CN1227636C - 具有同步音频输出的动画方法和设备 - Google Patents

Abstract

公布一种使某个包括语言的声音样本与某个微粒透镜板影象的运动逼真同步的方法，并公布一个获得这种同步的设备。该设备包括一个由拼接到一起的许多不同独立图象构成的、印制在某个片基上的微粒透镜板影象，该片基可以相对于一个微粒透镜板屏幕运动从而使那个微粒透镜板影象看起来像是动画。该声音样本被理想地存储在某个声音芯片的存储器内，该同步过程用一个处理器来实现。根据本发明，用一个只由某个角色或人物张开闭合他们嘴巴的场景中的一些单独图象构成的、形成一个很短动画场景的微粒透镜板影象，再用电子电路为该声音样本中语言的每一个发音音节重复地使该场景形成动画，就能以某种逼真的、本质上简单的方法获得了这一同步。

Description

具有同步音频输出的动画方法和设备

技术领域

本发明涉及一种新颖的具有同步音频输出的动画设备。读者将会明白，当前已有的设备，包括一个后方有某个影像的透镜屏幕，在被使用者转动或者使用者相对该设备运动时，能显示许多不同图像来给出该影像的动画效果，本发明特别涉及对该已知设备的某种改进。

背景技术

尽管下面的描述专门针对透镜与格栅屏幕以及它们与音频发声装置的组合，但从下面的描述应当意识到，本发明可以应用于能够显示某个图像序列、在操作足够快时能依靠该设备的特别物理定向或者依靠该设备元件的特别相对位移而给观众一个动画场景印象的任何影像显示设备，

透镜影像显示设备包括一个其上印有一个影像的(也许是半透明的)胶片，该影像是将代表某个动画场景的许多不同图像拼接到一起生成的，还包括一个在沿其宽度或高度方向平行排列许多单独透镜的半透明透镜屏幕。该复合设备通常被转过一个预定的角度，以使下方胶片上与拼接到一起构成该胶片的每一个不同图像相对应的各个影像部分可以借助于有选择地指向并扩大每一个影像部分的透镜屏幕分别观看。根据在该胶片上生成拼接影像所采用过程的不同，通常可以有2到10个图像被拼接到一起，所以根据该复合设备的特别定向可以相继观看2至10个图像。因此在只有2个图像可以通过该透镜屏幕观看的情况下就只能得到相对有限的动画，这第一和第二个图像通常是某个人物或其他东西处于某种第一和第二个位置，譬如一只眼睛处于某种睁开和闭合的状态。

下文使用动画这个术语是要包含借助于一个透镜屏幕观看某个拼接图像的一位观众感觉到的任何明显变化，包括上述只用两个图像生成该拼接影像的“二进制”类型操作。很明显，如果将许多图像拼接到一起，就可以得到一个更流畅的动画。

GB2304252描述一个生成某个复合透镜(lenticular)屏幕设备的方法，其中许多图像可以在一个记录影片上被拼接到一起，该拼接影像通过某种合适的透镜屏幕观看时就形成一个流畅的动画图像序列。该方法包括这样一个步骤，即相对于一台能连贯地显示要被拼接到一起的图像的某种电子显示设备形式的图像放映机(譬如一台电视机或计算机监视器)移动一个其中有许多切口的遮盖物或屏幕。在该记录影片上产生的效果是，该序列中每一个图像的许多带状图形被精确地彼此相邻地排列在该影片上。然后，覆盖一个依该过程中使用的带切口屏幕而定的合适的透镜屏幕，就得到一个复合影像显示设备，当该设备在光线中倾斜转过某个预定的角度时，可以在该设备上观看到(能够利用该过程拼接到一起的更大数量的图像产生的)流畅的动画。

这个英国专利也提到将一个音频输出合并到该复合设备，该音频输出能在该设备运动的适当阶段被同步激活。譬如，该设备可以包括一个声音芯片，它被设计得能够在该设备达到某个特别倾斜角度时被激活并发出与要观看的动画场景有关的某个声音。它的优点是，该设备被设计得能显示一个代表该音频输出装置激活起点的开始图像，以便既获得需要的运动序列又获得合适的同步音频输出。

在动画场景中只有一个或两个图像提示可能会产生喧闹声的动画观看类型中，这种操作类型才是令人满意的。在上面给出的例子中，该影像序列中可以有一个锤头向一面锣运动的许多单独的图像，但只在能够看到这面锣实际被敲击的最后图像时，才有发出声音的需要。举例来说，这里描述的设备不能用来逼真表示与该动画场景同步的语言。

欧洲申请号EP982701描述一个与GB2304252类似的设备，并特别涉及这样一个物品，它具有一个在其上构成的透镜屏幕和一个与其有关的、能产生某个声音信息的发声机构，其中该声音信息与该物品的运动协调一致。这里提到这样一个概念，即与该被播放的特定声音样本配合重复地来回运动该透镜屏幕，以便提供一个看起来如同活动的电视或录像影像、并带有适当伴音的设备，这个伴音可以是语言、音乐、评论、注解或其他与该被观看动画场景有关的声音。

这个欧洲申请也提到另一种显示能拼接成该拼接影像的单独图像的手段，其中该拼接图像影片的运动方向与某个后方放置该影片的透镜屏幕上的单个平行透镜垂直。为了观看所有被拼接到一起的各单独图像，该拼接影像影片必须接近该透镜屏幕，但要能相对它自由运动。当该影像影片运动的总距离等于该屏幕中一个透镜的宽度时，在该影像影片中被拼接到一起的所有图像会被连续显示，这一宽度可以在1mm的范围之内。

