座椅头枕音频系统的音频处理方法和系统与流程

1.本发明涉及用于座椅头枕的音频系统的音频处理方法和系统。
2.本发明还涉及包括一个或多个座椅的客运车辆、特别是机动车辆，至少一个座椅配备有头枕和这样的音频系统。
3.本发明是用于车辆、特别是客运车辆的音频系统的领域。


背景技术：

4.用于车辆的音频系统通常包括一个或多个扬声器，扬声器适于将来自诸如汽车收音机之类来源的声音信号发射到车辆内部。在用于车辆的音频系统的领域中，一个重要的问题是为车辆用户提高声音信号的收听质量。
5.为此，已知的音频系统将一个或多个扬声器集成到车辆的每个座椅或部分座椅的座椅头枕中，以改善坐在配备有这样的头枕的座椅上的用户的音频体验。
6.为了进一步改善音频播放，考虑应用各种音频处理操作。
7.特别地，已知降噪系统，特别是主动降噪或主动噪声控制。主动降噪或主动噪声控制包括在与扬声器连接的电子传输链中应用滤波，这种滤波的目的是产生消除拾取的噪声的信号，使得该信号通过扬声器发出，以消除或减少在预定位置(或预定区域)拾取的噪音。
8.例如，已知针对用于用户的头部的空间区域进行优化的主动降噪系统。然而，在实践中，用户不一定定位在预期的位置，因此主动降噪是次优的。
9.还已知改进的主动降噪系统，其确定用户的头部相对于扬声器位置的位置，以便基于检测到的用户头部的位置来改进声音再现。


技术实现要素：

10.本发明的目的是进一步为用户改进座椅头枕的音频系统中的音频再现(audio rendering)。
11.为此，根据第一方面，本发明提出了一种用于座椅头枕的音频系统的音频处理方法，该音频系统包括定位在头枕的两侧的至少两个扬声器，以及适于应用至少一个音频处理操作并控制每个扬声器的音频再现的控制模块，该方法包括检测用户头部的位置并基于检测到的位置调整至少一个音频处理操作的第一组参数以为所述用户提高通过所述扬声器的音频再现质量。该方法还包括以下步骤：
[0012]-确定用户特征和/或用户的临时状态，
[0013]-选择与用户特征和/或用户的临时状态相关的音频设置配置，所述音频设置配置包括预先记录的第二组音频配置参数
[0014]-基于预先记录的第二组音频配置参数和与检测到的用户头部的位置相关的所述第一组参数，调整之后用于控制每个扬声器的音频再现的第三组音频参数。
[0015]
有利地，根据本发明的用于头枕音频系统的音频处理方法允许基于用户的头部位置和与用户特征和/或用户的临时状态相关的音频设置配置来优化音频处理操作。因此，音
频再现更加动态地针对每个用户进行调节并为用户提供提高的舒适度。
[0016]
根据本发明的用于头枕音频系统的音频处理方法还可以包括独立地或以任何技术上可行的组合考虑的以下特征中的一个或多个。
[0017]
音频设置配置还包括音频内容或用于访问音频内容的指示。
[0018]
在左侧的所述扬声器和右侧的所述扬声器中的每一个具有受控的音量的情况下，第二组音频配置参数包括至少一个所述扬声器的音量。
[0019]
在确定用户头部的位置之后，该方法包括从预定的多个空间区域中确定用户的头部占据的空间区域，并且为了调整有效应用的所述第三组音频参数，从先前存储的所述第一组音频处理操作中获取所确定的空间区域的参数。
[0020]
多个空间区域包括中央区域、至少一个右侧区域及至少一个左侧区域。
[0021]
多个空间区域还包括至少一个前移区域，对应于与座椅头枕的中心部分正交的轴线上的位置偏移。
[0022]
该方法在包括定位在座椅头枕的两侧的至少两个麦克风的音频系统中实现，包括通过分析至少一个所述麦克风中的声音接收水平来检测用户的头部在前移区域中的运动。
[0023]
音频处理操作包括以下中的至少一项：延迟调整、增益调整、均衡、声音空间化、低音增强、主动降噪或主动噪声控制。
[0024]
用户的临时状态选自于包括正常状态、休息状态、运动状态、睡眠状态的组。
[0025]
用户特征在成人和儿童中选择。
[0026]
该方法在包括至少一个图像获取装置的系统中实现，用户特征和/或用户的临时状态的确定实现对所述至少一个图像获取装置获取的图像的分析。
[0027]
