元數(shù)據(jù)的引用一般是指 規(guī)定不同種類的有用信息的單獨(dú)的數(shù)據(jù)元素，所述信息在某些方面與表達(dá)數(shù)據(jù)602有關(guān) 或具有關(guān)于表達(dá)數(shù)據(jù)602的重要性。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，至少一第---類型的元數(shù)據(jù) 604-1將包括除了用于創(chuàng)建3-D雙耳效應(yīng)的空間位置信息以外的識(shí)別表達(dá)數(shù)據(jù)602的特 性的信息。舉例來(lái)說(shuō)，第一類型的元數(shù)據(jù)可規(guī)定通信所屬的用戶群組或個(gè)體、規(guī)定所傳 達(dá)的表達(dá)數(shù)據(jù)的特定類型的數(shù)據(jù)、規(guī)定與表達(dá)數(shù)據(jù)有關(guān)的警示的類型或警告的類型的數(shù) 據(jù)、區(qū)別來(lái)自人類的表達(dá)數(shù)據(jù)與來(lái)自機(jī)器源的表達(dá)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)、驗(yàn)證數(shù)據(jù)等等。值得注 意的是，第一類型的元數(shù)據(jù)還可包括并非用于創(chuàng)建3-D雙耳音頻效應(yīng)的特定類型的空間 位置信息。舉例來(lái)說(shuō)，第一類型的元數(shù)據(jù)604-1包括界定用以識(shí)別希望接收特定表達(dá)數(shù) 據(jù)602的所選用戶的位置的有限地理區(qū)域的信息。此類信息用以確定哪些用戶將接收到 表達(dá)音頻，而非用以創(chuàng)建3-D雙耳音頻效應(yīng)或界定雙耳音頻環(huán)境中的位置。
第二類型的元數(shù)據(jù)604-2識(shí)別與用以創(chuàng)建3-D雙耳音頻效應(yīng)的表達(dá)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的空 間位置信息。舉例來(lái)說(shuō)，空間位置信息可包括以下各項(xiàng)中的一者或一者以上表達(dá)數(shù)據(jù) 的來(lái)源的真實(shí)世界位置、表達(dá)數(shù)據(jù)的來(lái)源的虛擬或表觀位置、目標(biāo)的真實(shí)世界位置和/ 或目的地的真實(shí)世界位置。并且，應(yīng)了解，真實(shí)世界位置和/或虛擬位置視情況可包括表 達(dá)數(shù)據(jù)的來(lái)源或表觀來(lái)源的高度。下文將更詳細(xì)地論述這些不同類型的元數(shù)據(jù)的用途。
9再次參看圖5，可觀測(cè)到，由每一用戶的BSS 400接收含有表達(dá)數(shù)據(jù)(602)和元數(shù) 據(jù)(604)的射頻(RF)信號(hào)600、 601。由耦合到RF收發(fā)器492的天線490接收RF 信號(hào)。RF收發(fā)器提供常規(guī)單信道或多信道RF收發(fā)器功能，例如RF濾波、放大、IF濾 波、降頻轉(zhuǎn)換和解調(diào)制。此類功能是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的且在此處將不加以 詳述。RF收發(fā)器492還有利地提供加密和解密功能以促進(jìn)信息安全通信。最后，RF收 發(fā)器492還通過(guò)將表達(dá)數(shù)據(jù)602與元數(shù)據(jù)604分離而對(duì)RF信號(hào)進(jìn)行解碼。接著將此信 息發(fā)送到聲音環(huán)境管理器494。舉例來(lái)說(shuō)，可以并行或串行格式將表達(dá)數(shù)據(jù)602和元數(shù) 據(jù)604傳達(dá)到聲音環(huán)境管理器494。
可借助通用計(jì)算機(jī)或微處理器(其以用于實(shí)施如本文所描述的各種過(guò)程的適宜的指 令組而編程)和一個(gè)或一個(gè)以上數(shù)字信號(hào)處理器來(lái)實(shí)施聲音環(huán)境管理器494。聲音環(huán)境 管理器494還可包含經(jīng)設(shè)計(jì)以實(shí)施如本文所描述的各種過(guò)程和特征的一個(gè)或一個(gè)以上專 用集成電路(application specific integrated circuit, ASIC)。聲音環(huán)境管理器包括上文引用 的處理硬件可存取的一個(gè)或一個(gè)以上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置可包括大容量數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)裝置，例如磁性硬盤驅(qū)動(dòng)器、RAM和/或ROM。聲音環(huán)境管理器494還可包括適 于在構(gòu)成聲音環(huán)境管理器494的各種硬件和軟件實(shí)體之間輸送數(shù)據(jù)的一個(gè)或一個(gè)以上計(jì) 算機(jī)總線。此類計(jì)算機(jī)總線還可將各種硬件實(shí)體連接到適于與如本文所描述的BSS 400 的其它部分通信的數(shù)據(jù)端口。這些數(shù)據(jù)端口可包括緩沖電路、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器 和任何其它用于促進(jìn)在形成BSS 400的各種硬件實(shí)體之間的通信的接口裝置。
