CN101218853B - 音频传输系统及通信会议装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种音频传输系统及通信会议装置，在音频传输系统中，通信会议装置的控制部从扬声器阵列向终端单元发出测定用声波，测定直至作出响应的时间而检测终端单元的位置。控制部将传声器阵列的传声器灵敏度的指向特性设定为朝向终端单元的位置，将采集到的音频发送至其他通信会议装置。在接收侧的通信会议装置中，将传声器阵列的指向特性设定为，使接收到的音频如同从发送侧的终端单元的位置发出。

Description

音频传输系统及通信会议装置
技术领域
本发明涉及一种音频传输系统，特别涉及一种检测音源位置而进行具有临场感的声场控制的音频传输系统。
本申请基于2005年7月8日申请的特愿2005-199683号要求优先权，在这里引用其内容。
背景技术
通信会议系统的结构通常为：利用多个传声器接收会议参加者的声音，混音后进行发送。在接收侧，由所有扬声器以相同的音量、相位再生音频。在上述通信会议系统的情况下，由于无论哪一个会议参加者发出声音，都以相同的声象再生，所以接收侧难以了解是谁在讲话。
另外，由于在接收侧，扬声器的音量固定，所以如果发送侧的会议参加者为多人，则随着各自的发音音量或与传声器之间的距离不同，来自扬声器的音量产生较大变化。
基于上述情况，提出一种音频电话会议装置，其根据传声器输入信号的时间波形及频谱判定讲话人和讲话人的位置(例如参照专利文献1)。
专利文献1：特开平9-261351号公报
发明内容
专利文献1所述的音频电话会议装置，根据传声器输入信号的时间波形和频谱判定讲话人和讲话人的位置，与音频数据一起发送位置信息。接收侧基于接收到的位置信息控制各扬声器的音量。另外，具有切换开关，以从各传声器中具有最大输入的传声器接收音频，并在接收侧设定为由与接收到音频的传声器对应的扬声器发声。
但是，在仅基于位置信息而控制各扬声器(立体声扬声器)的音量时，无法实现具有临场感的声场(例如进深感等)。
另外，各传声器具有切换开关，以从各传声器中具有最大输入的传声器接收音频。但是，在多人同时讲话的情况下，需要在短时间内进行该切换，因而还存在无法发送正确的音频的问题。
本发明的目的在于，提供一种音频传输系统，其能够以简单的结构进行具有临场感的声场控制。
本发明的音频传输系统，具有：第1传声器阵列，其由设置在第1地点的多个传声器单元组成；第2扬声器阵列，其由设置在第2地点的多个扬声器单元组成；第1位置检测单元，其检测存在于第1地点的音源位置；第1传声器侧信号处理单元，其将上述第1传声器阵列的指向特性设定为朝向上述第1位置检测单元检测出的音源位置；第1发送单元，其同时发送由上述第1传声器阵列以上述指向特性接收到的音频数据、和上述音源位置的信息；第2接收单元，其同时接收上述第1发送单元发送的音频数据和音源位置信息；以及第2扬声器侧信号处理单元，其基于上述音源位置信息，设定上述第2扬声器阵列的指向特性，以在与上述第2接收单元接收到的音源位置信息对应的位置处形成假想音源。
在本发明中，确定第1地点(发送侧)中的音源位置，将传声器灵敏度的指向特性设定为朝向该位置。将接收到的音频数据与上述指向特性同时向第2地点(接收侧)发送。在接收侧，基于指向特性，在发送侧的音源位置处形成假想音源。例如，在位于从接收侧观察为右侧后方(在发送侧为左侧前方)的讲话人发出声音时，从右侧再生音频。
另外，本发明的音频传输系统也可以构成为，还具有：第2传声器阵列，其由设置在第2地点的多个传声器单元组成；第1扬声器阵列，其由设置在第1地点的多个扬声器单元组成；第2位置检测单元，其检测存在于第2地点的音源位置；第2传声器侧信号处理单元，其将上述第2传声器阵列的指向特性设定为朝向上述第2位置检测单元检测出的音源位置；第2发送单元，其同时发送由上述第2传声器 阵列以上述指向特性接收到的音频数据、和上述音源位置的信息；第1接收单元，其同时接收上述第2发送单元发送的音频数据和音源位置信息；以及第1扬声器侧信号处理单元，其基于上述音源位置信息，设定上述第1扬声器阵列的指向特性，以在与上述第1接收单元接收到的音源位置信息对应的位置处形成假想音源。
