專利名稱：用于聲學地監控一監控區域的音頻模塊、用于監控區域的監控系統、用于產生聲環境的方 ...的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于聲學地監控一監控區域的音頻模塊，其中在監控區域中設置多個傳聲器，所述音頻模塊具有用于存儲監控區域的模型和傳聲器的位置信息的存儲裝 置，具有用于傳聲器的音頻輸入信號的輸入的音頻輸入接口以及具有用于音頻輸出信號的 輸出的音頻輸出接口，所述音頻輸出信號被構造用于控制用于收聽者的音頻輸出設備。此 夕卜，本發明涉及一種具有此類音頻模塊的監控系統，一種用于產生聲環境的方法以及一種 相應的計算機程序。
背景技術：
通常使用監控系統，以便借助于傳感器監控例如一些公共場所、交叉路口、街道、 商業建筑、尤其是監獄、醫院、圖書館、停車樓或者私人建筑。作為傳感器優選使用攝像機， 其中由分散定位的攝像機攝取的圖像數據流通常被傳送到一個監控中心并且在那里由監 控工作人員分析處理或者被自動地分析處理。作為監控攝像機的補充，也常常在監控區域 中分布一些傳聲器，以便除光學信息外也獲得聲學信息。此類監控系統構造復雜并且常常也以某種形式具有所述監控區域的模型，所述監 控區域具有已安裝的傳感器、尤其是攝像機和傳聲器。由W02007/095994例如公開了一種 此類監控系統。該監控系統構成最接近的現有技術。
發明內容
在本發明的范疇內公開了一種具有權利要求1的特征的、尤其是作為此類監控系 統的一部分的音頻模塊，一種具有權利要求9的特征的、具有所述音頻模塊的監控系統，一 種具有權利要求11的特征的、用于產生聲環境的方法以及一種具有權利要求12的特征的、 用于實施所述方法的計算機程序。本發明的優選的或有利的實施方式由從屬權利要求、以下說明以及附圖中得出。根據本發明的音頻模塊用于實現監控區域的聲學監控，其中監控區域表示例如以 多個房間、街道、車間、走廊等形式在現實中存在的區域。為了接收聲學信息，在監控區域中尤其是分散地設置多個傳聲器。優選的是，這些 傳聲器如此分布，使得它們的檢測區域重疊地設置，尤其是如此重疊地設置，使得平面的監 控區域的至少60%、優選至少80%、尤其是至少90%以至少兩次重疊的檢測區域覆蓋。音頻模塊具有一個存儲裝置，所述存儲裝置用于暫時地或永久地存儲監控區域的 模型以及傳聲器的位置信息。尤其是可以設置，在運行中所述數據被加載到音頻模塊中。傳 聲器的位置信息優選包括關于傳聲器在監控區域中的地點的信息，從而傳聲器可被表示在 模型中，傳聲器的位置信息還包括關于傳聲器的取向或定向的信息。可選地，傳聲器的技術 信息，例如方向特性、增益、衰減等附加地保存在所述存儲裝置中。音頻模塊具有一個音頻輸入接口，所述音頻輸入接口用于輸入或用于接收傳聲器的音頻輸入信號。在此，音頻輸入接口例如可以有線地或者無線地直接與傳聲器連接或者 音頻輸入接口通過一個中間存儲裝置獲得傳聲器的音頻輸入信號。為了輸出被構造用于控制用于收聽者的音頻輸出設備的音頻輸出信號，音頻模塊 具有一個音頻輸出接口。音頻輸入接口以及音頻輸出接口都可以處理模擬信號和/或數字 信號。優選地，音頻模塊被構造用于以音頻輸入信號的輸入與音頻輸出信號的輸出之間 的、小于10s、優選小于5s、尤其是小于Is的延遲實時處理音頻輸入信號。替代地或補充 地，音頻模塊可被用于音頻輸入信號的隨后的分析處理，從而時間延遲地、尤其是在一個任 意的時刻或者離線地進行分析處理。 