CN109474881B - 一种三维实景配现场音的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及声音处理技术领域，具体涉及一种三维实景配现场音的方法及系统。一种三维实景配现场音的系统，包括若干个声音采集器、三维图像显示和交互装置、通信装置和微处理器，其特征在于，三维图像显示和交互装置依据用户交互指令显示目标区域的三维图像，三维图像显示和交互装置通过通信装置与微处理器连接；若干个声音采集器布置在目标区域内，若干个声音采集器至少包括四个声音采集器，若干个声音采集器通过通信装置与微处理器连接。本发明的实质性效果是：通过若干现场声音采集器并进行数据处理后能够伴随三维图像观察点播放现场声音。

Description

一种三维实景配现场音的方法及系统

技术领域

本发明涉及声音处理技术领域，具体涉及一种三维实景配现场音的方法及系统。

背景技术

随着三维GIS的管理系统在电力等领域的深入研究，越来越多的三维图像被应用在指挥、调度和管理作业中。三维图像能够直观的展示供电设备，并结合关联台账信息导入，能够在展示三维图像的同时，展示设备台账信息。尤其在指挥作业中，能够使指挥员直观并准确的掌握设备工作环境和接线。对设备安排检查和维修也能有针对性的选择器材和备用设备，加快设备检查和维修效率。供电设备在出现故障前，常伴随着工作噪声的变换，所以可以通过声音判断设备的工作状态。对于供电设备声音的监听对于预判设备故障有益。但目前电力系统的三维图像模型中，不具备播放现场声音的功能。

中国专利CN 102968816 B，公开日2016年2月10日，一种将三维实景漫游技术用于电力设备状态可视化的方法，包括如下步骤：(1)构建三维实景漫游平台；(2)展示插件内嵌；(3)系统配置；(4)设备基本台账信息接入。本发明方法利用三维漫游技术构建三维实景漫游平台，并结合Web service通讯方式实现与电力设备状态诊断系统的数据关联和交互，并以直观的图表方式在三维实景漫游场景中展现这些数据，在真正意义上实现了电力设备状态信息360度全方位的可视化应用和体验，拓展了三维实景漫游技术的应用领域和范围的同时，增加了电力设备状态诊断系统可视化应用的实用价值。但其不能实现伴随三维观察点播放现场声音的功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前电力系统的三维图像应用中不能伴随播放现场声音。提出了一种通过若干现场声音采集器并进行数据处理后能够伴随三维图像观察点播放现场声音的一种三维实景配现场音的方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种三维实景配现场音的系统，包括若干个声音采集器、三维图像显示和交互装置、通信装置和微处理器，所述三维图像显示和交互装置依据用户交互指令显示目标区域的三维图像，所述三维图像显示和交互装置通过通信装置与微处理器连接；所述若干个声音采集器布置在目标区域内，所述若干个声音采集器至少包括四个声音采集器，所述若干个声音采集器通过通信装置与微处理器连接。由于声音可以看做有不同频率的正弦波组成，因而可以使用发出单一固定频率声音的等效声源替代原始声音中的声源，而后根据三维实景的观察点合成出观察点的声音并播放，从而达到为三维实景配现场音。通过声音采集器采集原始声音数据，而后通过通信装置将声音数据传送到微处理器，由微处理器进行傅里叶变换处理后得到每个声音采集器所采集的声音的频率组成，而后根据全部声音采集器所采集声音的某个频率的不同分量值，计算出该频率分量的等效声源坐标和声音并添加时间标记后存储。

一种三维实景配现场音的方法，适用于前述的一种三维实景配现场音的系统，包括以下步骤：A)在目标区域建立三维坐标系，导入声音采集器的坐标值，从每个声音采集器内均读取T时间长度的声音信号；B)对声音信号进行傅里叶变换，获得每个声音采集器所采集声音信号的频率组成；C)将每一个频率组成视为由一个等效声源发出，将等效声源视为点声源，计算出全部等效声源的坐标；D)计算出全部等效声源的声音；E)将等效声源坐标和声音储存，并重复步骤B-E，滚动添加等效声源坐标和声音；F)读取三维图像显示和交互装置当前观察点的坐标，由储存的等效声源坐标和声音以滞后时间T’合成出观察点处的声音并播放。

