CN107682772B - 一种识别危险以控制音频输出的方法、装置和耳机 - Google Patents

一种识别危险以控制音频输出的方法、装置和耳机 Download PDF

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Abstract

本发明适用于声学领域，提供了一种识别危险以控制音频输出的方法、装置和耳机。所述方法包括：在具有麦克风的耳机输出音频时，实时获取由麦克风采集的外部环境中的声音；对外部环境中的声音进行分析，提取外部环境中的声音特征；将提取的外部环境中的声音特征与预先存储的危险声音信息库中的危险声音特征进行匹配；如果危险声音信息库中匹配到提取的外部环境中的声音特征，则测量声源的方位、移动速度、距离中的一项或任意组合；判断用户是否处于危险环境，如果是，则控制执行操作指令，以使用户采取危险规避措施。本发明既能让人在嘈杂的环境中有属于个人的一个宁静的世界，当遇到危险时，又可以准确地提醒用户，以使用户采取危险规避措施。

Description

一种识别危险以控制音频输出的方法、装置和耳机
技术领域
本发明属于声学领域，尤其涉及一种识别危险以控制音频输出的方法、装置和耳机。
背景技术
在人行道上、斑马线上、公交站台，随处都能见到戴着耳机听音乐、看视频、讲电话的人。耳机具有一定的隔绝外部噪音的作用，特别是降噪耳机的兴起，让人在嘈杂的环境中有了属于个人的一个宁静的世界。但是这个宁静的世界也把人们置于了危险之中，经常会发生走在路上用耳机听音乐被车撞的事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种识别危险以控制音频输出的方法、装置、计算机可读存储介质和耳机，旨在解决走在路上时，戴着耳机使人们置于危险之中的问题。
第一方面，本发明提供了一种识别危险以控制音频输出的方法，所述方法包括：
在具有麦克风的耳机输出音频时，实时获取由麦克风采集的外部环境中的声音；
根据不同种类声音的特征对外部环境中的声音进行分析，提取外部环境中的声音特征；
将提取的外部环境中的声音特征与预先存储的危险声音信息库中的危险声音特征进行匹配；
如果危险声音信息库中匹配到提取的外部环境中的声音特征，则测量声源的方位、移动速度、距离中的一项或任意组合；
根据计算得到的声源的方向、速度、距离中的一项或任意组合，判断用户是否处于危险环境，如果是，则控制执行与提取的外部环境中的声音特征对应的操作指令，以使用户采取危险规避措施。
第二方面，本发明提供了一种识别危险以控制音频输出的装置，所述装置包括：
获取模块，用于在具有麦克风的耳机输出音频时，实时获取由麦克风采集的外部环境中的声音；
提取模块，用于根据不同种类声音的特征对外部环境中的声音进行分析，提取外部环境中的声音特征；
匹配模块，用于将提取的外部环境中的声音特征与预先存储的危险声音信息库中的危险声音特征进行匹配；
测量模块，用于如果危险声音信息库中匹配到提取的外部环境中的声音特征，则测量声源的方位、移动速度、距离中的一项或任意组合；
控制模块，用于根据计算得到的声源的方向、速度、距离中的一项或任意组合，判断用户是否处于危险环境，如果是，则控制执行与提取的外部环境中的声音特征对应的操作指令，以使用户采取危险规避措施。
第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的识别危险以控制音频输出的方法的步骤。
第四方面，本发明提供了一种耳机，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的识别危险以控制音频输出的方法的步骤。
在本发明中，由于在危险声音信息库中匹配提取的外部环境中的声音特征，如果匹配到，则根据声源的方位、移动速度、距离中的一项或任意组合判断用户是否处于危险环境，如果是，则控制执行与提取的外部环境中的声音特征对应的操作指令，以使用户采取危险规避措施。因此，本发明既能让人在嘈杂的环境中有属于个人的一个宁静的世界，当遇到危险时，又可以准确地提醒用户，以使用户采取危险规避措施。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的识别危险以控制音频输出的方法的流程图。
图2是本发明实施例一中，麦克风位于第一个测量点，进行两次测量时的示意图。
图3是本发明实施例一中，麦克风位于第二个测量点的可能位置示意图。
图4是本发明实施例一中，声源的方位的示意图。
图5是本发明实施例二提供的识别危险以控制音频输出的装置的功能模块框图。
图6是本发明实施例四提供的耳机的具体结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一：