聲音環(huán)境管理器494還接收關(guān)于戴有頭戴式耳機(jī)108的用戶的頭部定向的信息。舉 例來(lái)說(shuō)，可將來(lái)自頭部跟蹤設(shè)備102的傳感器數(shù)據(jù)傳達(dá)到頭部定向產(chǎn)生器414。頭部定 向產(chǎn)生器可如圖所示并入到BSS 400中或可整合到頭部跟蹤設(shè)備102中。在任一情況下， 將關(guān)于收聽者的頭部的定向的數(shù)據(jù)傳達(dá)到聲音環(huán)境管理器。此類數(shù)據(jù)可包括俯仰、側(cè)擺 和平擺數(shù)據(jù)。聲音環(huán)境管理器494還從聲場(chǎng)控制接口 416接收信號(hào)。聲場(chǎng)控制器416有 利地包括允許用戶選擇所需音頻環(huán)境或環(huán)境的組合的一個(gè)或一個(gè)以上系統(tǒng)接口控制。這 些控制可視實(shí)施任何所需接口控制的需要而包括硬件實(shí)體、軟件實(shí)體或硬件與軟件實(shí)體 的組合。
聲音環(huán)境管理器494的功能是管理用戶選擇性地選擇以用于創(chuàng)建定制音頻環(huán)境的目 的的多個(gè)環(huán)境。通過(guò)使用聲場(chǎng)控制接口 416，用戶可使聲音環(huán)境管理器494選擇并組合 任何數(shù)目的音頻環(huán)境。這些環(huán)境包括(但不限于)選擇性濾波、選擇性關(guān)聯(lián)度、警示 和警告、情報(bào)灌輸、導(dǎo)航輔助、定位增強(qiáng)和遠(yuǎn)程呈現(xiàn)(telepresence)。下文更詳細(xì)地論 述這些環(huán)境。再次參看圖5，可觀測(cè)到，頭部跟蹤設(shè)備102提供關(guān)于收聽者的頭部旋轉(zhuǎn)和位置的信息。由聲音環(huán)境管理器494使用頭部跟蹤信息以改變音頻產(chǎn)生器496內(nèi)的應(yīng)用于RF接收器492所接收的表達(dá)數(shù)據(jù)602的各種音頻濾波器。為了有利地向每一用戶呈現(xiàn)一個(gè)或一個(gè)以上雙耳環(huán)境，BSS 400包括音頻產(chǎn)生器496。音頻產(chǎn)生器496視實(shí)施由用戶選擇的各種音頻環(huán)境的需要而處理表達(dá)數(shù)據(jù)。在此方面，音頻產(chǎn)生器496包括用于表達(dá)數(shù)據(jù)的音頻產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)處理電路。舉例來(lái)說(shuō)，由表達(dá)數(shù)據(jù)規(guī)定的每一字或聲音可需要一特定組的HRTF濾波器408、 一組雙耳房間脈沖響應(yīng)(BRIR)濾波器410和一組混響濾波器412。接著所有這些組視需要組合于音頻混合器484中。將來(lái)自音頻混合器484的所得音頻信號(hào)傳達(dá)到頭戴式耳機(jī)108。結(jié)果是針對(duì)左揚(yáng)聲器106的音頻信號(hào)，其可以是表示如由表達(dá)數(shù)據(jù)602和元數(shù)據(jù)604所規(guī)定的一個(gè)或一個(gè)以上聲源的單聲道、立體聲和雙耳聲的組合。針對(duì)右揚(yáng)聲器104的音頻信號(hào)可類似地是表示如由表達(dá)數(shù)據(jù)602所規(guī)
定的不同聲音的組合的單聲道、立體聲和雙耳聲的組合。
BSS 400有利地包括內(nèi)部GPS產(chǎn)生器402。內(nèi)部GPS產(chǎn)生器402優(yōu)選地實(shí)體定位于每一用戶的BSS 400內(nèi)。然而，可將其放置于用戶的任何地方，包括頭部跟蹤設(shè)備102內(nèi)的位置。內(nèi)部GPS產(chǎn)生器402的功能是向聲音環(huán)境管理器494提供收聽者的物理位置。聲音環(huán)境管理器通過(guò)此類GPS元數(shù)據(jù)對(duì)傳出RF信號(hào)進(jìn)行格式化以識(shí)別從每一 BSS 400傳輸?shù)男盘?hào)的來(lái)源位置。當(dāng)此類GPS元數(shù)據(jù)作為RF信號(hào)的一部分而被傳達(dá)時(shí)，將其稱作類型1元數(shù)據(jù)604-1。
如上文所述，RF收發(fā)器492向聲音環(huán)境管理器494傳達(dá)表達(dá)數(shù)據(jù)602和元數(shù)據(jù)604。聲音環(huán)境管理器對(duì)兩種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼以確定待向用戶呈現(xiàn)的雙耳音頻的細(xì)節(jié)。舉例來(lái)說(shuō)，聲音環(huán)境管理器將對(duì)表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼以確定待向用戶重現(xiàn)的特定音頻信息。在此方面，應(yīng)了解，表達(dá)數(shù)據(jù)可包括多種不同種類的表達(dá)數(shù)據(jù)。舉例來(lái)說(shuō)，表達(dá)數(shù)據(jù)可以是現(xiàn)場(chǎng)音頻的經(jīng)編碼的模擬或數(shù)字表示。此類現(xiàn)場(chǎng)音頻的一實(shí)例將是人類語(yǔ)音。此類表達(dá)數(shù)據(jù)可來(lái)源于(例如)與某另一用戶相關(guān)聯(lián)的BSS 400。還應(yīng)了解，表達(dá)數(shù)據(jù)不限于人類語(yǔ)音。表達(dá)數(shù)據(jù)還包括規(guī)定在BSS 400處得以重現(xiàn)的特定音調(diào)或機(jī)器產(chǎn)生的語(yǔ)音音頻的數(shù)據(jù)。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)使用耳標(biāo)產(chǎn)生器406而重現(xiàn)此類語(yǔ)音。