作为优选，所述由声音信号计算出全部等效声源坐标的方法包括以下步骤：CA1)统计全部声音采集器所采集声音信号的频率组成，对每个频率组成进行步骤CA2-CA3；CA2)找出全部包含该频率组成的声音信号；CA3)根据包含该频率组成的声音信号在该频率分量的相位值进行相位差计算，通过相位差和该频率值计算出时间差，通过时间差和声音传播速度计算出距离差，通过声音采集点坐标和距离差计算出对应频率声音的等效声源位置坐标。

作为优选，所述由声音信号计算出全部等效声源坐标的方法包括以下步骤：CB1)统计全部声音采集器所采集声音信号的频率组成，对每个频率组成进行步骤CB2-CB3；CB2)找出全部包含该频率组成的声音信号；CB3)根据包含该频率组成的声音信号在该频率分量的强度值进行强度差计算，由声音采集点坐标和强度差计算出对应频率声音的等效声源位置坐标。

作为优选，所述由声音信号计算出全部等效声源坐标的方法包括以下步骤：CC1)统计全部声音采集器所采集声音信号的频率组成，对每个频率组成进行步骤CC2-CC4；CC2)找出全部包含该频率组成的声音信号；CC3)对小于1380Hz的频率组成，根据包含该频率组成的声音信号在该频率分量的相位值进行相位差计算，通过相位差和该频率值计算出时间差，通过时间差和声音传播速度计算出距离差，通过声音采集点坐标和距离差计算出对应频率声音的等效声源位置坐标；CC4)对大于或等于1380Hz的频率组成，根据包含该频率组成的声音信号在该频率分量的强度值进行强度差计算，由声音采集点坐标和强度差计算出对应频率声音的等效声源位置坐标。

作为优选，所述由声音信号计算出全部等效声源声音的方法包括以下步骤：DA1)遍历每个等效声源，进行步骤DA2-DA4；DA2)根据等效声源的频率，找到全部包含该频率组成的声音信号；DA3)将每个声音信号在该等效声源频率下的分量，依据该等效声源与声音信号对应声音采集器的距离，计算出等效声源的声音；DA4)将由多个声音信号计算出的等效声源声音的强度值和相位值进行算术平均后，作为最终的等效声源声音。

作为优选，所述由储存的等效声源坐标和声音合成出观察点处声音的方法包括以下步骤：FA1)读取全部等效声源的位置坐标和声音；FA2)计算每个等效声源与观察点的距离，由距离计算每个等效声源声音到达观察点的相位延迟，由距离计算每个等效声源声音到达观察点的强度系数函数，并计算观察点声音强度；FA3)将等效声源声音经过相位调整和强度调整后进行叠加，作为观察点的现场声音输出。

作为优选，所述强度系数函数G(d)为与距离有关的分段函数，当距离d大于最大距离dmax时强度系数G(d)值为0，当距离小于最小距离dmin时强度系数G(d)值为1，当距离处于dmax和dmin之间时，强度系数

其中k为频率修正系数，当频率低于1000Hz时，k的值为1，当频率高于1000Hz时，k的值为频率与1000的商；dmax的计算式为dmax＝max(15-2logf,4)，其中f为等效声源的频率；dmin的值为3，距离单位均为米。

本发明的实质性效果是：通过若干现场声音采集器并进行数据处理后能够伴随三维图像观察点播放现场声音。

附图说明

图1为三维实景配现场音的系统的结构图。

图2为三维实景配现场音的方法的流程框图。

其中：1、微处理器，2、通信装置，3、声音采集器，4、三维图像显示和交互装置。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