请参阅图1，本发明实施例一提供的识别危险以控制音频输出的方法包括以下步骤：需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的识别危险以控制音频输出的方法并不以图1所示的流程顺序为限。
S101、在具有麦克风的耳机输出音频时，实时获取由麦克风采集的外部环境中的声音。
在本发明实施例一中，耳机具有一个或多个麦克风，其中两个麦克风为最佳。
在本发明实施例一中，S101之前，所述方法还可以包括以下步骤：
接收用户发出的采集外部环境声音的指令，例如打开采集外部环境声音的开关；
根据所述采集外部环境声音的指令开启实时获取由麦克风采集外部环境中的声音的功能。
由于通过用户发出的采集外部环境声音的指令来开启实时获取由麦克风采集外部环境中的声音的功能，例如用户行走在马路上戴耳机听音乐时，开启这功能，平时在家或办公室关闭此功能，从而节省电、减轻频繁执行识别危险的处理所带来的系统负担。
在本发明实施例一中，S101之前，所述方法还包括以下步骤：
预先存储危险声音信息库。所述危险声音信息库包括操作指令对应的危险声音特征。危险声音可以是风噪、胎噪、发动机噪音、震动时碰撞声(如货车货箱哐哐哐的声音)、枪声、爆炸声、鸣笛、高空坠物砸向地面的声音、喊叫、哭喊、叫骂声等。
S102、根据不同种类声音的特征对外部环境中的声音进行分析，提取外部环境中的声音特征。
S103、将提取的外部环境中的声音特征与预先存储的危险声音信息库中的危险声音特征进行匹配。
S104、如果危险声音信息库中匹配到提取的外部环境中的声音特征，则测量声源的方位、移动速度、距离中的一项或任意组合。
在本发明实施例一中，所述测量声源的方位、速度、距离具体为：
通过声音的频率、相位、响度和/或衰减特性来测量声源的方位、速度、距离。
单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的能量叫声强。声强与声源功率关系的公式为I＝W/4πS2，其中，I为声强，W为声源功率，S为麦克风到声源的垂直距离。
声波在传播时对大气压强产生了扰动，这就是声压。声强与声压关系的公式为I＝p2/(ρc)，其中，p为有效声压，ρ为空气密度，c为空气中的声速。
通过推导得到p2/(ρc)＝W/4πS2，通过这公式可以用声压大小来测量声源的移动速度和距离。
请参阅图2，所述测量声源的移动速度和距离具体可以包括以下步骤：
当麦克风位于第一个测量点，进行两次测量时，根据以下公式测量声源的速度和距离：p11/p12＝(S-v*t i)/S，其中，p11是第一个测量点第一次测量得到的声压，p12是第一个测量点第二次测量得到的声压，S为第一个测量点第一次测量时麦克风到声源的垂直距离，v是声源的移动速度，ti是第一个测量点两次测量的时间间隔。其中p11/p12＝(S-v*t i)/S是由以下公式推导出的：p11 2/(ρc)＝W/4πS2和p12 2/(ρc)＝W/4π(S-v*t i)2；
当麦克风位于第二个测量点，进行两次测量时，根据以下公式测量声源的速度和距离：p21/p22＝(S+L-v*t j)/(S+L)，其中，p21是第二个测量点第一次测量得到的声压，p22是第二个测量点第二次测量得到的声压，tj是第二个测量点两次测量的时间间隔，L是第一个测量点和第二个测量点之间的距离。其中p21/p22＝(S+L-v*t j)/(S+L)是由以下公式推导出的：p21 2/(ρc)＝W/4π(S+L)2和p22 2/(ρc)＝W/4π(S+L-v*tj)2。
根据p11/p12＝(S-v*t i)/S和p21/p22＝(S+L-v*t j)/(S+L)组成2元方程组，求得第一个测量点第一次测量时麦克风到声源的垂直距离S和声源的移动速度v的值。
上面的计算方法是假设第二个测量点在第一个测量点与声源的连线上，实际情况是第二个测量点的位置是无法预知的，可能是在一个圆上的任何点，图3中虚线小圆代表第二个测量点可能出现的位置。
由于第二个测量点存在不确定性，造成了较大的误差，当第二个测量点在声源与第一个测量点连线上时(两个测量点到声源的距离差为L)，测量最准确，基本与实际的距离和速度相等。当声源与第一测量点和第二测量点的距离基本相等时(两个测量点到声源的距离差接近0)，测量最不准确(甚至无法计算出距离和速度)。
通过推理得到，两个测量点到声源的距离差越大，计算出的速度和距离越准确，两个测量点到声源的距离差越小偏差越大。所以可以取多次(比如100次)测量的最大值来近似实际值，并在后续的测量过程中不断调整偏差。这也符合我们平常不时转动头部的习惯，当戴上耳机时这个转动头部的动作就是在为测量调整偏差。
