CN116347322A - 基于uwb定位的立体声合成方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

基于uwb定位的立体声合成方法、系统、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于UWB定位的立体声合成方法、系统、设备及存储介质，本发明的立体声合成方法通过在移动音源上安装UWB定位标签，并且在移动音源周围设置一套UWB无线定位系统，系统包括3个以上锚点，锚点和标签之间进行通信，实时计算标签与各个锚点的距离同时上传至上位机；同时将随音源移动的麦克风采集的单声道音频信号上传至上位机；上位机利用声像再现技术，将麦克采集到的单声道声音和标签的位置信息并利用HRTF融合生成立体声音频信号。本发明的立体声合成方法实现了对于移动音源只获取单声道音频的情况下，就能完成立体声拾取合成。

Description

基于UWB定位的立体声合成方法、系统、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及音频处理技术领域，尤其涉及一种基于UWB定位的立体声合成方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
一般的立体声拾音技术，通过2只性能参数相同的麦克间隔不同的距离或者摆成特定角度，因为麦克具有指向性，对各方向的声音灵敏度不同，在采集声音时会产生声级差；2只麦克之间距离的大小，决定了拾取到的2路声音的时间差。立体声音频正是利用采集到的2路音频的声级差/时间差，将两路声音融合，从而构造出立体声的层次感。常用的立体声拾音技术有XY制式，MS制式和AB制式，主要是根据两只麦克风之间的夹角和距离来区分，当然还有用多只麦克风拾音的方法。
但不论是哪一种拾音方法都存在一下局限：
麦克风拾音范围有限；拾音麦克风是固定的，如果音源距离较远，效果和灵敏度会受到比较大的影响。
对移动的音源效果不佳；移动音源离麦克风的距离不固定，拾音效果会造成比较大的损失；多个音源同时移动，效果就更差了。
特别是针对现场录音或者是舞台剧等需要现场录音的应用场景，本身舞台面积就比较大，另外演员的位置又会随时变化，而且还存在多个演员同时移动的情况。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有技术缺乏针对移动音源的立体声拾音合成方法。
本发明第一方面提供了一种基于UWB定位的立体声合成方法，所述立体声合成方法包括：
将UWB定位标签安装在移动音源上；
在所述移动音源的周围布设UWB无线定位系统，所述UWB无线定位系统包括至少3个锚点；
建立所述UWB定位标签和所述UWB无线定位系统的通信连接；
建立所述UWB定位标签与上位机以及所述UWB无线定位系统与所述上位机的通信连接；
通过所述移动音源采集得到单声道音频信号，并将所述单声道音频信号上传至所述上位机；
通过所述UWB定位标签获取得到所述移动音源分别与各个所述锚点的距离，并将所述移动音源分别与各个所述锚点的距离上传至所述上位机；
在所述上位机中通过多边定位算法获得所述移动音源在所述UWB无线定位系统中的第一定位位置；
确定听众在所述UWB无线定位系统外围的第二定位位置；
基于所述第一定位位置和所述第二定位位置获得音频输出的方位数据；
通过HRTF音频处理方法将所述单声道音频信号与所述方位数据进行融合生成立体声音频信号。
在本发明第一方面一种可选的实施方式中，所述通过所述UWB定位标签获取得到所述移动音源分别与各个所述锚点的距离包括：
通过所述UWB定位标签向各个所述锚点均重复发送2次测距信号；
记录2次测距信号分别到达各个所述锚点花费的第一时长和第二时长；
接收各个所述锚点分别对于2次所述测距信号反馈的2次响应信号；
记录各个所述锚点2次所述响应信号分别到达所述UWB定位标签花费的第三时长和第四时长；
基于所述第一时长、所述第二时长、所述第三时长和所述第四时长并通过DS-TWR测距算法计算得到所述UWB定位标签与各个所述锚点的距离。