如图1所示，为三维实景配现场音的系统的结构图，包括若干个声音采集器3、三维图像显示和交互装置4、通信装置2和微处理器1，三维图像显示和交互装置4依据用户交互指令显示目标区域的三维图像，三维图像显示和交互装置4通过通信装置2与微处理器1连接；若干个声音采集器3布置在目标区域内，若干个声音采集器3至少包括四个声音采集器3，若干个声音采集器3通过通信装置2与微处理器1连接。由于声音可以看做有不同频率的正弦波组成，因而可以使用发出单一固定频率声音的等效声源替代原始声音中的声源，而后根据三维实景的观察点合成出观察点的声音并播放，从而达到为三维实景配现场音。通过声音采集器3采集原始声音数据，而后通过通信装置2将声音数据传送到微处理器1，由微处理器1进行傅里叶变换处理后得到每个声音采集器3所采集的声音的频率组成，而后根据全部声音采集器3所采集声音的某个频率的不同分量值，计算出该频率分量的等效声源坐标和声音并添加时间标记后存储。

如图2所示，为三维实景配现场音的方法的流程框图，包括以下步骤：A)在目标区域建立三维坐标系，导入声音采集器的坐标值，从每个声音采集器内均读取T时间长度的声音信号；B)对声音信号进行傅里叶变换，获得每个声音采集器所采集声音信号的频率组成；C)将每一个频率组成视为由一个等效声源发出，将等效声源视为点声源，计算出全部等效声源的坐标；D)计算出全部等效声源的声音；E)将等效声源坐标和声音储存，并重复步骤B-E，滚动添加等效声源坐标和声音；F)读取三维图像显示和交互装置当前观察点的坐标，由储存的等效声源坐标和声音以滞后时间T’合成出观察点处的声音并播放。

作为推荐的实施例，由声音信号计算出全部等效声源坐标的方法包括以下步骤：CA1)统计全部声音采集器所采集声音信号的频率组成，对每个频率组成进行步骤CA2-CA3；CA2)找出全部包含该频率组成的声音信号；CA3)根据包含该频率组成的声音信号在该频率分量的相位值进行相位差计算，通过相位差和该频率值计算出时间差，通过时间差和声音传播速度计算出距离差，通过声音采集点坐标和距离差计算出对应频率声音的等效声源位置坐标。

作为推荐的实施例，由声音信号计算出全部等效声源坐标的方法包括以下步骤：CB1)统计全部声音采集器所采集声音信号的频率组成，对每个频率组成进行步骤CB2-CB3；CB2)找出全部包含该频率组成的声音信号；CB3)根据包含该频率组成的声音信号在该频率分量的强度值进行强度差计算，由声音采集点坐标和强度差计算出对应频率声音的等效声源位置坐标。

作为推荐的实施例，由声音信号计算出全部等效声源坐标的方法包括以下步骤：CC1)统计全部声音采集器所采集声音信号的频率组成，对每个频率组成进行步骤CC2-CC4；CC2)找出全部包含该频率组成的声音信号；CC3)对小于1380Hz的频率组成，根据包含该频率组成的声音信号在该频率分量的相位值进行相位差计算，通过相位差和该频率值计算出时间差，通过时间差和声音传播速度计算出距离差，通过声音采集点坐标和距离差计算出对应频率声音的等效声源位置坐标；CC4)对大于或等于1380Hz的频率组成，根据包含该频率组成的声音信号在该频率分量的强度值进行强度差计算，由声音采集点坐标和强度差计算出对应频率声音的等效声源位置坐标。

作为推荐的实施例，由声音信号计算出全部等效声源声音的方法包括以下步骤：DA1)遍历每个等效声源，进行步骤DA2-DA4；DA2)根据等效声源的频率，找到全部包含该频率组成的声音信号；DA3)将每个声音信号在该等效声源频率下的分量，依据该等效声源与声音信号对应声音采集器的距离，计算出等效声源的声音；DA4)将由多个声音信号计算出的等效声源声音的强度值和相位值进行算术平均后，作为最终的等效声源声音。