在本发明中，从第1地点向第2地点同时发送接收到的音频数据及其指向特性，另一方面，从第2地点向第1地点同时发送接收到的音频数据及其指向特性。分别在第1地点、第2地点，在发送侧的音源位置处形成假想音源。
在本发明中，也可以是由上述第1位置检测单元检测多个音源位置，上述第1传声器侧信号处理单元，分别将上述第1传声器阵列的指向特性设定为朝向多个音源位置，上述第1发送单元，同时发送多个音频数据及各自的音源位置信息，上述第2接收单元，同时接收多个音频数据及各自的音源位置信息，上述第2扬声器侧信号处理单元，设定上述第2扬声器阵列的指向特性，以在与上述第2接收单元接收到的多个音源位置信息对应的位置处形成假想音源。
在此情况下，音频传输系统检测发送侧的多个音源位置而设定传声器灵敏度的指向特性。另外，本系统向接收侧同时发送接收到的多个音频数据及其指向特性。在接收侧，基于各自的指向特性，在发送侧的多个音源位置处分别形成假想音源。
本发明的通信会议装置，一体地具有上述第1传声器阵列、第1扬声器阵列、第1位置检测单元、第1传声器侧信号处理单元、第1发送单元、第1接收单元及第1扬声器侧信号处理单元。
发明的效果
如上所述，根据本发明，由于在发送侧确定音源的位置，同时将传声器灵敏度的指向特性设定为朝向该音源，在接收侧设定扬声器阵列的指向特性，以在发送侧的音源位置处形成假想音源，所以能够以简单的结构实现具有临场感的通信会议。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的通信会议系统的结构的概略图。
图2是表示本发明的实施方式所涉及的通信会议装置及终端单元的框图。
图3是表示测定图2所示的终端单元的位置的图。
图4A是说明本发明的实施方式中的发送侧传声器阵列的指向特性的图。
图4B是说明本发明的实施方式中的接收侧扬声器阵列的指向特性的图。
图5A是表示本发明的实施方式使用的发送/接收数据包的例子的图。
图5B是表示本发明的实施方式使用的发送/接收数据包的例子的图。
图5C是表示本发明的实施方式使用的发送/接收数据包的例子的图。
图5D是表示本发明的实施方式使用的发送/接收数据包的例子的图。
图6是表示本发明的实施方式中的位置测定动作的流程图。
图7是表示本发明的实施方式中的会议开始时的动作的流程图。
图8是表示本发明的实施方式中的发送侧的动作的流程图。
图9是表示本发明的实施方式中的接收侧的动作的流程图。
具体实施方式
图1是表示本发明的实施方式所涉及的通信会议系统的结构的概略图。如该图所示，该通信会议系统具有：通信会议装置1，其分别设置在多个会议室中；以及终端单元2，其由各会议参加者携带。
通信会议装置1分别设置在各会议室中。通信会议装置1经由网络(LAN或互联网)或电话线路相互连接。终端单元2是由会议参加者携带的遥控器。会议参加者使用该终端单元2进行会议开始的通知等。该终端单元2可以是由各会议参加者携带，也可以设置在桌上。另外，只要在各会议室中分别设置1个或多个即可，无需准备与所有会议参加者的数量相应的终端单元2。
图2是表示通信会议装置1及终端单元2的结构的框图。如该图所示，通信会议装置1具有：传声器阵列11，其接收声音；扬声器阵列12，其输出声音；红外线通信部13，其与终端单元2进行信息通信；控制部14，其控制通信会议装置1；以及数据发送/接收部15，其与其他通信会议装置进行信息通信。终端单元2具有：终端单元传声器21，其输入音频；终端单元控制部22，其控制终端单元；终端单元红外线通信部23，其与通信会议装置1进行信息通信；以及用户接口24，其用于由用户进行操作输入。