一般來(lái)說(shuō)，術(shù)語(yǔ)"耳標(biāo)"(earcon)指代由機(jī)器產(chǎn)生的口頭警告或指示。如上文所述，耳標(biāo)產(chǎn)生器406響應(yīng)于表達(dá)數(shù)據(jù)602而產(chǎn)生耳標(biāo)音頻。由聲音環(huán)境管理器494將表達(dá)數(shù)據(jù)或表達(dá)數(shù)據(jù)的解碼版本提供到耳標(biāo)產(chǎn)生器406。作為響應(yīng)，耳標(biāo)產(chǎn)生器406產(chǎn)生待向用戶呈現(xiàn)的耳標(biāo)音頻。因此，將了解，表達(dá)數(shù)據(jù)602可指示警告、方向、所關(guān)注的信息等等。耳標(biāo)產(chǎn)生器將通過(guò)為用戶產(chǎn)生適當(dāng)語(yǔ)音音頻而作出響應(yīng)。還可以記錄格式將此類
11機(jī)器產(chǎn)生的語(yǔ)音音頻存儲(chǔ)于BSS 400處。耳標(biāo)產(chǎn)生器406還可經(jīng)設(shè)計(jì)以產(chǎn)生例如警告音調(diào)的非語(yǔ)言音頻信號(hào)。
從對(duì)于耳標(biāo)產(chǎn)生器406的先前描述中將了解，表達(dá)數(shù)據(jù)602無(wú)需直接含有音頻數(shù)據(jù)。替代地，表達(dá)數(shù)據(jù)602可僅包含一指針。耳標(biāo)產(chǎn)生器406將利用所述指針來(lái)確定由BSS400產(chǎn)生的實(shí)際音頻。此類音頻可以是機(jī)器產(chǎn)生的語(yǔ)音音頻和/或音調(diào)。表達(dá)數(shù)據(jù)602不必要實(shí)際含有待向用戶呈現(xiàn)的模擬或數(shù)字音頻。然而，在替代實(shí)施例中，表達(dá)數(shù)據(jù)602可包括實(shí)際音頻數(shù)據(jù)，其是待由耳標(biāo)產(chǎn)生器406重現(xiàn)的警告聲音或字的數(shù)字或模擬表示。
表達(dá)數(shù)據(jù)602 —般將伴有一些相應(yīng)的元數(shù)據(jù)604?？墒褂么嗽獢?shù)據(jù)604來(lái)確定耳標(biāo)產(chǎn)生器406在已接收到的特定表達(dá)數(shù)據(jù)602的情況下是否應(yīng)產(chǎn)生耳標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，聲音環(huán)境管理器494使用空間位置元數(shù)據(jù)來(lái)確定用戶是否應(yīng)接收雙耳耳標(biāo)消息。舉例來(lái)說(shuō)，聲音環(huán)境管理器可計(jì)算表達(dá)數(shù)據(jù)602的來(lái)源與接收表達(dá)數(shù)據(jù)的用戶之間的距離。聲音環(huán)境管理器494接著可基于警告或警報(bào)的類型而作出關(guān)于是否應(yīng)產(chǎn)生耳標(biāo)的確定。接著將此確定發(fā)送到耳標(biāo)產(chǎn)生器406，或者可完全不將表達(dá)數(shù)據(jù)發(fā)送到耳標(biāo)產(chǎn)生器?；蛘?，聲音環(huán)境管理器494可從元數(shù)據(jù)中確定特定用戶并非特定耳標(biāo)的既定或必要接收者。舉例來(lái)說(shuō)，這可能在用戶已經(jīng)由其聲場(chǎng)控制器416的接口指示其不是需要此耳標(biāo)的特定群組的成員的情況下發(fā)生。類型l元數(shù)據(jù)(除了指示空間位置的元數(shù)據(jù)外)可指示表達(dá)數(shù)據(jù)的來(lái)源已指示耳標(biāo)僅既定用于類型1用戶。如果特定用戶為類型2用戶，那么其將不接收表達(dá)耳標(biāo)消息。
不管表達(dá)數(shù)據(jù)602是否含有待重現(xiàn)的實(shí)際音頻信息或是僅含有指針，最終均將音頻信號(hào)傳達(dá)到音頻產(chǎn)生器496。音頻信號(hào)可以是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流、模擬音頻信號(hào)或表達(dá)數(shù)據(jù)602的任何其它表示。與音頻信號(hào)的特定形式無(wú)關(guān)，音頻產(chǎn)生器496處理音頻信號(hào)以產(chǎn)生所需的雙耳音頻。用于產(chǎn)生雙耳音頻的技術(shù)在所屬領(lǐng)域中是已知的。因此，在此處將不詳細(xì)論述此類技術(shù)的細(xì)節(jié)。然而，音頻產(chǎn)生器496有利地包括HRTF濾波器408、 BRIR濾波器410和混響濾波器412。使用這些濾波器中的一者或一者以上以如表達(dá)數(shù)據(jù)所界定而修改待向用戶呈現(xiàn)的音頻信號(hào)。明確地說(shuō)，基于對(duì)應(yīng)于所接收的表達(dá)數(shù)據(jù)602的元數(shù)據(jù)604而處理或修改用于用戶的每一只耳朵的聲音。
