CN115002607B - 音源位置确定方法、设备及存储介质 - Google Patents

音源位置确定方法、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了音源位置确定方法、设备及存储介质，该方法应用于头戴设备，头戴设备包括至少四个麦克风，包括根据预置声源设备的设备坐标确定麦克风在空间坐标系中的麦克风坐标；确定麦克风接收待定位音源发出的音频信号的接收时间点的时间差；根据麦克风坐标以及时间差，确定待定位音源在空间坐标系中的音源坐标。本发明通过头戴设备能够准确的计算出发出声音的音源位置，使得用户在佩戴头戴设备的情况下就可以明确的知道发出声音的音源在现实空间环境中的具体位置。

Description

音源位置确定方法、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种音源位置确定方法、设备及存储介质。
背景技术
虚拟现实(Virtual Reality)技术，简称VR技术，是利用电脑或其他智能计算设备模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让人如同身历其境一般。目前市场上基于VR技术诞生了不同的头戴设备(例如VR设备)，用户使用头戴设备可以体验虚拟现实场景。目前的头戴设备在呈现拟现实场景时，无法将现实环境中音源位置在虚拟现实场景进行准确呈现，降低了用户在虚拟现实场景中体验真实世界的声音感受。
发明内容
本发明实施例通过提供一种音源位置确定方法、设备及存储介质，旨在解决目前的头戴设备无法将现实环境中音源位置在虚拟现实场景进行准确呈现，降低了用户在虚拟现实场景中体验真实世界的声音感受的技术问题。
本发明实施例提供了一种音源位置确定方法，应用于头戴设备，所述头戴设备包括至少四个麦克风，所述音源位置确定方法包括：
根据预置声源设备的设备坐标确定所述麦克风在空间坐标系中的麦克风坐标，所述空间坐标系在所述头戴设备所在的空间中建立；
确定所述麦克风接收待定位音源发出的音频信号的接收时间点的时间差；
根据所述麦克风坐标以及所述时间差，确定所述待定位音源在所述空间坐标系中的音源坐标。
在一实施例中，所述预置声源设备包括设置于所述头戴设备上的至少四个扬声器，所述根据预置声源设备的设备坐标确定所述麦克风在空间坐标系中的麦克风坐标的步骤包括：
确定各个所述扬声器的设备坐标；
控制各个所述扬声器发出第一标定音频信号；
确定各个所述麦克风接收所述第一标定音频信号的第一标定接收时间点的第一标定时间差；
根据所述第一标定时间差和所述设备坐标，确定所述麦克风坐标。
在一实施例中，所述确定各个所述扬声器的设备坐标的步骤包括：
基于各个所述麦克风构建空间坐标系，并获取所述空间坐标系中各个所述麦克风的初始麦克风坐标；
控制各个所述扬声器发出第二标定音频信号，并确定所述麦克风接收所述第二标定音频信号的第二标定接收时间点的第二标定时间差；
根据所述第二标定时间差和所述初始麦克风坐标，确定各个所述扬声器的设备坐标。
在一实施例中，所述控制各个所述扬声器发出第一标定音频信号的步骤包括：
基于所述头戴设备的中心构建运动坐标系；
控制位于所述运动坐标系的坐标轴上的扬声器以及位于坐标轴平面以外的扬声器，发出所述第一标定音频信号。
在一实施例中，所述根据所述麦克风坐标以及所述时间差，确定所述待定位音源在所述空间坐标系中的音源坐标的步骤包括：
设定所述音频信号到达各个所述麦克风中之一的最小飞行时间；
根据声音传输速度、所述最小飞行时间、所述麦克风坐标以及所述时间差，构建方程组；
根据所述方程组的求解结果，确定所述待定位音源在所述空间坐标系中的音源坐标。
在一实施例中，所述根据所述麦克风坐标以及所述时间差，确定所述待定位音源在所述空间坐标系中的音源坐标的步骤之后，还包括：
根据所述音源坐标和所述麦克风坐标，确定所述待定位音源相对于所述头戴设备的相对位置坐标；
根据所述相对位置坐标确定所述音频信号对应的播放参数，并基于所述播放参数播放所述音频信号；和/或，
根据所述相对位置坐标在所述头戴设备显示的现实环境画面中，标记所述待定位音源所在的位置。
在一实施例中，所述预置声源设备包括设置于所述头戴设备上的至少一个扬声器，所述根据预置声源设备的设备坐标确定所述麦克风在空间坐标系中的麦克风坐标的步骤，还包括：
基于各个所述麦克风构建空间坐标系，并获取所述空间坐标系中各个所述麦克风的初始麦克风坐标；
控制所述扬声器发出第三标定音频信号，并确定所述麦克风接收所述第三标定音频信号的第三标定接收时间点的第三标定时间差；
根据所述第三标定时间差和所述初始麦克风坐标，确定各个所述扬声器的设备坐标，并控制所述扬声器发出第四标定音频信号；