在本发明第一方面一种可选的实施方式中，所述在所述上位机中通过多边定位算法获得所述移动音源在所述UWB无线定位系统中的第一定位位置包括：
对于每个所述锚点，获取所述锚点的坐标以及所述锚点与所述移动音源之间的距离；
对于每个所述锚点，以所述锚点的所述坐标为圆心，以所述锚点与所述移动音源之间的距离为半径建立所述锚点对应的圆方程；
构建各个所述锚点对应的圆方程集；
利用最小二乘法求取所述圆方程集的近似解，并以所述近似解作为所述移动音源在所述UWB无线定位系统中的第一定位位置。
在本发明第一方面一种可选的实施方式中，所述确定听众在所述UWB无线定位系统外围的第二定位位置包括：
建立各个所述锚点之间的外围连线；
从所述外围连线找到与所述听众最接近的目标连线；
以所述目标连线的中点的坐标作为听众在所述UWB无线定位系统外围的第二定位位置。
在本发明第一方面一种可选的实施方式中，所述基于所述第一定位位置和所述第二定位位置获得音频输出的方位数据包括：
以所述第一定位位置作为基准点，建立方位坐标系，所述方位坐标系包括相互垂直的横轴和竖轴，其中，所述横轴与所述第二定位位置所在的所述目标连线平行；
在所述方位坐标系的基准下，基于所述第一定位位置和所述第二定位位置计算得到所述听众和所述移动音源之间的距离以及所述听众和所述移动音源之间的相对位置数据。
在本发明第一方面一种可选的实施方式中，所述上位机、所述锚点和所述标签均包括主控单元、UWB模块、ADC模数转换模块、RF射频收发单元以及天线。
在本发明第一方面一种可选的实施方式中，所述UWB无线定位系统设置有3个锚点，3个所述锚点之间呈三角形分布。
本发明第二方面提供了一种基于UWB定位的立体声合成系统，所述立体声合成系统包括：
UWB定位标签，所述UWB定位标签用于安装在移动音源上；
UWB无线定位系统，所述UWB无线定位系统布设在所述移动音源的周围，所述UWB无线定位系统包括至少3个锚点，所述UWB定位标签与所述UWB无线定位系统通信连接；
上位机，所述上位机与所述UWB定位标签和所述UWB无线定位系统通信连接；
所述移动音源用于采集单声道音频信号并将所述单声道音频信号上传至所述上位机；
所述UWB定位标签用于获取得到所述移动音源分别与各个所述锚点的距离，并将所述移动音源分别与各个所述锚点的距离上传至所述上位机；
所述上位机用于通过多边定位算法获得所述移动音源在所述UWB无线定位系统中的第一定位位置；确定听众在所述UWB无线定位系统外围的第二定位位置；基于所述第一定位位置和所述第二定位位置获得音频输出的方位数据；以及通过HRTF音频处理方法将所述单声道音频信号与所述方位数据进行融合生成立体声音频信号。
本发明第三方面提供了一种基于UWB定位的立体声合成设备，所述基于UWB定位的立体声合成设备包括：存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有指令，所述存储器和所述至少一个处理器通过线路互连；
所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述指令，以使得所述基于UWB定位的立体声合成设备执行如上述任一项所述的基于UWB定位的立体声合成方法。
本发明第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的基于UWB定位的立体声合成方法。
有益效果：本发明提供了一种基于UWB定位的立体声合成方法、系统、设备及存储介质，本发明的立体声合成方法通过在移动音源上安装UWB定位标签，并且在移动音源周围设置一套UWB无线定位系统，系统包括3个以上锚点，锚点和标签之间进行通信，实时计算标签与各个锚点的距离同时上传至上位机；同时将随音源移动的麦克风采集的单声道音频信号上传至上位机；上位机利用声像再现技术，将麦克采集到的单声道声音和标签的位置信息并利用HRTF融合生成立体声音频信号。本发明的立体声合成方法实现了对于移动音源只获取单声道音频的情况下，就能完成立体声拾取合成。
附图说明
图1为本发明一种基于UWB定位的立体声合成方法的一个实施例示意图；