特别是，EP982701描述将该透镜影像运动速率与某个声音芯片产生的声音同步的过程，方法是以某种合适的采样速率对一个录像或影片序列的帧进行采样并将各种图像拼接成一个单个透镜影像，如G32304252一般描述的那样。另外，也采用某个合适的速率从该透镜影像中各个图像的第一帧到最后一帧对这个录像或影片序列的声轨进行采样，从而得到从该影片或录像序列中第一个到最后一个捕获的帧之间播放的实际声轨的一个可信的数字表示形式。结果，人们就可以计算该设备合适的运动，以便在该透镜影像中拼接到一起的单独图像在对一个观看者显示时表面上和该音频回放同步。在这一文件中也说明，这些合适的数据可以嵌入到引起该设备运动的电动机的电子电路。

EP982701所述设备的根本缺点，这在一定程度上也是GB2304252的缺点，就是它们具有不必要的复杂性。譬如，EP982701所述的发声电路包括能有效地驱动一台步进电机并使该步进电机的运动与某个声音芯片及扬声器的激活协调一致的驱动电子电路。或者，该设备包括一个具有许多不同触点的水银倾斜开关，使得该设备倾斜角度逐步加大时(从而可以观看拼接成该拼接影像的不同图像)，通过该扬声器放出一组不同的声音，譬如不同的语言或音乐片断。需要相当多的时间才能有效地将这些声音和与它们有关的特定图像或影像序列校准和/或同步。

这一欧洲申请也描述使用传感装置来确定该设备的某个观看者的位置，以便根据该观看者相对于该设备的特定位置来发出合适的声音。这一实施例来源于这样的理解，即如果该设备相对于某个静止观察者转动，或者如果该观察者相对于该静止设备运动，都可以单独观看该拼接影像中的各个图像。

遗憾的是，上述几个专利文件没有致力于用如下方法解决该根本困难，即将带有某个相关声轨的实际可观看的录像或影片选段(譬如在一盒录像带中录制的、供电视播放的)转变成具有一个可移动透镜屏幕和一个相关声音芯片的某个实质上很简单的设备。正如上面所提到的那样，因为只要比较少的实际图像就可以拼接成该单个透镜图像，而且这个数量肯定与该选段中的帧数相差甚远，所以通常能够以一个非常低的速率对该录像选段采样。今后，尽管可以采用一个低速率有效地将该选段浓缩为仅仅少量考虑周到的、可以在一个透镜影像中拼接到一起的图像，但对声轨却不可能这样做，因为对声轨必须以一个相当高的速率采样才能使该采样信号可信地代表原来的声音。

所以尽管该复现的声音信号可能立即被认可是原来的声轨，而且它可以在该透镜影像移动完成它的完整动画所需的相同时间内被重播，但产生的效果不能可信地再现原来的影片或录像选段。特别是，尽管在该透镜影像运动时，观看者看到该透镜影像中单独图像的时间与在该录像或影片片断中个别帧出现的时间相同，而且在该时刻播放的声音实际上与原声轨上的声音一样(因而该声音信号和该运动信号被有效地同步)，但产生的效果是不连续的，特别是当该录像或影片片断是一个人物或角色讲话、而该声轨就是他们的语言的情况。

发明内容

本发明的一个目的就是要用某个简单的手段提供一个能克服上述缺点的设备，不仅使声音和某个影像显示设备中的一个动画场景同步，而且要提供一个设备，使声音，特别是语言，与该动画场景以一个逼真的、有审美吸引力的、如果愿意甚至是富于幽默感的方式同步。

根据本发明，提供了一种通过透镜影像设备产生具有同步音频输出的动画的方法，该设备具有一个透镜屏，其下方设置一个经拼接的影像，其运动由一个驱动机构和关联的发声装置引起，该驱动机构和发声装置均由电子电路控制，该拼接影像的运动允许连贯地观看一组能共同构成一个动画场景的多个不连续的图像，该方法包括如下步骤，将代表一个预定时间长度内声音样本的声音信号传送到能复现该声音样本的发声装置，从该声音信号实时地、或者在该声音信号被传送到该发声装置之前获得一个驱动信号，将该驱动信号发送到该驱动机构以引起该拼接影像的运动，其中，在该单个声音样本被该发声装置复现期间，在所述驱动信号作用下，在该拼接影像运动期间可以观看的动画场景以不同时间周期被多次重复，从而看起来就像是该动画场景的时间长度与该声音样本的一样，而且该动画场景与该声音样本同步，并且其中该动画场景的每次重复的时间长度依赖于在每个特定的重复期间产生的驱动信号所确定的运动频率，并且在声音样本回放期间，连续的重复之间的每次所述重复的长度是变化的。

该声音信号最好是预先编程的。

该透镜影像最好由一组拼接到一起的单独图像构成，其中每一个图像是一个人物或角色的面孔，一张嘴巴正处于张开的不同阶段。理想情况下该声音样本实际上由语言构成。

最希望的情况是，在该动画场景中可以观看的起始图像是嘴巴闭合的一个角色或人物的面孔，该动画场景显示那个角色或人物张开嘴巴，然后再闭合他们的嘴巴。

在一个实施例中，该驱动信号是在向该发声装置传送该声音信号之前获得的，特别是在该声音信号实际上包括语言的情况下，该驱动信号应当能对该发声装置复现的语言中每一个音节重复显示该动画场景。

最希望的情况是，由该驱动信号决定的该动画场景每次重复的时间长度在每一次重复时是变化的，这取决于该声音样本所包含的语言中每个音节的长度。

为引起该透镜影像的逐渐运动，而不是阶跃运动，该驱动信号在每个峰段的开始和结束处最好都具有斜坡形状，这将会给人一个印象，即在该动画场景中看到的角色或人物的嘴巴在逐渐地张开和闭合。这样的斜坡处理可以体现在该驱动信号之中，也可以让该驱动信号改为方波形式，但该透镜影像或者它的某个元件的移动可以适当受到抑制以防止该透镜影像或者它的某个元件产生二进制类型的运动，这种二进制运动可能产生某种急跳式的、不自然的动画场景。