類似地，通過(guò)使用麥克風(fēng)107而檢測(cè)由特定BSS 400的用戶所產(chǎn)生的語(yǔ)音音頻。將此音頻傳達(dá)到聲音環(huán)境管理器。聲音環(huán)境管理器將把音頻格式化為模擬信號(hào)或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。信號(hào)將包括元數(shù)據(jù)604。舉例來(lái)說(shuō)，元數(shù)據(jù)604可包括如通過(guò)內(nèi)部GPS產(chǎn)生器402所確定的特定BSS 400的空間位置。因此產(chǎn)生的信號(hào)還可包括通過(guò)內(nèi)部元數(shù)據(jù)產(chǎn)生器404產(chǎn)生的元數(shù)據(jù)。舉例來(lái)說(shuō)，此類內(nèi)部元數(shù)據(jù)可以是類型2元數(shù)據(jù)604-2 (關(guān)于非空間
12位置信息)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，類型2元數(shù)據(jù)規(guī)定已將特定BSS 400的用戶指派到的群組。舉例來(lái)說(shuō)，所述群組可以是一群士兵。
聲場(chǎng)控制器416允許用戶規(guī)定用戶希望聽到的音頻的種類，且還允許用戶規(guī)定一個(gè)或一個(gè)以上虛擬雙耳音頻環(huán)境。音頻混合器484可向收聽者提供單聲道音頻、立體聲音頻或3-D雙耳音頻。另外，收聽者可選擇以使某些聲源采取雙耳音頻的形式，而同一環(huán)境中的其它聲源采取立體聲音頻的形式。BSS 400向用戶提供任何數(shù)目的各種虛擬音頻環(huán)境以供從中選擇。接下來(lái)是對(duì)于可選擇的音頻環(huán)境中的一些及其結(jié)合本發(fā)明而被有利地使用的方式的簡(jiǎn)要描述。
A.選擇性濾波模式
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，相關(guān)音頻信息在一些情形中可由于非想要的背景聲音而變?nèi)?。為了減少此類變?nèi)跚医璐烁倪M(jìn)信噪比，人類具有選擇所關(guān)注的聲音的先天能力。此天然能力幫助人類減少或消除那些不需要的聲音。舉例來(lái)說(shuō)，人類生來(lái)在有限程度上具有集中于所選語(yǔ)音(或來(lái)源于特定位置的語(yǔ)音)的能力，即使背景語(yǔ)音可能較大。各種論文中已將此描述為"雞尾酒會(huì)效應(yīng)(cocktail party effect)"。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，士兵可通過(guò)較好地了解其群組中其它士兵的位置而實(shí)現(xiàn)對(duì)于戰(zhàn)場(chǎng)狀況的改進(jìn)的了解(情境意識(shí))。舉例來(lái)說(shuō)，軍事偵察任務(wù)可涉及四群組士兵，其中每 一群組去向不同方向以調(diào)查周圍狀況。替代于聽取發(fā)生于通信網(wǎng)路中的所有各種會(huì)話，每一群組可選擇其自身的雙耳環(huán)境。其后，如果--群組的士兵將在擁擠的城市環(huán)
境中散開且彼此看不見，那么其仍將知道其群組中成員的每一者的位置。其語(yǔ)音通信將通過(guò)形象化揚(yáng)聲器的虛擬位置而通知群組中每一者其近似位置。且群組內(nèi)的每一者將通過(guò)簡(jiǎn)單地聽取其語(yǔ)音而了解其與群組中的其它者的位置關(guān)系。因此，士兵可使其眼睛保持集中于其環(huán)境而非其器具。
在BSS 400中，可通過(guò)利用如上文所述的類型1元數(shù)據(jù)604-1和類型2元數(shù)據(jù)604-2來(lái)實(shí)施前述特征。舉例來(lái)說(shuō)，類型1元數(shù)據(jù)可將由BSS 400傳輸?shù)奶囟ㄐ盘?hào)識(shí)別為由分派到預(yù)定群組中的一者的用戶所發(fā)起。在此情況下，類型l元數(shù)據(jù)604-1將包括至少一個(gè)數(shù)據(jù)字段，其經(jīng)提供以識(shí)別已將用戶指派到的所述預(yù)定群組中的一者。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)用戶經(jīng)由聲場(chǎng)控制器416所提供的接口而將此群組信息輸入到BSS 400中。元數(shù)據(jù)604將與表達(dá)數(shù)據(jù)602 —同插入到所傳輸?shù)男盘?hào)600中。當(dāng)所傳輸?shù)男盘?hào)600隨后由另一用戶的BSS 400接收時(shí)，聲音環(huán)境管理器494將基于類型1元數(shù)據(jù)而確定所傳輸?shù)男盘?hào)600來(lái)源于的群組。如果傳輸信號(hào)600的用戶是與接收信號(hào)的用戶同一群組的成員，那么聲音環(huán)境管理器將使表達(dá)數(shù)據(jù)602通過(guò)使用雙耳處理以提供3-D音頻效應(yīng)而為用戶重現(xiàn)。聲音環(huán)境管理器494將使用類型2元數(shù)據(jù)來(lái)確定對(duì)于表達(dá)數(shù)據(jù)的正確雙耳處理。舉例來(lái)說(shuō)，音頻產(chǎn)生器496可利用此信息以使得其可正確地呈現(xiàn)于用戶的雙耳環(huán)境中。舉例來(lái)說(shuō)，音頻產(chǎn)生器可使用所述信息來(lái)使得表達(dá)數(shù)據(jù)表觀上來(lái)源-T虛擬音頻環(huán)境中的所需空間位置。
B. 選擇性關(guān)聯(lián)度模式