确定各个所述麦克风接收所述第四标定音频信号的第四标定接收时间点的第四标定时间差，并根据所述第四标定时间差和所述设备坐标，确定所述麦克风坐标。
在一实施例中，所述预置声源设备包括至少一个已知设备坐标的扬声器，所述根据预置声源设备的设备坐标确定所述麦克风在空间坐标系中的麦克风坐标的步骤，还包括：
获取所述扬声器的设备坐标；
控制各个所述扬声器发出标定音频信号；
确定各个所述麦克风接收所述标定音频信号的标定接收时间点的标定时间差；
根据所述标定时间差和所述设备坐标，确定所述麦克风坐标。
此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种头戴设备，所述头戴设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的音源位置确定程序，所述音源位置确定程序被所述处理器执行时实现上述的音源位置确定方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种存储介质，其上存储有音源位置确定程序，所述音源位置确定程序被处理器执行时实现上述的音源位置确定方法的步骤。
本发明实施例中提供的一种音源位置确定方法、设备及存储介质的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明的音源位置确定方法应用于头戴设备，头戴设备包括至少四个麦克风，音源位置确定方法通过采用根据预置声源设备的设备坐标确定麦克风在空间坐标系中的麦克风坐标，确定麦克风接收待定位音源发出的音频信号的接收时间点的时间差，根据麦克风坐标以及时间差，确定待定位音源在空间坐标系中的音源坐标的技术方案，解决了目前的头戴设备无法将现实环境中音源位置在虚拟现实场景进行准确呈现，降低了用户在虚拟现实场景中体验真实世界的声音感受的技术问题。本发明通过头戴设备能够准确的计算出发出声音的音源位置，使得用户在佩戴头戴设备的情况下就可以明确的知道发出声音的音源在现实空间环境中的具体位置。
附图说明
图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的结构示意图；
图2为本发明音源位置确定方法的一实施例的流程示意图；
图3为本发明头戴设备与空间坐标系的位置关系示意图；
图4为本发明待定位音源与头戴设备的示意图；
图5为本发明麦克风、扬声器以及空间坐标系的位置关系示意图；
图6为本发明音源位置确定方法步骤S230之后的流程示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的结构示意图。
需要说明的是，图1即可为头戴设备的硬件运行环境的结构示意图。
如图1所示，该头戴设备可以包括：处理器1001，例如CPU，存储器1005，用户接口1003，网络接口1004，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的头戴设备结构并不构成对头戴设备限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及音源位置确定程序。其中，操作系统是管理和控制头戴设备硬件和软件资源的程序，音源位置确定程序以及其它软件或程序的运行。
在图1所示的头戴设备中，用户接口1003主要用于连接终端，与终端进行数据通信；网络接口1004主要用于后台服务器，与后台服务器进行数据通信；处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的音源位置确定程序。
在本实施例中，头戴设备包括：存储器1005、处理器1001及存储在所述存储器1005上并可在所述处理器上运行的音源位置确定程序，其中：
处理器1001调用存储器1005中存储的音源位置确定程序时，执行以下操作：
根据预置声源设备的设备坐标确定麦克风在空间坐标系中的麦克风坐标，所述空间坐标系在所述头戴设备所在的空间中建立；
确定所述麦克风接收待定位音源发出的音频信号的接收时间点的时间差；
根据所述麦克风坐标以及所述时间差，确定所述待定位音源在所述空间坐标系中的音源坐标。
处理器1001调用存储器1005中存储的音源位置确定程序时，还执行以下操作：
确定各个所述扬声器的设备坐标；
控制各个所述扬声器发出第一标定音频信号；
确定各个所述麦克风接收所述第一标定音频信号的第一标定接收时间点的第一标定时间差；
根据所述第一标定时间差和所述设备坐标，确定所述麦克风坐标。
处理器1001调用存储器1005中存储的音源位置确定程序时，还执行以下操作：
