TW201527782A - 位置辨識裝置、位置辨識系統以及位置辨識方法 - Google Patents

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Abstract

一種位置辨識裝置，適用於輸出音訊信號之音訊輸出裝置，包括：第一音訊接收裝置，利用取樣頻率接收音訊信號，產生複數第一取樣點，其中音訊信號之波形係高頻信號與包絡線之疊加結果，包絡線具有特徵值；第二音訊接收裝置，與第一音訊接收裝置距離既定距離，利用取樣頻率接收音訊信號，產生複數第二取樣點；以及處理器，根據第一取樣點計算第一包絡線，根據第二取樣點計算第二包絡線，其中第一包絡線以及第二包絡線分別具有第一特徵值以及第二特徵值，處理器根據第一特徵值以及第二特徵值之時間差以及振幅差，取得音訊輸出裝置之位置。

Description

位置辨識裝置、位置辨識系統以及位置辨識方法
本發明係有關於一種位置辨識裝置、系統以及方法，特別係有關於一種利用高頻音訊信號辨識位置之裝置、系統以及方法。
隨著電子產品的日新月異以及平板電腦的流行，行動電子裝置也開始出現顯示模組與主機分離之現象，因此也產生分離後的顯示模組以及主機之間辨別對方位置之需求。為了解決此一需求，適應性波束形成(adaptive beaforming)技術是最常用於機器上辨識另一機器位置之技術。通常，我們希望使用人耳聽不到的高頻音訊信號來辨識另一台機器的位置。適應性波束形成(adaptive beaforming)技術係以兩個音訊接收裝置接收一機器所發出之音訊信號，並且利用兩個音訊接收裝置所接收到的音訊信號之相位變化來辨識該機器之位置。
假設該機器發出之聲音的信號頻率為FS、兩個音訊接收裝置的取樣頻率為FR、兩個音訊接收裝置相距的既定距離 D以及聲速為VS，因此此種辨識方式的限制條件為，因此只能使用中低頻率的聲音(即4kHz以下)，與我們期望使用人耳聽不到的高頻音訊信號之期待不符。此外，一般取樣頻率通常大於聲音的信號頻率10倍以上，若是使用高頻音訊信號時，過高的取樣頻率將造成系統的複雜度增加。因此，亟需一個能夠利用高頻音訊信號辨識位置之裝置與方法。
有鑑於此，本發明提出一種位置辨識裝置，適用於一音訊輸出裝置，上述音訊輸出裝置輸出一音訊信號，包括：一第一音訊接收裝置，利用一取樣頻率接收上述音訊信號，產生複數第一取樣點，其中上述音訊信號之波形係一高頻信號與一包絡線之疊加結果，上述包絡線具有一特徵值；一第二音訊接收裝置，與上述第一音訊接收裝置距離一既定距離，利用上述取樣頻率接收上述音訊信號，產生複數第二取樣點；以及一處理器，根據上述第一取樣點計算一第一包絡線，根據上述第二取樣點計算一第二包絡線，其中上述第一包絡線以及上述第二包絡線分別具有一第一特徵值以及一第二特徵值，上述處理器根據上述第一特徵值以及上述第二特徵值之時間差以及振幅差，取得上述音訊輸出裝置之位置。
本發明更提出一種位置辨識系統，包括：一音訊輸出裝置，上述音訊輸出裝置輸出一音訊信號，其中上述音訊信號之波形係一高頻信號與一包絡線之疊加結果，上述包絡線具有一特徵值；一位置辨識裝置，包括：一第一音訊接收裝置， 利用一取樣頻率接收上述音訊信號，產生複數第一取樣點；一第二音訊接收裝置，與上述第一音訊接收裝置距離一既定距離，利用上述取樣頻率接收上述音訊信號，產生複數第二取樣點；以及一處理器，根據上述第一取樣點計算一第一包絡線，根據上述第二取樣點計算一第二包絡線，其中上述第一包絡線以及上述第二包絡線分別具有一第一特徵值以及一第二特徵值，上述處理器根據上述第一特徵值以及上述第二特徵值之時間差以及振幅差，取得上述音訊輸出裝置之位置。