在本發明的范疇內建議，音頻模塊具有一個用于輸入監控區域中的監聽位置的位 置輸入接口，使得收聽者可以向音頻模塊傳輸所期望的監聽位置。此外，音頻模塊包括一個 處理單元，所述處理單元基于所輸入的監聽位置、模型和音頻輸入信號如此確定、尤其是計 算出或者混合出音頻輸出信號，從而使收聽者虛擬地置身于監聽位置處。換句話說，處理單元被構造用于生成一個音頻輸出信號，所述音頻輸出信號如此 控制音頻輸出設備，使得根據監聽位置為收聽者輸出具有地點信息和/或方向信息的聲環 境、尤其是環繞聲和/或環繞立體聲。替代地或者補充地，處理單元被構造用于在監聽環境 中產生人工的聲環境，所述人工的聲環境模擬監聽位置處的真實的聲環境。本發明基于以下構思借助于音頻模塊使收聽者虛擬地置身于監聽位置處，使得 收聽者可以“空間分辨地”聽。如果收聽者例如被虛擬地置身于房間中的監聽位置處，則收 聽者可以根據所輸出的音頻輸出信號區分出噪音源相對于收聽者的(虛擬的)監聽位置是 設置在收聽者的左側、右側、前側還是后側甚至可能地設置在收聽者的上方或者下方。由此 使得收聽者能夠例如定位一個噪音源或者甚至虛擬地跟隨所述噪音源，其方式是，由收聽 者如此改變監聽位置，使得收聽者“追逐”所述噪音源。以此方式使監控工作人員也能夠找 到隱藏設置的并且由此不可見的噪音源，即例如一個箱子里的滴答聲，一個柜子里的噪音 源等等。在一個優選的實施方式中，監聽位置包括地點位置和方向位置。以此方式，收聽者 不僅能夠置身于所期望的監聽位置處，而且能夠定義所期望的監聽方向，從而可以相對于 預給定位置正確地再現虛擬的監聽環境。可選地，音頻模塊具有用于校準音頻模塊和/或 音頻輸出設備的校準裝置，從而由音頻輸出設備生成的虛擬的聲環境可相對于監聽位置在 真實的監控區域中位置正確地定向。在本發明的一個優選的進一步構型中，音頻模塊和/或處理單元被如此構造，使 得可以在模型中、尤其是在模型的由傳聲器覆蓋的部分中自由地選擇監聽位置。由此允許 使收聽者虛擬地置身于模型的和/或監控區域的每個監聽位置處、尤其是每個被監控的監 聽位置處。尤其是，可以與特定的傳聲器位置和/或攝像機位置無關地自由選擇監聽位置。 優選建議，通過以其檢測區域覆蓋所選擇的監聽位置的至少兩個或更多個傳聲器的音頻信 號的加權混合形成音頻輸出信號，其中，根據監聽位置的相對位置和相關傳聲器的位置信 息進行加權。在本發明的一個優選實現中，模型被構造為2D模型或3D模型。在2D模型的情形 中，收聽者虛擬地運動例如穿過建筑物等的平面圖。在3D模型中，收聽者可以附加地變換高度位置，尤其是收聽者可以變換建筑物的樓層或者改變房間中的高度位置。在本發明的一個有利的進一步構型中，模型具有一個聲碰撞模型，在所述聲碰撞模型中包括了吸收聲的、反射聲的、偏轉聲的和/或減弱聲的物體。此類物體例如可以是墻 壁、尤其是建筑物墻壁或者隔墻，但也可以是與聲相關的物體，例如房間隔斷物、柜子等等。 通過支持性地使用聲碰撞模型能夠在監聽位置處更好地模擬真實聲環境的虛擬聲環境，因 為考慮了改變聲的環境特性。在本發明的實際實現中，音頻模塊具有一個人機接口(MMI)，所述人機接口與位置 輸入接口信號技術地連接并且所述人機接口能夠實現在模型中無級地和/或精細分級地 移動監聽位置。人機接口例如是計算機鼠標、顯示設備、觸摸板等等。為了進一步改進音頻模塊的可操作性，音頻模塊在編程技術上和/或在電路技術 上被優選地構造用于在顯示裝置上、例如在虛擬現實意義上顯示模型和監聽位置。