通信会议装置1的控制部14与传声器阵列11、扬声器阵列12、红外线通信部13及数据接收/发送部15连接。另外，终端单元控制部22与终端单元传声器21、终端单元红外线通信部23及用户接口24连接。
通信会议装置1的控制部14控制传声器阵列11和扬声器阵列12的指向性。由于传声器阵列11及扬声器阵列12是将多个传声器单元(扬声器单元)以矩阵状(或线状、蜂窝状)排列的结构，所以能够通过控制上述单元的延迟量而控制指向性。
例如，由于如果首先从端部的扬声器单元输出声音，并从相邻的扬声器单元依次以规定的延迟时间输出声音，则上述声音的合成波阵面与该延迟时间对应而倾斜，所以能够使声束朝向斜方向。这样，能够控制扬声器阵列的延迟量，相对于位于通信会议装置1前方的会 议参加者进行声象定位。
相同地，传声器阵列也可以通过控制各个传声器单元的延迟量，而使传声器灵敏度朝向规定方向。
控制部14将从传声器阵列11输入的音频发送至数据接收/发送部15。另外，在控制部14中根据需要而内置A/D转换器，将接收到的音频作为音频数据发送至数据接收/发送部15。数据接收/发送部15将音频数据发送至由网络连接的其他会议室的通信会议装置1的数据接收/发送部15中。接收到音频数据的其他会议室的数据接收/发送部15，将音频数据发送至与其连接的控制部14中。接收到上述音频数据的控制部14将音频数据进行D/A转换后输出至扬声器阵列12，并输出声音。由此，使会议参加者发出的声音由传声器阵列11接收，并由其他会议室的扬声器阵列12播放。
终端单元控制部22按照从用户接口24输入的操作进行各种动作。如果会议参加者从用户接口24进行会议开始的通知，则终端单元控制部22经由终端单元红外线接收/发送部23，向通信会议装置1发送会议开始通知。经由红外线通信部13接收到会议开始通知的通信会议装置1的控制部14，向数据接收/发送部15发送连接至其他会议室的请求。数据接收/发送部15开始与其他会议室的数据接收/发送部15通信。
另外，如果会议参加者从用户接口24发出音量变更的指示，则终端单元控制部22，经由终端单元红外线接收/发送部23向通信会议装置1发送音量变更的指示信息。
终端单元传声器21接收来自通信会议装置1的声波。本实施方式的通信会议系统进行下述动作。控制部14使扬声器阵列12中的任意扬声器单元发出声波，同时开始计数(计时)。经由终端单元传声器21接收到该声波的终端单元控制部22，经由终端单元红外线通信部23向通信会议装置1发送接收信号。
经由红外线通信部13接收到接收信号的控制部14，使计数停止，通过测定从发出声波至接收到接收信号的时间，而测定扬声器单元和终端单元2的距离。通过多个扬声器单元进行上述距离测定，并 确定终端单元2的位置。
图3表示终端单元的位置测定的详细内容。如该图所示，在通信会议装置1的前方具有多个(在该图中为2个)传声器单元11A(传声器单元11B)和多个扬声器单元12A(扬声器单元12B)。
在该图中，使传声器单元11A、扬声器单元12A的中心位置与另一侧的传声器单元11B、扬声器单元12B的中心位置之间的距离为W。另外，使一侧的传声器单元11A、扬声器单元12A的中心位置与终端单元2之间的距离为D1，另一侧的传声器单元11B、扬声器单元12B的中心位置与终端单元2之间的距离为D2。使该W和D1之间形成的顶点的内角为θ。
该θ可以通过下述的余弦定理求出。
(算式1)
D22＝D12+W2-2×D1×W×cos(θ)
在这里，使通信会议装置1的中心位置坐标为(0，0)。这样，终端单元2的存在位置的坐标(X1，Y1)由下述算式表示。
(算式2)
X1＝D1×cos(θ)-W/2
Y1＝D1×sin(θ)
由此，通信会议装置1能够测定终端单元2的位置。在终端单元2具有多个的情况下，对所有的终端单元2进行该位置测定。在每个会议参加者都具有终端单元2的情况下，将各个终端单元2的存在位置视为会议参加者的位置。另外，在终端单元2小于会议参加者的人数，或终端单元2只有1个的情况下，在各个会议参加者的位置上进行上述位置测定，将测定的各个位置信息作为会议参加者的位置，存储在通信会议装置1的存储器(未图示)中。
