【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于耳机，具体涉及一种集成mems运动传感器的头部跟踪耳机系统及控制方法。
技术介绍
1、在现代消费电子与专业视听领域，头部跟踪耳机作为一种高度集成化的穿戴设备，正日益受到用户的青睐。这类设备通过精准监测用户的头部运动，并实时调整音频输出，为用户提供沉浸式听觉体验，特别是在虚拟现实(vr)、增强现实(ar)应用、3d游戏、立体声电影及专业音频制作等领域展现出显著优势。对比现有技术，本专利技术所提出的集成mems运动传感器的头部跟踪耳机系统在诸多方面实现了创新与优化。
2、传统头部跟踪耳机通常依赖于外置摄像头或红外线传感器来捕捉头部运动，虽然能够实现基本的空间声场定位，但存在设备复杂度高、安装要求严苛、环境光线影响大、用户移动范围受限等问题。此外，其对外部设备如pc或游戏主机的依赖性强，导致整体系统的便携性和灵活性受限。
3、另外，对于现有的运动传感耳机，虽然同样具备内嵌传感器的特点，但在处理传感器数据时缺乏有效的噪声抑制与平滑算法，导致在快速头部运动或复杂动态环境下，系统出现定位偏差、音频延迟或失真等问题，严重影响用户体验。
4、市面上已有的集成音频处理功能的无线耳机产品，它们虽然可以无线传输音频信号并进行基础的音效调节，但并未针对头部运动进行实时音频调整，无法实现真正的空间声场定位。
5、综上所述，现有的头部跟踪耳机技术面临的主要技术问题是：设备复杂度高、对外部追踪设备依赖性强、传感器数据处理能力不足导致定位精度与稳定性欠佳，以及缺乏针对头部运动的实时音频调整功能。p>
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种集成mems运动传感器的头部跟踪耳机系统及控制方法，有效地解决了现有头部跟踪耳机技术存在的问题，提供了一种更为先进、便捷且具有出色沉浸感的音频解决方式，以解决上述
技术介绍
中提出现有技术中的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种集成mems运动传感器的头部跟踪耳机系统，包括：
3、耳机本体，内置至少一个mems运动传感器，用于检测用户头部的三维运动状态，以及至少两个扬声器，用于播放经所述音频处理模块调整后的音频信号；
4、主控单元，用于接收并处理来自mems运动传感器的数据，生成头部运动指令；
5、音频处理模块，与所述主控单元连接，根据接收到的头部运动指令实时调整音频输出以实现空间声场定位；
6、无线通信模块，与所述主控单元双向连接，用于与外部设备进行数据交互；
7、电源模块，用于为所述mems运动传感器、主控单元、音频处理模块、无线通信模块提供电力供应；
8、其中，所述mems运动传感器、主控单元、音频处理模块、无线通信模块和电源模块集成于所述耳机本体内；
9、还包括自适应滤波器模块，用于对mems运动传感器数据进行动态噪声抑制与平滑处理。
10、优选的，所述mems运动传感器包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和/或三轴磁力计，用于分别检测用户头部在三维空间中的线性加速度、角速度和/或磁场方向信息。
11、优选的，所述主控单元包括微处理器，用于运行包含头部运动追踪算法的程序，通过解析接收到的mems运动传感器数据计算出用户头部相对于初始位置的实时位姿变化。
12、优选的，所述音频处理模块包括数字信号处理器，用于依据接收到的头部运动指令对输入音频信号进行空间化处理，包括：左耳音频信号、右耳音频信号以及相位差；
13、所述左耳音频信号的计算公式为公式(1)：h_left(t)＝h0_left*e^(j*(ωt+φ_left))；
14、所述右耳音频信号的计算公式为公式(2)：h_right(t)＝h0_right*e^(j*(ωt+φ_right))；
15、所述相位差的计算公式为公式(3)：φ＝k*θ+b；
16、其中，h_left(t)和h_right(t)分别为经过空间化处理后输送至左、右扬声器的音频信号，h0_left和h0_right为对应通道的原始音频信号幅度，ω为音频信号频率，φ_left和φ_right为与用户头部位姿相关的相位差，φ为相位差，θ为用户头部相对于音频源的方位角，k和b为与音频场景和扬声器布局相关的系数，且所述音频处理模块进一步实施创新性的个性化听觉模型校正，根据用户的听力特性调整空间音频渲染参数。
17、优选的，所述无线通信模块通过蓝牙或wi-fi与外部设备进行数据传输，包括接收音频流、发送头部运动数据及接收控制命令，并采用低延迟通信协议优化音频同步性能。
18、优选的，所述电源模块包括可充电电池和电源管理电路；所述电源管理电路负责电池充放电控制、电压转换及供电的稳压保护，所述电源模块包括节能模块，用于根据用户活动状态自动调整系统功耗。
19、优选的，所述耳机本体还包括语音识别模块和触摸控制面板；所述触摸控制面板用于用户控制操作；所述语音识别模块用于允许用户通过语音指令控制耳机。
20、优选的，所述耳机本体还包括降噪模块，用于利用主动降噪技术抑制环境噪声，提高音频播放清晰度，且所述降噪模块采用深度学习算法实时更新降噪模型以适应复杂噪声环境。
21、优选的，所述自适应滤波器模块包括自适应滤波器模型，用于对来自mems运动传感器的原始数据进行实时噪声抑制和平滑处理；
