[发明专利]使用声音信号的距离估计

说明书

技术领域

本发明涉及至对象的距离的估计，并且特别地而非排他地涉及基于距离的估计的音频环境的表征（characterisation）。

背景技术

对于许多应用来说，距离的自动确定是重要的。例如，音频环境极大地影响扩音器系统的性能，并且例如，房间的音响效果显著地影响利用空间声音再生系统能够提供的空间体验。为了提供最佳可能的空间再现（render），声音再生系统适当地被校准到特定音频环境因此是重要的。因为不可能事先说明（account for）房间大小、音响系统位置和收听者位置等等的每一种可能的排列，所以在实践中只可能提供有限数量的预设选项。声音再生系统的适当校准因此必须就地利用设备来完成。为了优化声音再生，房间几何形状、收听位置以及再现设备的位置应该最好是已知的。虽然有可能人工测量这个数据，但是这对用户而言将代表不受欢迎的工作量，并且将遭受用户错误。如果能够自动地测量房间几何形状（geometry），那么优化能够是自动的并且没有用户错误。这样的房间几何形状可以从至诸如墙体（wall）之类的房间对象的距离测量中进行确定，并因此用于确定这样的至对象的距离的实用系统是非常有利的。

已提议基于定向声音信号的测量来确定至墙体的距离。WO2004666731A1公开一种系统，其中使用常规的扩音器阵列和至少一个麦克风来校准条形音箱（sound bar）系统，其中多个空间通道使用扩音器阵列以及声音信号的定向辐射、从单个扩音器设备中生成。

所公开的系统使用常规的扩音器阵列来创建指向墙体的定向声音的波束。所反射的声音利用麦克风来记录，并且在声音的发射和声音的捕获之间的时间差用于确定至反射对象的距离。此方案与标准的声纳系统非常相似。针对这个系统的常规扩音器阵列的使用具有若干缺陷。常规扩音器阵列只能在利用阵列的宽度和扩音器的间隔所确定的有限范围的频率上产生高度定向的声束。有限的带宽导致所公开的系统将单个频率测试音调用于校准，这与较宽带宽信号相比可能导致例如降低的信噪比。所公开的系统也可能易于产生能够引起虚假结果的波瓣伪像（lobbing artefact）。

常规扩音器阵列的使用所面临的另一问题是：高定向性所需要的大孔径也导致大的音频束斑大小，其降低测量系统的分辨率。为了解决这个问题，WO200466673A1建议使用聚焦算法来减小束斑大小。然而，为了聚焦波束，至反射对象的距离必须提前知道，即，其要求将要测量的距离是已经知道的。就此而论，需要迭代优化程序来将波束聚焦到合适的斑大小并利用合适的精度来识别墙体的位置。这在处理能力和测量/设置时间方面是昂贵的。

基于超声的距离检测系统也已被用于确定至墙体的距离。这些系统朝向墙体辐射超声信号，并且测量在返回接收到超声信号之前所花费的时间。该距离随后可以被确定为与超声信号的往返延迟的一半相对应。然而，这样的超声波测距系统要求：反射表面垂直于超声波声束，并且对于其之间的偏差是非常敏感的。实际上，在许多情况下，甚至与垂直角度的小偏差也导致与具有（例如，更多墙体的）多次反射的路径相对应的测量信号，从而导致错误的结果，并因而导致例如声音再生系统的错误校准。对于其中测距设备不能实用地被定位并且不能直接地被指向正测量至其的距离的对象的许多固定校准系统来说，这样的超声波测距系统因此往往是不切实际的。特别地，这些系统往往需要人工操作并且不适合用于其中从测距设备到对象的确切位置和方向不是已知的许多自动化系统。

因此，用于确定距离的改善系统将是有利的，并且特别地，虑及增加的灵活性、便利的实现方式、便利的操作、改善的精度、增加的在系统与对象之间的几何关系的灵活性、改善的针对自动测距和校准的适用性、改善的方向性、增加的聚焦和/或改善的性能的系统将是有利的。

发明内容

相应地，本发明寻求优选地单独或以任何组合来缓解、减轻或消除上述缺陷之中的一个或多个缺陷。

根据本发明的一个方面，提供一种用于确定至对象的距离的设备：测试信号发生器，用于通过将音频带测试信号调制到超声波信号上来生成超声波测试信号；参量扩音器，用于在第一方向辐射超声波测试信号；音频带传感器，用于生成音频带捕获信号，其中音频带捕获信号包括源于超声波测试信号的解调的反射音频带信号；和距离电路，用于针对从参量扩音器到对象的距离生成距离估计，以响应音频带捕获信号和音频带测试信号的反射音频信号估计。