基于各个所述麦克风构建空间坐标系，并获取所述空间坐标系中各个所述麦克风的初始麦克风坐标；
控制各个所述扬声器发出第二标定音频信号，并确定所述麦克风接收所述第二标定音频信号的第二标定接收时间点的第二标定时间差；
根据所述第二标定时间差和所述初始麦克风坐标，确定各个所述扬声器的设备坐标。
处理器1001调用存储器1005中存储的音源位置确定程序时，还执行以下操作：
基于所述头戴设备的中心构建运动坐标系；
控制位于所述运动坐标系的坐标轴上的扬声器以及位于坐标轴平面以外的扬声器，发出所述第一标定音频信号。
处理器1001调用存储器1005中存储的音源位置确定程序时，还执行以下操作：
设定所述音频信号到达各个所述麦克风中之一的最小飞行时间；
根据声音传输速度、所述最小飞行时间、所述麦克风坐标以及所述时间差，构建方程组；
根据所述方程组的求解结果，确定所述待定位音源在所述空间坐标系中的音源坐标。
处理器1001调用存储器1005中存储的音源位置确定程序时，还执行以下操作：
根据所述音源坐标和所述麦克风坐标，确定所述待定位音源相对于所述头戴设备的相对位置坐标；
根据所述相对位置坐标确定所述音频信号对应的播放参数，并基于所述播放参数播放所述音频信号；和/或，
根据所述相对位置坐标在所述头戴设备显示的现实环境画面中，标记所述待定位音源所在的位置。
处理器1001调用存储器1005中存储的音源位置确定程序时，还执行以下操作：
基于各个所述麦克风构建空间坐标系，并获取所述空间坐标系中各个所述麦克风的初始麦克风坐标；
控制所述扬声器发出第三标定音频信号，并确定所述麦克风接收所述第三标定音频信号的第三标定接收时间点的第三标定时间差；
根据所述第三标定时间差和所述初始麦克风坐标，确定各个所述扬声器的设备坐标，并控制所述扬声器发出第四标定音频信号；
确定各个所述麦克风接收所述第四标定音频信号的第四标定接收时间点的第四标定时间差，并根据所述第四标定时间差和所述设备坐标，确定所述麦克风坐标。
处理器1001调用存储器1005中存储的音源位置确定程序时，还执行以下操作：
获取所述扬声器的设备坐标；
控制各个所述扬声器发出标定音频信号；
确定各个所述麦克风接收所述标定音频信号的标定接收时间点的标定时间差；
根据所述标定时间差和所述设备坐标，确定所述麦克风坐标。
本发明实施例提供了音源位置确定方法的实施例，需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
如图2所示，在本发明的一实施例中，本发明的音源位置确定方法，应用于头戴设备，头戴设备包括至少四个麦克风，各个麦克风分布设置在头戴设备上，通过各个麦克风可以定位出现实环境中发出音频信号的音源的位置，其中，本实施例以四个麦克风为例进行说明。所述音源位置确定方法包括以下步骤：
步骤S210：根据预置声源设备的设备坐标确定所述麦克风在空间坐标系中的麦克风坐标。
预置声源设备是可以通过控制发出不同频率的声音信号的设备，本实施例称预置声源设备发出的声音信号为标定音频信号。预置声源设备可以设置在头戴设备上，也可以不设置在头戴设备上。预置声源设备的设备坐标是大坐标系中的坐标，在预置声源设备不设置在头戴设备上时，设备坐标是已知的；在预置声源设备设置在头戴设备上时，设备坐标是未知的。当设备坐标是已知的时，可以直接获取到；当设备坐标是未知的时，可以通过麦克风在空间坐标系中的初始麦克风坐标计算得到。可以理解的是，空间坐标系是在头戴设备所在的空间中建立，空间坐标系也可以称为头戴设备所在空间中的大地坐标系，通过空间坐标系将头戴设备的位置进行标定。如图3所示，图3中D表示头戴设备，假定头戴设备上任意一点S，其在空间坐标系下的初始位置坐标S是(XS，YS，ZS)。在空间坐标系的原点位置设置至少4路MIC，用来接收来自头戴设备上发出的声音，这样，头戴设备上的点S在空间中的绝对位置就可以通过至少4路MIC的坐标计算出来。其中，至少4路MIC专门用来检测头戴设备的空间位置和姿态。
由于用户在佩戴头戴设备之后，头戴设备的空间位置和姿态随着用户头部的运动而发生变化，在预置声源设备的设备坐标确定之后，可以根据预置声源设备的设备坐标计算出麦克风在空间坐标系中的麦克风坐标。
步骤S220：确定所述麦克风接收待定位音源发出的音频信号的接收时间点的时间差。
音频信号由现实环境中的待定位音源发出，待定位音源为可以发出声音的事物，例如人、动物、可以播放声音的设备等等，音频信号可以是人的声音信号、音乐音频信号、汽车的鸣笛声音信号、水流的声音信号等等。