本發明更提出一種位置辨識方法，適用於一音訊輸出裝置，上述音訊輸出裝置輸出一音訊信號，包括：利用一第一音訊接收裝置以及一取樣頻率接收上述音訊信號而產生複數第一取樣點，其中上述音訊信號之波形係一高頻信號與一包絡線之疊加結果，上述包絡線具有一特徵值；利用一第二音訊接收裝置以及上述取樣頻率接收上述音訊信號而產生複數第二取樣點，其中上述第二音訊接收裝置與上述第一音訊接收裝置距離一既定距離；根據上述第一取樣點計算一第一包絡線；根據上述第二取樣點計算一第二包絡線，其中上述第一包絡線以及上述第二包絡線分別具有一第一特徵值以及一第二特徵值；以及根據上述第一特徵值以及上述第二特徵值之時間差以及振幅差，取得上述音訊信號之位置。
100‧‧‧位置辨識系統
110‧‧‧第一裝置
111‧‧‧音訊輸出裝置
120‧‧‧第二裝置
121‧‧‧第一音訊接收裝置
122‧‧‧第二音訊接收裝置
123‧‧‧處理器
R‧‧‧長度
θ‧‧‧角度
D‧‧‧既定距離
SA‧‧‧音訊信號
P‧‧‧特徵點
第1圖係顯示位置辨識系統100之裝置示意圖； 第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之音訊信號S之高頻信號之波形圖；第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之音訊信號S之包絡線之波形圖；第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之第2圖之高頻信號與第3圖之包絡線疊加之具有複數個取樣點波形圖；第5圖係顯示根據本發明之一實施例所述之第一音訊接收裝置121接收到之音訊信號圖；第6圖係顯示根據本發明之一實施例所述之降低雜訊之示意圖；第7圖係顯示根據本發明之一實施例所述之位置辨識方法之流程圖。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特例舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：以下將介紹係根據本發明所述之較佳實施例。必須要說明的是，本發明提供了許多可應用之發明概念，在此所揭露之特定實施例，僅是用於說明達成與運用本發明之特定方式，而不可用以侷限本發明之範圍。
第1圖係顯示位置辨識系統100之裝置示意圖。如第1圖所示，位置辨識系統100包括第一裝置110以及第二裝置120，第一裝置110包括音訊輸出裝置111，用以輸出音訊信號 S，第二裝置120具有第一音訊接收裝置121、第二音訊接收裝置122以及處理器123，其中第一音訊接收裝置121以及第二音訊接收裝置122相距一既定距離D，而音訊輸出裝置111至第一音訊接收裝置121以及第二音訊接收裝置122之中點的距離為長度R，並夾角度θ。第二裝置120之處理器123，根據第一音訊接收裝置121以及第二音訊接收裝置122所接收之音訊信號SA之時間以及振幅的差異，辨識第一裝置110之音訊輸出裝置111之位置。
為了詳細說明本發明之技術特徵，以下將根據本發明之一較佳實施例予以說明。根據本發明之一實施例，第1圖之音訊輸出裝置111輸出音訊信號SA係為一高頻信號與一包絡線之疊加結果。
第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之音訊信號S之高頻信號之波形圖。如第2圖所示，該高頻信號係為一固定頻率FS之正弦波。第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之音訊信號S之包絡線之波形圖。如第3圖所示，包絡線具有一特徵點P，並且定義此包絡線為W[j]。
第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之第2圖之高頻信號與第3圖之包絡線疊加之具有複數個取樣點波形圖。如第4圖所示，第2圖之高頻信號與第3圖之包絡線所疊加之結果為一漸強而後漸弱之信號，第1圖之處理器123利用數學運算，還原第1圖中第一音訊接收裝置121以及第二音訊接收裝置122所接收到的第4圖之特徵點P，第1圖之處理器123更根據第一音訊接收裝置121所接收到的特徵點P以及第二音訊接收 裝置122所接收到的特徵點P之間的時間差以及振幅差，辨識第1圖之音訊輸出裝置111之位置。