22、所述自适应滤波器模型为公式(4)：y(k)＝wt(k)*x(k)+v(k)；其中，y(k)为经过滤波处理后的头部运动数据，wt(k)为滤波器在时刻k的权重向量，x(k)为在该时刻接收到的mems运动传感器原始数据向量，v(k)为滤波器残差；所述自适应滤波器模块根据预先设定的学习率μ、滤波器阶数l以及前一时刻的误差e(k-1)和当前时刻的传感器数据x(k)，按以下公式(5)更新滤波器权重：
23、公式(5)：w(k)＝w(k-1)+μ*e(k-1)*x(k)，其中，w(k)为滤波器在时刻k更新后的权重向量，μ为自适应学习率，e(k-1)为前一时刻滤波误差，定义为：
24、公式(6)：e(k-1)＝d(k-1)-y(k-1)，其中，d(k-1)为目标参考信号，即期望得到的无噪声头部运动数据，y(k-1)为前一时刻滤波器输出；
25、所述自适应滤波器模块还包括阈值判断单元，当滤波误差e(k-1)的绝对值小于预设阈值ε时，停止权重更新，保持当前滤波效果；所述自适应滤波器模块还根据环境噪声特性及用户运动模式动态调整学习率μ和阈值ε，实现对不同应用场景的自适应噪声抑制和平滑处理。
26、另一方面，本专利技术提出一种集成mems运动传感器的头部跟踪耳机系统的控制方法，包括:
27、步骤一：通过耳机本体内的mems运动传感器持续监测用户头部的三维运动状态，并将数据发送至主控单元；
28、步骤二：主控单元对接收到的传感器数据进行解析和处理，利用预设的头本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种集成MEMS运动传感器的头部跟踪耳机系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种集成MEMS运动传感器的头部跟踪耳机系统，其特征在于：所述MEMS运动传感器包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和/或三轴磁力计，用于分别检测用户头部在三维空间中的线性加速度、角速度和/或磁场方向信息。
3.根据权利要求2所述的一种集成MEMS运动传感器的头部跟踪耳机系统，其特征在于：所述主控单元包括微处理器，用于运行包含头部运动追踪算法的程序，通过解析接收到的MEMS运动传感器数据计算出用户头部相对于初始位置的实时位姿变化。
4.根据权利要求1所述的一种集成MEMS运动传感器的头部跟踪耳机系统，其特征在于：所述音频处理模块包括数字信号处理器，用于依据接收到的头部运动指令对输入音频信号进行空间化处理，包括：左耳音频信号、右耳音频信号以及相位差；
5.根据权利要求1所述的一种集成MEMS运动传感器的头部跟踪耳机系统，其特征在于：所述无线通信模块通过蓝牙或Wi-Fi与外部设备进行数据传输，包括接收音频流、发送头部运动数据及接收控制命令，并通过低延迟
6.根据权利要求1所述的一种集成MEMS运动传感器的头部跟踪耳机系统，其特征在于：所述电源模块包括可充电电池和电源管理电路；所述电源管理电路负责电池充放电控制、电压转换及供电的稳压保护，所述电源模块包括节能模块，用于根据用户活动状态自动调整系统功耗。
7.根据权利要求1所述的一种集成MEMS运动传感器的头部跟踪耳机系统，其特征在于：所述耳机本体还包括语音识别模块和触摸控制面板；所述触摸控制面板用于用户控制操作；所述语音识别模块用于用户通过语音指令控制耳机。
8.根据权利要求7所述的一种集成MEMS运动传感器的头部跟踪耳机系统，其特征在于：所述耳机本体还包括降噪模块，用于利用主动降噪技术抑制环境噪声，且所述降噪模块采用深度学习算法实时更新降噪模型以适应复杂噪声环境。
9.根据权利要求1所述的一种集成MEMS运动传感器的头部跟踪耳机系统，其特征在于：所述自适应滤波器模块包括自适应滤波器模型，用于对来自MEMS运动传感器的原始数据进行实时噪声抑制和平滑处理；
10.一种集成MEMS运动传感器的头部跟踪耳机系统的控制方法，其特征在于，包括:
...【技术特征摘要】
1.一种集成mems运动传感器的头部跟踪耳机系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种集成mems运动传感器的头部跟踪耳机系统，其特征在于：所述mems运动传感器包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和/或三轴磁力计，用于分别检测用户头部在三维空间中的线性加速度、角速度和/或磁场方向信息。
3.根据权利要求2所述的一种集成mems运动传感器的头部跟踪耳机系统，其特征在于：所述主控单元包括微处理器，用于运行包含头部运动追踪算法的程序，通过解析接收到的mems运动传感器数据计算出用户头部相对于初始位置的实时位姿变化。
4.根据权利要求1所述的一种集成mems运动传感器的头部跟踪耳机系统，其特征在于：所述音频处理模块包括数字信号处理器，用于依据接收到的头部运动指令对输入音频信号进行空间化处理，包括：左耳音频信号、右耳音频信号以及相位差；
5.根据权利要求1所述的一种集成mems运动传感器的头部跟踪耳机系统，其特征在于：所述无线通信模块通过蓝牙或wi-fi与外部设备进行数据传输，包括接收音频流、发送头部运动数据及接收控制命令，并通过低延迟通信协议优化音频同步...
【专利技术属性】
技术研发人员：盛子浩，王丽红，黑春亮，蒲晓勇，姜平，王文广，
申请(专利权)人：深圳市盛佳丽电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。