CN114520944B - 一种三维警示音的防错***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维警示音的防错***及方法，该***中微控制器输出带有目标三维方位的多通道音频信号，通过功率放大器放大该多通道音频信号，并由扬声器***基于放大后的多通道音频信号输出三维警示音，微控制器基于麦克风阵列中多个麦克风各自所感知的声压计算三维警示音的实际三维方位，从而通过对比实际三维方位和目标三维方位对三维警示音进行错误监测。基于本发明实现了对汽车三维警示音装置所发出的三维警示音的监测，及时发现不正确的三维警示音，减少行车风险。

Description

一种三维警示音的防错***及方法

技术领域

本发明涉及汽车三维警示音(3D Chime音)技术领域，更具体地说，涉及一种三维警示音的防错***及方法。

背景技术

随着汽车技术的发展，车内的警示音大大增多，尤其包括了大量提示方位的警示音，如转向音(左/右)、后方(后左/后右)交叉预警、盲区检测(左/右)等车内警示音。为了适应乘客日益增加的人性化需求，车内三维警示音应运而生。

车内三维警示音装置可以发出具有方位指向的三维警示音。在安装了三维警示音装置的汽车上，车内人员仅根据听觉就可以判断三维警示音所警示的方位，如前方左侧、前方右侧、后方左侧、后方右侧，而无需分心观察指示灯等信息，仅凭声音信息即可判断方位，提高了安全性。

然而，如果该装置发出不正确的警示音，一样会存在风险，影响行车安全。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种三维警示音的防错***及方法，技术方案如下：