图2为本发明一种基于UWB定位的立体声合成系统的一个实施例示意图；
图3为本发明一种上位机的一个实施例示意图；
图4为本发明一种基于UWB定位的立体声合成设备的一个实施例示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种基于UWB定位的立体声合成方法、系统、设备及存储介质。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为便于理解，下面对本发明实施例的具体流程进行描述，请参阅图1，本发明第一方面提供了一种基于UWB定位的立体声合成方法，所述立体声合成方法包括：
S001、将UWB定位标签安装在移动音源上；本发明适用的一种场景可以是舞台剧表演，移动音源是演员身上携带的麦克风装置，在该步骤中，将UWB定位标签安装在移动音源上就是将UWB定位标签安装在演员身上携带的麦克风装置上，当然的，UWB定位标签也可以与麦克风装置做成一体；
S002、在所述移动音源的周围布设UWB无线定位系统，所述UWB无线定位系统包括至少3个锚点；在步骤中，以舞台剧为例，移动音源的移动范围一般都是在舞台上，在移动音源的周围布设UWB无线定位系统，就是在表演的舞台四周设置包围舞台的锚点，锚点的个数需要根据实际舞台的大小以及音源的定位精度确定；为了便于理解，图2示出了本发明一种基于UWB定位的立体声合成系统的示意图；
S003、建立所述UWB定位标签和所述UWB无线定位系统的通信连接；在本发明中，UWB定位标签需要通过UWB无线定位系统中的各个锚点来获得定位信息，所以需要建立UWB定位标签与UWB无线定位系统中各个锚点的通信连接；
S004、建立所述UWB定位标签与上位机以及所述UWB无线定位系统与所述上位机的通信连接；在本发明中，由于移动音源和UWB定位标签自身的数据处理能力有限，本发明在移动音源采集到音频信号以及UWB定位标签采集到位置信息之后，是通过上位机来进行音频信号的合成的；
S005、通过所述移动音源采集得到单声道音频信号，并将所述单声道音频信号上传至所述上位机；在本发明中，一个移动音源一般只携带一个麦克风，移动音源获得的音频信号也就为单声道音频信号，本发明的发明点就是根据移动音源获得的单声道音频信号及其位置信息合成立体声音频信号；
S006、通过所述UWB定位标签获取得到所述移动音源分别与各个所述锚点的距离，并将所述移动音源分别与各个所述锚点的距离上传至所述上位机；在本发明中，确定UWB定位标签的位置主要是通过计算获得UWB定位标签与UWB无线定位系统中各个锚点的距离获得的，在本发明中UWB定位标签与各个锚点的距离是在UWB定位标签中处理完成，依据UWB定位标签与各个锚点的距离获得UWB定位标签的位置则是在上位机中处理完成，在本发明中，各个锚点的坐标在UWB无线定位系统中是已知的；
S007、在所述上位机中通过多边定位算法获得所述移动音源在所述UWB无线定位系统中的第一定位位置；在本发明中，多边定位算法就是依据UWB定位标签与各个锚点之间的距离以及各个锚点的确切坐标计算得到UWB定位标签的坐标，第一定位位置就是求解出的UWB定位标签的坐标；
S008、确定听众在所述UWB无线定位系统外围的第二定位位置；在本发明中，确定听众在所述UWB无线定位系统外围的第二定位位置的目的是确定移动音源和听众之间的相对位置，音源是在观众左边，还是右边，夹角是多少，在获得了这些相对位置信息之后，便于计算得到后续合成立体声音频时的左右声道音频信号的输出时间以及左右声道音频信号的延迟；
S009、基于所述第一定位位置和所述第二定位位置获得音频输出的方位数据；在本发明中，方位数据就是所述第一定位位置和所述第二定位位置之间的相对位置，在该步骤中，通常的以移动音源作为参照，获取得到的是听众相对于移动音源的位置；
S010、通过HRTF音频处理方法将所述单声道音频信号与所述方位数据进行融合生成立体声音频信号。在本发明中，HRTF是一种通用音频处理技术，通过HRTF处理，将单声道的声音变成双声道的声音，并调整双声道声音左右声道的强度延时等信息，听众就能分辨出这个声音是从左边，还是右边传过来的了，这样就相当于是把移动音源的空间位置信息融合到了播放的声音里面。
