CN107329561A - 一种基于usb接口的虚拟现实方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用计算机技术领域，提供了一种基于USB接口的虚拟现实方法、装置及系统，该方法包括：VR头盔通过姿态传感器获取用户的姿态数据，通过USB接口将姿态数据发送到与VR头盔连接的VR主机，VR主机通过USB接口接收姿态数据，并根据姿态数据生成VR音视频数据，VR主机将生成的VR音视频数据按照预设的压缩参数进行压缩，通过USB接口将压缩后的VR音视频数据发送给VR头盔，VR头盔接收压缩后的VR音视频数据，并对压缩后的VR音视频数据进行解压，以得到VR音视频数据，通过VR头盔播放VR音视频数据对应的音视频，从而通过USB接口实现VR头盔和VR主机的分离，提高了VR头盔的佩戴舒适性和通用性，同时降低了VR头盔自身供电带来的危险。

Description

一种基于USB接口的虚拟现实方法、装置及系统

技术领域

本发明属于计算机技术领域，尤其涉及一种基于USB接口的虚拟现实方法、装置及系统。

背景技术

目前虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)越来越流行，现有的VR实现方式有三种：1、使用手机与VR设备结合；2、使用电脑与VR设备结合；3、使用一体式VR设备。然而，使用手机与VR设备结合实现VR时，需要把手机放在VR设备中，由于电池发热会带来一定的危险性和佩戴舒适性问题，另外，手机屏幕分辨率的局限也会影响用户体验。使用电脑与VR设备结合实现VR时，电脑与VR头盔需要通过电脑的HDMI、DP(DisplayPort)接口进行连接，由于电脑本身笨重、携带不方便，且获取电源不方便，从而导致VR系统的便携性差、成本高。一体式VR设备需要重新设计主机电路、焊接电器元件以及设计整个系统，这样，制造VR设备成本也会比较高。综上所述，现有VR设备的佩戴舒适性、便携性、通用性和安全性都难以满足用户的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于USB接口的虚拟现实方法、装置及系统，旨在解决现有VR设备舒适性、便携性、通用性和安全性不佳的问题，导致用户体验不高。

一方面，本发明提供了一种基于USB接口的虚拟现实方法，所述方法包括下述步骤：

VR头盔通过姿态传感器获取用户的姿态数据，通过USB接口将所述姿态数据发送到与所述VR头盔连接的VR主机；

所述VR主机通过所述USB接口接收所述姿态数据，并根据所述姿态数据生成VR音视频数据；

所述VR主机将所述生成的VR音视频数据按照预设的压缩参数进行压缩，通过所述USB接口将所述压缩后的VR音视频数据发送给所述VR头盔；

所述VR头盔接收所述压缩后的VR音视频数据，并对所述压缩后的VR音视频数据进行解压，以得到所述VR音视频数据；

通过所述VR头盔播放所述VR音视频数据对应的音视频。

另一方面，本发明提供了一种基于USB接口的VR装置，所述装置包括：

数据发送单元，用于VR头盔通过姿态传感器获取用户的姿态数据，通过USB接口将所述姿态数据发送到与所述VR头盔连接的VR主机；

数据接收单元，用于所述VR主机通过所述USB接口接收所述姿态数据，并根据所述姿态数据生成VR音视频数据；

数据处理单元，用于所述VR主机将所述生成的VR音视频数据按照预设的压缩参数进行压缩，通过所述USB接口将所述压缩后的VR音视频数据发送给所述VR头盔；

数据解压单元，用于所述VR头盔接收所述压缩后的VR音视频数据，并对所述压缩后的VR音视频数据进行解压，以得到所述VR音视频数据；以及

音视频播放单元，用于通过所述VR头盔播放所述VR音视频数据对应的音视频。

另一方面，本发明提供了一种基于USB接口的VR系统，所述系统包括VR主机、USB数据线以及通过所述USB数据线与所述VR主机连接的VR头盔，其中：

所述VR头盔通过姿态传感器获取用户的姿态数据，通过USB接口将所述姿态数据发送到与所述VR头盔连接的VR主机；

所述VR主机通过所述USB接口接收所述姿态数据，根据所述姿态数据生成VR音视频数据，并将所述生成的VR音视频数据按照预设的压缩参数进行压缩，通过所述USB接口将所述压缩后的VR音视频数据发送给所述VR头盔；