作为推荐的实施例，由储存的等效声源坐标和声音合成出观察点处声音的方法包括以下步骤：FA1)读取全部等效声源的位置坐标和声音；FA2)计算每个等效声源与观察点的距离，由距离计算每个等效声源声音到达观察点的相位延迟，由距离计算每个等效声源声音到达观察点的强度系数函数，并计算观察点声音强度；FA3)将等效声源声音经过相位调整和强度调整后进行叠加，作为观察点的现场声音输出。

作为推荐的实施例，强度系数函数G(d)为与距离有关的分段函数，当距离d大于最大距离dmax时强度系数G(d)值为0，当距离小于最小距离dmin时强度系数G(d)值为1，当距离处于dmax和dmin之间时，强度系数

其中k为频率修正系数，当频率低于1000Hz时，k的值为1，当频率高于1000Hz时，k的值为频率与1000的商；dmax的计算式为dmax＝max(15-2logf,4)，其中f为等效声源的频率；dmin的值为3，距离单位均为米。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种三维实景配现场音的系统，包括若干个声音采集器、三维图像显示和交互装置、通信装置和微处理器，其特征在于，

所述三维图像显示和交互装置依据用户交互指令显示目标区域的三维图像，所述三维图像显示和交互装置通过通信装置与微处理器连接；

所述若干个声音采集器布置在目标区域内，所述若干个声音采集器至少包括四个声音采集器，所述若干个声音采集器通过通信装置与微处理器连接；

执行以下步骤：

A)在目标区域建立三维坐标系，导入声音采集器的坐标值，从每个声音采集器内均读取T时间长度的声音信号；

B)对声音信号进行傅里叶变换，获得每个声音采集器所采集声音信号的频率组成；

C)将每一个频率组成视为由一个等效声源发出，将等效声源视为点声源，计算出全部等效声源的坐标；

D)计算出全部等效声源的声音；

E)将等效声源坐标和声音储存，并重复步骤B-E，滚动添加等效声源坐标和声音；

F)读取三维图像显示和交互装置当前观察点的坐标，由储存的等效声源坐标和声音以滞后时间T’合成出观察点处的声音并播放。

2.一种三维实景配现场音的方法，适用于如权利要求1所述的一种三维实景配现场音的系统，其特征在于，

包括以下步骤：

A)在目标区域建立三维坐标系，导入声音采集器的坐标值，从每个声音采集器内均读取T时间长度的声音信号；

B)对声音信号进行傅里叶变换，获得每个声音采集器所采集声音信号的频率组成；

C)将每一个频率组成视为由一个等效声源发出，将等效声源视为点声源，计算出全部等效声源的坐标；

D)计算出全部等效声源的声音；

E)将等效声源坐标和声音储存，并重复步骤B-E，滚动添加等效声源坐标和声音；

F)读取三维图像显示和交互装置当前观察点的坐标，由储存的等效声源坐标和声音以滞后时间T’合成出观察点处的声音并播放。

3.根据权利要求2所述的一种三维实景配现场音的方法，其特征在于，

所述由声音信号计算出全部等效声源坐标的方法包括以下步骤：

CA1)统计全部声音采集器所采集声音信号的频率组成，对每个频率组成进行步骤CA2-CA3；

CA2)找出全部包含该频率组成的声音信号；

CA3)根据包含该频率组成的声音信号在该频率分量的相位值进行相位差计算，通过相位差和该频率值计算出时间差，通过时间差和声音传播速度计算出距离差，通过声音采集点坐标和距离差计算出对应频率声音的等效声源位置坐标。