在用户佩戴头戴设备，并开启头戴设备之后，头戴设备保持各个麦克风开启，各个麦克风实时检测现实环境中音频信号。当各个麦克风接收到同一音频信号后，可以根据各个麦克风接收到的音频信号的接收时间点，计算出各个麦克风接收到的音频信号的接收时间点之间的时间差，通过该时间差可以表示同一音频信号从待定位音源达到各个麦克风的飞行时间的时间差。例如，麦克风1接收到的音频信号的接收时间点是8时10分11秒，麦克风1接收到的音频信号的接收时间点是8时10分12秒，麦克风1接收到的音频信号的接收时间点与麦克风2接收到的音频信号的接收时间点之间的时间差是1s，那么音频信号从待定位音源达到麦克风1以及麦克风2的飞行时间的时间差是1s。
步骤S230：根据所述麦克风坐标以及所述时间差，确定所述待定位音源在所述空间坐标系中的音源坐标。
得到麦克风坐标以及接收时间点之间的时间差之后，即麦克风坐标和接收时间点之间的时间差是已知的，待定位音源在空间坐标系中的音源坐标是未知的，基于空间坐标系中任意两点之间的距离计算原理，可以计算出音源坐标。
具体的，步骤S230包括：
设定所述音频信号到达各个所述麦克风中之一的最小飞行时间；
根据声音传输速度、所述最小飞行时间、所述麦克风坐标以及所述时间差，构建方程组；
根据所述方程组的求解结果，确定所述待定位音源在所述空间坐标系中的音源坐标。
如图4所示，MIC1-MIC4表示设置在头戴设备上的四个麦克风，在麦克风的数量为4时，各个麦克风与待定位音源之间的距离分别是：MIC1P、MIC2P、MIC3P和MIC4P。MIC1-MIC4的麦克风坐标为已知的，分别为：MIC1(x1,y1,z1)、MIC2(x2,y2,z2)、MIC3(x3,y3,z3)、MIC4(x4,y4,z4)，P表示未知点，即待定位音源，待定位音源的音源坐标是未知的，表示为P(x0,y0,z0)。由于x0、y0和z0是三个变量，音频信号从待定位音源达到各个麦克风的飞行时间也是未知的，即飞行时间、x0、y0、z0为变量，需要进行求解。具体的，由于接收时间点之间的时间差是可以计算得到的，即已知值，则可以假设音频信号达到MIC1-MIC4中任意一个的飞行时间是最小飞行时间，例如，音频信号达到MIC1的飞行时间是最小飞行时间，则可以根据声音传输速度、最小飞行时间、MIC1-MIC4的麦克风坐标以及各个时间差，构建方程组，方程组具体如下：
MIC1P2＝(V空气*Tmin)2＝(x1-x0)2+(y1-y0)2+(z1-z0)2；
MIC2P2＝(V空气*(Tmin+Δt2))2＝(x2-x0)2+(y2-y0)2+(z2-y0)2；
MIC3P2＝(V空气*(Tmin+Δt3))2＝(x3-x0)2+(y3-y0)2+(z3-z0)2；
MIC4P2＝(V空气*(Tmin+Δt4))2＝(x4-x0)2+(y4-y0)2+(z4-z0)2。
其中，由于音频信号在空气中的传输速度与声音在空气中的传输速度是相同的，则V空气表示声音传输速度，Tmin表示最小飞行时间，Δt2表示MIC2接收到的音频信号的接收时间点与MIC1接收到的音频信号的接收时间点之间的时间差，Δt3表示MIC3接收到的音频信号的接收时间点与MIC1接收到的音频信号的接收时间点之间的时间差，Δt4表示MIC4接收到的音频信号的接收时间点与MIC1接收到的音频信号的接收时间点之间的时间差。
构建方程组后，通过求解方程组得到Tmin、x0、y0和z0，即得到待定位音源的音源坐标P，假设x0＝1、y0＝2和z0＝3，P＝(1,2,3)。
本实施例根据上述技术方案，通过头戴设备准确的计算出发出声音的音源位置，使得用户在佩戴头戴设备的情况下就可以明确的知道发出声音的音源在现实空间环境中的具体位置。
可选的，所述预置声源设备包括设置于所述头戴设备上的至少四个扬声器，即头戴设备上设置了至少四个扬声器，本实施例以四个扬声器为例进行说明，四个扬声器分别是S1、S2、S3和S4。步骤S210包括以下步骤：
确定各个所述扬声器的设备坐标；
控制各个所述扬声器发出第一标定音频信号；
确定各个所述麦克风接收所述第一标定音频信号的第一标定接收时间点的第一标定时间差；
根据所述第一标定时间差和所述设备坐标，确定所述麦克风坐标。
具体的，各个扬声器的设备坐标需要事先进行标定出来，即可以得到已知的各个扬声器的设备坐标。得到各个扬声器的设备坐标之后，通过各个扬声器发出声音，以确定麦克风在空间坐标系中的麦克风坐标。应理解的是，控制各个扬声器发出不同频率的声音信号，该声音信号表示为第一标定音频信号，各个麦克风接收到各个扬声器发出不同频率的声音信号之后，可以得到确定各个麦克风接收第一标定音频信号的第一标定接收时间点，同样可以通过第一标定接收时间点计算出第一标定接收时间点之间的第一标定时间差。其中，控制各个扬声器发出不同频率的声音信号的目的在于通过第一标定音频信号的频率区分对应的第一标定音频信号是由哪个扬声器发出的，且第一标定音频信号的频率是人耳可听范围以外的声音频率，即用户在使用体验头戴设备时，是听不到扬声器发出的声音的，可以避免给用户在使用体验头戴设备时带来噪音，影响使用体验。