总的来说，本发明提供了一种基于UWB无线定位的空间立体声拾取方法。使用该方法，可以在只用1只麦克风的情况下，就能完成一个音源的立体声拾取。本发明的主要思路如图1所示：在音源周围设置一套UWB无线定位系统，系统包括3个以上提供定位坐标的固定锚点和一个可随音源移动的标签，锚点和标签之间进行通信，实时计算标签的坐标同时上传至上位机；同时将随音源移动的麦克风采集的单声道音频信号上传至上位机；上位机利用声像再现技术，将麦克采集到的单声道声音和标签的位置信息通过HRTF(Head-ResponseTransfer Function,头部反应传输函数)融合生成空间立体声音频信号。进一步的因为UWB无线定位精度可达2～5cm，也可以很好适用多个音源同时移动的场景。
在本发明第一方面一种可选的实施方式中，所述通过所述UWB定位标签获取得到所述移动音源分别与各个所述锚点的距离包括：
通过所述UWB定位标签向各个所述锚点均重复发送2次测距信号；在本发明中，在每次获取UWB定位标签各个锚点的距离时，会间隔发送2次测距信号，2次测距信号的间隔时间10-30ms，UWB定位标签没发送一次测距信号便会记录一次测距信号的发送时间；锚点每次接收到测距信号，会记录每次收到的时间，并且向UWB定位标签反馈响应信号，锚点除了向UWB定位标签发送响应信号之外，还会发送每次接收到测距信号的时间以及响应信号的发送时间；
记录2次测距信号分别到达各个所述锚点花费的第一时长和第二时长；在本发明中，UWB定位标签在接收到锚点反馈的测距信号的接收时间后会与对应的测距信号的发送时间进行差值运算获得测距信号所花费的时长，在本发明中，由于测距信号会发送2次，所以对应的时长也会有2个；
接收各个所述锚点分别对于2次所述测距信号反馈的2次响应信号；在本发明中，UWB定位标签在每次接收到响应信号之后也就记录响应信号的接收之间，之后与响应信号的发送时间进行差值运算，获得响应信号传播的时长；
记录各个所述锚点2次所述响应信号分别到达所述UWB定位标签花费的第三时长和第四时长；在本发明中，因为测距信号发送有2次，所以对应的响应信号也会有2次，响应信号的传播时长也会有2个；
基于所述第一时长、所述第二时长、所述第三时长和所述第四时长并通过DS-TWR测距算法计算得到所述UWB定位标签与各个所述锚点的距离。在本发明中，具体的计算方法是先获得平均时长，平均时长的获取公式是(第一时长*第二时长-第三时长*第四时长)/(第一时长+第二时长+第三时长+第四时长)，通过获取到平均时长之后，通过平均时长乘以电磁波在空气中的传播速度获得UWB定位标签与各个锚点的距离。
在本发明第一方面一种可选的实施方式中，所述在所述上位机中通过多边定位算法获得所述移动音源在所述UWB无线定位系统中的第一定位位置包括：
对于每个所述锚点，获取所述锚点的坐标以及所述锚点与所述移动音源之间的距离；在本发明中，以3个锚点为例，3个锚点的坐标分别为(a，b)，(c，d)和(e，f)，对应的距离分别为p，q，r；
对于每个所述锚点，以所述锚点的所述坐标为圆心，以所述锚点与所述移动音源之间的距离为半径建立所述锚点对应的圆方程；在本发明中，3个锚点分别对应的圆方程为(x-a)2+(x-b)2＝p2，(x-c)2+(x-d)2＝q2和(x-e)2+(x-f)2＝r2；
构建各个所述锚点对应的圆方程集；
利用最小二乘法求取所述圆方程集的近似解，并以所述近似解作为所述移动音源在所述UWB无线定位系统中的第一定位位置。在本发明中，实际计算时，由于p，q，r实际是存在误差的，所以3个锚点对应的圆并不会相交与一点，在计算时先计算出3个圆重叠区域的3个交点，最后可以取3个交点的平均值作为第一定位位置的坐标。
在本发明第一方面一种可选的实施方式中，所述确定听众在所述UWB无线定位系统外围的第二定位位置包括：
建立各个所述锚点之间的外围连线；在本发明中，以3个锚点为例，就是连接3个锚点的连线，具体的，3个锚点外围连线形成3角形，4个锚点外围连线形成4边形，以此类推，N个锚点外围连线形成N边形；