因此，在本发明实施例一中，重复执行多次所述测量声源的移动速度和距离的具体步骤，将求得的第一个测量点第一次测量时麦克风到声源的垂直距离S和声源的移动速度v的值的最小值作为最终的声源的距离和声源的移动速度。
具体取值办法为：将第一次求得的第一个测量点第一次测量时麦克风到声源的垂直距离S1和声源的移动速度v1作为基准值，预测第二次求得的第一个测量点第一次测量时麦克风到声源的垂直距离为S1-v1*t，(t为测量的时间间隔，比如0.1ms)；
如果，第二次求得的第一个测量点第一次测量时麦克风到声源的垂直距离S2和声源的移动速度v2比预测值小，则使用第二次求得的S2和v2作为基准值，并预测第三次求得的第一个测量点第一次测量时麦克风到声源的垂直距离和速度；
如果，第三次求得的第一个测量点第一次测量时麦克风到声源的垂直距离S3和声源的移动速度v3比预测值大，则继续使用第二次求得的S2和v2作为基准值，并预测第四次求得的第一个测量点第一次测量时麦克风到声源的垂直距离和速度。
请参阅图4，在本发明实施例一中，所述测量声源的方位具体包括以下步骤：
分别测量声源与第一麦克风之间的距离S1和声源与第二麦克风之间的距离S2，其中S1＝c*t1，S2＝c*t2，c是空气中的声速，t1为声源的声音传到第一麦克风的传播时间，t2为声源的声音传到第二麦克风传播时间；S1＝c*t'+S2，其中，t'为声源的声音传到第一麦克风和第二麦克风的时间差，t'＝(t1-t2)；
通过三角函数测量声源与第一麦克风之间的距离S1，其中，S1 2＝(S0*sinθ)2+(S0*cosθ+L1)2，L1是第一麦克风与人的中心之间的距离；通过三角函数测量声源与第二麦克风之间的距离S2，其中，S2 2＝(S0*sinθ)2+(S0*cosθ-L2)2，L2是第二麦克风与人的中心之间的距离，S0是声源与人的中心之间的距离，θ是声源与人的中心之间的角度；图4中的坐标原点代表人的中心位置；
求解以下二元二次方程组：S2 2＝(S0*sinθ)2+(S0*cosθ-L2)2和(c*t'+S2)2＝(S0*sinθ)2+(S0*cosθ+L1)2，得到θ的四组解，对应到图中的声源位置，分别代表左前方、右前方、左后方和右后方。
其中，L1＝L2为最佳方案。
S105、根据计算得到的声源的方向、速度、距离中的一项或任意组合，判断用户是否处于危险环境，如果是，则控制执行与提取的外部环境中的声音特征对应的操作指令，以使用户采取危险规避措施。
在本发明实施例一中，S105之前，所述方法还可以包括以下步骤：
如果危险声音信息库中匹配到提取的外部环境中的声音特征，则测量声源发出的声音大小与时间的关系。
则S105具体为：
如果声音越来越大，但计算得到的声源的距离大于预设的距离时，则根据声源发出的声音大小与时间的关系判断用户是否处于危险环境，如果是，则控制执行与提取的外部环境中的声音特征对应的操作指令，以使用户采取危险规避措施，所述预设的距离是根据常识得到的不可能听见声源发出声音的距离。
例如：在时间点t1听到有个大货车的声音，过了20秒，大货车声音越来越大，但是计算得到的声源的距离却是1千米，则通过声音大小来判断危险，及时提醒用户。
在本发明实施例一中，当耳机输出音频是电话的音频时，则S105具体为：根据计算得到的声音的方向、速度、距离中的一项或任意组合，判断用户是否处于危险环境，如果是，则控制挂断电话，以使用户采取危险规避措施。
在本发明实施例一中，所述与提取的外部环境中的声音特征对应的操作指令包括：调低输出音频的音量、关闭输出音频、输出麦克风采集的外部环境中的声音和输出提示语音中的任意一种；或者，调低输出原来的音频的音量和调高输出麦克风采集的外部环境中的声音；或者，调低输出原来的音频的音量和输出提示语音；或者，关闭输出原来的音频和输出麦克风采集的外部环境中的声音；或者，关闭输出原来的音频和输出提示语音。上述操作可由用户设置或者由厂家预先设置。
所述调低输出音频的音量具体可以是：
调低耳机音频的增益，或者，控制与耳机连接的播放设备调低播放音频的音量。例如调低音乐的增益，或者，控制与耳机连接的播放设备调低播放音乐的音量。
所述关闭输出音频具体可以是：
关闭耳机的音频，或者，控制与耳机连接的播放设备关闭音频的播放。例如关闭耳机的音频，使耳机不输出与其连接的播放设备播放的音乐，或者，控制与耳机连接的播放设备关闭播放音乐。
所述提示语音是预先设置的，例如，通过计算得出正后20米方有电单车以10km/h接近，则提示“正后20米方有电单车以10km/h接近”。
实施例二：
请参阅图5，本发明实施例二提供的识别危险以控制音频输出的装置包括：
获取模块11，用于在具有麦克风的耳机输出音频时，实时获取由麦克风采集的外部环境中的声音；
提取模块12，用于根据不同种类声音的特征对外部环境中的声音进行分析，提取外部环境中的声音特征；