上文描述的選擇性濾波技術(shù)可由BSS 400以組合例如3-D (雙耳)、2-D (立體聲)和l-D (單聲道)的多個(gè)音頻維度的另一配置加以利用。舉例來(lái)說(shuō)，在某些情形下，用戶可能不希望消除所有背景音頻信息。然而，并非將關(guān)聯(lián)度較低的音頻保持于與其所需雙耳聲源處于同一音頻維度中，而是用戶可將關(guān)聯(lián)度較低的音頻改變到單聲道(l-D)或立體聲(2-D)維度。將聲音的音頻格式從雙耳改變?yōu)閱温暤阑蛄Ⅲw聲音頻的效應(yīng)意味著此類音頻的關(guān)聯(lián)度或重要性的不同等級(jí)。此過(guò)程還移除所述音頻的任何定位提示?？蓪-D、 2-D或3-D音頻的分貝等級(jí)調(diào)節(jié)到收聽者對(duì)于所述維度所需的任何等級(jí)。
為了實(shí)施前述效應(yīng)，可對(duì)于每一預(yù)定群組的用戶界定單獨(dú)的雙耳音頻環(huán)境。其后，每一 BSS 400可使用接收的元數(shù)據(jù)來(lái)確定表達(dá)數(shù)據(jù)來(lái)源于的用戶的群組。將以雙耳格式來(lái)呈現(xiàn)從用戶的預(yù)定群組內(nèi)的各個(gè)用戶接收的表達(dá)數(shù)據(jù)。明確地說(shuō)，聲音環(huán)境管理器494將使用類型1元數(shù)據(jù)604-1來(lái)確定一信號(hào)是否由特定群組中的成員所發(fā)起。來(lái)源于同一群組的成員的表達(dá)數(shù)據(jù)將為3-D雙耳音頻環(huán)境中的每一 BSS 400的用戶重現(xiàn)。每一 BSS400可通過(guò)使用類型2元數(shù)據(jù)來(lái)處理群組成員的表達(dá)數(shù)據(jù)以創(chuàng)建雙耳音頻從而表示所述用戶的群組的成員所處的位置。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，BSS 400還將從與用戶的預(yù)定群組中的至少一第二者相關(guān)聯(lián)的用戶接收RF信號(hào)600?？苫谑褂妙愋?元數(shù)據(jù)而識(shí)別此類RF信號(hào)。來(lái)自這些信號(hào)的表達(dá)數(shù)據(jù)602還在頭戴式耳機(jī)108處得以重現(xiàn)且可以可聽方式由用戶感知。然而，重要的是，BSS 400可經(jīng)配置從而以不同音頻格式來(lái)重現(xiàn)此類音頻。舉例來(lái)說(shuō)，可以l-D單聲道格式呈現(xiàn)音頻而非以3-D雙耳格式來(lái)重現(xiàn)所述音頻。因?yàn)椴⒎且韵嗤纛l效果呈現(xiàn)此音頻，所以用戶有差別地感知到所述音頻。用戶可使用此區(qū)別來(lái)選擇性地集中于其自身的群組的成員的語(yǔ)音。
存在用戶可能通過(guò)如本文所描述組合各種音頻維度而獲益的各種情形。舉例來(lái)說(shuō)，先前實(shí)例中的指揮官可能希望聽取其它三個(gè)指揮官的語(yǔ)音(但以單聲道音頻的形式)。因此，所述指揮官可在其群組中的士兵的雙耳語(yǔ)音與其它指揮官的單聲道語(yǔ)音之間進(jìn)行辨別。此外，具有聽取其它指揮官的能力為收聽者提供關(guān)于其情境意識(shí)的重要信息。
C. 警示和警告
14除了語(yǔ)音通信以外，可將其它類型的信息疊加到使用類型l和類型2元數(shù)據(jù)的聲場(chǎng)中。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)使用一個(gè)或一個(gè)以上傳感器401來(lái)檢測(cè)傳感器信息?？蓪⒋藗鞲衅餍畔⒄蠟閷?duì)應(yīng)于信號(hào)600的格式。接著將此信號(hào)傳輸?shù)礁鱾€(gè)用戶109-1、109-2……109-n且通過(guò)使用與每一用戶相關(guān)聯(lián)的BSS 400接收。傳感器401可以是任何類型的傳感器，其包括用于生物、核或化學(xué)危險(xiǎn)物的傳感器。此外，傳感器401經(jīng)設(shè)計(jì)以在檢測(cè)到危險(xiǎn)物403的情況下廣播信號(hào)600。信號(hào)600將視向用戶警示危險(xiǎn)物的需要而包括表達(dá)數(shù)據(jù)602和元數(shù)據(jù)604。舉例來(lái)說(shuō)，表達(dá)數(shù)據(jù)將包括音頻數(shù)據(jù)或?qū)⒂葿SS400使用的特定耳標(biāo)的數(shù)據(jù)指針。可使用表達(dá)數(shù)據(jù)來(lái)向用戶傳達(dá)危險(xiǎn)物的性質(zhì)。元數(shù)據(jù)604可包括類型1元數(shù)據(jù)和類型2元數(shù)據(jù)。
類型2元數(shù)據(jù)可包括檢測(cè)到危險(xiǎn)物的傳感器的GPS坐標(biāo)或如由傳感器所檢測(cè)到的危險(xiǎn)物的估計(jì)GPS位置。當(dāng)用戶的無(wú)線電設(shè)備接收到此RF信號(hào)時(shí)，用戶的BSS 400將使用類型2元數(shù)據(jù)來(lái)確定傳感器401相對(duì)于用戶位于何處，且向用戶提供由表達(dá)數(shù)據(jù)規(guī)定的耳標(biāo)。耳標(biāo)會(huì)將所接收的表達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)譯為短語(yǔ)，比如"檢測(cè)到化學(xué)毒素，保持遠(yuǎn)離！"且在士兵的3-D聲音環(huán)境中將被聽到。明確地說(shuō)，聲音環(huán)境管理器494將使用傳感器401所提供的GPS坐標(biāo)和所提供的用戶的GPS坐標(biāo)(由內(nèi)部GPS產(chǎn)生器402所提供)來(lái)確定危險(xiǎn)物403相對(duì)于用戶的方向。可聽到的警告因此將警示用戶其過(guò)于接近致死毒素，且通過(guò)聽取3-D雙耳音頻，用戶將能夠確定傳感器401 (和/或相關(guān)聯(lián)的危險(xiǎn)物)的方向。因此，用戶將知曉離開哪一方向以逃離受影響的區(qū)域。