以下將針對第一音訊接收裝置121進行說明，第二音訊接收裝置122之動作亦同。第5圖係顯示根據本發明之一實施例所述之第一音訊接收裝置121接收到之音訊信號圖。
處理器123根據第5圖之s L [n]、s L [n+1]以及方程式1，求得包絡線上之，利用s L [n]、s L [n-1]以及方程式2求得包絡線上之。接著，處理器123再以方程式3求得，其中當位於特徵點P之位置時，處理器123會再利用方程式4修正為，並取得每個時間點相對應的最大振幅，並以方程式5找出特徵值的半幅區間KL，如第5圖所示。
當利用方程式1至方程式5找出特徵值可能出現的範圍後，再利用方程式6以及方程式7做兩次的平均，用以消除雜訊的影響。第6圖係顯示根據本發明之一實施例所述之降低雜訊之示意圖。
如第6圖所示，在一個包絡線區間內共有N個取樣點，則在漸強以及漸弱的區間內各具有N/2個取樣點，並且找出之特徵值的半幅區間KL，當利用方程式6進行第一次平均時，以X1點為例即利用X1點之正負P區間的資料來平均，也就是第6圖中X1點前後相距P的區間，依此方式計算至X1 ’點。當利用方程式7進行第二次平均時，則由X2點開始並根據正負Q區間的資料來平均，依此方式計算至X2 ’點。
根據本發明之一實施例，假設求得之KL為50，使用者選擇P以及Q各為20，則代表方程式6之m為KL+P，即為70，而方程式7之u為KL-Q，即為30。
緊接著，再將與包絡線W[j]相比較，並利用方程式8、10、11以求得特徵值對應的時間點，利用方程式9求得接收到的特徵值之振幅大小。
同樣的，利用上述相同的方法計算第二音訊接收裝置122所接收到的特徵值對應的時間點以及接收到的特徵值振幅大小，並利用方程式12以及方程式13比較第一音訊接收 裝置121以及第二音訊接收裝置122之時間以及振幅。
根據本發明之一實施例，使用30組n *以及A *的結果取其平均值而得到和，並利用方程式14求得音訊輸出裝置111至第一音訊接收裝置121之距離，利用方程式15求得音訊輸出裝置111至第二音訊接收裝置122之距離。接著，再利用方程式16以及方程式17求得長度R以及角度θ。
根據本發明之一實施例，以上所述之位置辨識系統，所使用之信號頻率FS為18kHz，兩個音訊接收裝置的取樣頻率FR為48kHz，假設操作溫度為攝氏20度時，聲速為343m/s。 因此，本發明使得，並且取樣頻率為信號頻率的2.66倍，大大地突破先前技術之限制。
第7圖係顯示根據本發明之一實施例所述之位置辨識方法之流程圖。如第7圖所示，首先，利用第1圖之第一音訊接收裝置121以及取樣頻率接收音訊信號而產生複數第一取樣點(步驟S1)，其中音訊信號之波形係高頻信號與包絡線之 疊加結果，包絡線具有一特徵值。利用第1圖之第二音訊接收裝置122以及取樣頻率接收音訊信號而產生複數第二取樣點(步驟S2)，其中第二音訊接收裝置122與第一音訊接收裝置121距離既定距離D；根據第一取樣點計算第一包絡線(步驟S3)；根據第二取樣點計算第二包絡線(步驟S4)，其中第一包絡線以及第二包絡線分別具有第一特徵值以及第二特徵值。根據第一特徵值以及第二特徵值之時間差以及振幅差，取得音訊信號之位置(步驟S5)。
以上敘述許多實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者能夠清楚理解本說明書的形態。所屬技術領域中具有通常知識者能夠理解其可利用本發明揭示內容為基礎以設計或更動其他製程及結構而完成相同於上述實施例的目的及/或達到相同於上述實施例的優點。所屬技術領域中具有通常知識者亦能夠理解不脫離本發明之精神和範圍的等效構造可在不脫離本發明之精神和範圍內作任意之更動、替代與潤飾。