4.根据权利要求2所述的一种三维实景配现场音的方法，其特征在于，

所述由声音信号计算出全部等效声源坐标的方法包括以下步骤：

CB1)统计全部声音采集器所采集声音信号的频率组成，对每个频率组成进行步骤CB2-CB3；

CB2)找出全部包含该频率组成的声音信号；

CB3)根据包含该频率组成的声音信号在该频率分量的强度值进行强度差计算，由声音采集点坐标和强度差计算出对应频率声音的等效声源位置坐标。

5.根据权利要求2所述的一种三维实景配现场音的方法，其特征在于，

所述由声音信号计算出全部等效声源坐标的方法包括以下步骤：

CC1)统计全部声音采集器所采集声音信号的频率组成，对每个频率组成进行步骤CC2-CC4；

CC2)找出全部包含该频率组成的声音信号；

CC3)对小于1380Hz的频率组成，根据包含该频率组成的声音信号在该频率分量的相位值进行相位差计算，通过相位差和该频率值计算出时间差，通过时间差和声音传播速度计算出距离差，通过声音采集点坐标和距离差计算出对应频率声音的等效声源位置坐标；

CC4)对大于或等于1380Hz的频率组成，根据包含该频率组成的声音信号在该频率分量的强度值进行强度差计算，由声音采集点坐标和强度差计算出对应频率声音的等效声源位置坐标。

6.根据权利要求2或3或4或5所述的一种三维实景配现场音的方法，其特征在于，

所述由声音信号计算出全部等效声源声音的方法包括以下步骤：

DA1)遍历每个等效声源，进行步骤DA2-DA4；

DA2)根据等效声源的频率，找到全部包含该频率组成的声音信号；

DA3)将每个声音信号在该等效声源频率下的分量，依据该等效声源与声音信号对应声音采集器的距离，计算出等效声源的声音；

DA4)将由多个声音信号计算出的等效声源声音的强度值和相位值进行算术平均后，作为最终的等效声源声音。

7.根据权利要求2或3或4或5所述的一种三维实景配现场音的方法，其特征在于，

所述由储存的等效声源坐标和声音合成出观察点处声音的方法包括以下步骤：

FA1)读取全部等效声源的位置坐标和声音；

FA2)计算每个等效声源与观察点的距离，由距离计算每个等效声源声音到达观察点的相位延迟，由距离计算每个等效声源声音到达观察点的强度系数函数，并计算观察点声音强度；

FA3)将等效声源声音经过相位调整和强度调整后进行叠加，作为观察点的现场声音输出。

8.根据权利要求6所述的一种三维实景配现场音的方法，其特征在于，

所述由储存的等效声源坐标和声音合成出观察点处声音的方法包括以下步骤：

FA1)读取全部等效声源的位置坐标和声音；

FA2)计算每个等效声源与观察点的距离，由距离计算每个等效声源声音到达观察点的相位延迟，由距离计算每个等效声源声音到达观察点的强度系数函数，并计算观察点声音强度；

FA3)将等效声源声音经过相位调整和强度调整后进行叠加，作为观察点的现场声音输出。

9.根据权利要求7所述的一种三维实景配现场音的方法，其特征在于，

所述强度系数函数G(d)为与距离有关的分段函数，当距离d大于最大距离dmax时强度系数G(d)值为0，当距离小于最小距离dmin时强度系数G(d)值为1，当距离处于dmax和dmin之间时，强度系数

其中k为频率修正系数，当频率低于1000Hz时，k的值为1，当频率高于1000Hz时，k的值为频率与1000的商；dmax的计算式为dmax＝max(15-2logf，4)，其中f为等效声源的频率；dmin的值为3，距离单位均为米。

10.根据权利要求8所述的一种三维实景配现场音的方法，其特征在于，

所述强度系数函数G(d)为与距离有关的分段函数，当距离d大于最大距离dmax时强度系数G(d)值为0，当距离小于最小距离dmin时强度系数G(d)值为1，当距离处于dmax和dmin之间时，强度系数

其中k为频率修正系数，当频率低于1000Hz时，k的值为1，当频率高于1000Hz时，k的值为频率与1000的商；dmax的计算式为dmax＝max(15-2logf，4)，其中f为等效声源的频率；dmin的值为3，距离单位均为米。

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