得到第一标定接收时间点之间的第一标定时间差以及扬声器的设备坐标，可以基于音源在空间坐标系中的音源坐标的计算原理，计算出各个麦克风在空间坐标系中的麦克风坐标。如图5所示，S1-S4表示4个扬声器，S1-S4的设备坐标是已知的，分别是S1＝(a1,b1,c1)、S2＝(a2,b2,c2)、S3＝(a3,b3,c3)、S4＝(a4,b4,c4)；MIC1-MIC4表示设置在头戴设备上的四个麦克风，MIC1-MIC4的麦克风坐标是未知的，即分别是，M1＝(i1,j1,k1)、M2＝(i2,j2,k2)、M3＝(i3,j3,k3)、M4＝(i4,j4,k4)。根据所述第一标定时间差和所述设备坐标，确定所述麦克风坐标的步骤包括：设定第一标定音频信号到达各个所述麦克风中之一的最小飞行时间；根据声音传输速度、所述最小飞行时间、所述设备坐标以及所述第一标定时间差，构建方程组；根据所述方程组的求解结果，确定所述麦克风坐标。假设第一标定音频信号达到MIC1-MIC4中任意一个的飞行时间是最小飞行时间，例如，第一标定音频信号达到MIC1的飞行时间是最小飞行时间，构建计算MIC1的麦克风坐标的方程组如下：
(V空气*T1min)2＝(a1-i1)2+(b1-j1)2+(c1-c1)2；
(V空气*(T1min+Δt12))2＝(a2-i1)2+(b2-j1)2+(c2-c1)2；
(V空气*(T1min+Δt13))2＝(a3-i1)2+(b3-j1)2+(c3-c1)2；
(V空气*(T1min+Δt14))2＝(a4-i1)2+(b4-j1)2+(c4-c1)2。
其中，V空气表示声音传输速度，T1min表示最小飞行时间，Δt12表示MIC2接收到的第一标定音频信号的接收时间点与MIC1接收到的第一标定音频信号的接收时间点之间的时间差，Δt13表示MIC3接收到的第一标定音频信号的接收时间点与MIC1接收到的第一标定音频信号的接收时间点之间的时间差，Δt14表示MIC4接收到的第一标定音频信号的接收时间点与MIC1接收到的第一标定音频信号的接收时间点之间的时间差。
构建计算MIC1的麦克风坐标的方程组之后，通过求解方程组得到T1min、i1、j1、k1，即得到MIC1的麦克风坐标M1。另外，计算MIC2-MIC4的麦克风坐标的方式与计算MIC1的麦克风坐标的方式是同理的，这里不再赘述。通过上述计算方式既可以计算得到MIC1-MIC4的麦克风坐标。
可选的，确定各个所述扬声器的设备坐标的步骤包括：
基于各个所述麦克风构建空间坐标系，并获取所述空间坐标系中各个所述麦克风的初始麦克风坐标；
控制各个所述扬声器发出第二标定音频信号，并确定所述麦克风接收所述第二标定音频信号的第二标定接收时间点的第二标定时间差；
根据所述第二标定时间差和所述初始麦克风坐标，确定各个所述扬声器的设备坐标。
具体的，以各个麦克风设置位置的中心为原点构建空间坐标系，即各个麦克风的在空间坐标系中的初始麦克风坐标是已知的，即可以获取到空间坐标系中各个麦克风的初始麦克风坐标。控制各个扬声器发出不同频率的声音信号，该声音信号表示为第二标定音频信号，各个麦克风接收到各个扬声器发出不同频率的声音信号之后，可以得到确定各个麦克风接收第二标定音频信号的第二标定接收时间点，同样可以通过第二标定接收时间点计算出第二标定接收时间点之间的第二标定时间差。其中，控制各个扬声器发出不同频率的声音信号的目的在于通过第二标定音频信号的频率区分对应的第二标定音频信号是由哪个扬声器发出的，且第二标定音频信号的频率是人耳可听范围以外的声音频率，即用户在使用体验头戴设备时，是听不到扬声器发出的声音的，可以避免给用户在使用体验头戴设备时带来噪音，影响使用体验。
得到第二标定时间差和初始麦克风坐标之后，可以根据上述计算麦克风的麦克风坐标的方法计算各个扬声器的设备坐标。即根据所述第二标定时间差和所述初始麦克风坐标，确定各个所述扬声器的设备坐标的步骤包括：设定所述第二标定到达各个所述麦克风中之一的最小飞行时间；根据声音传输速度、所述最小飞行时间、所述初始麦克风坐标以及所述第二标定时间差，构建方程组；根据所述方程组的求解结果，确定各个所述扬声器的设备坐标。