D.情報(bào)灌輸
將情報(bào)信息與上文所描述的雙耳音頻環(huán)境組合可顯著增強(qiáng)前線士兵的戰(zhàn)斗能力。在過(guò)去，問(wèn)題在于過(guò)多信息進(jìn)入指揮中心且過(guò)少相關(guān)信息以及時(shí)方式到達(dá)前線的士兵處。通過(guò)本發(fā)明，可通過(guò)相關(guān)GPS數(shù)據(jù)(類型1元數(shù)據(jù)604-1)來(lái)廣播情報(bào)(表達(dá)數(shù)據(jù)602)以規(guī)定將接收情報(bào)數(shù)據(jù)的用戶的位置范圍。以此方式，立即需要信息的士兵將經(jīng)由上文描述的選擇性關(guān)聯(lián)度模式而接收所述信息。在其它情形中，可從指揮中心將情報(bào)僅廣播到需要所述情報(bào)的那些士兵且情報(bào)將經(jīng)由如上文描述的選擇性濾波模式被接收。
為了更好地理解這些特征， 一實(shí)例是有幫助的。在城市戰(zhàn)中，可將傳感器分散于整個(gè)城中以檢測(cè)各種事件。如果配備有BSS400的一群組士兵將外出執(zhí)行救援任務(wù)，那么所述士兵可組合兩個(gè)音頻環(huán)境以改進(jìn)其情境意識(shí)。舉例來(lái)說(shuō)，可選擇3-D雙耳環(huán)境和單聲道環(huán)境。
如果士兵歸因于埋伏而不得不分散，那么上文描述的選擇性濾波模式將是有益的。每一士兵將簡(jiǎn)單地通過(guò)聽取其語(yǔ)音通信而知曉其同伴位于何處?？墒褂靡粋€(gè)或一個(gè)以上傳感器401來(lái)檢測(cè)例如狙擊手火力的威脅。這些傳感器401可由位于屋頂上的已以武器 向街道上的士兵射擊的狙擊手402激活。傳感器401將同時(shí)向所述區(qū)域中的每一士兵提 供狙擊手的空間位置。這通過(guò)使傳感器401識(shí)別非友方炮火的GPS位置且借此使友方炮 火對(duì)準(zhǔn)狙擊手位置而實(shí)現(xiàn)。對(duì)于街道上的士兵，其計(jì)算機(jī)將提供一耳標(biāo)，所述耳標(biāo)將聽 起來(lái)仿佛其以虛擬3-D聲音而來(lái)源于狙擊手的位置。表達(dá)數(shù)據(jù)602可規(guī)定表達(dá)"向我射 擊，向我射擊！"的耳標(biāo)。類型2元數(shù)據(jù)604-2將包括規(guī)定狙擊手威脅的位置的GPS信 息。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，傳感器401將傳輸其警告歷時(shí)數(shù)秒。如果狙擊手402改 變位置并再次射擊，那么傳感器401將檢測(cè)新位置且產(chǎn)生新警告。BSS 400將接收所述 警告且將檢測(cè)類型2元數(shù)據(jù)604-2的改變。元數(shù)據(jù)的此改變將使BSS 400改變耳標(biāo)在3-D 雙耳環(huán)境中的虛擬位置。有利地，耳標(biāo)此時(shí)可開始較高聲且在數(shù)秒之后緩慢減弱。這將 使士兵知曉距狙擊手402上一次射擊己有多長(zhǎng)時(shí)間。在此情況下，實(shí)時(shí)將音頻情報(bào)提供 給士兵以警告區(qū)域中的即時(shí)危險(xiǎn)，因此士兵無(wú)需將其眼睛離開周圍區(qū)域來(lái)注視目視器 具。
類似地，如果在城市中的特定網(wǎng)咖(internet caf6)處己發(fā)現(xiàn)被通緝的嫌疑犯，那么 可將情報(bào)數(shù)據(jù)廣播到正巧位于所述網(wǎng)咖附近的士兵以幫助捕獲嫌疑犯。位于網(wǎng)咖附近的 士兵可通過(guò)包括類型1元數(shù)據(jù)604-1而經(jīng)指定以接收廣播的消息。此類型1元數(shù)據(jù)將指 示應(yīng)僅向位于如由類型l元數(shù)據(jù)界定的特定有限地理區(qū)域內(nèi)的士兵表達(dá)消息。舉例來(lái)說(shuō)， 類型1元數(shù)據(jù)可規(guī)定特定GPS坐標(biāo)和預(yù)定距離。接著每一BSS 400將確定所述BSS 400 是否位于特定GPS坐標(biāo)的預(yù)定距離內(nèi)。當(dāng)然，可使用其它方法來(lái)規(guī)定所述地理區(qū)域。廣 播的信號(hào)600還將包括直接或間接規(guī)定適當(dāng)耳標(biāo)的表達(dá)數(shù)據(jù)602。舉例來(lái)說(shuō)，向網(wǎng)咖的
數(shù)個(gè)街區(qū)內(nèi)的所有士兵傳達(dá)的所選耳標(biāo)可以是"捕獲我，我被通緝！"。 士兵將謹(jǐn)慎地在 由BSS 400雙耳音頻環(huán)境提供的方向上移動(dòng)以定位網(wǎng)咖并捕獲嫌疑犯。 E.導(dǎo)航輔助設(shè)備
BSS 400還可用作導(dǎo)航輔助設(shè)備。舉例來(lái)說(shuō)，如果需將士兵從敵方區(qū)域撤離，那么 士兵的BSS 400將接收含有關(guān)于撤離的時(shí)間和位置的信息的信號(hào)600。舉例來(lái)說(shuō)，此信 號(hào)600可包括表達(dá)數(shù)據(jù)602、類型1元數(shù)據(jù)和類型2元數(shù)據(jù)以界定此信息。信號(hào)600將 由BSS 400結(jié)合內(nèi)部GPS產(chǎn)生器402所規(guī)定的GPS位置而使用。舉例來(lái)說(shuō)，BSS 400 可使用此信息向士兵提供三部分可聽信息。首先，由表達(dá)數(shù)據(jù)602界定的耳標(biāo)將提供指 示撤離點(diǎn)的方向的雙耳音頻。接著，耳標(biāo)將告知士兵距撤離點(diǎn)剩余的距離。最后，耳標(biāo) 將告知士兵在撤離載具(例如，直升飛機(jī))到達(dá)之前尚余多少時(shí)間。因此，士兵將聽到
