CN106507006A - 智能电视定向传声的系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电视定向传声的系统与方法，包括：音频信号处理模块，用于提取多媒体中的音频信号；单边带调幅模块，用于将所述音频信号调制成调制信号；均衡器算法模块，用于将所述调制信号进行幅度和相位处理，以得到能够传输给每个超声换能器的超声数字信号；超声换能器，用于将经所述均衡器算法模块处理后的超声数字信号转换成超声波信号，并将超声波信号发射至观众区域，或者经超声反射板将所述超声波信号反射到观众区域。通过本发明降低了设备制造成本，减少了对周围环境的噪声。

Description

智能电视定向传声的系统与方法

技术领域

本发明涉及智能电视生产技术领域，具体涉及一种智能电视定向传声的系统与方法。

背景技术

随着液晶电视的发展，8K分辨率的液晶电视是未来电视行业发展的大趋势，与8K分辨率相对应的是22.2声道标准。图1是传统方法的系统示意图。环绕声系统由三层组成：①底层声场由三个前方声道和两个低频效果声道组成；②中层声场由五个前方声道、两个侧环绕声道和三个后环绕声道组成；③上层声场由三个前方声道、两个侧环绕声道、三个后环绕声道再加上一个上方声道组成。传统方法的22.2声道音响系统通过线缆连接24个独立扬声器单元，扬声器数量多导致成本高、安装复杂度大；而换能器在工作时必须维持空气介质的线性传播关系，换能器向空气中辐射的声能必须在空气分子所能维持线性传播的范围内，反之，当换能器辐射的声能超过了空气分子满足线性传播要求时，就会产生严重的声音扭曲现象；传统扬声器的声音由声源通过换能器(扬声器)振动空气产生球面波，并向四周传播，指向性差，该空间的所有人听到的都是相同的声音，对不需要这种声音的人造成噪音。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种用定向传输技术代替传统的扬声器阵列的智能电视定向传声的系统与方法。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种智能电视定向传声的系统，包括：

音频信号处理模块，用于提取多媒体中的音频信号；

单边带调幅模块，用于将所述音频信号调制成调制信号；

均衡器算法模块，用于将所述调制信号进行幅度和相位处理，以得到能够传输给每个超声换能器的超声数字信号；

超声换能器，用于将经所述均衡器算法模块处理后的超声数字信号转换成超声波信号，并将超声波信号发射至观众区域，或者经超声反射板将所述超声波信号反射到观众区域。

为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：

根据本发明的一个实施方案，所述音频信号处理模块从多媒体音视频源中提取出频率为f0的音频信号，f0区间为20Hz～20KHz。

根据本发明的另一个实施方案，所述单边带调幅模块用频率大于40kHz的载波信号对音频信号f0处理后得到频率为f1和f2的调制信号，所述调制信号均携带了f0的信息，并且均是频率大于等于40kHz的超声数字信号。

根据本发明的另一个实施方案，所述均衡器算法模块处理得到13对超声数字信号，每对所述超声数字信号特征由频率为f1和f2的信号组成。

根据本发明的另一个实施方案，所述超声换能器为13个，包括第一超声换能器、第二超声换能器、第三超声换能器、第四超声换能器、第五超声换能器、第六超声换能器、第七超声换能器、第八超声换能器、第九超声换能器、第十超声换能器、第十一超声换能器、第十二超声换能器和第十三超声换能器，所述第一超声换能器、第二超声换能器、第三超声换能器、第四超声换能器和第五超声换能器设置于智能电视所在房间的地面，且所述第一超声换能器、第二超声换能器、第三超声换能器、第四超声换能器和第五超声换能器将超声波信号发射至观众区域，所述第六超声换能器、第七超声换能器、第八超声换能器、第九超声换能器和第十超声换能器位于智能电视所在房间的顶部与地面之间的中间区域，所述第十一超声换能器和第十二超声换能器和第十三超声换能器位于智能电视所在房间的顶部。