此外，位置测定并不限于上述方法，也可以是例如通过图像识别而确定位置等其他方法。
基于通过上述方式测定的与终端单元2的位置相关的信息，控制部14控制传声器阵列11的指向性。例如，设定为使传声器阵列11的灵敏度朝向终端单元2的位置，高效地接收讲话人的声音。另 外，针对距离通信会议装置1较远的位置，提高传声器阵列11的增益。
然后，将各个终端单元2的位置信息(会议参加者的位置信息)发送至其他会议室的通信会议装置1。其他会议室中的通信会议装置1的控制部14，与接收到的终端单元2的位置信息对应而设定扬声器阵列12的指向特性。如上述所示，由于能够确定发送侧的终端单元2(会议参加者)的位置坐标，所以可以控制扬声器阵列的指向特性而进行声象定位，以使得在发送侧观察如同从该位置坐标发出声音。
图4A及图4B是说明指向特性的图。图4A是表示发送侧的传声器阵列11的指向特性的图。在该图中，会议参加者发出的声音从最近的传声器单元开始依次到达，分别对各传声器单元施加延迟，以将从音源发出的音频以相同相位输出。由于从各传声器单元以相同相位输出音频，所以如果对它们进行混音，则能够强调其音频。在这里，由于从其他位置发出的音频从各传声器单元以不同相位进行输出，所以如果混音则使它们抵消，由此能够使传声器的主灵敏度仅朝向音源方向。
图4B是表示接收侧的扬声器阵列12的指向特性的图。在该图中，从各个扬声器单元输出接收到的音频数据。此时，以图4A所示的通信会议装置1和终端单元2的位置关系，形成假想音源。首先从距离该假想音源最近位置处的扬声器单元输出声音，然后从相邻的扬声器单元依次进行延迟并输出。这样，通过依次进行延迟，能够进行使声音如同从讲话人的位置发出这样的声象定位。
对为了进行上述控制而在通信会议装置1之间发送/接收的数据进行说明。图5A～5D是表示发送/接收数据包的例子的图。通信会议装置1使用TCP/IP进行数据包的发送/接收。如该图所示，头部及尾部是TCP/IP的头部、尾部(通信控制用的信息)。
图5A表示包含音频数据的数据包的1个例子。如图5A所示，数据部包括位置信息有无数据、位置信息X、位置信息Y及音频数据。位置信息有无数据是表示数据包中是否包含上述各会议参加者的位置信息(位置坐标)的数据，通信会议装置1的控制部14通过参 照该数据而决定是否控制扬声器阵列12的指向特性。在位置信息有无数据显示数据包中没有包含位置信息的情况下，由所有的扬声器单元统一地再生接收到的音频数据。
位置信息X及位置信息Y是表示上述各会议参加者的位置坐标的数据。控制部14基于该信息控制扬声器阵列12的指向特性并进行声象定位，以听到如同来自该位置的讲话声音。
另外，也可以在会议开始时发送/接收位置信息，在会议中，在数据部中付加标识各会议参加者的信息和音频数据而进行发送/接收。
图5B是表示在会议开始时发送/接收的数据包的例子的图。图5C是表示在会议中发送/接收的数据包的例子的图。如图5B所示，在会议开始时，发送/接收标识各会议参加者的识别信息和与该识别信息对应的位置信息。接收到该数据包的控制部14将各个会议参加者的识别信息与位置信息对应而存储在存储器中。
如图5C所示，在会议中发送/接收标识各会议参加者的识别信息和与该识别信息对应的音频数据。接收到该数据包的控制部14，从存储器中参照与接收到的识别信息对应的位置信息，基于该位置信息控制扬声器阵列12的指向特性，再生接收到的音频数据。
在会议中会议参加者的位置变更的情况下，发送/接收表示位置信息变更的数据包。图5D示出表示位置信息变更的数据包。如图5D所示，在会议中会议参加者的位置变更的情况下，发送/接收表示该包为位置信息变更数据包的位置信息变更数据、标识位置变更的会议参加者的识别信息、以及与该识别信息对应的位置信息。接收到该数据包的控制部14将接收到的识别信息与位置信息对应而更新存储器内容。