根据另一个方面，本发明涉及一种用于头枕音频系统的音频处理系统，该音频系统包括定位在头枕的两侧的至少两个扬声器，以及适于应用至少一个音频处理操作并控制每个扬声器的音频再现的控制模块，该方法包括检测用户的头部的移动并基于检测到的位置调整至少一个音频处理操作的第一组参数，以为所述用户提高所述扬声器的音频再现质量，所述音频处理系统包括至少一个处理器，所述处理器被配置为实现：
[0028]-用于确定用户特征和/或用户的临时状态的模块，
[0029]-用于选择与用户特征和/或用户的临时状态相关的音频设置配置的模块，所述音频设置配置包括预先记录的第二组音频配置参数
[0030]-用于基于预先记录的所述第二组音频配置参数和与检测到的用户头部的位置相关的所述第一组参数来调整有效应用于控制每个扬声器的音频再现的第三组音频参数的模块。
[0031]
用于头枕音频系统的音频处理系统被配置为根据其所有变型实现上文简要描述的用于头枕音频系统的音频处理方法。
[0032]
音频处理系统的优点类似于上面想起的音频处理方法的优点。
附图说明
[0033]
根据下面参照附图通过指示而非限制性的方式给出的描述，本发明的其他特征和优点将变得清楚，在附图中：
[0034]
图1是根据本发明的一个实施方式的用于头枕音频系统的音频处理系统的示意性
例子；
[0035]
图2示意性示出了在预定参考系内的用户头部运动；
[0036]
图3示意性示出了预定的侧向空间区域：
[0037]
图4示意性示出了预定的前移区域；
[0038]
图5是根据本发明的音频处理系统的示意图；
[0039]
图6是本发明的一个实施方式中的音频处理方法的主要步骤的流程图；
[0040]
图7是本发明的一个实施方式中的用于调整音频参数的步骤的流程图。
具体实施方式
[0041]
在图1中，示意性示出了诸如机动车辆的客运车辆2。
[0042]
车辆2包括乘客厢4，多个座椅(未被示出)位于乘客厢4中，并且至少一个座椅包括与座椅靠背联接的头枕6，该头枕通常用于支撑坐在座椅上的使用者的头部。
[0043]
优选地，车辆2包括在座椅靠背上具有头枕的多个座椅。
[0044]
例如，机动车辆2包括前排座椅、后排座椅，并且两个前排座椅都配备有头枕6。机动车辆还可以包括位于前排座椅与后排座椅之间的一排或多排中间排座椅。
[0045]
在一个变型中，所有座椅都配备有头枕。
[0046]
例如，头枕6包括凹形的中央主体8，形成用于使用者14的头部12的支撑区域10。
[0047]
此外，作为可选的附加，头枕6包括定位在中央主体8的两侧的两个侧翼16l、16r。
[0048]
例如，在一个实施方式中，侧翼16l、16r是固定的。在一个变型中，侧翼16l、16r相对于中央主体8铰接，例如可相对于轴线旋转。
[0049]
头枕4设置有座椅头枕音频系统20，该音频系统特别是包括集成在头枕的外壳中的n个扬声器22。
[0050]
优选地，例如当存在侧翼16r、16l时，扬声器被容纳在头枕主体18的中心轴线a的两侧的侧翼中。
[0051]
在图1的例子中，音频系统包括2个扬声器，分别用22l、22r来区分和标注。
[0052]
此外，在图1所示的实施方式中，音频系统20包括p个麦克风24，每个麦克风被容纳在对应的头枕外壳中。在该例子中，音频系统20包括定位在头枕的相对两侧的两个麦克风24r、24l。
[0053]
特别地，这些麦克风24l、24r适于拾取声音信号的压力水平。
[0054]
可以理解，如果用户的头部12处于给定的居中位置，如图1所示，则用户的每只耳朵26l、26r与每个扬声器22l、22r之间的距离是固定的和已知的，并且耳朵26l、26r和扬声器22r、22l之间的交叉距离也是固定的和已知的。尤其取决于耳朵和扬声器之间距离上的声场的耳朵和扬声器之间的传递功能在图1中用箭头表示：f1表示扬声器22l和耳朵26l之间的传递功能；f2表示扬声器22r和耳朵26r之间的传递功能。还示出了交叉传递功能：f3表示扬声器22l和耳朵26r之间的传递功能；f4表示扬声器22r和耳朵26l之间的传递功能。
[0055]
对于用户的耳朵26l、26r与每个麦克风24l、24r之间的传递功能，同样如此。
[0056]