可選地， 由來自監控區域的真實的、尤其是當前的攝像機圖像補充虛擬現實。為了信息豐富地構建虛擬的聲環境的環繞聲或者環繞立體聲，音頻輸出設備優選 被構造為立體聲輸出設備和/環繞聲輸出設備。尤其是，音頻輸出設備可實現為多聲道音 響系統，例如環繞聲5. 1、四聲道立體聲、杜比環繞、杜比定向邏輯、杜比數字、DTS、SDDS、 IMAX, Fantasia、MUSE 激光光盤等等。總之，本發明涉及一音頻模塊，所述音頻模塊被構造用在一監控系統中，其中，傳 聲器被定位在一監控區域中，在一模型中建模所述監控區域和所述傳聲器，以及在一處理 單元中產生虛擬的聲環境，所述處理單元優選被構造為用于實時計算3D音頻的軟件系統 和/或軟件組件并且所述處理單元訪問傳聲器的音頻數據和模型。為此，借助于音頻模塊 從傳聲器的位置出發在音頻模塊中建模音源并且輸入所屬的傳聲器音頻數據流。系統的使 用者通過監聽位置的定義確定應從哪一監聽位置處進行監聽。音頻模塊生成用于所選擇 的監聽位置的、人工的音頻輸出信號。音頻模塊的優點是，收聽者同時監聽多個監控傳聲器 的接收，所述接收可在空間上進行分配并且彼此關聯。本發明的另一主題涉及一種用于一監控區域的監控系統，所述監控系統包括如剛 才所描述的或者根據前述權利要求中任一項的音頻模塊。優選地，所述監控系統具有多個 監控攝像機，這些監控攝像機適合用于和/或設置用于觀測監控區域。替代地，為此所述監 控系統具有用于接收視頻數據的相應接口。由此，監控系統被補充為一個音頻/視頻監控 系統。本發明的另一主題涉及一種用于例如在監控中心中產生人工的或虛擬的聲環境 的方法，所述監控中心使收聽者虛擬地置身于監控區域中的監聽位置處，其中，人工的或虛 擬的聲環境基于監聽位置的預給定、監控區域的模型以及設置在監控區域中的傳聲器的音 頻輸入信號實現。優選地，在使用以上所述的音頻模塊或以上所述的監控系統的情況下實 施所述方法。本發明的另一主題涉及具有權利要求12的特征的、具有程序代碼單元的計算機程序。
本發明的其他特征、優點和效果由以下對本發明的優選實施例的說明中得出。
圖1作為本發明的實施例示出具有音頻模塊的監控系統的示意性框圖。
具體實施例方式圖1示出作為本發明的實施例的監控系統1的示意性框圖，所述監控系統被構造和/或設置用于聲學地監控一監控區域2。在圖1中所述的實施例中，監控區域2被構造為兩個房間，但在替代實施方式中可 被任意地構造并且尤其具有多個高度平面或樓層。在監控區域2中在空間上分散地設置了 多個監控傳聲器3，優選如此設置，使得所述多個監控傳聲器3的聲學監控區域重疊或者至 少部分重疊。監控系統1具有音頻模塊4，所述音頻模塊4通過一個音頻輸入接口 5與監控傳 聲器3信號技術地連接。此外，音頻模塊4示出一個用于輸入監聽位置7的位置輸入接口 6以及一個視頻輸出接口 8和一個音頻輸出接口 9，以下還要詳細地說明監聽位置的功能。位置輸入接口 6與一個人機接口(MMI) 10信號技術地連接，所述人機接口例如被 構造為計算機鼠標、操縱桿等等。視頻輸出接口 8用于視頻信號到顯示裝置11、例如監視器 的傳輸。音頻輸出接口 9與一個音頻輸出設備12信號技術地連接，所述音頻輸出設備被構 造用于基于由音頻輸出接口 9向音頻輸出設備12傳輸的音頻輸出信號控制揚聲器13。尤 其是，音頻輸出設備12被構造成一個環繞聲系統，所述環繞聲系統如此控制揚聲器13，從 而使收聽者14置身于一個聲環境中，其中，所輸出的音頻信息包含地點信息和/或方向信 息、尤其是3D方向信息。