用于声学地监控一监控区域的音频模块、用于监控区域的监控系统、用于产生声环境的方法以及计算机程序

摘要

本发明涉及一种用于声学地监控一监控区域(2)的音频模块(4)，其中，在所述监控区域(2)中设置有多个传声器(3)，所述音频模块具有存储装置(16)，所述存储装置用于存储所述监控区域的模型(17)和存储所述传声器(3)的位置信息，所述音频模块具有音频输入接口(5)，所述音频输入接口用于输入所述传声器(3)的音频输入信号，所述音频模块具有音频输出接口(9)，所述音频输出接口用于输出音频输出信号，所述音频输出信号被构造用于控制用于收听者(14)的音频输出设备(12)，并且所述音频模块具有位置输入接口(6)以及处理单元(18)，所述位置输入接口用于输入所述监控区域(2)中的监听位置，所述处理单元被构造用于基于所输入的监听位置(7)、所述模型(17)和所述音频输入信号如此确定所述音频输出信号，使所述收听者(14)虚拟地置身于所述监听位置处。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于声学地监控一监控区域的音频模块，其中在监控区域中设置多个传声器，所述音频模块具有用于存储监控区域的模型和传声器的位置信息的存储装置，具有用于传声器的音频输入信号的输入的音频输入接口以及具有用于音频输出信号的输出的音频输出接口，所述音频输出信号被构造用于控制用于收听者的音频输出设备。此外，本发明涉及一种具有此类音频模块的监控系统，一种用于产生声环境的方法以及一种相应的计算机程序。

背景技术

通常使用监控系统，以便借助于传感器监控例如一些公共场所、交叉路口、街道、商业建筑、尤其是监狱、医院、图书馆、停车楼或者私人建筑。作为传感器优选使用摄像机，其中由分散定位的摄像机摄取的图像数据流通常被传送到一个监控中心并且在那里由监控工作人员分析处理或者被自动地分析处理。作为监控摄像机的补充，也常常在监控区域中分布一些传声器，以便除光学信息外也获得声学信息。

此类监控系统构造复杂并且常常也以某种形式具有所述监控区域的模型，所述监控区域具有已安装的传感器、尤其是摄像机和传声器。由WO2007/095994例如公开了一种此类监控系统。该监控系统构成最接近的现有技术。

发明内容

在本发明的范畴内公开了一种具有权利要求1的特征的、尤其是作为此类监控系统的一部分的音频模块，一种具有权利要求9的特征的、具有所述音频模块的监控系统，一种具有权利要求11的特征的、用于产生声环境的方法以及一种具有权利要求12的特征的、用于实施所述方法的计算机程序。

本发明的优选的或有利的实施方式由从属权利要求、以下说明以及附图中得出。

根据本发明的音频模块用于实现监控区域的声学监控，其中监控区域表示例如以多个房间、街道、车间、走廊等形式在现实中存在的区域。

为了接收声学信息，在监控区域中尤其是分散地设置多个传声器。优选的是，这些传声器如此分布，使得它们的检测区域重叠地设置，尤其是如此重叠地设置，使得平面的监控区域的至少60％、优选至少80％、尤其是至少90％以至少两次重叠的检测区域覆盖。

音频模块具有一个存储装置，所述存储装置用于暂时地或永久地存储监控区域的模型以及传声器的位置信息。尤其是可以设置，在运行中所述数据被加载到音频模块中。传声器的位置信息优选包括关于传声器在监控区域中的地点的信息，从而传声器可被表示在模型中，传声器的位置信息还包括关于传声器的取向或定向的信息。可选地，传声器的技术信息，例如方向特性、增益、衰减等附加地保存在所述存储装置中。

音频模块具有一个音频输入接口，所述音频输入接口用于输入或用于接收传声器的音频输入信号。在此，音频输入接口例如可以有线地或者无线地直接与传声器连接或者音频输入接口通过一个中间存储装置获得传声器的音频输入信号。

为了输出被构造用于控制用于收听者的音频输出设备的音频输出信号，音频模块具有一个音频输出接口。音频输入接口以及音频输出接口都可以处理模拟信号和/或数字信号。

优选地，音频模块被构造用于以音频输入信号的输入与音频输出信号的输出之间的、小于10s、优选小于5s、尤其是小于1s的延迟实时处理音频输入信号。替代地或补充地，音频模块可被用于音频输入信号的随后的分析处理，从而时间延迟地、尤其是在一个任意的时刻或者离线地进行分析处理。

在本发明的范畴内建议，音频模块具有一个用于输入监控区域中的监听位置的位置输入接口，使得收听者可以向音频模块传输所期望的监听位置。此外，音频模块包括一个处理单元，所述处理单元基于所输入的监听位置、模型和音频输入信号如此确定、尤其是计算出或者混合出音频输出信号，从而使收听者虚拟地置身于监听位置处。