此外，在发送侧(音频采集侧)的传声器阵列和接收侧(再生侧)的扬声器阵列的数量相同，阵列配置相同的情况(各扬声器单元和传声器单元一一对应的情况)下，通过使传声器阵列的延迟量和扬声器阵列的延迟量一致，就能够进行声象定位，以听到如同来自讲话人位置的声音，而无需发送/接收位置信息。
下面，详细说明本实施方式的通信会议系统的动作。图6是表示位置测定动作的流程图。在会议参加者预先在会议前使用终端单元2指示位置测定模式时进行该动作。首先，从终端单元2取得登记信息(s10)。登记信息是表示各终端单元2存在的信息，是由各个终端单元2发送的。通信会议装置1能够通过接收该信息而识别会议室内的终端单元2的数量。登记信息存储在内置于通信会议装置1中的存储器中。
针对接收到的登记信息，判断是否已经登录到存储器内(s11)，如果没有登录，则将登记信息登录至存储器(s12)。如果已经登录，则不进行s12的处理，而前进至下一处理。
然后，判断是否接收到来自终端单元2的开始信号(s13)。如果没有从终端单元2发送开始信号，则从取得登记信息开始重复处理。
在从终端单元2发送开始信号，并接收到该信号的情况下，从扬声器阵列12的任一个扬声器单元发出测定用声波，开始计数(s14)。该测定用声波可以是任何音频波形，例如为可听频带外的正弦波。然后，从检测到该声波的终端单元2，发送来代表声波已经到达这一情况的声波到达信号，接收该声波到达信号，并停止计数(s15)。由此测定扬声器单元与终端单元2之间的距离。在接收到声波到达信号后，向终端单元2通知测定完毕(s16)。
然后，判断是否需要继续测定(s17)。通信会议装置1在取得登记信息时，管理会议室的终端单元2的数量，所以在测定了所有终端单元2的距离的情况下，判断为不需要继续测定，如果存在未测定的终端单元2，则向该终端单元2发出开始信号发送请求(s18)，从是否接收到开始信号的判断开始重复处理(s18→s13)。在判断为不需要继续测定的情况下，结束动作。
图7是表示会议开始时的动作的流程图。首先，判断是否从终端单元2接收到会议开始信号(s20)。重复该判断直至接收到会议开始信号。如果接收到会议开始信号，则判断是否已经完成终端单元2的位置测定(s21)。如果没有进行位置测定，则设定为不向在会 议中发送/接收的数据包中添加位置信息(s22)。如果没有进行位置测定，则与通常的通信会议系统相同地，将由各传声器单元接收的音频混音后，发送至其他会议室，从所有扬声器单元以相同音量再生音频。
如果进行了位置测定，则基于位置信息设定各传声器单元的延迟量，以使传声器灵敏度朝向各会议参加者(s23)，然后将各位置信息与各传声器单元的延迟量对应，保存至存储器中(s24)。
下面，说明会议中的动作。图8是表示发送侧的动作的流程图。图9是表示接收侧的动作的流程图。在图8中，首先判断是否与其他会议室的接收侧通信会议装置1连接(s30)。如果没有与其他会议室的通信会议装置1连接，则开始连接(s31)。如果已经连接，则前进至随后的处理。
然后，判断是否输入了音频(s32)，重复该判断直至音频被输入。如果音频被输入，则将输入的音频和位置信息封包(s33)，发送至接收侧的通信会议装置1(s34)。
在图9中，接收侧的通信会议装置1接收发送来的数据包(s40)。判断数据包中是否包含位置信息(s41)。如果包含位置信息，则与该位置信息对应而控制扬声器阵列12的指向特性(s42)。然后再生音频(s43)。如果没有包含位置信息，则使扬声器阵列12整体以相同音量和延迟量再生音频，而不控制扬声器单元12的指向特性(s41→s43)。
此外，在发送侧的传声器阵列的数量和接收侧的扬声器阵列的数量相同，阵列配置相同的情况下(各扬声器单元和传声器单元一一对应的情况下)，即使不发送/接收位置信息，也可以通过使延迟量相同而进行声象定位。