根据本发明的另一个实施方案，所述超声反射板为17个，包括第一超声反射板、第二超声反射板、第三超声反射板、第四超声反射板、第五超声反射板、第六超声反射板、第七超声反射板、第八超声反射板、第九超声反射板、第十超声反射板、第十一超声反射板、第十二超声反射板、第十三超声反射板、第十四超声反射板、第十五超声反射板、第十六超声反射板和第十七超声反射板，所述第一超声反射板、第二超声反射板、第三超声反射板、第四超声反射板、第五超声反射板、第六超声反射板、第七超声反射板、第八超声反射板与所述第六超声换能器、第七超声换能器、第八超声换能器、第九超声换能器和第十超声换能器处于同一个水平高度，所述第九超声反射板、第十超声反射板、第十一超声反射板、第十二超声反射板、第十三超声反射板、第十四超声反射板、第十五超声反射板、第十六超声反射板、第十七超声反射板与所述第十一超声换能器和第十二超声换能器、第十三超声换能器处于同一水平高度。

根据本发明的另一个实施方案，所述超声换能器发射至观众区域的超声波信号与经超声反射板反射至观众区域的超声波信号在空气的非线性交互作用下得到频率为f1、f2、f1+f2、f1-f2的信号，其f1、f2、f1+f2的频率都大于40kHz，f1-f2的频率等于f0。

根据本发明的另一个实施方案，还包括数字功放，所述超声电信号经过数字功放后驱动超声换能器产生频率为f1和f2的超声数字信号。

根据本发明的另一个实施方案，所述数字功放为D类功放。

本发明还可以是：

一种智能电视定向传声的方法，包括以下步骤：

步骤S101、从多媒体音视频源中提取出频率为f0的音频信号，f0区间为20Hz～20KHz；

步骤S102、用频率大于40kHz的载波信号，对频率为f0的音频信号进行单边带调幅处理，输出频率为f1和f2的超声数字信号，超声数字信号f1和f2携带f0的幅度和相位信息，频率为f0、f1和f2的数值大满足：f1-f2＝f0；

步骤S103、用均衡器算法模块对频率为f1和f2进行幅度和相位处理，得到13对超声数字信号，每对所述超声数字信号都由频率为f1和f2的信号组成；

步骤S104、对频率为f1和f2的信号通过数字功放放大；并通过线缆将13对超声数字信号分别传输给13个超声换能器；

步骤S105、频率为f1和f2的超声数字信号经过数字功放后驱动13个超声换能器产生具有不同幅度和相位特性的频率为f1和f2的超声波信号，从而实现电信号到声波信号的能量转换；

步骤S106、一部分频率为f1和f2的超声波信号发射至观众区域，另一部分频率为f1和f2的超声波信号通过超声波反射板后反射至观众区域；

步骤S107、频率为f1和f2的超声波信号在空气中非线性交互作用下产生超声波信号f1、f2、f1+f2以及在人耳可听范围内的可听声f1-f2。

根据本发明的一个实施方案，。

根据本发明的另一个实施方案，所述。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明的一种智能电视定向传声的系统与方法，降低了设备制造成本，减少了对周围环境的噪声。

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1为现有的22.2声道音响系统的示意图。

图2为根据本发明一个实施例的智能电视定向传声的系统示意图。

图3为根据本发明一个实施例的智能电视定向传声的流程示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－第一超声换能器，2－第二超声换能器，3－第三超声换能器，4－第四超声换能器，5－第五超声换能器，6－第六超声换能器，7－第七超声换能器，8－第八超声换能器，9－第九超声换能器，10－第十超声换能器，11－第十一超声换能器，12－第十二超声换能器，13－第十三超声换能器，14－第一超声反射板，15－第二超声反射板，16－第三超声反射板，17－第四超声反射板，18－第五超声反射板，19－第六超声反射板，20－第七超声反射板，21－第八超声反射板，22－第九超声反射板，23－第十超声反射板，24－第十一超声反射板，25－第十二超声反射板，26－第十三超声反射板，27－第十四超声反射板，28－第十五超声反射板，29－第十六超声反射板，30－第十七超声反射板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

参见图2和图3所示，一种智能电视定向传声的系统，智能电视内设置音频信号处理模块、单边带调幅模块和均衡器算法模块，具体地：

音频信号处理模块，用于从多媒体音视频源中提取出频率为f0的音频信号，f0区间为20Hz～20KHz。

单边带调幅模块，用于将所述音频信号调制成调制信号(超声信号)；单边带调幅模块用频率大于40kHz的载波信号对音频信号f0处理后得到频率为f1和f2的调制信号，所述调制信号均携带了f0的信息，并且均是频率大于等于40kHz的超声数字信号。