从所述外围连线找到与所述听众最接近的目标连线；以三个锚点为例，听众一般都是倾向于设置在其中某一外围连线一侧，在本发明中，由于听众实际不只是由1名，所以可以通过点来替代一群听众，在本发明中，选择了以所述目标连线的中点的坐标作为听众在所述UWB无线定位系统外围的第二定位位置。
在本发明第一方面一种可选的实施方式中，所述基于所述第一定位位置和所述第二定位位置获得音频输出的方位数据包括：
以所述第一定位位置作为基准点，建立方位坐标系，所述方位坐标系包括相互垂直的横轴和竖轴，其中，所述横轴与所述第二定位位置所在的所述目标连线平行；在本发明中，在确定听众的方位时，是以移动音源作为参考点的，并且以听众一侧的目标连线作为方位坐标系的X轴或Y轴方向
在所述方位坐标系的基准下，基于所述第一定位位置和所述第二定位位置计算得到所述听众和所述移动音源之间的距离以及所述听众和所述移动音源之间的相对位置数据。在本发明中，所述听众和所述移动音源之间的相对位置数据就是所述听众和所述移动音源形成的连线以所述方位坐标系横轴纵轴之间的夹角，所述听众和所述移动音源之间的距离和所述夹角的主要作用是确定后续合成立体声左右声道音频信号的延迟。
在本发明第一方面一种可选的实施方式中，所述上位机、所述锚点和所述标签均包括主控单元、UWB模块、ADC模数转换模块、RF射频收发单元以及天线。参见图3，本发明一种上位机的具体结构，本发明所使用的上位机还包括有音频功放模块和麦克风模块，具体使用时主控单元还通过串口连接数据处理终端。
在本发明第一方面一种可选的实施方式中，所述UWB无线定位系统设置有3个锚点，3个所述锚点之间呈三角形分布。在本发明中，采用3个锚点可以在满足一定定位精度要求的情况下减少数据的计算量，提高数据的处理效率，当然对于3个锚点无法满足包围舞台的情况下，就需要根据实际情况设定具体的锚点数量。
参见图2，本发明第二方面提供了一种基于UWB定位的立体声合成系统，所述立体声合成系统包括：
UWB定位标签10，所述UWB定位标签用于安装在移动音源上；
UWB无线定位系统20，所述UWB无线定位系统布设在所述移动音源的周围，所述UWB无线定位系统包括至少3个锚点，所述UWB定位标签与所述UWB无线定位系统通信连接；
上位机30，所述上位机与所述UWB定位标签和所述UWB无线定位系统通信连接；
所述移动音源用于采集单声道音频信号并将所述单声道音频信号上传至所述上位机；
所述UWB定位标签用于获取得到所述移动音源分别与各个所述锚点的距离，并将所述移动音源分别与各个所述锚点的距离上传至所述上位机；
所述上位机用于通过多边定位算法获得所述移动音源在所述UWB无线定位系统中的第一定位位置；确定听众在所述UWB无线定位系统外围的第二定位位置；基于所述第一定位位置和所述第二定位位置获得音频输出的方位数据；以及通过HRTF音频处理方法将所述单声道音频信号与所述方位数据进行融合生成立体声音频信号。
在本发明第二方面一种可选的实施方式中，所述通过所述UWB定位标签获取得到所述移动音源分别与各个所述锚点的距离包括：
通过所述UWB定位标签向各个所述锚点均重复发送2次测距信号；
记录2次测距信号分别到达各个所述锚点花费的第一时长和第二时长；
接收各个所述锚点分别对于2次所述测距信号反馈的2次响应信号；
记录各个所述锚点2次所述响应信号分别到达所述UWB定位标签花费的第三时长和第四时长；
基于所述第一时长、所述第二时长、所述第三时长和所述第四时长并通过DS-TWR测距算法计算得到所述UWB定位标签与各个所述锚点的距离。
在本发明第二方面一种可选的实施方式中，所述在所述上位机中通过多边定位算法获得所述移动音源在所述UWB无线定位系统中的第一定位位置包括：
对于每个所述锚点，获取所述锚点的坐标以及所述锚点与所述移动音源之间的距离；
对于每个所述锚点，以所述锚点的所述坐标为圆心，以所述锚点与所述移动音源之间的距离为半径建立所述锚点对应的圆方程；
构建各个所述锚点对应的圆方程集；
利用最小二乘法求取所述圆方程集的近似解，并以所述近似解作为所述移动音源在所述UWB无线定位系统中的第一定位位置。
在本发明第二方面一种可选的实施方式中，所述确定听众在所述UWB无线定位系统外围的第二定位位置包括：