最好的情况是，该驱动信号中的峰段按照构成该声音样本的语言中某个特别音节的时间长度而被保持一个合适的时间。

在另一个实施例中，该驱动信号是采用一个处理器通过电子方法实时确定的，该声音信号除了被传送到该发声装置外还被发送到该处理器，该处理器分析该声音信号找出表征语言中音节发音的特征峰段，并在该特征峰段超过一个预定标准时生成该驱动信号。

根据本发明，提供一台影像显示设备，包括：透镜屏，其下设置一个经拼接的图像，用于借助该拼接影像的一个或多个要素的位移来连续显示一组单独的图像，以提供一个动画场景；发声装置，将一个声音信号转变为一个与观看者在看到该动画场景时所期望听到的声音类型符合的、具有预定时间长度的声音；一个受驱动信号作用的驱动机构，用于移动所述拼接影像；其中，该驱动信号可手动或电子地从该声音信号实时地、或者在将该声音信号传送到该发声装置之前获得，该驱动信号实际上在该声音信号被传送到该发声装置的同时被传送到所述驱动机构，其中，在该单个声音样本被该发声装置复现期间，在所述驱动信号作用下，可以观看的该动画场景以各种不同的时间周期被多次重复，从而看起来就像该动画场景的时间长度和该声音样本的一样，而且该动画场景与该声音样本同步，并且其中该动画场景的每次重复的时间长度依赖于在每个特定的重复期间产生的驱动信号所确定的运动频率，并且在声音样本回放期间，连续的重复之间的每次所述重复的长度是变化的。

在一个实施例中，该驱动信号和声音信号被复合成一个要被传送到该发声装置去的单个信号，它使扬声器线圈的运动复现该声音样本，该驱动机构包括该发声机构的运动部件与该透镜影像或它的一个元件之间的某种机械连接。

在另一个实施例中，一个复合的声音和驱动信号被存储在某个声音芯片的存储器中，它通过一个将该驱动信号与该声音信号分离的电路，然后被各自分别传送到驱动机构和发声机构。

该驱动机构最好是任何一种根据该机构中流过的电流或两端之间的电位差的幅值和/或方向或者符号能产生相应的机械位移的机构。这种实例包括一台步进电机、一个变换器、一个机械驱动的凸轮装置，其中该透镜影像或它的某个元件依靠在该凸轮上，该凸轮则被机械上连接到该透镜影像以引起它的位移的一台电动机、一个运动磁体、或者一个运动线圈驱动。

该机构能达到的最大运动幅度最好小于2mm，最首选的是小于1mm，理想值则是0.1至0.4mm之间。很明显，这些数值取决于借以观看该透镜影像的透镜的宽度。

在另一个实施例中，通过运动来显示该动画场景的透镜影像或者它的元件被安装在导线之间，或者用这些导线悬挂，而该导线则根据它们的温度或者通过它们的电流或电压具有伸长或缩短的倾向。这样，该驱动信号能够通过这种“肌肉式”电线来引起该透镜影像或者它的某个元件的移动。也可以考虑其他设计方案。

另一个方法是，该驱动机构可以包括一个压电元件。

在另一个实施例中，该设备包括处理器装置，在接受到保证该声音信号和该驱动信号被同时分别传送到发声装置和驱动机构的某个启动信号时，该处理器装置既控制某个声音芯片的运行又控制该驱动机构的运行。

在该处理器实时获得该驱动信号的情况下，最好借助于一个在该处理器中编程的、或者由与之关联的存储器提供的算法。

该程序算法最好能对该声音信号实现某种形式的峰段检测或者阈值限制来获得该驱动信号，以使该声音信号的某个特征值(譬如它的幅度、音调或频率)最大时，该驱动信号也最大。

该驱动器装置的位移，从而该驱动信号的幅度，最好是该声音信号的强度或幅值的某种函数。

在对该信号施加阈值限制之前，最好采用滤波器装置先从该声音信号中去除高频假象。

在本发明的一个特别受偏爱的实施例中，该设备有一个带有关联存储器的声音芯片，其中储存了一组代表不同声音样本的不同声音信号，该处理器既与该声音芯片通信，又与一个或多个将传感器信号传送到该处理器的传感器通信，该处理器随后又使得一个或其他储存的声音信号被传送到该发声装置。

最希望的情况是，对每个储存的声音信号都有一个相关的派生驱动信号储存在与该处理器关联的存储器之中。

另一个方法是，该处理器可以实时获得与每一个储存的声音信号对应的驱动信号。

在一个希望的实施例中有一组传感器，该处理器根据被激发的传感器来确定回放一个完整的声音样本。这个实施例特别适用于，譬如说，儿童赛车游戏中的一个赛车跑道，其中该跑道安装了一组传感器，当一辆赛车跑过每一个传感器时，都会回放一个与某个合适的动画影像(譬如一个解说员面孔的动画影像)同步的不同信息。

在另一个实施例中安装了一个传感器，要进行动画处理的、特别的透镜影像可以更换，一个特别声音样本的回放则取决于该处理器接受到的、代表该被显示的独特影像的传感器信号。这样，许多不同的影像可以很容易地、很简单地具有与它们有关的独特声音样本。为了增加播放用途，可以有一个对该声音芯片重新编程(特别是重新排列存储顺序)的设备，以便在接受到某个独特的传感器信号时，回放一个不同的储存声音样本。因为一个用户可能要产生这样的不寻常效果，即尽管该影像的动画仍然与该回放的声音样本同步出现(因为与储存在处理器关联存储器中的声音信号对应的任何驱动信号也会被适当重排)，但该声音样本并不是根据该显示影像所期待的那一个，所以这可能会增加该设备的播放用途。

变更被显示影像最好在该设备的内部进行控制，或者通过遥控。譬如，其上具有许多单独影像的一个卷轴可以在一个透镜屏幕后面被展开或卷起，以使该影像会因为正对该影像的透镜屏幕的运动而成为动画。