一种三维警示音的防错***，所述***包括：微控制器、功率放大器、扬声器***和麦克风阵列，所述麦克风阵列包括多个麦克风；

所述微控制器，用于输出多通道音频信号，所述多通道音频信号带有被指示的目标三维方位；

所述功率放大器，用于放大所述多通道音频信号；

所述扬声器***，用于基于放大后的多通道音频信号输出三维警示音；

所述麦克风，用于感知所述三维警示音的声压；

所述微控制器，还用于基于所述多个麦克风各自所感知的声压计算所述三维警示音的实际三维方位；通过对比所述实际三维方位和所述目标三维方位对所述三维警示音进行错误监测。

优选的，所述微控制器，还用于：

监测所述功率放大器、所述扬声器***和所述麦克风阵列的工作状态；对所述功率放大器、所述扬声器***和所述麦克风阵列中工作状态为异常的设备进行重启。

优选的，所述微控制器，还用于：

获取所述设备被重启的重启次数；如果所述重启次数大于预设的次数阈值，停止输出所述多通道音频信号，并输出报警信息、以及用于表征所述目标三维方位的单通道音频信号。

优选的，用于基于所述多个麦克风各自所感知的声压计算所述三维警示音的实际三维方位的所述微控制器，具体用于：

采集所述多个麦克风各自所感知的声压；对所采集的多个声压进行限幅和滤波处理；基于处理后的多个声压进行波束成形，以确定所述三维警示音的实际三维方位。

优选的，所述微控制器，还用于：

在监测到所述三维警示音错误的情况下，停止输出所述多通道音频信号，并输出用于表征所述目标三维方位的单通道音频信号。

一种三维警示音的防错方法，所述方法应用于所述三维警示音的防错***中的微控制器，所述方法包括：

输出多通道音频信号，以使功率放大器放大所述多通道音频信号，所述多通道音频信号带有被指示的目标三维方位；

基于麦克风阵列中多个麦克风各自所感知的三维警示音的声压计算所述三维警示音的实际三维方位，所述三维警示音是扬声器***基于放大后的多通道音频信号所输出的；

通过对比所述实际三维方位和所述目标三维方位对所述三维警示音进行错误监测。

优选的，所述方法还包括：

监测所述功率放大器、所述扬声器***和所述麦克风阵列的工作状态；

对所述功率放大器、所述扬声器***和所述麦克风阵列中工作状态为异常的设备进行重启。

优选的，所述方法还包括：

获取所述设备被重启的重启次数；

如果所述重启次数大于预设的次数阈值，停止输出所述多通道音频信号，并输出报警信息、以及用于表征所述目标三维方位的单通道音频信号。

优选的，所述基于麦克风阵列中多个麦克风各自所感知的三维警示音的声压计算所述三维警示音的实际三维方位，包括：

采集所述多个麦克风各自所感知的声压；

对所采集的多个声压进行限幅和滤波处理；

基于处理后的多个声压进行波束成形，以确定所述三维警示音的实际三维方位。

优选的，所述方法还包括：

在监测到所述三维警示音错误的情况下，停止输出所述多通道音频信号，并输出用于表征所述目标三维方位的单通道音频信号。

本发明提供一种三维警示音的防错***及方法，该***中微控制器输出带有目标三维方位的多通道音频信号，通过功率放大器放大该多通道音频信号，并由扬声器***基于放大后的多通道音频信号输出三维警示音，微控制器基于麦克风阵列中多个麦克风各自所感知的声压计算三维警示音的实际三维方位，从而通过对比实际三维方位和目标三维方位对三维警示音进行错误监测。基于本发明实现了对汽车三维警示音装置所发出的三维警示音的监测，及时发现不正确的三维警示音，减少行车风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的三维警示音的防错***的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的场景示意图；

图3为本发明实施例提供的另一场景示意图；

图4为本发明实施例提供的三维警示音的防错方法的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

现阶段，车内三维警示音装置是为了提升安全性，将某些方位性的报警警示音(如后方左/右交叉、盲区左/右检测等)经过该装置处理后发出三维警示音，使驾驶员仅通过听觉即可判断警示音指示的方位，若是该装置发生故障，或者是发出不正确的声音，同样存在风险，会导致事故的发生。

为解决上述问题，保证车内三维警示音装置的正常运转，本发明实施例提供一种三维警示音的防错***，该***的结构示意图如图1所示，包括：微控制器10、功率放大器20、扬声器***30和麦克风阵列40，麦克风阵列40包括多个麦克风(图1中未示出)。

本发明实施例中，***可以设置独立的供电电源，该供电电源可以与微控制器10连接，用于对***中的各硬件设备进行供电。

微控制器10，用于输出多通道音频信号，多通道音频信号带有被指示的目标三维方位。

功率放大器20，用于放大多通道音频信号。

扬声器***30，用于基于放大后的多通道音频信号输出三维警示音。

麦克风，用于感知三维警示音的声压。

微控制器10，还用于基于多个麦克风各自所感知的声压计算三维警示音的实际三维方位；通过对比实际三维方位和目标三维方位对三维警示音进行错误监测。

本发明实施例中，微控制器10可以与外部进行通信，通过指令控制***内各硬件设备进行相关操作。微控制器10在获得警示音的生成指令后，通过内部的数据处理芯片，生成带有该指令所指示的目标三维方位的多通道音频信号给功率放大器20。功率放大器20将多通道音频信号放大后传递给扬声器***30。

为方便理解多通道音频信号与目标三维方位的关系，以下对相关内容进行说明：

目前工程中主要采用幅值计算、相位计算等的方式处理音源来获得三维警示音。其中，幅值计算一般适用于中高频(此处中高频一般指1000Hz以上，因为人的双耳定位时，对于低频声音相位差值起主导作用；1kHz及以上高频声音，声压幅值差值起主要作用；相位计算一般适用于低频。

以下对于常使用的幅值计算的原理进行说明：

参见图2所示的场景示意图。假想点声源的位置是欲使乘客感知到的目标三维访问，这个假想点声源实际是不发声的，发声的是车内四个扬声器(即图中的1、2、3、4)，扬声器1、2、3、4距离假想点声源的距离分别为A、B、C、D。

假想扬声器1、2、3、4处发出的声音是由假想点声源发出，传到1、2、3、4处再传到乘客耳中，由于扬声器1、2、3、4各自离假想点声源的距离不同，则距离A、B、C、D上产生的声压幅值衰减也不同(A、B、C、D四个距离产生的声压幅值衰减可根据自由场声场球面辐射面衰减公式算出，在此不做赘述)。因此，扬声器1、2、3、4可以按照算出的声压衰减幅值去发声，即可实现在假想点声源处发声的效果。

例如，本来扬声器1、2、3、4均发声80dB，通过计算扬声器1、2、3、4分别衰减2dB、3dB、1.5dB、2.5dB，即计算扬声器1、2、3、4分别按照78、77、78.5、77.5dB发声即可实现在假想点声源处发声的效果。

当然，实际工程应用会更复杂，也需要经过多次调试才能达到良好的效果，但是基本原理与上述一致。

此外，对应相位计算的原理也可以使用图2来说明，根据距离A、B、C、D距离的不同，扬声器1、2、3、4处的相位差不同，但实际处理起来，要考虑到每个频率的波长、相位差不同，因此针对不同频率，都需进行单独的计算，在此不再赘述。