换句话说，处理单元被构造用于生成一个音频输出信号，所述音频输出信号如此控制音频输出设备，使得根据监听位置为收听者输出具有地点信息和/或方向信息的声环境、尤其是环绕声和/或环绕立体声。替代地或者补充地，处理单元被构造用于在监听环境中产生人工的声环境，所述人工的声环境模拟监听位置处的真实的声环境。

本发明基于以下构思：借助于音频模块使收听者虚拟地置身于监听位置处，使得收听者可以“空间分辨地”听。如果收听者例如被虚拟地置身于房间中的监听位置处，则收听者可以根据所输出的音频输出信号区分出噪音源相对于收听者的(虚拟的)监听位置是设置在收听者的左侧、右侧、前侧还是后侧甚至可能地设置在收听者的上方或者下方。由此使得收听者能够例如定位一个噪音源或者甚至虚拟地跟随所述噪音源，其方式是，由收听者如此改变监听位置，使得收听者“追逐”所述噪音源。以此方式使监控工作人员也能够找到隐藏设置的并且由此不可见的噪音源，即例如一个箱子里的滴答声，一个柜子里的噪音源等等。

在一个优选的实施方式中，监听位置包括地点位置和方向位置。以此方式，收听者不仅能够置身于所期望的监听位置处，而且能够定义所期望的监听方向，从而可以相对于预给定位置正确地再现虚拟的监听环境。可选地，音频模块具有用于校准音频模块和/或音频输出设备的校准装置，从而由音频输出设备生成的虚拟的声环境可相对于监听位置在真实的监控区域中位置正确地定向。

在本发明的一个优选的进一步构型中，音频模块和/或处理单元被如此构造，使得可以在模型中、尤其是在模型的由传声器覆盖的部分中自由地选择监听位置。由此允许：使收听者虚拟地置身于模型的和/或监控区域的每个监听位置处、尤其是每个被监控的监听位置处。尤其是，可以与特定的传声器位置和/或摄像机位置无关地自由选择监听位置。优选建议，通过以其检测区域覆盖所选择的监听位置的至少两个或更多个传声器的音频信号的加权混合形成音频输出信号，其中，根据监听位置的相对位置和相关传声器的位置信息进行加权。

在本发明的一个优选实现中，模型被构造为2D模型或3D模型。在2D模型的情形中，收听者虚拟地运动例如穿过建筑物等的平面图。在3D模型中，收听者可以附加地变换高度位置，尤其是收听者可以变换建筑物的楼层或者改变房间中的高度位置。

在本发明的一个有利的进一步构型中，模型具有一个声碰撞模型，在所述声碰撞模型中包括了吸收声的、反射声的、偏转声的和/或减弱声的物体。此类物体例如可以是墙壁、尤其是建筑物墙壁或者隔墙，但也可以是与声相关的物体，例如房间隔断物、柜子等等。通过支持性地使用声碰撞模型能够在监听位置处更好地模拟真实声环境的虚拟声环境，因为考虑了改变声的环境特性。

在本发明的实际实现中，音频模块具有一个人机接口(MMI)，所述人机接口与位置输入接口信号技术地连接并且所述人机接口能够实现在模型中无级地和/或精细分级地移动监听位置。人机接口例如是计算机鼠标、显示设备、触摸板等等。

为了进一步改进音频模块的可操作性，音频模块在编程技术上和/或在电路技术上被优选地构造用于在显示装置上、例如在虚拟现实意义上显示模型和监听位置。可选地，由来自监控区域的真实的、尤其是当前的摄像机图像补充虚拟现实。

为了信息丰富地构建虚拟的声环境的环绕声或者环绕立体声，音频输出设备优选被构造为立体声输出设备和/环绕声输出设备。尤其是，音频输出设备可实现为多声道音响系统，例如环绕声5.1、四声道立体声、杜比环绕、杜比定向逻辑、杜比数字、DTS、SDDS、IMAX、Fantasia、MUSE激光光盘等等。

总之，本发明涉及一音频模块，所述音频模块被构造用在一监控系统中，其中，传声器被定位在一监控区域中，在一模型中建模所述监控区域和所述传声器，以及在一处理单元中产生虚拟的声环境，所述处理单元优选被构造为用于实时计算3D音频的软件系统和/或软件组件并且所述处理单元访问传声器的音频数据和模型。为此，借助于音频模块从传声器的位置出发在音频模块中建模音源并且输入所属的传声器音频数据流。系统的使用者通过监听位置的定义确定：应从哪一监听位置处进行监听。音频模块生成用于所选择的监听位置的、人工的音频输出信号。音频模块的优点是，收听者同时监听多个监控传声器的接收，所述接收可在空间上进行分配并且彼此关联。

本发明的另一主题涉及一种用于一监控区域的监控系统，所述监控系统包括如刚才所描述的或者根据前述权利要求中任一项的音频模块。优选地，所述监控系统具有多个监控摄像机，这些监控摄像机适合用于和/或设置用于观测监控区域。替代地，为此所述监控系统具有用于接收视频数据的相应接口。由此，监控系统被补充为一个音频/视频监控系统。