另一个方法是，用户可以在一个形状合适的接受器中放置许多不同的影像卡，该传感器装置检测这许多影像中哪一张已被插入，并促成播放与该影像有关的声音样本。

这两种情况下，单独影像的卷轴或者单独影像卡在贴近其某个边缘的地方都可以有能够被传感器检测的指示装置，一个合适的信号会被传递到该处理器来表明现在正在显示哪一个特别的影像，因此在动画过程中应当回放哪一个声音样本。

在本发明的一个改进的方面，希望该处理器与一个安装在可以下载一个或多个声音样本的移动通信装置中的存储器通信。

另外还希望，除非在一个传感器信号和一个识别某个特别声音信号的信号之间得得了成功的比较结果，否则该处理器不会发送代表某个特别声音样本的一个特别声音信号。这就可防止回放不适合于当时插入到该设备的透镜图像的声音样本。

该处理器在回放前最好从含有该特别声音样本的移动通信装置接受该识别信号。

在这个特别的实施例中，该设备可以作为移动电话的一个可选附件出售。譬如，移动电话的最新发展允许其用户连接到互联网并下载某个希望的声音样本以代替传统的移动电话铃声使用。作为这一概念的一个发展，本发明的设备可以被当作一个电话附件，并提供一个接头让该设备中的处理器访问该电话内部的本地存储器。在对事先经过改装、并带有一个合适的透镜影像动画设备的移动电话进行一次呼叫时，该透镜影像可以被同时动画处理并与该回放的声音样本同步以代替传统的铃声。

这一装置允许某个用户用一个流行歌星或其他名人的独特透镜影像将一部电话个性化，他们的歌曲或熟悉的声音片断可以被下载到该电话机，以便在接受一个呼叫时作为铃声回放，或者只是在被某个用户启动时回放。由符合本发明的处理器实现的比较将会保证只有属于该特别名人的流行歌曲或声音片断的声音样本才能被回放。

最希望的情况是，该影像显示设备包括一个透镜屏幕，它具有一组沿该屏幕的宽度或高度彼此平行排列的透镜，其下方安放某个由一组单独图像拼接到一起而构成的拼接影像。读者将会理解，可以采用任何能比其他装置更好地遮掩一个拼接影像的某些部分、或者明显突出一个拼接影像的某些部分，从而使它看起来像某个单一影像的具有方向选择性的装置，这种具有方向选择性的装置包括透镜屏幕、格栅和衍射光栅。

该透镜屏幕的透镜间距最好是每英寸20至250个透镜。

该拼接影像最好被印制在一个半透明或不透明的片基上。

尽管需要指出，该驱动装置可以只有效地使整个透镜屏幕和片基产生转动位移，因为这使某个观看者得到一个与直线位移完全一样的动画影像序列，但最希望的情况是，该驱动机构使该片基相对于该透镜屏幕在垂直于该透镜屏幕中透镜的方向上产生直线位移。

在该影像显示设备显示某角色张开和闭合嘴巴的一个动画场景的情况下，透镜屏幕和拼接影像之间的相对位移也可以是一个角位移而不是直线位移。

在某些情况下，希望对该驱动装置进行校准，以使得能够产生的最大相对位移等于或小于单个透镜的宽度，但是，如果该影像相对于该透镜屏幕的移动距离大于单个透镜的宽度，该动画场景只不过是重复而已，所以可以据此对该驱动装置进行校准。

因此根据该发明，该观看者既不移动，也不需要摇动或者倾斜整个拼接影像和透镜屏幕，该观看者是静止的，而该印刷影像则由电子或机械装置带动相对于某个固定的透镜屏幕移动。按不同的时间长短反复造成该透镜影像移动来显示该动画场景，同时复现某个声音样本，就能够逼真地、便宜地组合重播同步的声音和同步的动作。结果得到一个低成本的、与音频输出同步显示动画的观测仪器，而不需要更贵重的、额外需要相当多电力来驱动的电子显示屏。

特别是，本发明设备成本低这一主要优点是因为采用的处理方法非常便宜，它将一些考虑周到的、只代表一个影片或录像选段中很短部分的图像(譬如一个角色仅仅张开和闭合他的嘴巴的选段部分)拼接到一起，并与比较便宜的集成电路、控制软件、编程专门技术相结合，作为可选部件也许还包括为了完成一台工作设备所需的处理器。

本发明的另一个令人惊异的特点是，声音和动画同步的真实性实际上依赖于人类感觉的某个特性。保证对该声音样本中语言内的每一个音节重复并维持该动画场景会加强同步的真实性，然而实际上，一个人的嘴巴在读出某些单词时并不闭合。譬如单词“actually”(译注：实际上)包括4个音节，但一个人说这个单词时只在读完该单词后才闭合他的嘴巴，而单词内的音节是用声门发音。根据本发明，该动画场景可以按照不同时间长度重复3次或4次，以便使观看者得到一个印象，即那个角色在说出该单词的每一个音节。