需要说明的是，实际应用中可以使用更多扬声器达到更好的效果。如果车内能够配合布置多个顶棚扬声器，则三维警示音还可以发出类似“主驾侧头顶、副驾侧头顶”等三维警示音。

还需要说明的是，对于本发明中“多通道音频信号”中的“通道”是指幅值、频率相同的同一种音源信息作为一个通道。基于以上举例，如果使用4个扬声器，则需要4个通道，即通过幅值计算、相位计算等方式生成带有目标三维方位的四通道音频信号，这个信号是幅值随时间变化的电流信号。而由于多通道音频信号的幅值大小是不足以驱动扬声器播放，因此本发明实施例中使用功率放大器20对该多通道音频信号进行放大，再输出给扬声器***30，使得扬声器***30中的各扬声器能够被相应通道的音频信号所驱动，发出声音。

优选的，扬声器***30包括多个扬声器，包括但不限于前后车门扬声器、仪表台中置扬声器等，以提升三维警示音的三维方位指示效果。

生活中的所说的声音，本质上就是声波，三维警示音发出后，其声波就会扰动车内大气压发生变化，即声压发生变化。因此本发明实施例中麦克风阵列40中的各个麦克风预先布置于车内的多个固定位置，由于采集所在位置处的声压。麦克风能够将所受到的声压转换为电流信号，该电流信号的幅值是随着声压变化而变化的，可以参考麦克风技术参数中的“灵敏度”进行换算，本实施例对此不再赘述。

麦克风阵列40至少包括两个麦克风，基于波束形成原理可以通过两个麦克风采集的声压区分汽车的左侧、右侧方位。优选的，麦克风阵列40包括不少于三个麦克风，利用波束形成原理可以区分汽车的前方左侧、前方右侧、后方左侧、后方右侧等方位。

参见图3所示的场景示意图。以两个麦克风为例，麦克风1、2间距离A已知，点声源发出的声波经过距离B、C分别传到麦克风1、2，由于声波的衰减与传播距离有关，若麦克风1处测得声压较小、麦克风2处测得声压较大，则可以确定点声源应位于麦克风2这一侧。

需要说明的是，本发明实施例中麦克风阵列40即多个麦克风的组合，它们只负责将所采集到的物理信息(声压)转化为电流信号反馈给下一级。而扬声器***30则是指不包括功率放大功能的多个扬声器的组合，它们只负责将从功率放大器20处收到的模拟电信号转化为声波发出。

另外，本发明实施例中的功率放大器20带有MCU、具备计算能力和CAN通信能力，而不仅仅具备控制扬声器***30发声的能力。

在此基础上，麦克风阵列40所产生的电流信号传输到微控制器10中，微控制器10会将这些电流信号结合已知的麦克风参数转化为声压，再经过限幅、滤波等处理才能用于后续的波束成形的分析与计算。以下对限幅和滤波处理分别进行说明：

限幅，即限制声压的幅值，一是为过滤声压大的噪声，二是为了防止幅值过大，超出后续元件的承受能力或者处理能力；

经过限幅处理后再进行滤波处理，一般的，可以根据三维警示音的本身频率选择滤波范围。例如，若三维警示音是主要频率是2000Hz-3000Hz的声音，则可以使用能够进行中高频滤波的滤波元件进行滤波即可，过滤后将只保留大部分的中高频信号。

当然，在涉及到较高级别的分析时，还可以通过傅里叶变换等方式，将麦克风阵列40所产生的电流信号转化为频域的信号，即可观察各个频率下声压的大小。

在对多个麦克风各自所感知的声压进行波束成形，计算三维警示音的实际三维方位时，对于已知位置的多个麦克风，可以基于麦克风间的声压幅值能够推算出各自到声源的距离，并结合麦克风间声压幅值的差异与麦克风间的距离，由几何关系大致推算出声源的方位，即实际三维方位。一般的，麦克风数量越多，得出的方位越精准。

进一步，通过拦截实际三维方位，与目标三维方位进行对比，确定两者间的差异。

需要说明的是，上述微控制器10的各功能可以集成至一个处理芯片中，还可以分属于多个处理芯片。比如，第一处理芯片输出警示音的生成指令、第二处理芯片基于警示音的生成指令生成带有该指令所指示的目标三维方位的多通道音频信号给功率放大器20，第三处理芯片则将麦克风阵列40所产生的电流信号转化为声压、再经过限幅、滤波等处理后，进行波束成形计算实际三维方位，再反馈至第二处理芯片。第二处理芯片则拦截实际三维方位，与目标三维方位进行对比，获得三维警示音的监测结果。