音频系统20还包括音频处理模块30，其通过链路32(优选有线链路)与扬声器n和麦克风p连接。音频处理模块30从来源34(例如，汽车收音机或用于适当格式的音频内容的非易失性存储设备，例如mp3)接收音频信号，并对接收到的音频信号进行各种音频处理。
[0057]
根据本发明，头枕音频系统20包括音频处理增强系统36，其实现对用户的头部位置的检测和基于检测到的位置对至少一个音频处理操作的第一组参数的调整。
[0058]
此外，系统36执行用户特征和/或用户的临时状态的确定，然后选择与用户特征和/或用户的临时状态相关的音频设置配置(该设置配置包括预先存储的第二组音频配置参数)，以及基于第二组音频配置参数和用户头部的位置对有效应用于控制每个扬声器的音频再现的第三组音频参数施加调整。
[0059]
例如，音频处理操作是延迟调整、增益调整、均衡、声音空间化、低音增强、主动降噪或主动噪声控制，或提高听音乐的质量的任何其他声音操作。
[0060]
在一个实施方式中，实现了多个音频处理操作。
[0061]
音频系统20包括与头枕6相关联的图像获取装置38。
[0062]
图像获取装置38例如是光学相机，其适于在给定的电磁光谱范围内(例如在可见光谱、红外光谱或近红外光谱中)捕获图像。
[0063]
在一个变型中，图像获取装置38是雷达装置。
[0064]
优选地，图像获取装置38适于捕获二维图像。在一个变型中，图像获取装置38适于捕获三维图像。
[0065]
图像获取装置38定位在车辆的乘客厢4中，其空间位置被选择为使得头枕6在图像获取装置38的视野40中。
[0066]
例如，在一个实施方式中，图像获取装置38被放置在或集成到乘客厢4的元件(未被示出)的外壳中，该元件位于其上安装有头枕6的座椅的前方。
[0067]
在一个实施方式中，图像获取装置38安装在固定位置，其视野也是固定的。
[0068]
根据替代实施方式，图像获取装置38安装在可动位置处，例如车辆内部4、座椅或仪表板的可动部件上，该可动部件的移动对于车辆的车载计算机是已知的。
[0069]
选择图像获取装置38的安装位置，使得用户14的头部12从图1所示的中心位置的平移和/或旋转运动保持在图像获取装置38的成像范围40内。
[0070]
用户14的头部12的这种运动在图2中示意性示出。
[0071]
在图2中可以注意到，用户14的头部12的旋转和/或平移运动具体改变了用户14的每只耳朵26r、26l与对应的扬声器22r、22l之间的距离，并因此相对于由图1的箭头f1、f2、f3和f4所示的与中心位置相对应的传递功能，改变了由图2的箭头f1’
、f2’
、f3’
和f4’
所示的传递功能。
[0072]
具有中心o和成对正交的轴(x、y、z)的三维(3d)空间参考系与图像获取装置38相关。在一个实施方式中，选择该3d参考系作为由头枕4的音频系统20实现的音频处理方法中的空间参考系。
[0073]
系统36还包括用于检测用户头部的位置和用于确定用户特征和/或用户的临时状态的装置42。
[0074]
装置42通过例如有线链路与图像获取装置38连接。
[0075]
该装置42被配置为通过执行数字图像处理而从图像获取装置38获取的图像中检测用户头部的位置，例如在3d参考系中的位置。用户头部的位置的检测是每隔一定时间进行的，由此获得对用户头部的位置的跟踪。
[0076]
此外，在一个实施方式中，装置42还被配置为从预定的多个空间区域中确定用户
的头部的空间区域。
[0077]
例如，如图3示意性所示，预定的多个空间区域分别包括中央区域zc、至少一个右侧区域zr和至少一个左侧区域z
l
。
[0078]
另外，预定的多个空间区域还包括第一前移区域z
f1
和第二前移区域z
f2
，如图4示意性所示。
[0079]
在未被示出的替代实施方式中，装置42被集成到图像获取装置38中。
[0080]
根据另一个实施方式，装置42还与音频处理模块30连接，并被配置为基于对一个或每个麦克风24l、24r的声音接收水平的分析来确定用户的头部在一个前移区域z
f1
或z
f2
的定位；如下文更详细的解释。
[0081]
装置42还被配置为确定用户特征和/或用户的临时状态。
[0082]
例如，选择成人或儿童用户特征。
[0083]