100‧‧‧位置辨識系統
110‧‧‧第一裝置
111‧‧‧音訊輸出裝置
120‧‧‧第二裝置
121‧‧‧第一音訊接收裝置
122‧‧‧第二音訊接收裝置
123‧‧‧處理器
R‧‧‧長度
θ‧‧‧角度
D‧‧‧既定距離
SA‧‧‧音訊信號

Claims (9)

  1. 一種位置辨識裝置，適用於一音訊輸出裝置，上述音訊輸出裝置輸出一音訊信號，包括：一第一音訊接收裝置，利用一取樣頻率接收上述音訊信號，產生複數第一取樣點，其中上述音訊信號之波形係一高頻信號與一包絡線之疊加結果，上述包絡線具有一特徵值；一第二音訊接收裝置，與上述第一音訊接收裝置距離一既定距離，利用上述取樣頻率接收上述音訊信號，產生複數第二取樣點；以及一處理器，根據上述第一取樣點計算一第一包絡線，根據上述第二取樣點計算一第二包絡線，其中上述第一包絡線以及上述第二包絡線分別具有一第一特徵值以及一第二特徵值，上述處理器根據上述第一特徵值以及上述第二特徵值之時間差以及振幅差，取得上述音訊輸出裝置之位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之位置辨識裝置，其中上述取樣頻率以及上述既定距離之乘積以及聲速之比值係大於一。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之位置辨識裝置，其中上述取樣頻率係小於上述音訊信號之頻率的十倍。
  4. 一種位置辨識系統，包括： 一音訊輸出裝置，上述音訊輸出裝置輸出一音訊信號，其中上述音訊信號之波形係一高頻信號與一包絡線之疊加結果，上述包絡線具有一特徵值；一位置辨識裝置，包括：一第一音訊接收裝置，利用一取樣頻率接收上述音訊信號，產生複數第一取樣點；一第二音訊接收裝置，與上述第一音訊接收裝置距離一既定距離，利用上述取樣頻率接收上述音訊信號，產生複數第二取樣點；以及一處理器，根據上述第一取樣點計算一第一包絡線，根據上述第二取樣點計算一第二包絡線，其中上述第一包絡線以及上述第二包絡線分別具有一第一特徵值以及一第二特徵值，上述處理器根據上述第一特徵值以及上述第二特徵值之時間差以及振幅差，取得上述音訊輸出裝置之位置。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之位置辨識系統，其中上述取樣頻率以及上述既定距離之乘積以及聲速之比值係大於一。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之位置辨識系統，其中上述取樣頻率係小於上述音訊信號之頻率的十倍。
  7. 一種位置辨識方法，適用於一音訊輸出裝置，上述音訊輸出裝置輸出一音訊信號，包括：利用一第一音訊接收裝置以及一取樣頻率接收上述音訊信號而產生複數第一取樣點，其中上述音訊信號之波形係 一高頻信號與一包絡線之疊加結果，上述包絡線具有一特徵值；利用一第二音訊接收裝置以及上述取樣頻率接收上述音訊信號而產生複數第二取樣點，其中上述第二音訊接收裝置與上述第一音訊接收裝置距離一既定距離；根據上述第一取樣點計算一第一包絡線；根據上述第二取樣點計算一第二包絡線，其中上述第一包絡線以及上述第二包絡線分別具有一第一特徵值以及一第二特徵值；以及根據上述第一特徵值以及上述第二特徵值之時間差以及振幅差，取得上述音訊信號之位置。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之位置辨識方法，其中上述取樣頻率以及上述既定距離之乘積以及聲速之比值係大於一。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之位置辨識方法，其中計算上述第一最大值以及上述第二最大值數次後並加以平均。
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