并且，第三处理芯片在向第二处理芯片反馈的方式，本发明实施例并不限定，由于工程应用中反馈形式有很多，通过整车CAN网络、硬线连接等方式都可以反馈，以使第二处理芯片重新输出带有目标三维方位的多通道音频信号。

此外，微控制器10一旦监测到三维警示音错误，则停止输出多通道音频信号，并输出用于表征目标三维方位的单通道音频信号。优选的，还可以设置三维警示音的容错次数，一旦三维警示音的错误次数超过该容错次数，则关闭三维警示音，并输出普通的不带三维方位的单通道音频信号，即普通的车内警示音，保证警示音的准确性，在一定程度上减少意外的发生，提高行车安全性。

当然，如果微控制器10的各功能分属于多个处理芯片，继续以上述第一处理芯片、第二处理芯片和第三处理芯片为例，可以由第二处理芯片将监测结果反馈给第一处理芯片，由第一处理芯片停止输出多通道音频信号，并输出用于表征目标三维方位的单通道音频信号。

在其他一些实施例中，为保证***的正常运转，本发明实施例中，微控制器10，还用于：

监测功率放大器20、扬声器***30和麦克风阵列40的工作状态；对功率放大器20、扬声器***30和麦克风阵列40中工作状态为异常的设备进行重启，以使相关设备启动重启程序尝试恢复。

具体的，微控制器10可以对***中除其自身以外的其他硬件设备进行状态监控，并对异常的设备进行重启。以下对本实施例进行说明：

各个具备收发信号的零件可自行定义工作状态信号以及相关的信号数量。举例说明，功率放大器20可设定工作状态：1—工作正常、2—零件短路、3—零件开路、4—零件断路。功率放大器20可以将其工作状态打包成一帧，通过通信协议发送出去，优选的，使用CAN通信协议。

如果微控制器10与其他硬件设备以CAN通信协议进行通信，由于进行CAN通信的设备需要集成CAN收发器芯片及MCU，而一般的扬声器和麦克风是不包含CAN收发器及MCU的，因此微控制器10无法直接对两者收发CAN信号。由此，对于扬声器***30与麦克风阵列40，可以由直接驱动它们的设备收发。

对于扬声器***30，其驱动设备为功率放大器20；对于麦克风阵列40，如果微控制器10的各功能可以集成至一个处理芯片中，则麦克风阵列40的驱动设备为微控制器10，而如果微控制器10的各功能分属于多个处理芯片，继续以上述第一处理芯片、第二处理芯片和第三处理芯片为例，则麦克风阵列40的驱动设备为第三处理芯片。

对于部分车辆，如果其没有独立的功率放大器，可以通过车载主机驱动扬声器***30，由车载主机收发其工作状态的信号。

在此基础上，为应对设备重启多次仍然异常的情况，本发明实施例还可以执行如下步骤：

获取设备被重启的重启次数；如果重启次数大于预设的次数阈值，停止输出多通道音频信号，输出报警信息、以及用于表征目标三维方位的单通道音频信号。

本发明实施例中，在设备出现异常后，可以自动重启，在多次重启仍异常的情况下，可以关闭三维警示音，发出设备异常的报警，并输出普通的不带三维方位的单通道音频信号，即普通的车内警示音，保证警示音的准确性，在一定程度上减少意外的发生，提高行车安全性。

本发明提供一种三维警示音的防错***及方法，该***中微控制器输出带有目标三维方位的多通道音频信号，通过功率放大器放大该多通道音频信号，并由扬声器***基于放大后的多通道音频信号输出三维警示音，微控制器基于麦克风阵列中多个麦克风各自所感知的声压计算三维警示音的实际三维方位，从而通过对比实际三维方位和目标三维方位对三维警示音进行错误监测。基于本发明实现了对汽车三维警示音装置所发出的三维警示音的监测，及时发现不正确的三维警示音，减少行车风险。

基于上述实施例提供的三维警示音的防错***，本发明实施例则提供一种三维警示音的防错方法，该方法应用于三维警示音的防错***中的微控制器，该方法的方法流程图如图4所示，包括如下步骤：