所述VR头盔接收所述压缩后的VR音视频数据，并对所述压缩后的VR音视频数据进行解压，以得到所述VR音视频数据，并播放所述VR音视频数据对应的音视频。

本发明中的VR头盔通过姿态传感器获取用户的姿态数据，通过USB接口将姿态数据发送到与VR头盔连接的VR主机，VR主机通过USB接口接收姿态数据，并根据姿态数据生成VR音视频数据，VR主机将生成的VR音视频数据按照预设的压缩参数进行压缩，通过USB接口将压缩后的VR音视频数据发送给VR头盔，VR头盔接收压缩后的VR音视频数据，并对压缩后的VR音视频数据进行解压，以得到VR音视频数据，通过VR头盔播放VR音视频数据对应的音视频，从而通过USB接口实现VR头盔和VR主机的分离，提高了VR头盔的佩戴舒适性和通用性，同时降低了VR头盔自身供电带来的危险。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的基于USB接口的虚拟现实方法的实现流程图；

图2是本发明实施例二提供的基于USB接口的虚拟现实装置的结构示意图；以及

图3是本发明实施例三提供的基于USB接口的虚拟现实系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

实施例一：

图1示出了本发明实施例一提供的基于USB接口的虚拟现实方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在步骤S101中，VR头盔通过姿态传感器获取用户的姿态数据，通过USB接口将姿态数据发送到与VR头盔连接的VR主机。

本发明实施例适用于移动终端，尤其适用于手机、平板电脑等便携式移动终端，以方便用户通过USB接口连接移动终端与VR头盔，从而实现VR功能。在本发明实施例中，VR主机为具有USB接口的移动终端，该USB接口的版本可以为USB2.0版本、USB3.0版本、USB3.1版本或者兼容版本，VR头盔中设置有姿态传感器，以用于获取用户的姿态数据，例如，按键操作数据、身体移动数据，姿态传感器可以为三轴陀螺仪传感器、三轴加速度传感器和三轴磁感应传感器。

优选地，VR头盔通过USB接口进行供电，从而降低了VR头盔的重量和发热量，进一步提高VR头盔的佩戴舒适性和安全性。

在步骤S102中，VR主机通过USB接口接收姿态数据，并根据姿态数据生成VR音视频数据。

在本发明实施例中，移动终端通过USB接口接收VR头盔的姿态数据，以根据姿态数据生成包含虚拟现实音视频的VR音视频数据。作为示例地，通过USB接口将手机与VR头盔进行连接，从而不需要将手机装入VR头盔中，手机就可以接收到VR头盔的姿态数据，并根据姿态数据生成VR音视频数据，从而减轻了VR头盔的重量和电池发热危险性，提高了VR头盔的佩戴舒适性和安全性。

在步骤S103中，VR主机将生成的VR音视频数据按照预设的压缩参数进行压缩，通过USB接口将压缩后的VR音视频数据发送给VR头盔。

在本发明实施例中，将生成的VR音视频数据压缩之后再进行发送，从而降低数据传输过程中的数据的发送量，进而降低实现VR的成本。具体地，在进行数据压缩时，音频编码压缩格式可以为MPEG Audio Layer 1格式、MPEG Audio Layer 2格式、MPEG AudioLayer 3格式、MPEG-2AAC格式和MPEG-4AAC格式，视频编码压缩格式包括Mpeg-1格式、Mpeg-2格式、Mpeg-4格式、Mpeg-4AVC格式、H.261格式、H.262格式、H.263格式、H.263+格式、H.263++格式、H.264格式和H.265格式。