假设第二标定音频信号达到MIC1-MIC4中任意一个的飞行时间是最小飞行时间，例如，第二标定音频信号达到MIC1的飞行时间是最小飞行时间，S1-S4的设备坐标是未知的，分别是S′1＝(a′1,b′1,c′1)、S′2＝(a′2,b′2,c′2)、S′3＝(a′3,b′3,c′3)、S′4＝(a′4,b′4,c′4)；MIC1-MIC4表示设置在头戴设备上的四个麦克风，MIC1-MIC4的初始麦克风坐标是已知的，即分别是，M′1＝(i′1,j′1,k′1)、M′2＝(i′2,j′2,k′2)、M′3＝(i′3,j′3,k′3)、M′4＝(i′4,j′4,k′4)。
构建计算S1的设备坐标S′1的方程组如下：
(V空气*T1′min)2＝(i′1-a′1)2+(j′1-b′1)2+(,k′1-c′1)2；
(V空气*(T1′min+Δ′t12))2＝(i′2-a′1)2+(j′2-b′1)2+(,k′2-c′1)2；
(V空气*(T1′min+Δ′t13))2＝(i′3-a′1)2+(j′3-b′1)2+(,k′3-c′1)2；
(V空气*(T1′min+Δ′t14))2＝(i′4-a′1)2+(j′4-b′1)2+(,k′4-c′1)2。
V空气表示声音传输速度，T1′min表示最小飞行时间，Δ′t12表示MIC2接收到的第二标定音频信号的接收时间点与MIC1接收到的第二标定音频信号的接收时间点之间的时间差，Δ′t13表示MIC3接收到的第二标定音频信号的接收时间点与MIC1接收到的第二标定音频信号的接收时间点之间的时间差，Δ′t14表示MIC4接收到的第二标定音频信号的接收时间点与MIC1接收到的第二标定音频信号的接收时间点之间的时间差。
构建计算S1的设备坐标S′1的方程组之后，通过求解方程组得到T1′min、a′1、b′1、c′1，即得到S1的设备坐标S′1。另外，计算S2-S4的设备坐标的方式与计算S1的设备坐标的方式是同理的，这里不再赘述。通过上述计算方式既可以计算得到S1-S4的设备坐标。
可选的，控制各个所述扬声器发出第一标定音频信号的步骤包括：
基于所述头戴设备的中心构建运动坐标系；
控制位于所述运动坐标系的坐标轴上的扬声器以及位于坐标轴平面以外的扬声器，发出所述第一标定音频信号。
得到S1-S4的设备坐标之后，通过已知的S1-S4的设备坐标计算头戴设备上的4个麦克风的麦克风坐标。以头戴设备的中心为原点构建运动坐标系oxyz，使得S1-S4中任意三个扬声器位于运动坐标系oxyz的x轴、y轴、z轴上，剩下的扬声器位于坐标轴平面以外。如图5所示，S1、S2、S3分别位于x轴、y轴、z轴上，S4位于oxy平面以外，S1-S4与原点0的距离已知，则控制S1-S4发出以不同的频率发出第一标定音频信号，进而计算MIC1-MIC4的麦克风坐标。
可选的，所述预置声源设备包括设置于所述头戴设备上的至少一个扬声器，由于扬声器和各个麦克风均是设置在头戴设备上的，则扬声器与麦克风之间的距离，麦克风相对于扬声器的方向等几何位置关系是固定不变的，属于已知数据。步骤S210还包括以下步骤：
基于各个所述麦克风构建空间坐标系，并获取所述空间坐标系中各个所述麦克风的初始麦克风坐标；
控制所述扬声器发出第三标定音频信号，并确定所述麦克风接收所述第三标定音频信号的第三标定接收时间点的第三标定时间差；
根据所述第三标定时间差和所述初始麦克风坐标，确定所述扬声器的设备坐标；
获取所述头戴设备上所述扬声器与各个所述麦克风的几何位置关系，并根据所述设备坐标和所述几何位置关系确定所述麦克风坐标。
具体的，以各个麦克风设置位置的中心为原点构建空间坐标系，即各个麦克风的在空间坐标系中的初始麦克风坐标是已知的，即可以获取到空间坐标系中各个麦克风的初始麦克风坐标。控制扬声器发出声音信号，该声音信号表示为第三标定音频信号，各个麦克风接收到扬声器发出的声音信号之后，可以得到确定各个麦克风接收第三标定音频信号的第三标定接收时间点，同样可以通过第三标定接收时间点计算出第三标定接收时间点之间的第三标定时间差。其中，第三标定音频信号的频率是人耳可听范围以外的声音频率，即用户在使用体验头戴设备时，是听不到扬声器发出的声音的，可以避免给用户在使用体验头戴设备时带来噪音，影响使用体验。
得到第三标定时间差和初始麦克风坐标之后，可以按照上述S′1的计算方法计算扬声器的设备坐标，扬声器的设备坐标与S′1的计算方法是同理的，这里不再赘述。得到扬声器的设备坐标之后，根据获取头戴设备上扬声器与各个麦克风之间的几何位置关系，即几何位置关系包括扬声器与麦克风之间的距离，麦克风相对于扬声器的方向等。然后，通过扬声器的设备坐标和扬声器与各个麦克风之间的几何位置关系计算出各个麦克风坐标的麦克风坐标。
可选的，所述预置声源设备包括至少四个已知设备坐标的扬声器，也就是四个扬声器的位置是始终固定的场景，即四个扬声器的设备坐标是预先标定好的，属于已知数据。步骤S210还包括以下步骤：