应当指出，单词的某些音节可以不需要独立的动画场景，但是一般来说，绝大多数音节都需要。

通过应用人们认识到，该设备可以用来构成难以置信的一大批产品，譬如贺卡、移动电话、吃角子老虎机滚筒、玩具、以及任何一件具有一个新颖特点会对其十分有用的商品。

附图说明

现在参考如下例图并借助实例给出本发明的一个特殊的实施，其中的例图包括：

图1显示一幅和本发明的设备一道使用的一个可能电路的示意图；

图2显示一幅构成一张贺卡或类似卡片的本发明的一个实施例所需的各部件的分解透视图；

图3a、3b和3c是从后面、该卡闭合时从前面以及该卡打开时从前面观察时该组合卡的透视图；

图4a和4b表示本发明在吃角子老虎机滚筒中的一种应用；

图5表示一幅用来实现本发明该实施例的更详细的电路图，其中一个扬声器部件被用作该驱动机构，该驱动信号是在将该声音信号传送到该发声装置之前获得的；

图6显示图5电路用于实现本发明的另一个方面的一个改进设计，其中该驱动信号由该处理器实时获得；

图7是显示某个卷轴上印制的许多单独图像的设备内部的一幅平面布置示意图；

图8A和8B分别表示构成图1设备的各种部件的示意图；

图9是图1设备的一幅示意前方正视图；

图10是本发明中具有许多传感器的另一个方面的一幅示意透视图；

图11是本发明中又一个实施例的一幅示意透视图。

具体实施方式

首先参看图1，它显示本发明一个实施例所用的一个典型电路2。该电路包括一个通常为3至6V的电源4，一个可由某个观看者操作的开关6，一组连接到处理器14的PTM开关8、10和12，该处理器首先驱动一个与传统扬声器18相连的声音芯片16，其次还连接到具有一个差分输出22、反过来又能驱动声音线圈24的一个运算放大器20，该声音线圈也可以集成到扬声器18之中。该处理器向运算放大器20和声音芯片16提供的信号彼此对应，或彼此依赖，或者甚至彼此相等。另一种方法是，可以从驱动该声音芯片的信号获得驱动该运算放大器的信号，而且可以通过该处理器实时获得这一信号。

一个在26的位置上总体标记的机械枢轴装置26被连接到声音线圈24，它包括几个分别在36、38、40处彼此刚性连接的连接杆28、30、32和34。这整个装置可以绕连接点38或其他合适的点转动，以便在42的位置上标示的连接杆28的水平前后移动被转换成在44的位置上标示的连接杆34的某种转动，而连接杆28的水平移动则是由它与在接受到一个具有足够幅度的适当信号时以类似方式移动的声音线圈的连接引起的。

一块上面印有一个符合已知习惯的拼接影像的片基46紧挨连接杆34的最上边缘放置并由它支承，在该影像前方放置一个覆盖该影像片基46的透镜屏幕48，所以一个观看者只能通过该屏幕观看该影像，因而只看见拼接到一起构成该拼接影像的许多图像中的一个。

连接杆34的转角运动使片基46相对于固定在一个很小距离处的屏幕48产生垂直运动，这个距离通常小于或等于该屏幕上单个透镜的宽度。这样，就能完整显示该动画图像序列而不会重复任何单独的图像。

尽管本发明可以如同EP982701所述采用转动透镜图像的方法来实现，但该透镜影像片基和与其相邻的透镜屏幕之间的平移也能实现本发明的实际应用和效果。在这个实施例中，该设备整体比较薄，而且不需要任何附加厚度就可以运行。

根据本发明，该透镜屏幕与该片基平行而且与之相隔一个相当于其焦距的距离。(这个距离实际上非常小，该片基可能实际上已与该透镜屏幕的后表面相邻。)换句话说，如果与该屏幕分离，就可以避免该屏幕和该片基之间的物理磨损，并且如果希望观看一个不同的拼接影像的话，也能更容易拆卸和更换片基。

作为参考而并非惟一的方式，可以将该透镜屏幕的非透镜一侧朝向观看者，从而允许屏幕和片基之间有一个间隔距离，这是因为该屏幕的焦距通常是由该隆起的透镜到该片基表面的距离确定的。如此翻转该透镜屏幕会增加该设备的美学效果，因为该屏幕的隆起对观看者不再明显，也避免了任何透镜间的污垢积存，从而改善了视觉效果和清洁程度。换一种方法，如果隆起的表面朝向观看者，那么该屏幕可以做得比它的焦距更薄，所以仍可在透镜和印刷物之间得到能避免与该印刷物摩擦的间隔。

该影像序列中的图像画面最好互相搭接排列，以免该设备运行期间在影像动画中出现任何不连续，特别是在一个特定序列中第一个和最后一个图像实际上一样的情形，譬如一个角色或人物闭嘴的图像。

为了获得最大的动画容量，可以选择该透镜屏幕使它相对于该拼接影像中细节而言能具有最大的间距宽度。该屏幕的突起部角度已达到最大以保证该影像序列的起点能对应于该声轨的开始。对没有精密细节的序列，可以在该片基上印制不止一个图像序列，并用一个较粗的屏幕观看。

该片基可以双面印制，各面有一个不同的拼接影像，所以只要翻转该片基就能显示不同的动画场景。

理想情况是，该印制的拼接影像在与该透镜屏幕垂直的方向上被操作，从而避免该观看者左右眼之间出现双影。

声音回放的开始是由观看者在开关6上的实际手指压力启动的，或者也可以将该开关换成一个接近传感器或噪声传感器，或者该设备可以用人声或具有一个特别音调、频率和幅度的声音来启动，该设备也可以在存储器中储存有一组根据该独特启动声音来播放的不同声音。

该设备可以安装到儿童的人物玩具、青年人的音乐CD封面、橱窗展示、贺卡以及用作零售货架广告签(shelf talker)。因为该动画的性质可能通常是嘴巴一开一合的某个角色、木偶、人或动物的面孔，所以不止一个声音片断要被回放，而且本发明的实质就是要做到，只要该动画在该动画场景的正确位置上开始，那么这一回放就要能自动与该动画同步，这一点在控制该设备的电子电路中很容易实现。

使用一个可记录的芯片，用户可以记录它们自己的声音效果而丝毫不会降低该设备的性能，事实上可以将一个麦克风接到该设备并可以对该处理器编程来记录这一声音。在这个实施例中，需要该处理器获得一个向该驱动机构传送的驱动信号。

移动该印刷片基的方法最好是通过一个执行器而不是现有技术中所说的电动机，因为这可以迅速改变图像位置以便最好地模拟该视觉动画效果。借助某些机械限制，该透镜屏幕也可以与该片基反向移动。