16耳標(biāo)重復(fù)"撤離點(diǎn)為兩英里遠(yuǎn)。尚余三十二分鐘"。注意，耳標(biāo)將以雙耳音頻形式呈現(xiàn) 以使得其將似乎來(lái)自于撤離點(diǎn)的方向。內(nèi)部計(jì)算機(jī)每數(shù)秒將更新可聽信息，且士兵的 HRTF將恒定地得以更新以將其導(dǎo)引到正確位置。
可將此可聽導(dǎo)航環(huán)境與其它可聽環(huán)境組合以向士兵提供關(guān)于其環(huán)境的額外信息。舉 例來(lái)說(shuō)，士兵可能需要與可能不在視線內(nèi)但也將朝向同一撤離點(diǎn)前進(jìn)的其它友方士兵通 信。每一士兵可聽到其它士兵的近似位置。如果一士兵負(fù)傷且行走困難，那么雙耳音頻 系統(tǒng)可導(dǎo)引一附近士兵來(lái)到負(fù)傷的士兵處以在到達(dá)撤離點(diǎn)的過(guò)程中提供幫助。
F. 定位增強(qiáng)
另一音頻維度將是使由BSS 400創(chuàng)建的雙耳聲場(chǎng)成形以向用戶提供較好的定位提 示。這些定位提示可延伸超過(guò)僅僅促使音頻在表觀上來(lái)源于特定方向。根據(jù)本發(fā)明的一 實(shí)施例，BRIR濾波器410可用以創(chuàng)建混響效應(yīng)。使用不同虛擬房間來(lái)表示與用戶的徑 向距離。通過(guò)使用此技術(shù)，用戶可較好地估計(jì)遠(yuǎn)程信號(hào)源相對(duì)于用戶的位置存在多大距 離。舉例來(lái)說(shuō)，100英尺以下的距離可不經(jīng)BRIR濾波而向用戶提出或者BRIR可對(duì)應(yīng)于 較小房間的BRIR。對(duì)于101到1000英尺之間的距離，將使用對(duì)應(yīng)于狹窄房間的BRIR 濾波器410。對(duì)于IOOO英尺以上的距離，將使用對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)窄房間的BRIR濾波器410。 當(dāng)然，房間的確切形狀和相應(yīng)BRIR濾波器對(duì)于本發(fā)明并非關(guān)鍵性的。所必要的一切在 于使用不同BRIR濾波器來(lái)表示用戶之間的不同距離。因此，散布于兩英里的森林區(qū)域 中的一群組士兵將聽到位于IOO英尺以內(nèi)的同伴士兵的正常聲音。當(dāng)與適度遠(yuǎn)離(例如， 101到1000英尺)的同伴士兵通信時(shí)，這些士兵的語(yǔ)音聽起來(lái)會(huì)仿佛其來(lái)源于狹窄房間 的遠(yuǎn)端。類似地，來(lái)自于更為遠(yuǎn)離(例如1000英尺以上)的士兵的語(yǔ)音傳輸聽起來(lái)會(huì) 仿佛其來(lái)源于長(zhǎng)窄房間的遠(yuǎn)端。當(dāng)然，來(lái)自群組中的士兵的所有通信也可以雙耳音頻的
形式呈現(xiàn)。因此，所有士兵將通過(guò)聽取語(yǔ)音而知曉其與揚(yáng)聲器之間的相對(duì)方向和近似距 離。
可通過(guò)使用表達(dá)數(shù)據(jù)602、類型1元數(shù)據(jù)604-1和類型2元數(shù)據(jù)604-2而在BSS 400 中實(shí)施前述特征。可通過(guò)使用類型2元數(shù)據(jù)而傳達(dá)用戶之間的距離。用戶可通過(guò)使用聲 場(chǎng)控制器416所提供的接口而選擇增強(qiáng)定位模式。其后，聲音環(huán)境管理器494將基于信 號(hào)600傳輸自的BSS 400與隨后接收信號(hào)的BSS 400之間的計(jì)算所得的距離而選擇適當(dāng) 的HRTF濾波器408和適當(dāng)?shù)腂RIR濾波器410。
G. 遠(yuǎn)程呈現(xiàn)模式
遠(yuǎn)程呈現(xiàn)模式允許將用戶虛擬地移位到任何環(huán)境中以獲得對(duì)發(fā)生于所述區(qū)域中的 活動(dòng)的更好了解。通過(guò)使用遠(yuǎn)程呈現(xiàn)模式，戰(zhàn)斗指揮官將能夠較有效地了解正發(fā)生于任何特定戰(zhàn)場(chǎng)上的軍事行動(dòng)?？赏ㄟ^(guò)以戰(zhàn)場(chǎng)的任何位置的GPS位置編程任何指揮官的BSS 400而將所述指揮官虛擬地輸送到前線。所述位置可以是固定物理位置或者位置可隨實(shí) 際處于戰(zhàn)斗點(diǎn)處的軍官或士兵而移動(dòng)。通過(guò)遠(yuǎn)程呈現(xiàn)，用戶將能夠聽到所有士兵或軍官 的語(yǔ)音通信和所有士兵或軍官相對(duì)于所選軍官的虛擬位置。此雙耳音頻將補(bǔ)充指揮官正 從在戰(zhàn)斗點(diǎn)上空飛行的無(wú)人駕駛飛行器接收的視覺信息。通過(guò)虛擬地進(jìn)入此戰(zhàn)斗環(huán)境， 指揮官可作出較為消息靈通的決策。
權(quán)利要求