优选地，为了通过USB接口将压缩后的包含虚拟现实音视频的数据发送给VR头盔，在进行数据压缩时，需要使用大于等于W/(2×Whalf)的音视频压缩比，从而使得USB带宽满足压缩后数据的数据传输带宽要求，其中，W为USB总带宽，Whalf为单眼带宽，Whalf的计算公式为Whalf＝H×V×bpp×fps，H×V为VR头盔的屏幕分辨率，bpp为VR头盔的屏幕色深，fps为VR头盔的屏幕显示刷新率。

作为示例地，采用USB3.0接口连接手机和VR头盔，USB3.0的带宽是5Gbps(500MB/s)，减去姿态传感器数据及自身损耗10％，留给音视频等带宽为450MB/S，VR头盔采用1080P的屏幕，显示刷新率为90帧，单眼所需要带宽为1920×1080×4(32位aRGB色深)×90帧＝711.9140625MB/S，则音视频压缩比＝(711.9140625×2)MB:450MB＝1423.828125MB:450MB＝3.1640625:1，即采用USB3.0传输的音视频编码压缩比要达到3.1640625:1以上。

在步骤S104中，VR头盔接收压缩后的VR音视频数据，并对接收到的压缩后的VR音视频数据进行解压，以得到VR音视频。

在步骤S105中，通过VR头盔播放VR音视频数据对应的音视频。

在本发明实施例中，通过VR头盔播放VR音视频。优选地，通过VR头盔播放VR音视频时，对VR音视频中的视频帧画面进行像素插值和倍频插帧操作，提高屏幕的分辨率和刷新率，以适应高分辨率、高刷新率的显示屏幕，同时降低对USB带宽的需求，使得VR头盔和VR主机在处理VR音视频数据时，可以使用低压缩率和低复杂度的编码解码方法，进而在不降低显示效果的情况下，减少CPU和GPU的开销，从而降低了处理VR音视频数据过程中的能耗。

在本发明实施例中，通过USB接口连接VR主机与VR头盔，一方面，解决了现有技术通过手机与VR设备连接实现VR时，需要将手机放在VR头盔中而带来的移动终端发热、VR头盔重量增加及移动终端的电池危险性问题，从而提高了VR头盔的佩戴舒适性和通用性，另一方面，解决了现有技术通过电脑与VR设备连接实现VR时，需要通过电脑的HDMI、DP接口将电脑与VR头盔连接而由于电脑本身笨重、携带不方便、且获取电源不方便所带来的问题，从而提高了整个VR设备的便携性，便于用户携带。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

实施例二：

图2示出了本发明实施例二提供的基于USB接口的虚拟现实装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，其中包括：

数据发送单元21，用于VR头盔通过姿态传感器获取用户的姿态数据，通过USB接口将姿态数据发送到与VR头盔连接的VR主机。

在本发明实施例中，VR头盔中设置有姿态传感器，以用于获取用户的姿态数据，例如，按键操作数据、身体移动数据，姿态传感器可以为三轴陀螺仪传感器、三轴加速度传感器和三轴磁感应传感器。通过USB接口进行VR主机与VR头盔之间的数据传输，实现了VR头盔和VR主机的分离，从而提高了VR头盔的佩戴舒适性、安全性和便携性。

优选地，VR主机为具有USB接口的移动终端，VR头盔通过USB接口进行供电，从而降低了VR头盔的重量和发热量，进一步提高VR头盔的佩戴舒适性和安全性。

数据接收单元22，用于VR主机通过USB接口接收姿态数据，并根据姿态数据生成VR音视频数据。

在本发明实施例中，移动终端的数据接收单元通过USB接口接收VR头盔的姿态数据，以根据姿态数据生成包含虚拟现实音视频的VR音视频数据。作为示例地，通过USB接口将平板电脑与VR头盔进行连接，从而不需要将平板电脑装入VR头盔中，平板电脑就可以接收到VR头盔的姿态数据，并根据姿态数据生成VR音视频数据，从而减轻了VR头盔的重量和电池发热危险性，提高了VR头盔的佩戴舒适性和安全性。