现在参看图2，它显示本发明的另一个实施例，其中该设备被具体应用在一个贺卡50中。该卡有一个折页52，可折叠连接到带有一个观察孔56的一个折页54。在折页54的后面有合适的胶粘线，该设备紧挨观察孔56之后，并被粘到该折页的后面。该设备包括一个透镜屏幕58、一块其上印有某个拼接影像的片基60、一个在框架内部标记为64的位置处滑动安装某个执行器63的安装框架62、一对粘到执行器63的上部和下部的粘接环66和68、环66和68中包含的一个驱动压电元件68和一个声音压电元件72、一块其上安装有关电子部件和一块薄电池76的电路板74。该执行器有一个唇形突起63A，该影像提供的一个槽60A容纳63A，所以该执行器的任何垂直直线运动都会被传递到该影像。屏幕58固定安装到框架62，所以执行器63的运动就引起屏幕58和影像60之间的相对运动。

图3A是在80的位置上从后面显示该组合卡，图3B是前折页82呈关合状态时从前方显示，图3C是前折页82呈打开状态时从前方显示

另一个应用是用该设备构成一台吃角子老虎机特别符号后面的滚筒，譬如图4A和4B所示的一个获胜符号或累积奖金符号。在这些图中，显示了一台吃角子老虎机滚筒100，它具有一组不同的印在上面或涂画到上面的符号102和104。特别的获胜符号106是透镜屏幕后方的拼接图像，它被有效地连接到符合本发明的驱动装置，所以当该符号出现在获胜线上时，该吃角子老虎机发出的声音就被传送到该设备使这些符号变成动画。譬如在图4B中，滚筒100在印有拼接图像的特别的片基110后面装有电子电路，该图像又被放置在透镜屏幕112的后面。特别是，一个压电扬声器114引起该片基的运动，结果当某个观察者通过该透镜屏幕观看时，就形成该拼接图像的动画。

现在参看图5，它显示一个示意电路图200，其中有一个主处理器模块U3、一块声音芯片U2和一个驱动器模块U1。还显示了使该电路工作所必须的附加模块J1、J2、J4。模块U2包括一个标记为ISD2560的声音处理器，它被连接到一个标记为LOUDSPEAKER1的扬声器线圈。这个扬声器以可听见的声音放送该声音样本。

在工作时，若用户按下该设备上与U3中标记为SW3～SW7的开关线之一连接的一个启动按钮，处理器模块U3就与声音芯片U2通信。U2驱动能发出可听声音的LOUDSPEAKER1。声音芯片ISD2560借以复现该声音样本的声音信号在该声音芯片内预先编程。

U3监测自该声音回放开始以来流逝的时间，并将一个预先编程的脉宽调制波形(信号PWM0)送到驱动器模块U1。熟悉该项技术的人员立即就会明白，U1被组态成一个低通滤波器和差动驱动器来为该透镜影像(或透镜)精确定位。这是通过精确控制该透镜定位线圈(LOUDSPEAKER2)中的直流电流来实现的。因为该线圈中的电流是变化的，所以该透镜影像会按U3控制的速率改变位置，从而改变该动画场景的速度和时间长短以便给出该影像中人物嘴唇运动与扬声器LOUDSPEAKER1中发出的声音同步的幻觉。

根据本发明的又一个方面，图6显示图5电路图的一个改进的设计，其中通过LOUDSPEAKER1的信号，即在本发明意义下的声音信号，被馈送通过一个包括电阻RA和RB、二极管D2和D3以及一个电容C6的整流装置。产生的整流信号传送到处理器U3上标记为RA0的第二个插针，处理器U3然后对该接收到的信号进行某种域限分析。当该处理器认定该接收到的信号所代表的声音水平高于某个预定的域限时，U3就强制该透镜影像运动一个循环。在该循环结束时，U3再次检查该声音水平，并在该声音足够响时继续运动该影像。当该声音水平下降，从而该接收到的整流信号下降时，U3在一个完整的运动循环之后才停止该影像的运动以便保证该影像有一致的静止位置。

现在参考图7，它示意性地表示一个滚动背面照明的TV装置2X，它适用于显示某个卷轴4X上所印的许多单独透镜图像，卷轴4X可以从一对滚筒6X和8X上放松或者被卷紧到6X和8X，在任何时刻显示的特别的单独透镜图像可以通过一个基本上是正方形的、外部镀膜的屏幕10X观看，该屏幕后方是一个透镜透镜组12X，它的边缘被保持在固定器18X和20X中槽14X和16X内。

如同图中所见，在外部镀膜屏幕10X的区域，该卷轴被保持在一种实际上平坦的状态并正对漫射屏22X，理想情况下该漫射屏表面上有一层薄膜，卷轴4X与它接触以保证尽可能高的影像清晰度。在漫射屏22X后面是氪气灯泡24X和26X，它们照亮紧挨透镜透镜12X后方的卷轴4X上直接印制的影像。该灯泡由电池28X供电。

在理想情况下，漫射屏22X有一个放在灯泡后面的背后部分30X，它有一个反射涂层来加强对印在卷轴4X上影像的照明。

现在参看图8A，从这个示意图上可以看到，一个声音线圈或者其他合适的发声装置32X在34X处被机械或电子连接到其后放置印刷卷轴4X的透镜屏幕12X。根据本发明，卷轴4X印有若干单独的透镜影像，其中的一幅显示在图8B的36X处，另外还有一个特别的指示标记38X也印在该卷轴上接近其边缘的位置上，以便一个传感器40X能够检测该指示标记38X来向设备34X的一个处理装置提供一个传感器信号，然后该处理装置进行协调，决定与该过程关联的存储器中储存的各种声音样本中哪一个将在收到请求信号时被播放。处理器34X还额外地控制该透镜屏幕10X在预定限制范围内的垂直运动，以使该处理器在收到请求信号时既回放与当前显示的个别图像有关联的声音样本，同时还以适当的装置在垂直方向上机械移动透镜屏幕10X来造成影像36X的同步动画显示。需要指出，用来垂直移动该透镜屏幕的装置不是本发明的一个实质性部件，所以这里不予描述。