例如，用户的临时状态是正常状态或运动状态或休息状态或睡眠状态。
[0084]
在一个实施方式中，装置42通过图像获取装置38获取的图像/视频处理方法确定用户特征和/或用户的临时状态。
[0085]
该系统还包括装置44，用于基于用户的头部位置和音频设置配置、用户特征和/或用户的临时状态，调整有效应用于控制每个扬声器的音频再现的第三组音频参数。
[0086]
第三组参数的调整后的音频参数被有效应用于改进的音频再现，适合用户的头部位置和临时状态和/或特征。
[0087]
在一个实施方式中，装置44是集成到音频处理模块30中的信号处理处理器，例如dsp(即“数字信号处理器”)。
[0088]
图5是座椅头枕音频系统的示意图，其中更具体地详细说明用于检测头部位置并确定用户特征和/或用户的临时状态的装置42，以及用于确定有效应用于控制每个扬声器的音频再现的第三组音频参数的调整的装置44。
[0089]
装置42包括专门用于图像处理的处理器46，例如gpu(图形处理单元)型处理器，以及电子存储单元48，例如电子存储器，例如ram或dram。
[0090]
当装置42被接通电源时，处理器46适于实现图像获取模块50、用于例如通过图像处理确定用户的头部在侧向空间区域中的位置的模块52、用于例如通过分析一个或每个麦克风的声音接收水平来确定用户的头部在前移区域中的位置的模块54以及用于确定用户特征和/或用户的临时状态的模块56。
[0091]
在一个特定实施方式中，模块52提取表示用户头部的形态特征的标记，生成表示用户头部的3d模型并计算用户的每只耳朵在3d参考系中的位置。在这种情况下，在3d参考系中获得用户的每只耳朵的空间坐标，并且促进用户头部相对于预定的多个空间区域的位置的识别。
[0092]
例如，这些模块50、52、54、56被实现为软件。
[0093]
每个软件适于被记录在计算机可读的非易失性载体上，例如光盘或卡、磁光盘或卡、rom、ram、任何类型的非易失性存储器(eprom、eeprom、闪存、nvram)。
[0094]
在变型中，这些模块50、52、54、56均采用可编程逻辑组件的形式，例如fpga或集成电路。
[0095]
用于确定有效应用于控制每个扬声器的音频再现的第三组音频参数的调整的装
age estimation(比较用于自动年龄估计的不同分类器)”中描述的方法，其在ieee transactions on systems；man and cybernetics，第34卷，2004年中被省略。
[0115]
此外，确定临时用户状态的步骤74实现了对一组状态中的状态的确定，包括：正常状态、休息状态、运动状态或主动运动和缓慢运动状态、睡眠状态。临时状态的确定是定期执行的，用于动态更新。
[0116]
在一个实施方式中，用户临时状态的确定实现了与先前检测到的用户头部位置相关的图像处理。例如，用户头部在中央区域几乎没有检测到运动的定位允许检测标称状态。
[0117]
连续的急动运动的检测允许检测运动状态，并且对运动频率的估计可选地允许检测主动运动或缓慢运动状态。
[0118]
使用者头部支撑在头枕的右侧和左侧之一上的侧向定位提供休息位置，从而允许检测使用者休息状态。
[0119]
例如，在图像分析的变型中或作为对图像分析的补充，来自添加在头枕的侧翼16l、16r中的压力传感器的数据被接收并处理以确定用户的头部是否搁在任何一个侧翼上。
[0120]
当图像分析检测到用户眼睛闭着时，检测到睡眠状态。用户头部在睡眠状态下的位置可以是侧卧也可以是在中央区域。
[0121]
当然，这里举例给出临时用户状态列表；可以向其中添加其他临时状态。
[0122]
对于用户的每个临时状态，预先存储相关的音频设置配置。
[0123]
优选地，每个音频设置配置包括要应用于每个扬声器的音量级别。
[0124]
例如，当用户处于休息状态时，将用户头部倾斜朝向的右侧或左侧的扬声器的音量级别从标称音量级别降低。例如，应用预定范围内的音量级别。
[0125]
例如，当用户的临时状态是睡眠状态时，两个扬声器的音量级别都降低到预定的最小范围内。另外，如果检测到用户的头部压在其中一个侧翼上，则相应地调整声音参数。
[0126]