從功能上考慮，監控系統1、尤其是音頻模塊4被如此設計，使得收聽者14可以通 過人機接口 10、例如借助于顯示裝置11在監控區域2內自由地選擇監聽位置7。基于監聽 位置7的選擇，傳聲器3的輸入音頻信號被音頻模塊4如此處理，使得音頻輸出信號被輸出 至音頻輸出設備12從而通過揚聲器13產生一個虛擬的聲環境，所述虛擬的聲環境模擬監 聽位置7處監控區域2中的真實的聲環境。為了圖示地說明，在監控區域2中在監聽位置 7處以虛線示出收聽者14。通過使用監控系統1，收聽者14例如可以確定，相關的音頻信號——基于他的當 前監聽位置7——來自在他右側的可能的音源15a還是來自在隔壁房間中在他左側的可能 的音源15b。為了可視化，在圖1中在由揚聲器13產生的虛擬的聲環境中再次以虛線表示 出音源15a，b，以便圖示說明所述音源15a，b的虛擬的音源位置。此外，縮小地表示音源 15b，以便在圖形上強調由于監聽位置7與音源15b的位置之間的較大距離以及由于門通 道區域的遮蔽，與音源15a相比衰減地再現音源15b。如果收聽者14確定音頻信號來自音源15b，則他可以虛擬地借助于人機接口 10朝 著音源15b的方向運動，以便以此方式一方面更好地定位音源15b以及另一方面改善音頻 質量。以一個虛線的箭頭示出所述運動。功能通過以下方式實現作為輸入信息，音頻模塊4通過位置輸入接口 6獲得監聽 位置7以及通過音頻輸入接口 5獲得傳聲器3的音頻信號。補充地，音頻模塊4具有一個 數據庫16，在所述數據庫中保存有監控區域2的以及設置在監控區域2中的傳聲器3的模 型17。在處理單元18中，從傳聲器3的已知位置以及可選地傳聲器3的接收特性出發，在 處理單元18中建模音源并且輸入所屬的音頻輸入信號。處理單元18尤其被構造用于信號技術地生成一個3D聲環境。根據監聽位置7，所生成的聲環境隨后被平移或被旋轉并且通 過音頻輸出接口 9輸出至音頻輸出設備12，使得音頻輸出設備通過用于收聽者14的揚聲器 13位置正確地、根據監聽位置7的選擇輸出虛擬的聲環境。
為了進一步改進所輸出的聲環境的音頻質量，數據庫16可選地包括關于監控環 境2中的碰撞物體的信息。此類碰撞物體例如是隔墻19或大的干擾物體20。在對音源進 行建模時考慮此類碰撞物體19、20，從而接近現實地再現監控區域2中音源的減弱、放大或 反射。因此，對收聽者14而言，監控系統1具有以下優點收聽者14可以虛擬地、尤其是 與單個傳聲器位置或單個攝像機位置無關地前往每個任意位置并且可以在那里空間分辨 地檢查真實的聲環境。
權利要求
用于聲學地監控一監控區域(2)的音頻模塊(4)，其中，在所述監控區域(2)中設置有多個傳聲器(3)，所述音頻模塊具有一存儲裝置(16)，所述存儲裝置用于存儲所述監控區域的一模型(17)和存儲所述傳聲器(3)的位置信息，所述音頻模塊具有一音頻輸入接口(5)，所述音頻輸入接口用于輸入所述傳聲器(3)的音頻輸入信號，所述音頻模塊具有一音頻輸出接口(9)，所述音頻輸出接口用于輸出一音頻輸出信號，所述音頻輸出信號被構造用于控制一用于收聽者(14)的音頻輸出設備(12)，其特征在于一位置輸入接口(6)以及一處理單元(18)，所述位置輸入接口用于輸入所述監控區域(2)中的一監聽位置，所述處理單元被構造用于基于所輸入的監聽位置(7)、所述模型(17)和所述音頻輸入信號如此確定所述音頻輸出信號，使所述收聽者(14)虛擬地置身于所述監聽位置處。