S10，输出多通道音频信号，以使功率放大器放大多通道音频信号，多通道音频信号带有被指示的目标三维方位。

S20，基于麦克风阵列中多个麦克风各自所感知的三维警示音的声压计算三维警示音的实际三维方位，三维警示音是扬声器***基于放大后的多通道音频信号所输出的。

S30，通过对比实际三维方位和目标三维方位对三维警示音进行错误监测。

可选的，上述方法还包括：

监测功率放大器、扬声器***和麦克风阵列的工作状态；

对功率放大器、扬声器***和麦克风阵列中工作状态为异常的设备进行重启。

可选的，上述方法还包括：

获取设备被重启的重启次数；

如果重启次数大于预设的次数阈值，停止输出多通道音频信号，并输出报警信息、以及用于表征目标三维方位的单通道音频信号

可选的，S20中“基于麦克风阵列中多个麦克风各自所感知的三维警示音的声压计算三维警示音的实际三维方位”，包括：

采集多个麦克风各自所感知的声压；

对所采集的多个声压进行限幅和滤波处理；

基于处理后的多个声压进行波束成形，以确定三维警示音的实际三维方位。

可选的，上述方法还包括：

在监测到三维警示音错误的情况下，停止输出多通道音频信号，并输出用于表征目标三维方位的单通道音频信号。

需要说明的是，本发明实施例的防错方法中各步骤的细化，可以参见上述防错***实施例公开部分，在此不再赘述。

本发明提供一种三维警示音的防错方法，实现了对汽车三维警示音装置所发出的三维警示音的监测，及时发现不正确的三维警示音，减少行车风险。

以上对本发明所提供的一种三维警示音的防错***及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种三维警示音的防错***，其特征在于，所述***包括：微控制器、功率放大器、扬声器***和麦克风阵列，所述麦克风阵列包括多个麦克风；

所述微控制器，用于输出多通道音频信号，所述多通道音频信号带有被指示的目标三维方位；

所述功率放大器，用于放大所述多通道音频信号；

所述扬声器***，用于基于放大后的多通道音频信号输出三维警示音；

所述麦克风，用于感知所述三维警示音的声压；

所述微控制器，还用于基于所述多个麦克风各自所感知的声压计算所述三维警示音的实际三维方位；通过对比所述实际三维方位和所述目标三维方位对所述三维警示音进行错误监测。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述微控制器，还用于：

监测所述功率放大器、所述扬声器***和所述麦克风阵列的工作状态；对所述功率放大器、所述扬声器***和所述麦克风阵列中工作状态为异常的设备进行重启。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述微控制器，还用于：

获取所述设备被重启的重启次数；如果所述重启次数大于预设的次数阈值，停止输出所述多通道音频信号，并输出报警信息、以及用于表征所述目标三维方位的单通道音频信号。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，用于基于所述多个麦克风各自所感知的声压计算所述三维警示音的实际三维方位的所述微控制器，具体用于：

采集所述多个麦克风各自所感知的声压；对所采集的多个声压进行限幅和滤波处理；基于处理后的多个声压进行波束成形，以确定所述三维警示音的实际三维方位。

5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述微控制器，还用于：

在监测到所述三维警示音错误的情况下，停止输出所述多通道音频信号，并输出用于表征所述目标三维方位的单通道音频信号。

6.一种三维警示音的防错方法，其特征在于，所述方法应用于所述三维警示音的防错***中的微控制器，所述方法包括：

输出多通道音频信号，以使功率放大器放大所述多通道音频信号，所述多通道音频信号带有被指示的目标三维方位；

基于麦克风阵列中多个麦克风各自所感知的三维警示音的声压计算所述三维警示音的实际三维方位，所述三维警示音是扬声器***基于放大后的多通道音频信号所输出的；

通过对比所述实际三维方位和所述目标三维方位对所述三维警示音进行错误监测。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

监测所述功率放大器、所述扬声器***和所述麦克风阵列的工作状态；

对所述功率放大器、所述扬声器***和所述麦克风阵列中工作状态为异常的设备进行重启。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述设备被重启的重启次数；

如果所述重启次数大于预设的次数阈值，停止输出所述多通道音频信号，并输出报警信息、以及用于表征所述目标三维方位的单通道音频信号。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于麦克风阵列中多个麦克风各自所感知的三维警示音的声压计算所述三维警示音的实际三维方位，包括：

采集所述多个麦克风各自所感知的声压；

对所采集的多个声压进行限幅和滤波处理；

基于处理后的多个声压进行波束成形，以确定所述三维警示音的实际三维方位。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在监测到所述三维警示音错误的情况下，停止输出所述多通道音频信号，并输出用于表征所述目标三维方位的单通道音频信号。