建立各个所述锚点之间的外围连线；
从所述外围连线找到与所述听众最接近的目标连线；
以所述目标连线的中点的坐标作为听众在所述UWB无线定位系统外围的第二定位位置。
在本发明第二方面一种可选的实施方式中，所述基于所述第一定位位置和所述第二定位位置获得音频输出的方位数据包括：
以所述第一定位位置作为基准点，建立方位坐标系，所述方位坐标系包括相互垂直的横轴和竖轴，其中，所述横轴与所述第二定位位置所在的所述目标连线平行；
在所述方位坐标系的基准下，基于所述第一定位位置和所述第二定位位置计算得到所述听众和所述移动音源之间的距离以及所述听众和所述移动音源之间的相对位置数据。
在本发明第二方面一种可选的实施方式中，所述上位机、所述锚点和所述标签均包括主控单元、UWB模块、ADC模数转换模块、RF射频收发单元以及天线。
图4是本发明实施例提供的一种基于UWB定位的立体声合成设备的结构示意图，该基于UWB定位的立体声合成设备可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器50(central processing units，CPU)(例如，一个或一个以上处理器)和存储器60，一个或一个以上存储应用程序或数据的存储介质70(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器和存储介质可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对基于UWB定位的立体声合成设备中的一系列指令操作。更进一步地，处理器可以设置为与存储介质通信，在基于UWB定位的立体声合成设备上执行存储介质中的一系列指令操作。
基于UWB定位的立体声合成设备还可以包括一个或一个以上电源80，一个或一个以上有线或无线网络接口90，一个或一个以上输入输出接口100，和/或，一个或一个以上操作系统，例如Windows Serve，Mac OS X，Unix，Linux，FreeBSD等等。本领域技术人员可以理解，图4示出的基于UWB定位的立体声合成设备结构并不构成对基于UWB定位的立体声合成设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以为非易失性计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质也可以为易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于UWB定位的立体声合成方法的步骤。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统或系统、单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于UWB定位的立体声合成方法，其特征在于，所述立体声合成方法包括：
将UWB定位标签安装在移动音源上；
在所述移动音源的周围布设UWB无线定位系统，所述UWB无线定位系统包括至少3个锚点；
建立所述UWB定位标签和所述UWB无线定位系统的通信连接；
建立所述UWB定位标签与上位机以及所述UWB无线定位系统与所述上位机的通信连接；
通过所述移动音源采集得到单声道音频信号，并将所述单声道音频信号上传至所述上位机；
通过所述UWB定位标签获取得到所述移动音源分别与各个所述锚点的距离，并将所述移动音源分别与各个所述锚点的距离上传至所述上位机；
在所述上位机中通过多边定位算法获得所述移动音源在所述UWB无线定位系统中的第一定位位置；
确定听众在所述UWB无线定位系统外围的第二定位位置；
基于所述第一定位位置和所述第二定位位置获得音频输出的方位数据；
通过HRTF音频处理方法将所述单声道音频信号与所述方位数据进行融合生成立体声音频信号。
2.根据权利要求1所述的基于UWB定位的立体声合成方法，其特征在于，所述通过所述UWB定位标签获取得到所述移动音源分别与各个所述锚点的距离包括：
通过所述UWB定位标签向各个所述锚点均重复发送2次测距信号；