2.根據權利要求1所述的音頻模塊(4)，其特征在于，所述監聽位置(7)包括一地點位置和一方向位置。
3.根據權利要求1或2所述的音頻模塊(4)，其特征在于，所述監聽位置(7)可在所述 模型(17)中和/或在所述模型(17)的或者所述監控區域(2)的一由傳聲器覆蓋的部分中 和/或與一傳聲器位置和/或一攝像機位置無關地被自由地選擇。
4.根據以上權利要求中任一項所述的音頻模塊(4)，其特征在于，所述模型(17)被構 造為一 2D模型和/或3D模型。
5.根據以上權利要求中任一項所述的音頻模塊(4)，其特征在于，所述模型(17)包括 一聲碰撞模型，在所述聲碰撞模型中包括了改變聲的、尤其是吸收聲的、反射聲的、偏轉聲 的和/或減弱聲的物體(19，20)。
6.根據以上權利要求中任一項所述的音頻模塊(4)，其特征在于一人機接口(10)，所 述人機接口與所述位置輸入接口(6)信號技術地連接并且所述人機接口能夠實現所述監 聽位置(7)在所述模型(16)中或在所述監控區域(2)中的無級的移動。
7.根據以上權利要求中任一項所述的音頻模塊(4)，其特征在于一顯示裝置(11)，其 中，所述音頻模塊(4)在編程技術上和/或在電路技術上被構造用于在所述顯示裝置(11) 上顯示所述模型(17)和所述監聽位置(7)。
8.根據以上權利要求中任一項所述的音頻模塊(4)，其特征在于所述被構造為立體聲 輸出設備和/或環繞聲輸出設備的音頻輸出設備(12)。
9.用于一監控區域(2)的監控系統(1)，其特征在于一根據以上權利要求中任一項所 述的音頻模塊⑷。
10.根據權利要求9所述的監控系統(1)，其特征在于多個監控攝像機，所述多個監控 攝像機適合用于和/或被設置用于觀測所述監控區域(2)。
11.用于例如在一監控中心中產生一聲環境的方法，所述聲環境使一收聽者(14)虛擬 地置身于一監控區域(2)中的一監聽位置(7)處，其中，所述聲環境基于所述監聽位置(7) 的一預給定、所述監控區域的一模型(17)和被設置在所述監控區域(2)中的傳聲器(3)的 音頻輸入信號實現。
12.計算機程序，所述計算機程序具有程序代碼單元，以便在一計算機上和/或一根據 權利要求1至10中任一項所述的裝置(1，4)上執行所述程序時實施根據權利要求11所述 的方法的所有步驟。
全文摘要
本發明涉及一種用于聲學地監控一監控區域(2)的音頻模塊(4)，其中，在所述監控區域(2)中設置有多個傳聲器(3)，所述音頻模塊具有存儲裝置(16)，所述存儲裝置用于存儲所述監控區域的模型(17)和存儲所述傳聲器(3)的位置信息，所述音頻模塊具有音頻輸入接口(5)，所述音頻輸入接口用于輸入所述傳聲器(3)的音頻輸入信號，所述音頻模塊具有音頻輸出接口(9)，所述音頻輸出接口用于輸出音頻輸出信號，所述音頻輸出信號被構造用于控制用于收聽者(14)的音頻輸出設備(12)，并且所述音頻模塊具有位置輸入接口(6)以及處理單元(18)，所述位置輸入接口用于輸入所述監控區域(2)中的監聽位置，所述處理單元被構造用于基于所輸入的監聽位置(7)、所述模型(17)和所述音頻輸入信號如此確定所述音頻輸出信號，使所述收聽者(14)虛擬地置身于所述監聽位置處。
文檔編號G08B13/16GK101843116SQ200880114149
公開日2010年9月22日 申請日期2008年9月12日 優先權日2007年10月31日
發明者S·海格爾 申請人:羅伯特·博世有限公司