如上所示，本实施方式的通信会议系统，通过测定通信会议装置1和终端单元2之间的距离而确定会议参加者的位置，并发送/接收该位置信息，可以在接收侧进行使会话声音如同从讲话人的位置发出这样的声象定位。由此，能够进行具有临场感的声场控制，另外，如果在发送/接收电视电话等影像数据的情况下，还能够进行使声音 如同从影像中的讲话人发出那样的控制，形成更具有临场感的通信会议系统。
此外，声象定位并不限于控制使音频如同从发送侧的讲话人的位置发出。例如，也可以不考虑声象的进深(Y坐标)，而仅控制左右的定位。
工业实用性
本发明能够用于检测音源位置而进行具有临场感的声场控制的通信会议系统等音频传输系统，根据本发明，能够以简单的结构实现具有临场感的通信会议。

Claims (5)

1.一种音频传输系统，其特征在于，具有：
第1传声器阵列，其由设置在第1地点的多个传声器单元组成；
第2扬声器阵列，其由设置在第2地点的多个扬声器单元组成；
第1位置检测单元，其检测存在于第1地点的音源位置；
第1传声器侧信号处理单元，其将上述第1传声器阵列的指向特性设定为朝向上述第1位置检测单元检测出的音源位置；
第1发送单元，其同时发送由上述第1传声器阵列以上述指向特性接收到的音频数据、和上述音源位置的信息；
第2接收单元，其同时接收上述第1发送单元发送的音频数据和音源位置信息；以及
第2扬声器侧信号处理单元，其基于上述音源位置信息，设定上述第2扬声器阵列的指向特性，以在与上述第2接收单元接收到的音源位置信息对应的位置处形成假想音源。
2.根据权利要求1所述的音频传输系统，其特征在于，还具有：
第2传声器阵列，其由设置在第2地点的多个传声器单元组成；
第1扬声器阵列，其由设置在第1地点的多个扬声器单元组成；
第2位置检测单元，其检测存在于第2地点的音源位置；
第2传声器侧信号处理单元，其将上述第2传声器阵列的指向特性设定为朝向上述第2位置检测单元检测出的音源位置；
第2发送单元，其同时发送由上述第2传声器阵列以上述指向特性接收到的音频数据、和上述音源位置的信息；
第1接收单元，其同时接收上述第2发送单元发送的音频数据和音源位置信息；以及
第1扬声器侧信号处理单元，其基于上述音源位置信息，设定上述第1扬声器阵列的指向特性，以在与上述第1接收单元接收到的音源位置信息对应的位置处形成假想音源。
3.根据权利要求1所述的音频传输系统，其特征在于，
上述第1位置检测单元检测多个音源位置，
上述第1传声器侧信号处理单元，分别将上述第1传声器阵列的指向特性设定为朝向多个音源位置，
上述第1发送单元，同时发送多个音频数据及各自的音源位置信息，
上述第2接收单元，同时接收多个音频数据及各自的音源位置信息，
上述第2扬声器侧信号处理单元，设定上述第2扬声器阵列的指向特性，以在与上述第2接收单元接收到的多个音源位置信息对应的位置处形成假想音源。
4.根据权利要求3所述的音频传输系统，其特征在于，还具有：
第2传声器阵列，其由设置在第2地点的多个传声器单元组成；
第1扬声器阵列，其由设置在第1地点的多个扬声器单元组成；
第2位置检测单元，其检测存在于第2地点的1个或多个音源位置；
第2传声器侧信号处理单元，其分别将上述第2传声器阵列的指向特性设定为朝向上述第2位置检测单元检测出的1个或多个音源位置；
第2发送单元，其同时发送由上述第2传声器阵列以上述指向特性接收到的1个或多个音频数据、和上述各个音源位置的信息；
第1接收单元，其同时接收上述第2发送单元发送的1个或多个音频数据和各个音源位置信息；以及
第1扬声器侧信号处理单元，其基于上述各个音源位置信息，设定上述第1扬声器阵列的指向特性，以在与上述第1接收单元接收到的1个或多个音源位置信息对应的位置处形成假想音源。
5.一种通信会议装置，其特征在于，一体地具有：
权利要求2所述的第1传声器阵列、第1扬声器阵列、第1位置检测单元、第1传声器侧信号处理单元、第1发送单元、第1接收单元及第1扬声器侧信号处理单元。
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