匹配模块13，用于将提取的外部环境中的声音特征与预先存储的危险声音信息库中的危险声音特征进行匹配；
测量模块14，用于如果危险声音信息库中匹配到提取的外部环境中的声音特征，则测量声源的方位、移动速度、距离中的一项或任意组合；
控制模块15，用于根据计算得到的声源的方向、速度、距离中的一项或任意组合，判断用户是否处于危险环境，如果是，则控制执行与提取的外部环境中的声音特征对应的操作指令，以使用户采取危险规避措施。
本发明实施例二提供的识别危险以控制音频输出的装置及本发明实施例一提供的识别危险以控制音频输出的方法属于同一构思，其具体实现过程详见说明书全文，此处不再赘述。
实施例三：
本发明实施例三提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例一提供的识别危险以控制音频输出的方法的步骤。
实施例四：
图6示出了本发明实施例四提供的耳机的具体结构框图，一种耳机100包括：一个或多个处理器101、存储器102、以及一个或多个计算机程序，其中所述处理器101和所述存储器102通过总线连接，所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器102中，并且被配置成由所述一个或多个处理器101执行，所述处理器101执行所述计算机程序时实现如本发明实施例一提供的识别危险以控制音频输出的方法的步骤。
在本发明实施例中，由于在危险声音信息库中匹配提取的外部环境中的声音特征，如果匹配到，则根据声源的方位、移动速度、距离中的一项或任意组合判断用户是否处于危险环境，如果是，则控制执行与提取的外部环境中的声音特征对应的操作指令，以使用户采取危险规避措施。因此，本发明既能让人在嘈杂的环境中有属于个人的一个宁静的世界，当遇到危险时，又可以准确地提醒用户，以使用户采取危险规避措施。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种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，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
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 (10)

1.一种识别危险以控制音频输出的方法，其特征在于，所述方法包括：
在具有麦克风的耳机输出音频时，实时获取由麦克风采集的外部环境中的声音；
根据不同种类声音的特征对外部环境中的声音进行分析，提取外部环境中的声音特征；
将提取的外部环境中的声音特征与预先存储的危险声音信息库中的危险声音特征进行匹配；
如果危险声音信息库中匹配到提取的外部环境中的声音特征，则测量声源的方位、移动速度、距离中的一项或任意组合；测量声源的方位、移动速度、距离具体为：通过声音的频率、相位、响度和/或衰减特性来测量声源的方位、速度、距离；
根据计算得到的声源的方向、速度、距离中的一项或任意组合，判断用户是否处于危险环境，如果是，则控制执行与提取的外部环境中的声音特征对应的操作指令，以使用户采取危险规避措施。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量声源的移动速度和距离具体包括：
当麦克风位于第一个测量点，进行两次测量时，根据以下公式测量声源的速度和距离：p11/p12＝(S-v*ti)/S，其中，p11是第一个测量点第一次测量得到的声压，p12是第一个测量点第二次测量得到的声压，S为第一个测量点第一次测量时麦克风到声源的垂直距离，v是声源的移动速度，ti是第一个测量点两次测量的时间间隔；
当麦克风位于第二个测量点，进行两次测量时，根据以下公式测量声源的速度和距离：p21/p22＝(S+L-v*tj)/(S+L)，其中，p21是第二个测量点第一次测量得到的声压，p22是第二个测量点第二次测量得到的声压，tj是第二个测量点两次测量的时间间隔，L是第一个测量点和第二个测量点之间的距离；
根据p11/p12＝(S-v*ti)/S和p21/p22＝(S+L-v*tj)/(S+L)组成2元方程组，求得第一个测量点第一次测量时麦克风到声源的垂直距离S和声源的移动速度v的值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，重复执行多次所述测量声源的移动速度和距离的步骤，将求得的第一个测量点第一次测量时麦克风到声源的垂直距离和声源的移动速度的值的最小值作为最终的声源的距离和声源的移动速度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量声源的方位具体包括以下步骤：