获取各个所述扬声器的设备坐标；
控制各个所述扬声器发出标定音频信号；
确定各个所述麦克风接收所述标定音频信号的标定接收时间点的标定时间差；
根据所述标定时间差和所述设备坐标，确定所述麦克风坐标。
具体的，获取各个扬声器的设备坐标，得到已知数据，然后控制各个扬声器分别发出不同频率的标定音频信号，控制各个扬声器分别发出不同频率的标定音频信号可以区分发出的标定音频信号是由哪个扬声器发出的，且各个扬声器发出的标定音频信号人耳是听不到的。然后，获取各个麦克风接收标定音频信号的标定接收时间点，通过各个麦克风接收标定音频信号的标定接收时间点，计算各个麦克风接收标定音频信号的标定接收时间点的标定时间差，进而根据标定时间差和设备坐标计算出麦克风坐标。其中，根据标定时间差和设备坐标计算麦克风坐标的方式与上述计算MIC1(x1,y1,z1)、MIC2(x2,y2,z2)、MIC3(x3,y3,z3)、MIC4(x4,y4,z4)的方式是同理的，也需要构建包含至少四个变量的方程组，通过求解方程组得到麦克风的麦克风坐标，具体方程组的构建和求解这里不再赘述。
可选的，如图6所示，步骤S230之后还包括以下步骤：
步骤S240：根据所述音源坐标和所述麦克风坐标，确定所述待定位音源相对于所述头戴设备的相对位置坐标；
步骤S250：根据所述相对位置坐标确定所述音频信号对应的播放参数，并基于所述播放参数播放所述音频信号；和/或，根据所述相对位置坐标在所述头戴设备显示的现实环境画面中，标记所述待定位音源所在的位置。
建立空间坐标系的目的是为了让头戴设备和待定位音源有一个绝对的参考位置，当头戴设备移动以及待定位音源的位置变化之后，有一个绝对的参考点。计算出待定位音源在空间坐标系中的音源坐标和各个麦克风的麦克风坐标之后，由于各个麦克风的设置在头戴设备上，根据各个麦克风的麦克风坐标可以确定出头戴设备在空间坐标系中的位置。又由于，在现实空间环境中用户与待定位音源是相对的，用户可以听到来自待定位音源的音频信号，为了让用户感受到佩戴头戴设备时听到的音频信号的方位与现实空间环境中的方位是相同的，进而通过音源坐标和麦克风坐标计算出待定位音源相对于头戴设备的相对位置坐标，然后根据相对位置坐标获取音频信号的播放参数，播放参数包括音频信号的方位、频率、响度等。然后基于音随头动技术控制头戴设备按照播放参数播放音频信号，用户在使用头戴设备观看显示的现实环境画面时，听到的声音与用户在现实空间环境中未佩戴头戴设备时听到声音在相同的方位，也就是用户佩戴拟现实设备所听到的声音的方位和在现实世界中没有佩戴头戴设备所听到的声音的方位是相同的。
另外，当头戴设备上的摄像头采集到环境的实时影像之后，影像经过一系列的处理，最后将现实环境画面显示在头戴设备的显示器上，这个过程可以让使用头戴设备的用户看到的现实空间环境的信息和摘掉头戴设备时看到现实空间环境的信息是相同的。头戴设备在为用户呈现现实环境画面时，在头戴设备显示的现实环境画面中标记出待定位音源的位置，将待定位音源呈现出来，用户可以清楚的看到现实环境画面中标记了待定位音源的位置，即具体声音是从哪个位置发出的，且标记的位置显示播放声音的标识。当用户在佩戴使用头戴设备时，无需摘掉头戴设备就可以通过头戴设备感受到声音的实际来源，即通过佩戴头戴设备就可以明确的知道发出声音的音源在现实空间环境中的具体位置，实现了在虚拟世界中体现真实世界的声音感受，大大增强了人机的交互体验。值得注意的是，用户在佩戴头戴设备时，头戴设备可以即播放音源的音频信号，也可以同时在显示的现实环境画面中标记音源的位置；或者，用户在佩戴头戴设备时，头戴设备播放音源的音频信号；或者用户在佩戴头戴设备时，在显示的现实环境画面中标记音源的位置。
进一步的，本发明还提供了一种头戴设备，所述头戴设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的音源位置确定程序，所述音源位置确定程序被所述处理器执行时实现上述的音源位置确定方法的步骤。
进一步的，本发明还提供了一种存储介质，其上存储有音源位置确定程序，所述音源位置确定程序被处理器执行时实现上述的音源位置确定方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种音源位置确定方法，其特征在于，应用于头戴设备，所述头戴设备包括至少四个麦克风，预置声源设备设置在头戴设备上，所述音源位置确定方法包括：
根据预置声源设备的设备坐标，确定所述麦克风在空间坐标系中的麦克风坐标，所述空间坐标系在所述头戴设备所在的空间中建立；