记录2次测距信号分别到达各个所述锚点花费的第一时长和第二时长；
接收各个所述锚点分别对于2次所述测距信号反馈的2次响应信号；
记录各个所述锚点2次所述响应信号分别到达所述UWB定位标签花费的第三时长和第四时长；
基于所述第一时长、所述第二时长、所述第三时长和所述第四时长并通过DS-TWR测距算法计算得到所述UWB定位标签与各个所述锚点的距离。
3.根据权利要求2所述的基于UWB定位的立体声合成方法，其特征在于，所述在所述上位机中通过多边定位算法获得所述移动音源在所述UWB无线定位系统中的第一定位位置包括：
对于每个所述锚点，获取所述锚点的坐标以及所述锚点与所述移动音源之间的距离；
对于每个所述锚点，以所述锚点的所述坐标为圆心，以所述锚点与所述移动音源之间的距离为半径建立所述锚点对应的圆方程；
构建各个所述锚点对应的圆方程集；
利用最小二乘法求取所述圆方程集的近似解，并以所述近似解作为所述移动音源在所述UWB无线定位系统中的第一定位位置。
4.根据权利要求3所述的基于UWB定位的立体声合成方法，其特征在于，所述确定听众在所述UWB无线定位系统外围的第二定位位置包括：
建立各个所述锚点之间的外围连线；
从所述外围连线找到与所述听众最接近的目标连线；
以所述目标连线的中点的坐标作为听众在所述UWB无线定位系统外围的第二定位位置。
5.根据权利要求4所述的基于UWB定位的立体声合成方法，其特征在于，所述基于所述第一定位位置和所述第二定位位置获得音频输出的方位数据包括：
以所述第一定位位置作为基准点，建立方位坐标系，所述方位坐标系包括相互垂直的横轴和竖轴，其中，所述横轴与所述第二定位位置所在的所述目标连线平行；
在所述方位坐标系的基准下，基于所述第一定位位置和所述第二定位位置计算得到所述听众和所述移动音源之间的距离以及所述听众和所述移动音源之间的相对位置数据。
6.根据权利要求1所述的基于UWB定位的立体声合成方法，其特征在于，所述上位机、所述锚点和所述标签均包括主控单元、UWB模块、ADC模数转换模块、RF射频收发单元以及天线。
7.根据权利要求1所述的基于UWB定位的立体声合成方法，其特征在于，所述UWB无线定位系统设置有3个锚点，3个所述锚点之间呈三角形分布。
8.一种基于UWB定位的立体声合成系统，其特征在于，所述立体声合成系统包括：
UWB定位标签，所述UWB定位标签用于安装在移动音源上；
UWB无线定位系统，所述UWB无线定位系统布设在所述移动音源的周围，所述UWB无线定位系统包括至少3个锚点，所述UWB定位标签与所述UWB无线定位系统通信连接；
上位机，所述上位机与所述UWB定位标签和所述UWB无线定位系统通信连接；
所述移动音源用于采集单声道音频信号并将所述单声道音频信号上传至所述上位机；
所述UWB定位标签用于获取得到所述移动音源分别与各个所述锚点的距离，并将所述移动音源分别与各个所述锚点的距离上传至所述上位机；
所述上位机用于通过多边定位算法获得所述移动音源在所述UWB无线定位系统中的第一定位位置；确定听众在所述UWB无线定位系统外围的第二定位位置；基于所述第一定位位置和所述第二定位位置获得音频输出的方位数据；以及通过HRTF音频处理方法将所述单声道音频信号与所述方位数据进行融合生成立体声音频信号。
9.一种基于UWB定位的立体声合成设备，其特征在于，所述基于UWB定位的立体声合成设备包括：存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有指令，所述存储器和所述至少一个处理器通过线路互连；
所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述指令，以使得所述基于UWB定位的立体声合成设备执行如权利要求1-7中任一项所述的基于UWB定位的立体声合成方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的基于UWB定位的立体声合成方法。
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