还需要指出，装置2X可以具有在接到一个预定的遥控信号时启动一个电动机(未画)的遥控信号检测装置，该电动机驱动滚筒6X和8X，它们可以借助一套涡轮蜗杆装置有效地连接而不产生差动旋转，卷轴4X可以从一个滚筒放松，并以相同的速度卷到另一个滚筒上，对一个儿童使用者而言，整体印象类似于一台可以用遥控器控制的传统电视。

图9显示该设备的前方正视图，特别显示一台机械连接到一个连接杆52X的电动机50X，连接杆的两端具有控制滚筒6X和8X转动的涡轮蜗杆54X和56X。尽管电动机50X可以有效地用遥控装置操作，但这些不是基本必须的，一个简单的开关机构就能使该电动机在两个方向上运行以引起该透镜透镜后方卷轴的运动，每次运行都移动一个不连续的、预定的数量。

图10显示本发明的第二个方面，在总体标记为70X的儿童赛车跑道沿线的不同位置上安置了一组传感器60X、62X、64X、66X和68X。上述传感器60X至68X被连接到一个符合本发明的设备72X，该设备内部具有处理器装置和包括一个透镜影像74X在内的各种其他部件，透镜影像74X可以和储存在与该处理器装置关联的存储器中的许多声音样本之一同步生成动画。在使用中，沿跑道70X运动并位于传感器60X至68X之上的车辆(未画)会引起传感器信号向设备72X的发送，这相应地引起与在发送该信号的特定传感器处发生的事件有关的某个特定声音样本的回放。譬如，传感器60X在该赛车跑道上起点/终点线76X附近，与这一传感器关联的特定声音样本可以涉及一次赛车结束、一次胜利或者观看比赛的某位评论员可能预见性地讲出的其他适当声音。

最后参看图11，它显示本发明的又一个实施例，其中，实际按下被一个弹簧压紧的某个外壳之内该设备的所有部件，就能启动该动画场景和回放该同步声音样本。在该图中，示意性地画出了某个玩具的一个小背包，它包括一个塑料的背包前盖面14Y和后盖面15Y，两者之间是本发明的设备。后盖面15Y上还有一个电池盖板17Y。

特别是，一个透镜透镜组19Y的后方是一个其上印有某个拼接透镜影像的透镜片基27Y，两者都放置在一组减速齿轮23Y、24Y和25Y之上。一对压缩弹簧26Y用来支承放置在一个透镜固定装置20Y内部的组件，该组件前方是一个窗口面板18Y。一个按钮22Y穿过并露出背包前盖面14Y上一个合适的开孔，它可以用来将整个组件压向背包后盖面15Y并压到一个接触定位器16Y。倘若该组件被下压到足够的程度，该接触定位器就通过扬声器21Y触发声音的回放，一个由符合本发明的电子电路32Y驱动的驱动机构30Y就引起透镜片基27Y或者透镜19Y与该声音回放同步的运动。

除了片基或透镜的这个轻微的垂直或侧向运动外，整个组件也依靠该减速齿轮恢复并往回朝向背包前盖面14Y运动。这种效果对少年儿童特别具有吸引力，而且构成图中所示商品的各种部件可以做得相当结实以承受它可能会遭受的非正常使用损伤。

熟悉技术的读者立即就会理解，这个发明潜在地具有极为广泛的不同应用，因为本发明提供了极为简单的低成本手段来制作看起来具有同步声音的短动画电视序列而不需要任何传统的听觉-视觉装置。熟悉技术的读者也会理解，对本发明可以进行修改和变更，但仍然在本申请的范围之内。

Claims (34)

1、一种通过透镜影像设备产生具有同步音频输出的动画的方法，该设备具有一个透镜屏，其下方设置一个经拼接的影像，其运动由一个驱动机构和关联的发声装置引起，该驱动机构和发声装置均由电子电路控制，该拼接影像的运动允许连贯地观看一组能共同构成一个动画场景的多个不连续的图像，该方法包括如下步骤，将代表一个预定时间长度内声音样本的声音信号传送到能复现该声音样本的发声装置，从该声音信号实时地、或者在该声音信号被传送到该发声装置之前获得一个驱动信号，将该驱动信号发送到该驱动机构以引起该拼接影像的运动，

其中，在该单个声音样本被该发声装置复现期间，在所述驱动信号作用下，在该拼接影像运动期间可以观看的动画场景以不向时间周期被多次重复，从而看起来就像是该动画场景的时间长度与该声音样本的一样，而且该动画场景与该声音样本同步，并且其中该动画场景的每次重复的时间长度依赖于在每个特定的重复期间产生的驱动信号所确定的运动频率，并且在声音样本回放期间，连续的重复之间的每次所述重复的长度是变化的。

2、如权利要求1的方法，其特征为该声音信号在该电子电路中预先编程。

3、如权利要求2的方法，其特征为，该拼接影像包括一组拼接到一起的单独图像，该图像中的每一个是一个人物或角色的面孔，其嘴巴正处于张开的不同阶段，该声音样本主要包括语言。

4、如权利要求3的方法，其特征为，在该动画场景中可以观看的起始图像是一个角色或人物嘴巴闭合时的面孔，该动画场景显示该角色或人物随后张开、然后再闭合他们的嘴巴。

5、如权利要求4的方法，其特征为，该驱动信号在该声音信号被传送到该发声装置之前获得。

6、如权利要求5的方法，其特征为，获得的该驱动信号使得该动画场景对该发声装置复现的语言中每一个音节重复显示。

7、如权利要求6的方法，其特征为，由该驱动信号确定的该动画场景每次重复的时间长度在每次重复时变化，这依据该声音样本包含的语言中每个音节的长度而定。

8、如权利要求7的方法，其特征为，借助于一个在每个峰段的开始和结束处都具有斜坡形状的驱动信号，该拼接影像在该动画场景的开始和结束处逐渐地发生运动。

9、如权利要求1的方法，其特征为，通过适当地抑制该驱动机构使该拼接影像在该动画场景的开始和结束处逐渐产生运动，一个步进形式的驱动信号被传送到该驱动机构以引起该拼接影像的逐渐运动。