其中，当所述预置声源设备包括设置于所述头戴设备上的至少四个扬声器，且至少四个扬声器是未知的时，基于各个所述麦克风构建空间坐标系，并获取所述空间坐标系中各个所述麦克风的初始麦克风坐标；控制各个所述扬声器发出第二标定音频信号，并确定所述麦克风接收所述第二标定音频信号的第二标定接收时间点的第二标定时间差，每一所述扬声器的第二标定音频信号为不同频率的声音信号；根据所述第二标定时间差和所述初始麦克风坐标，确定各个所述扬声器的设备坐标；
确定所述麦克风接收待定位音源发出的音频信号的接收时间点的时间差；
根据所述麦克风坐标以及所述时间差，确定所述待定位音源在所述空间坐标系中的音源坐标；
根据所述音源坐标和所述麦克风坐标，确定所述待定位音源相对于所述头戴设备的相对位置坐标；
根据所述相对位置坐标确定所述音频信号对应的播放参数，并基于所述播放参数播放所述音频信号，以使用户在使用头戴设备观看显示的现实环境画面时，听到的声音与用户在现实空间环境中未佩戴头戴设备时听到声音在相同的方位。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预置声源设备包括设置于所述头戴设备上的至少四个扬声器，所述根据预置声源设备的设备坐标确定所述麦克风在空间坐标系中的麦克风坐标的步骤包括：
确定各个所述扬声器的设备坐标；
控制各个所述扬声器发出第一标定音频信号；
确定各个所述麦克风接收所述第一标定音频信号的第一标定接收时间点的第一标定时间差；
根据所述第一标定时间差和所述设备坐标，确定所述麦克风坐标。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制各个所述扬声器发出第一标定音频信号的步骤包括：
基于所述头戴设备的中心构建运动坐标系；
控制位于所述运动坐标系的坐标轴上的扬声器以及位于坐标轴平面以外的扬声器，发出所述第一标定音频信号。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述麦克风坐标以及所述时间差，确定所述待定位音源在所述空间坐标系中的音源坐标的步骤包括：
设定所述音频信号到达各个所述麦克风中之一的最小飞行时间；
根据声音传输速度、所述最小飞行时间、所述麦克风坐标以及所述时间差，构建方程组；
根据所述方程组的求解结果，确定所述待定位音源在所述空间坐标系中的音源坐标。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述音源坐标和所述麦克风坐标，确定所述待定位音源相对于所述头戴设备的相对位置坐标的步骤之后，还包括：
根据所述相对位置坐标在所述头戴设备显示的现实环境画面中，标记所述待定位音源所在的位置。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预置声源设备包括设置于所述头戴设备上的至少一个扬声器，所述根据预置声源设备的设备坐标确定所述麦克风在空间坐标系中的麦克风坐标的步骤，还包括：
基于各个所述麦克风构建空间坐标系，并获取所述空间坐标系中各个所述麦克风的初始麦克风坐标；
控制所述扬声器发出第三标定音频信号，并确定所述麦克风接收所述第三标定音频信号的第三标定接收时间点的第三标定时间差；
根据所述第三标定时间差和所述初始麦克风坐标，确定所述扬声器的设备坐标；
获取所述头戴设备上所述扬声器与各个所述麦克风的几何位置关系，并根据所述设备坐标和所述几何位置关系确定所述麦克风坐标。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预置声源设备包括至少四个已知设备坐标的扬声器，所述根据预置声源设备的设备坐标确定所述麦克风在空间坐标系中的麦克风坐标的步骤，还包括：
获取各个所述扬声器的设备坐标；
控制各个所述扬声器发出标定音频信号；
确定各个所述麦克风接收所述标定音频信号的标定接收时间点的标定时间差；
根据所述标定时间差和所述设备坐标，确定所述麦克风坐标。
8.一种头戴设备，其特征在于，所述头戴设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的音源位置确定程序，所述音源位置确定程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的音源位置确定方法的步骤。
9.一种存储介质，其特征在于，其上存储有音源位置确定程序，所述音源位置确定程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的音源位置确定方法的步骤。
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