1. 一種用于向用戶傳達(dá)雙耳信息的方法，其包含產(chǎn)生至少一個(gè)信號(hào)，所述信號(hào)含有至少一第一信息和第二信息；將所述第一信息選擇為包括規(guī)定希望以可聽方式向用戶表達(dá)的特定信息的表達(dá)數(shù)據(jù)；將所述第二信息選擇為包括至少一第一元數(shù)據(jù)，所述第一元數(shù)據(jù)包含除了所述表達(dá)數(shù)據(jù)的來(lái)源的空間位置信息之外識(shí)別所述表達(dá)數(shù)據(jù)的特性的信息；根據(jù)基于所述第一元數(shù)據(jù)的預(yù)定音頻增強(qiáng)而產(chǎn)生包括所述表達(dá)數(shù)據(jù)的雙耳音頻環(huán)境。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其進(jìn)一步包含界定多個(gè)雙耳音頻環(huán)境。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述預(yù)定音頻增強(qiáng)包含僅在所述第一元數(shù)據(jù)指示 所述表達(dá)數(shù)據(jù)與所述多個(gè)雙耳環(huán)境的特定一者相關(guān)聯(lián)的情況下才在所述雙耳音頻 環(huán)境中包括所述表達(dá)數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述預(yù)定音頻增強(qiáng)進(jìn)一步包含建立多個(gè)用戶群 組，以及僅在所述表達(dá)數(shù)據(jù)由所述用戶群組的預(yù)定一者的成員發(fā)起的情況下才在所 述多個(gè)雙耳音頻環(huán)境的特定一者中包括所述表達(dá)數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述預(yù)定音頻增強(qiáng)包含基于由所述第一元數(shù)據(jù)規(guī) 定的所述表達(dá)數(shù)據(jù)的來(lái)源而選擇音頻重現(xiàn)格式。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含響應(yīng)于規(guī)定預(yù)定狀況的發(fā)生的控制信號(hào) 而自動(dòng)產(chǎn)生所述至少一個(gè)信號(hào)。
7. —種用于向用戶傳達(dá)雙耳信息的雙耳聲系統(tǒng)，其包含接收器，其經(jīng)配置以接收含有至少一第一信息和第二信息的信號(hào)；所述第一信息包含規(guī)定希望以可聽方式向用戶表達(dá)的特定信息的表達(dá)數(shù)據(jù)，且所 述第二信息包含第一元數(shù)據(jù)和第二元數(shù)據(jù)，所述第一元數(shù)據(jù)包含除所述表達(dá)數(shù)據(jù)的 來(lái)源的空間位置信息之外的識(shí)別所述表達(dá)數(shù)據(jù)的特性的信息，且至少一第二元數(shù)據(jù) 識(shí)別與所述表達(dá)數(shù)據(jù)的所述來(lái)源相關(guān)聯(lián)的空間位置信息；響應(yīng)于所述RF信號(hào)的音頻處理系統(tǒng)，所述音頻處理系統(tǒng)經(jīng)配置以在雙耳音頻環(huán) 境中且根據(jù)基于所述第一元數(shù)據(jù)的預(yù)定音頻增強(qiáng)而以可聽方式重現(xiàn)所述表達(dá)數(shù)據(jù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述雙耳聲系統(tǒng)經(jīng)配置以根據(jù)所述用戶相對(duì)于與 所述表達(dá)數(shù)據(jù)的來(lái)源相關(guān)聯(lián)的遠(yuǎn)程位置的相對(duì)空間距離而選擇性地應(yīng)用所述BRIR濾波器和所述混響濾波器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述第一元數(shù)據(jù)規(guī)定多個(gè)預(yù)定雙耳音頻環(huán)境中的一者。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述雙耳聲系統(tǒng)經(jīng)配置以僅在所述第一元數(shù)據(jù)指 示所述表達(dá)數(shù)據(jù)與所述多個(gè)雙耳環(huán)境的特定一者相關(guān)聯(lián)的情況下才在所述雙耳音 頻環(huán)境中包括所述表達(dá)數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生、組合和定制虛擬聲音環(huán)境的方法和設(shè)備。一種雙耳聲系統(tǒng)(400)包括經(jīng)配置以接收含有至少一第一類型的信息和第二類型的信息的信號(hào)(600)的收發(fā)器(492)。所述第一類型的信息包括表達(dá)數(shù)據(jù)(602)。所述表達(dá)數(shù)據(jù)規(guī)定希望以可聽方式向用戶表達(dá)的特定信息。所述第二類型的信息包含第一類型的元數(shù)據(jù)(604-1)和第二類型的元數(shù)據(jù)(604-2)。所述第一類型的元數(shù)據(jù)包括除空間位置信息以外的識(shí)別所述表達(dá)數(shù)據(jù)的特性的信息。所述第二類型的元數(shù)據(jù)識(shí)別與所述表達(dá)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的空間位置信息。
文檔編號(hào)H04R27/00GK101491116SQ200780025865
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2007年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者保羅·L·紹克 申請(qǐng)人:賀利實(shí)公司