均衡器算法模块，用于将所述调制信号进行幅度和相位处理，以得到能够传输给每个超声换能器的超声数字信号；具体可以是，产生13对超声数字信号，每对所述超声数字信号特征由频率为f1和f2的信号组成；通过智能电视的线缆传输音频信号功能将13对超声信号传输给超声换能器。

超声换能器，用于将经所述均衡器算法模块处理后的超声数字信号转换成超声波信号，并将超声波信号发射至观众区域，或者经超声反射板将所述超声波信号反射到观众区域。所述超声换能器发射至观众区域的超声波信号与经超声反射板反射至观众区域的超声波信号在空气的非线性交互作用下得到频率为f1、f2、f1+f2、f1-f2的信号，其f1、f2、f1+f2的频率都大于40kHz，f1-f2的频率等于f0。

数字功放，所述超声电信号经过数字功放后驱动超声换能器产生频率为f1和f2的超声数字信号。所述数字功放为D类功放。

对于超声换能器和超声反射板的安装位置可如图2所示，具体地：超声换能器可为13个，包括第一超声换能器1、第二超声换能器2、第三超声换能器3、第四超声换能器4、第五超声换能器5、第六超声换能器6、第七超声换能器7、第八超声换能器8、第九超声换能器9、第十超声换能器10、第十一超声换能器11、第十二超声换能器12和第十三超声换能器13，所述第一超声换能器1、第二超声换能器2、第三超声换能器3、第四超声换能器4和第五超声换能器5设置于智能电视所在房间的地面，且所述第一超声换能器1、第二超声换能器2、第三超声换能器3、第四超声换能器4和第五超声换能器5将超声波信号发射至观众区域，所述第六超声换能器6、第七超声换能器7、第八超声换能器8、第九超声换能器9和第十超声换能器10位于智能电视所在房间的顶部与地面之间的中间区域，所述第十一超声换能器11和第十二超声换能器12和第十三超声换能器13位于智能电视所在房间的顶部。超声反射板可为17个，包括第一超声反射板14、第二超声反射板15、第三超声反射板16、第四超声反射板17、第五超声反射板18、第六超声反射板19、第七超声反射板20、第八超声反射板21、第九超声反射板22、第十超声反射板23、第十一超声反射板24、第十二超声反射板25、第十三超声反射板26、第十四超声反射板27、第十五超声反射板28、第十六超声反射板29和第十七超声反射板30，所述第一超声反射板14、第二超声反射板15、第三超声反射板16、第四超声反射板17、第五超声反射板18、第六超声反射板19、第七超声反射板20、第八超声反射板21与所述第六超声换能器6、第七超声换能器7、第八超声换能器8、第九超声换能器9和第十超声换能器10处于同一个水平高度，所述第九超声反射板22、第十超声反射板23、第十一超声反射板24、第十二超声反射板25、第十三超声反射板26、第十四超声反射板27、第十五超声反射板28、第十六超声反射板29、第十七超声反射板30与所述第十一超声换能器11和第十二超声换能器12、第十三超声换能器13处于同一水平高度。

所述第一超声反射板14、第二超声反射板15和第三超声反射板16用于接收所述第六超声换能器6发射的超声波信号并将其反射至观众区域；所述第四超声反射板17和所述第五超声反射板18用于接收第八超声换能器8发射的超声波信号并将其反射至观众区域；所述第六超声反射板19、第七超声反射板20和第八超声反射板21用于接收所述第十超声换能器10发射的超声波信号并将其反射至观众区域；所述第九超声反射板22、第十超声反射板23和第十一超声反射板24用于接收所述第十一超声换能器11发射的超声波信号并将其反射至观众区域；所述第十二超声反射板25、第十三超声反射板26和第十四超声反射板27用于接收所述第十二超声换能器12发射的超声波信号并将其反射至观众区域；第十五超声反射板28、第十六超声反射板29和第十七超声反射板30用于接收所述第十三超声换能器13发射的超声波信号并将其反射至观众区域。