分别测量声源与第一麦克风之间的距离S1和声源与第二麦克风之间的距离S2，其中S1＝c*t1，S2＝c*t2，c是空气中的声速，t1为声源的声音传到第一麦克风的传播时间，t2为声源的声音传到第二麦克风传播时间；S1＝c*t'+S2，其中，t'为声源的声音传到第一麦克风和第二麦克风的时间差，t'＝(t1-t2)；
通过三角函数测量声源与第一麦克风之间的距离S1，其中，S1 2＝(S0*sinθ)2+(S0*cosθ+L1)2，L1是第一麦克风与人的中心之间的距离；通过三角函数测量声源与第二麦克风之间的距离S2，其中，S2 2＝(S0*sinθ)2+(S0*cosθ-L2)2，L2是第二麦克风与人的中心之间的距离，S0是声源与人的中心之间的距离，θ是声源与人的中心之间的角度；
求解以下二元二次方程组：S2 2＝(S0*sinθ)2+(S0*cosθ-L2)2和(c*t'+S2)2＝(S0*sinθ)2+(S0*cosθ+L1)2，得到θ的四组解，分别代表左前方、右前方、左后方和右后方。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据计算得到的声源的方向、速度、距离中的一项或任意组合，判断用户是否处于危险环境之前，所述方法还包括：
如果危险声音信息库中匹配到提取的外部环境中的声音特征，则测量声源发出的声音大小与时间的关系；
则所述根据计算得到的声源的方向、速度、距离中的一项或任意组合，判断用户是否处于危险环境，如果是，则控制执行与提取的外部环境中的声音特征对应的操作指令，以使用户采取危险规避措施具体为：
如果声音越来越大，但计算得到的声源的距离大于预设的距离时，则根据声源发出的声音大小与时间的关系判断用户是否处于危险环境，如果是，则控制执行与提取的外部环境中的声音特征对应的操作指令，以使用户采取危险规避措施，所述预设的距离是根据常识得到的不可能听见声源发出声音的距离。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当耳机输出音频是电话的音频时，则所述根据计算得到的声源的方向、速度、距离中的一项或任意组合，判断用户是否处于危险环境，如果是，则控制执行与提取的外部环境中的声音特征对应的操作指令，以使用户采取危险规避措施具体为：
根据计算得到的声音的方向、速度、距离中的一项或任意组合，判断用户是否处于危险环境，如果是，则控制挂断电话，以使用户采取危险规避措施；
所述与提取的外部环境中的声音特征对应的操作指令包括：
调低输出音频的音量、关闭输出音频、输出麦克风采集的外部环境中的声音和输出提示语音中的任意一种；或者，调低输出原来的音频的音量和调高输出麦克风采集的外部环境中的声音；或者，调低输出原来的音频的音量和输出提示语音；或者，关闭输出原来的音频和输出麦克风采集的外部环境中的声音；或者，关闭输出原来的音频和输出提示语音。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述调低输出音频的音量具体是：
调低耳机音频的增益，或者，控制与耳机连接的播放设备调低播放音频的音量；
所述关闭输出音频具体是：
关闭耳机的音频，或者，控制与耳机连接的播放设备关闭音频的播放。
8.一种识别危险以控制音频输出的装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于在具有麦克风的耳机输出音频时，实时获取由麦克风采集的外部环境中的声音；
提取模块，用于根据不同种类声音的特征对外部环境中的声音进行分析，提取外部环境中的声音特征；
匹配模块，用于将提取的外部环境中的声音特征与预先存储的危险声音信息库中的危险声音特征进行匹配；
测量模块，用于如果危险声音信息库中匹配到提取的外部环境中的声音特征，则测量声源的方位、移动速度、距离中的一项或任意组合；测量声源的方位、移动速度、距离具体为：通过声音的频率、相位、响度和/或衰减特性来测量声源的方位、速度、距离；
控制模块，用于根据计算得到的声源的方向、速度、距离中的一项或任意组合，判断用户是否处于危险环境，如果是，则控制执行与提取的外部环境中的声音特征对应的操作指令，以使用户采取危险规避措施。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的识别危险以控制音频输出的方法的步骤。
10.一种耳机，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的识别危险以控制音频输出的方法的步骤。
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