本发明的另一主题涉及一种用于例如在监控中心中产生人工的或虚拟的声环境的方法，所述监控中心使收听者虚拟地置身于监控区域中的监听位置处，其中，人工的或虚拟的声环境基于监听位置的预给定、监控区域的模型以及设置在监控区域中的传声器的音频输入信号实现。优选地，在使用以上所述的音频模块或以上所述的监控系统的情况下实施所述方法。

本发明的另一主题涉及具有权利要求12的特征的、具有程序代码单元的计算机程序。

附图说明

本发明的其他特征、优点和效果由以下对本发明的优选实施例的说明中得出。

图1作为本发明的实施例示出具有音频模块的监控系统的示意性框图。

具体实施方式

图1示出作为本发明的实施例的监控系统1的示意性框图，所述监控系统被构造和/或设置用于声学地监控一监控区域2。

在图1中所述的实施例中，监控区域2被构造为两个房间，但在替代实施方式中可被任意地构造并且尤其具有多个高度平面或楼层。在监控区域2中在空间上分散地设置了多个监控传声器3，优选如此设置，使得所述多个监控传声器3的声学监控区域重叠或者至少部分重叠。

监控系统1具有音频模块4，所述音频模块4通过一个音频输入接口5与监控传声器3信号技术地连接。此外，音频模块4示出一个用于输入监听位置7的位置输入接口6以及一个视频输出接口8和一个音频输出接口9，以下还要详细地说明监听位置的功能。

位置输入接口6与一个人机接口(MMI)10信号技术地连接，所述人机接口例如被构造为计算机鼠标、操纵杆等等。视频输出接口8用于视频信号到显示装置11、例如监视器的传输。音频输出接口9与一个音频输出设备12信号技术地连接，所述音频输出设备被构造用于基于由音频输出接口9向音频输出设备12传输的音频输出信号控制扬声器13。尤其是，音频输出设备12被构造成一个环绕声系统，所述环绕声系统如此控制扬声器13，从而使收听者14置身于一个声环境中，其中，所输出的音频信息包含地点信息和/或方向信息、尤其是3D方向信息。

从功能上考虑，监控系统1、尤其是音频模块4被如此设计，使得收听者14可以通过人机接口10、例如借助于显示装置11在监控区域2内自由地选择监听位置7。基于监听位置7的选择，传声器3的输入音频信号被音频模块4如此处理，使得音频输出信号被输出至音频输出设备12从而通过扬声器13产生一个虚拟的声环境，所述虚拟的声环境模拟监听位置7处监控区域2中的真实的声环境。为了图示地说明，在监控区域2中在监听位置7处以虚线示出收听者14。

通过使用监控系统1，收听者14例如可以确定，相关的音频信号——基于他的当前监听位置7——来自在他右侧的可能的音源15a还是来自在隔壁房间中在他左侧的可能的音源15b。为了可视化，在图1中在由扬声器13产生的虚拟的声环境中再次以虚线表示出音源15a，b，以便图示说明所述音源15a，b的虚拟的音源位置。此外，缩小地表示音源15b，以便在图形上强调：由于监听位置7与音源15b的位置之间的较大距离以及由于门通道区域的遮蔽，与音源15a相比衰减地再现音源15b。

如果收听者14确定音频信号来自音源15b，则他可以虚拟地借助于人机接口10朝着音源15b的方向运动，以便以此方式一方面更好地定位音源15b以及另一方面改善音频质量。以一个虚线的箭头示出所述运动。

功能通过以下方式实现：作为输入信息，音频模块4通过位置输入接口6获得监听位置7以及通过音频输入接口5获得传声器3的音频信号。补充地，音频模块4具有一个数据库16，在所述数据库中保存有监控区域2的以及设置在监控区域2中的传声器3的模型17。在处理单元18中，从传声器3的已知位置以及可选地传声器3的接收特性出发，在处理单元18中建模音源并且输入所属的音频输入信号。处理单元18尤其被构造用于信号技术地生成一个3D声环境。根据监听位置7，所生成的声环境随后被平移或被旋转并且通过音频输出接口9输出至音频输出设备12，使得音频输出设备通过用于收听者14的扬声器13位置正确地、根据监听位置7的选择输出虚拟的声环境。

为了进一步改进所输出的声环境的音频质量，数据库16可选地包括关于监控环境2中的碰撞物体的信息。此类碰撞物体例如是隔墙19或大的干扰物体20。在对音源进行建模时考虑此类碰撞物体19、20，从而接近现实地再现监控区域2中音源的减弱、放大或反射。

因此，对收听者14而言，监控系统1具有以下优点：收听者14可以虚拟地、尤其是与单个传声器位置或单个摄像机位置无关地前往每个任意位置并且可以在那里空间分辨地检查真实的声环境。