超声反射板有以下特性：是无源器件，不需要消耗能量，所述的超声反射板的材料声阻抗远远大于空气的声阻抗，反射后的超声波衰减较小。

如图3所示，一种智能电视定向传声的方法，包括以下步骤：

步骤S101、从多媒体音视频源中提取出频率为f0的音频信号，f0区间为20Hz～20KHz；本发明实施例的智能电视，可以从多种格式多媒体音视频源中提取音频信号。

步骤S102、用频率大于40kHz的载波信号，对频率为f0的音频信号进行单边带调幅处理，输出频率分别为f1和f2的超声数字信号，其中，超声数字信号f1和f2携带f0的幅度和相位信息，并且为了能在观众区还原出频率为f0的音频信号，f0、f1和f2的数值大小需具有以下关系：f1-f2＝f0。

步骤S103、用均衡器算法模块对频率为f1和f2进行幅度和相位处理，得到13对超声数字信号，每对所述超声数字信号都由频率为f1和f2的信号组成；

步骤S104、对频率为f1和f2的信号通过数字功放放大；并通过线缆将13对超声数字信号分别传输给13个超声换能器；

步骤S105、频率为f1和f2的超声数字信号经过数字功放后驱动13个超声换能器产生具有不同幅度和相位特性的频率为f1和f2的超声波信号，从而实现电信号到声波信号的能量转换；频率为f1和f2的声波信号从超声换能器产生后，沿着同一方向传播，并且指向性很好。

步骤S106、一部分频率为f1和f2的超声波信号发射至观众区域，另一部分频率为f1和f2的超声波信号通过超声波反射板后反射至观众区域；f1和f2在空气中传输时遇到超声波反射板后方向发生改变。为了保证超声波按照指定的方向传输到观众区，需要对反射板的形状、尺寸以及安装位置进行详细的设计。另外，超声反射板的材料声阻抗远远大于空气的声阻抗，反射后的超声波衰减较小。

步骤S107、频率为f1和f2的超声波信号在空气中非线性交互作用下产生超声波信号f1、f2、f1+f2以及在人耳可听范围内的可听声f1-f2。

超声波换能器1～13发射的超声波传输路径详述如下：

图2所示的超声换能器1～5、7、9发射的超声波直接发送至观众区，由于空气的非线性交作用在观众区自解调产生可听声。

第六超声换能器6发射的超声波分别由超声反射板14、15、16反射至观众区，在传播途中，通过恰当的设置超声波反射板14、15、16的形状、尺寸、安装位置、安装角度，可以保证在超声波反射板的位置能够将指向性很好的超声波反射到观众区，并且在空气非线性交互作用下产生可听声。

第八超声换能器8发射的超声波分别由超声反射板17、18反射至观众区；第十超声换能器10发射的超声波分别由超声反射板19、20、21反射至观众区；第十一超声换能器11发射的超声波分别由超声反射板22、23、24反射至观众区；第十二超声换能器12发射的超声波分别由超声反射板25、26、27反射至观众区；第十三超声换能器13发射的超声波分别由超声反射板28、29、30反射至观众区。

综上而言，本发明用超声波技术实现了智能电视的定向传声，降低了成本、减少对周围环境的噪音。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种智能电视定向传声的系统，其特征在于包括：

音频信号处理模块，用于提取多媒体中的音频信号；

单边带调幅模块，用于将所述音频信号调制成调制信号；

均衡器算法模块，用于将所述调制信号进行幅度和相位处理，以得到能够传输给每个超声换能器的超声数字信号；

超声换能器，用于将经所述均衡器算法模块处理后的超声数字信号转换成超声波信号，并将超声波信号发射至观众区域，或者经超声反射板将所述超声波信号反射到观众区域。

2.根据权利要求1所述的智能电视定向传声的系统，其特征在于所述音频信号处理模块从多媒体音视频源中提取出频率为f0的音频信号，f0区间为20Hz～20KHz。

3.根据权利要求2所述的智能电视定向传声的系统，其特征在于所述单边带调幅模块用频率大于40kHz的载波信号对音频信号f0处理后得到频率为f1和f2的调制信号，所述调制信号均携带了f0的信息，并且均是频率大于等于40kHz的超声数字信号。

4.根据权利要求2或3所述的智能电视定向传声的系统，其特征在于所述均衡器算法模块处理得到13对超声数字信号，每对所述超声数字信号特征由频率为f1和f2的信号组成。