另外，在音频设置配置中提供了增加被认为合适的音频内容或对音频内容的访问。因此，对于对应于休息状态或睡眠状态的音频设置配置，增加了放松/平静的音频内容。可选的，针对主动运动状态对应的音频设置配置，增加有节奏的音频内容。
[0127]
每个音频设置配置还包括有关声音空间化、声音均衡(包括高音和低音的平衡)的信息。
[0128]
此外，结合用户特征，提供了“儿童”音频配置和“成人”音频配置之间的区分。
[0129]
应注意的是，与(儿童或成人)用户特征和用户的临时状态相关的音频设置配置可以组合，因此音频设置配置将既适用于成人或儿童，也适用于他/她的临时状态。
[0130]
确定用户的特征和/或临时状态的步骤74之后是从存储器中从预定的音频设置配置的集合中选择对应的一个或多个音频设置配置的步骤76。
[0131]
最后，考虑用户的头部位置和用户的特征和/或临时状态，实现对有效应用的第三组音频参数的调整78。
[0132]
下面将参照图7详细说明步骤78的一个实施方式。
[0133]
在提取步骤80中，基于用户的临时状态和特征，从所选择的一个或多个音频设置配置中提取第二组音频配置参数。
[0134]
另外，设想了多个音频处理操作。
[0135]
设想的音频处理操作包括例如延迟调整、增益调整、均衡、声音空间化、低音增强。
[0136]
当用户的头部位于中央区域，并且用户处于标称状态时，提供所谓的标称音频处理。
[0137]
在一个实施方式中，标称处理包括以下操作：
[0138]-延迟调整：扬声器之间不增加任何延迟；
[0139]-增益调整：左声道和右声道应用相同的增益；
[0140]-均衡：针对参考频率曲线应用的均衡；
[0141]-空间化：空间化旨在用于在中央空间区域中的用户的头部周围的声音感知；
[0142]-低音增强：用于改善心理声学感知的低音增强，例如通过谐波注入、主动扬声器控制、信号动态处理。
[0143]
另外，主动噪声控制也适用。
[0144]
对于每个设想的音频处理操作(步骤82)，记录与每个空间区域相关的预校准参数(例如滤波参数)，形成第一组参数。
[0145]
特别地，根据每只耳朵与扬声器的距离修改延迟调整，以保持以用户头部为中心的音频感知。
[0146]
类似地，当用户将他/她的头部定位在一个侧部区域中时，通过降低最靠近用户头部的扬声器的增益来调整增益，对于距离用户头部最远的扬声器，增益增加。
[0147]
当用户将他的头部移动到一个前移区域时，对声音均衡以及空间化进行调整。计算并存储滤波参数(例如，足够的滤波系数)。
[0148]
在步骤84中获取在步骤72中确定的用户头部所在空间区域的第一组预校准参数。
[0149]
根据一个优化实施方式，在调整步骤86中，基于头部的实际位置(包括用户的右耳和左耳中的每一只耳朵的位置)调整提取的第一组预校准音频参数。
[0150]
接下来，进行在步骤80中提取的第三组调整音频参数和第二组音频配置参数的组合88。
[0151]
例如，选择音频设置配置的一个内容，并应用调整后的第三组音频参数以及音频设置配置中指定的音量级别。实际应用的音频参数被传输到音频处理模块30。
[0152]
例如，当用户处于休息状态时，通过向用户头部倾斜朝向的右侧或左侧的音频声道增加延迟并降低该侧的增益来应用延迟调整。可能地，增加相对的左侧或右侧的增益。例如，当用户处于休息状态时，以与标称音频处理中相同的参数应用声音均衡和低音增强。例如，考虑到用户头部从中央区域中的标称位置的旋转角度来应用声音空间化。
[0153]
例如，当用户处于睡眠状态时，对应的音频设置配置另外包括放松/安静的音频内容，并且选择这样的内容。另外，两个音频声道的增益都被降低，调整声音均衡以滤除高于例如8000hz的阈值的频率。关于低音增强，某些声音的增强效果被消除。另外，应用多频段压缩器以减少诸如响音(snare sound)的瞬态效果。
[0154]
对于儿童音频设置配置，降低每个声道的增益以限制音量，并在高频下调整声音均衡，以使声音感知更好地适应儿童的听觉特征，特别是保护儿童的听力。
[0155]
有利地，用户的临时状态的确定以给定的频率动态地重复，从而允许动态调节音频系统，以使用户的舒适度最大化。