数据处理单元23，用于VR主机将生成的VR音视频数据按照预设的压缩参数进行压缩，通过USB接口将压缩后的VR音视频数据发送给VR头盔。

在本发明实施例中，数据传输单元将生成的VR音视频数据压缩之后再进行发送，从而降低数据传输过程中的数据的发送量，进而降低实现VR的成本。具体地，在进行数据压缩时，音频编码压缩格式可以为MPEG Audio Layer 1格式、MPEG Audio Layer 2格式、MPEGAudio Layer 3格式、MPEG-2AAC格式和MPEG-4AAC格式，视频编码压缩格式包括Mpeg-1格式、Mpeg-2格式、Mpeg-4格式、Mpeg-4AVC格式、H.261格式、H.262格式、H.263格式、H.263+格式、H.263++格式、H.264格式和H.265格式。

优选地，为了通过USB接口将压缩后的包含虚拟现实音视频的数据发送给VR头盔，在进行数据压缩时，需要使用大于等于W/(2×Whalf)的音视频压缩比，从而使得USB带宽满足压缩后数据的数据传输带宽要求，其中，W为USB总带宽，Whalf为单眼带宽，Whalf的计算公式为Whalf＝H×V×bpp×fps，H×V为VR头盔的屏幕分辨率，bpp为VR头盔的屏幕色深，fps为VR头盔的屏幕显示刷新率。

数据解压单元24，用于VR头盔接收压缩后的VR音视频数据，并对压缩后的VR音视频数据进行解压，以得到VR音视频数据。

音视频播放单元25，用于通过VR头盔播放VR音视频数据对应的音视频。

在本发明实施例中，音视频播放单元通过VR头盔播放VR音视频。优选地，通过VR头盔播放VR音视频时，对VR音视频中的视频帧画面进行像素插值和倍频插帧操作，提高屏幕的分辨率和刷新率，以适应高分辨率、高刷新率的显示屏幕，同时降低对USB带宽的需求，使得数据处理单元和数据解压单元在处理VR音视频数据时，可以使用低压缩率和低复杂度的编码解码方法，进而在不降低显示效果的情况下，减少CPU和GPU的开销，从而降低了处理VR音视频数据过程中的能耗。

因此，优选地，该数据处理单元23包括：

数据压缩单元231，用于VR主机将生成的VR音视频数据按照预设的压缩参数进行压缩时，其中，音视频压缩比大于等于W/(2×Whalf)，W为USB总带宽，Whalf为单眼带宽；

优选地，该音视频播放单元25包括：

视频处理单元251，用于对音视频中的视频帧画面进行插值和插帧操作。

在本发明实施例中，基于USB接口的VR装置的各单元可由相应的硬件或软件单元实现，各单元可以为独立的软、硬件单元，也可以集成为一个软、硬件单元，在此不用以限制本发明。

实施例三：

图3示出了本发明实施例三提供的基于USB接口的虚拟现实系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本发明实施例提供一种基于USB接口的虚拟现实系统3，该虚拟现实系统3包括VR主机31、USB数据线32以及通过USB数据线与VR主机31连接的VR头盔33，其中：VR头盔33通过姿态传感器获取用户的姿态数据，通过USB数据线32的USB接口将姿态数据发送到与VR头盔33连接的VR主机31；VR主机31通过USB数据线32的USB接口接收姿态数据，根据姿态数据生成VR音视频数据，并将生成的VR音视频数据按照预设的压缩参数进行压缩，通过USB数据线32的USB接口将压缩后的VR音视频数据发送给VR头盔33；VR头盔33接收压缩后的VR音视频数据，并对压缩后的VR音视频数据进行解压，以得到VR音视频数据，并播放VR音视频数据对应的音视频。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于USB接口的虚拟现实方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