5.根据权利要求4所述的智能电视定向传声的系统，其特征在于所述超声换能器为13个，包括第一超声换能器(1)、第二超声换能器(2)、第三超声换能器(3)、第四超声换能器(4)、第五超声换能器(5)、第六超声换能器(6)、第七超声换能器(7)、第八超声换能器(8)、第九超声换能器(9)、第十超声换能器(10)、第十一超声换能器(11)、第十二超声换能器(12)和第十三超声换能器(13)，所述第一超声换能器(1)、第二超声换能器(2)、第三超声换能器(3)、第四超声换能器(4)和第五超声换能器(5)设置于智能电视所在房间的地面，且所述第一超声换能器(1)、第二超声换能器(2)、第三超声换能器(3)、第四超声换能器(4)和第五超声换能器(5)将超声波信号发射至观众区域，所述第六超声换能器(6)、第七超声换能器(7)、第八超声换能器(8)、第九超声换能器(9)和第十超声换能器(10)位于智能电视所在房间的顶部与地面之间的中间区域，所述第十一超声换能器(11)和第十二超声换能器(12)和第十三超声换能器(13)位于智能电视所在房间的顶部。

6.根据权利要求5所述的智能电视定向传声的系统，其特征在于所述超声反射板为17个，包括第一超声反射板(14)、第二超声反射板(15)、第三超声反射板(16)、第四超声反射板(17)、第五超声反射板(18)、第六超声反射板(19)、第七超声反射板(20)、第八超声反射板(21)、第九超声反射板(22)、第十超声反射板(23)、第十一超声反射板(24)、第十二超声反射板(25)、第十三超声反射板(26)、第十四超声反射板(27)、第十五超声反射板(28)、第十六超声反射板(29)和第十七超声反射板(30)，所述第一超声反射板(14)、第二超声反射板(15)、第三超声反射板(16)、第四超声反射板(17)、第五超声反射板(18)、第六超声反射板(19)、第七超声反射板(20)、第八超声反射板(21)与所述第六超声换能器(6)、第七超声换能器(7)、第八超声换能器(8)、第九超声换能器(9)和第十超声换能器(10)处于同一个水平高度，所述第九超声反射板(22)、第十超声反射板(23)、第十一超声反射板(24)、第十二超声反射板(25)、第十三超声反射板(26)、第十四超声反射板(27)、第十五超声反射板(28)、第十六超声反射板(29)、第十七超声反射板(30)与所述第十一超声换能器(11)和第十二超声换能器(12)、第十三超声换能器(13)处于同一水平高度。

7.根据权利要求4所述的智能电视定向传声的系统，其特征在于所述超声换能器发射至观众区域的超声波信号与经超声反射板反射至观众区域的超声波信号在空气的非线性交互作用下得到频率为f1、f2、f1+f2、f1-f2的信号，其f1、f2、f1+f2的频率都大于40kHz，f1-f2的频率等于f0。

8.根据权利要求1所述的智能电视定向传声的系统，其特征在于还包括数字功放，所述超声电信号经过数字功放后驱动超声换能器产生频率为f1和f2的超声数字信号。

9.根据权利要求8所述的智能电视定向传声的系统，其特征在于所述数字功放为D类功放。

10.一种智能电视定向传声的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤S101、从多媒体音视频源中提取出频率为f0的音频信号，f0区间为20Hz～20KHz；

步骤S102、用频率大于40kHz的载波信号，对频率为f0的音频信号进行单边带调幅处理，输出频率为f1和f2的超声数字信号，超声数字信号f1和f2携带f0的幅度和相位信息，频率为f0、f1和f2的数值大满足：f1-f2＝f0；

步骤S103、用均衡器算法模块对频率为f1和f2进行幅度和相位处理，得到13对超声数字信号，每对所述超声数字信号都由频率为f1和f2的信号组成；

步骤S104、对频率为f1和f2的信号通过数字功放放大；并通过线缆将13对超声数字信号分别传输给13个超声换能器；

步骤S105、频率为f1和f2的超声数字信号经过数字功放后驱动13个超声换能器产生具有不同幅度和相位特性的频率为f1和f2的超声波信号，从而实现电信号到声波信号的能量转换；

步骤S106、一部分频率为f1和f2的超声波信号发射至观众区域，另一部分频率为f1和f2的超声波信号通过超声波反射板后反射至观众区域；

步骤S107、频率为f1和f2的超声波信号在空气中非线性交互作用下产生超声波信号f1、f2、f1+f2以及在人耳可听范围内的可听声f1-f2。