10、如权利要求8的方法，其特征为，该驱动信号的峰段被保持一个适当的时间，这取决于构成该声音样本的语言中某个特别音节的时间长度。

11、如权利要求4的方法，其特征为，采用一个处理器并通过电子电路实时确定该驱动信号，该声音信号除了被传送到该发声装置外也被传送到该处理器，该处理器分析该声音信号获得表征语言中音节发音的特征峰段。

12、如权利要求1的方法，其特征为，在对该声音信号进行算法处理之前采用滤波器装置从该声音信号中除去高频假象。

13、一台影像显示设备，包括：

透镜屏，其下设置一个经拼接的图像，用于借助该拼接影像的一个或多个要素的位移来连续显示一组单独的图像，以提供一个动画场景，

发声装置，将一个声音信号转变为一个与观看者在看到该动画场景时所期望听到的声音类型符合的、具有预定时间长度的声音；

一个受驱动信号作用的驱动机构，用于移动所述拼接影像；

其中，该驱动信号可手动或电子地从该声音信号实时地、或者在将该声音信号传送到该发声装置之前获得，该驱动信号实际上在该声音信号被传送到该发声装置的同时被传送到所述驱动机构，

其中，在该单个声音样本被该发声装置复现期间，在所述驱动信号作用下，可以观看的该动画场景以各种不同的时间周期被多次重复，从而看起来就像该动画场景的时间长度和该声音样本的一样，而且该动画场景与该声音样本同步，

并且其中该动画场景的每次重复的时间长度依赖于在每个特定的重复期间产生的驱动信号所确定的运动频率，并且在声音样本回放期间，连续的重复之间的每次所述重复的长度是变化的。

14、如权利要求13的设备，其特征为，该驱动信号和声音信号被复合成一个传送到该发声装置去的单个信号，它借助于一个扬声器线圈的运动促成该声音信号的复现，该驱动机构包括该发声机构的运动部件与该拼接影像之间的一个机械连接。

15、如权利要求13的设备，其特征为，某个复合的声音和驱动信号被储存在某个声音芯片的存储器内并被传送到一个电路，该电路将该驱动信号与该声音信号分离，以便随后将各个信号分别传送到驱动机构和发声机构。

16、如权利要求14的设备，其特征为，该驱动机构是任何能根据流过该机构的电流或该机构两端的电位差的幅值和/或方向或符号来产生相应的机械位移的机构。

17、如权利要求14的设备，其特征为，该驱动机构包括一台步进电动机。

18、如权利要求14的设备，其特征为，该驱动机构包括一个机械驱动的凸轮装置，其中该拼接影像就依靠在该凸轮上，该凸轮被旋转驱动以便来回地移动该拼接影像或它的一个元件。

19、如权利要求15的设备，其特征为，该驱动机构是任何能根据流过该机构的电流或该机构两端的电位差的幅值和/或方向或符号来产生相应的机械位移的机构。

20、如权利要求15的设备，其特征为，该驱动机构包括一台步进电动机。

21、如权利要求15的设备，其特征为，该驱动机构包括一个机械驱动的凸轮装置，其中该拼接影像就依靠在该凸轮上，该凸轮被旋转驱动以便来回地移动该拼接影像或它的一个元件。

22、如权利要求13的设备，其特征为，该设备包括处理器装置，该处理器装置在接收到某个保证一个声音信号和该驱动信号被同时分别传送到该发声装置和该驱动机构的启动信号时，既控制该声音芯片的运行、又控制该驱动机构的运行。

23、如权利要求22的设备，其特征为，该处理器与一个或多个带有相关存储器的声音芯片通信，该存储器中储存一组代表不同声音样本的不同声音信号，而且该处理器既与该声音芯片通信又与一个或多个将某个传感器信号发送到该处理器的传感器通信，该处理器随后又根据所收到的传感器信号使一个或其他储存的声音信号传送到该发声装置。

24、如权利要求23的设备，其特征为，对每一个储存的声音信号都有一个相关的派生驱动信号储存在与该处理器关联的存储器中。

25、如权利要求23的设备，其特征为，该设备中的拼接影像是可更换的，一个或多个传感器将一个传感器信号传送到该处理器以指明该设备内任意时刻正在显示的特别拼接影像。

26、如权利要求25的设备，其特征为，该处理器可以重新编程，或者一个或多个声音芯片可以重新编程，或者两者都可以重新编程。

27、如权利要求25的设备，其特征为，该设备内包含一组影像，该设备还包括更换在任何一个时间显示的一个拼接影像的装置。

28、如权利要求27的设备，其特征为，该设备具有一种能使使用者远程更换被显示的拼接影像的遥控特性。

29、如权利要求25的设备，其特征为，该使用者可以在一个形状合适的接收器中放置不同的影像卡，该传感器装置检测这一组影像中哪一个已被插入，并促成与那个影像关联的相关声音样本的回放。

30、如权利要求25的设备，其特征为，在任何时刻被该设备显示的每一个单独的影像附近都有指示器装置，该指示器装置可以被能将相应传感器信号传送到该处理器的传感器检测。

31、如权利要求22的设备，其特征为，该处理器与安装在一台可以下载一个或多个声音样本的移动通信装置的存储器通信。

32、如权利要求31的设备，其特征为，除非在一个传感器信号和一个识别某个特别声音信号的信号之间获得了成功的比较结果，否则该处理器会制止传送代表一个特别声音样本的某个特别声音信号。

33、如权利要求32的设备，其特征为，该处理器在声音回放之前从包含该特别声音样本的移动通信装置中接收该识别信号。

34、如权利要求13至33中任何一项的设备，其特征为，该驱动机构使一个印有拼接影像的片基相对于该片基前方的一个透镜屏幕作直线移动。

Images