虚拟现实头盔通过姿态传感器获取用户的姿态数据，通过USB接口将所述姿态数据发送到与所述虚拟现实头盔连接的虚拟现实主机；

所述虚拟现实主机通过所述USB接口接收所述姿态数据，并根据所述姿态数据生成虚拟现实音视频数据；

所述虚拟现实主机将所述生成的虚拟现实音视频数据按照预设的压缩参数进行压缩，通过所述USB接口将所述压缩后的虚拟现实音视频数据发送给所述虚拟现实头盔；

所述虚拟现实头盔接收所述压缩后的虚拟现实音视频数据，并对所述压缩后的虚拟现实音视频数据进行解压，以得到所述虚拟现实音视频数据；

通过所述虚拟现实头盔播放所述虚拟现实音视频数据对应的音视频。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述虚拟现实头盔通过所述USB接口进行供电，所述USB接口兼容USB2.0版本、USB3.0版本和USB3.1版本。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述虚拟现实头盔播放所述虚拟现实音视频数据对应的音视频的步骤，包括：

对所述音视频中的视频帧画面进行插值和插帧操作。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述虚拟现实主机将所述生成的虚拟现实音视频数据按照预设的压缩参数进行压缩的步骤，包括：

所述虚拟现实主机将所述生成的虚拟现实音视频数据按照预设的压缩格式和大于等于W/(2×Whalf)的音视频压缩比进行压缩，所述W为USB总带宽，所述Whalf为单眼带宽。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述虚拟现实主机为移动终端，所述移动终端通过所述USB接口向所述虚拟现实头盔供电。

6.一种基于USB接口的虚拟现实装置，其特征在于，所述装置包括：

数据发送单元，用于虚拟现实头盔通过姿态传感器获取用户的姿态数据，通过USB接口将所述姿态数据发送到与所述虚拟现实头盔连接的虚拟现实主机；

数据接收单元，用于所述虚拟现实主机通过所述USB接口接收所述姿态数据，并根据所述姿态数据生成虚拟现实音视频数据；

数据处理单元，用于所述虚拟现实主机将所述生成的虚拟现实音视频数据按照预设的压缩参数进行压缩，通过所述USB接口将所述压缩后的虚拟现实音视频数据发送给所述虚拟现实头盔；

数据解压单元，用于所述虚拟现实头盔接收所述压缩后的虚拟现实音视频数据，并对所述压缩后的虚拟现实音视频数据进行解压，以得到所述虚拟现实音视频数据；以及

音视频播放单元，用于通过所述虚拟现实头盔播放所述虚拟现实音视频数据对应的音视频。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述虚拟现实头盔通过所述USB接口进行供电，所述USB接口兼容USB2.0版本、USB3.0版本和USB3.1版本。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，音视频播放单元包括：

视频处理单元，用于对所述音视频中的视频帧画面进行插值和插帧操作。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数据处理单元包括：

数据压缩单元，用于所述虚拟现实主机将所述生成的虚拟现实音视频数据按照预设的压缩格式和大于等于W/(2×Whalf)的音视频压缩比进行压缩，所述W为USB总带宽，所述Whalf为单眼带宽。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述虚拟现实主机为移动终端，所述移动终端通过所述USB接口向所述虚拟现实头盔供电。

11.一种基于USB接口的虚拟现实系统，其特征在于，所述系统包括虚拟现实主机、USB数据线以及通过所述USB数据线与所述虚拟现实主机连接的虚拟现实头盔，其中：

所述虚拟现实头盔通过姿态传感器获取用户的姿态数据，通过USB接口将所述姿态数据发送到与所述虚拟现实头盔连接的虚拟现实主机；

所述虚拟现实主机通过所述USB接口接收所述姿态数据，根据所述姿态数据生成虚拟现实音视频数据，并将所述生成的虚拟现实音视频数据按照预设的压缩参数进行压缩，通过所述USB接口将所述压缩后的虚拟现实音视频数据发送给所述虚拟现实头盔；

所述虚拟现实头盔接收所述压缩后的虚拟现实音视频数据，并对所述压缩后的虚拟现实音视频数据进行解压，以得到所述虚拟现实音视频数据，并播放所述虚拟现实音视频数据对应的音视频。