[发明专利]基于双耳实时测量的个性化虚拟音频回放方法

说明书

本发明公开的一种基于双耳实时测量的个性化虚拟音频回放方法，属于虚拟音频处理技术领域。本发明以听音人员头部为中心选取固定距离，并以该距离为半径的球面上均匀地选择方位，扬声器按预先选择的方位依次播放声音信号；收集麦克风录制的声音信号，标注对应的声源位置，根据录制的声音信号及标注对应的声源位置生成原始数据库，通过傅里叶分析得到扬声器所在各个位置点上的个性化头相关传递函数HRTF数据库；根据空间音频信号的内容和位置，使用得到的HRTF数据库对多声道的虚拟音频信号进行双耳渲染，对渲染得到的空间音频信号进行双耳虚拟回放，进而消除听音人员个体差异对听觉感受造成的影响，降低现有测量设备价格和缩短测量周期。

技术领域

本发明公开一种基于双耳实时测量的个性化虚拟音频回放方法，尤其涉及一种针对个体获取个性化HRTF数据，并实时进行个性化虚拟音频回放的方法，属于虚拟音频处理技术领域。

背景技术

在人类的听觉感知过程中，除了可以抽象地获取声源本身包含的内容信息，还可以得到声源本身关于听音人员的相对位置信息，包括方位角、仰角、距离。人体对声源位置的感知能力可以协助视觉感知来快速定位目标位置。而传统的音频技术如双声道立体声技术、多声道环绕声技术只能实现对音频内容信息的重放，声源方位信息是固定的，听音人员不能实时主动地判断声源位置。近年来随着虚拟现实 (Virtual Reality)以及增强现实(Augmented Reality)技术的发展，对于虚拟环境中的音频技术有了更多的应用需求。在虚拟场景中需要使用虚拟音频技术来提供虚拟的声源空间感，目前其主要实现方式为头相关传输函数技术(Head Related Transfer Function,HRTF)。

HRTF技术并不着眼于整体声场的还原，而仅关注听音人员本身的听觉感受。该理论认为相对于声源，人体与环境共同组成了一个和声源位置相关的滤波系统，只要知道从作为声源输入的某一空间位置，分别到作为声源输出的双耳耳道入口的传输系统的冲击响应函数，即双耳房间冲击响应函数(Binaural Room Impulse Response, BRIR)便可以通过卷积操作得到该位置任意声源内容到耳朵入口处的滤波效果，并能够方便地通过耳机播放双声道立体声来获得较为真实的听觉感受。进一步，将人体滤波系统从人体与环境的联合滤波系统中剥离，单独研究自由场(除了听音人员本身没有其他声波反射物的环境)的滤波系统，即头相关传输函数。而环境滤波系统对声源感知的作用可以与HRTF进行组合得到所需的BRIR。由于实现HRTF技术的播放设备相对简单，这一技术已经在虚拟现实音频、游戏娱乐、家庭影院等方面有了广泛的应用。

而使用HRTF进行虚拟声源重放的前提是获得一组已经制作好的HRTF库。测量HRTF需要使用人头模型，在耳道中或耳道口处放置探针传声器。然后在周围空间的相对分散的离散位置(包括不同方位角、仰角和距离的位置)播放序列声音信号。再利用傅里叶分析方法得到该位置HRTF所对应的冲击响应。由于HRTF是使用人头模型录制得到的固定的一组冲击函数，渲染虚拟音频的过程是使用对应位置的HRTF对单声道音源进行滤波，以及通过球谐函数线性插值处理，因此对于不同的听音人员，会产生个性化问题。这是由于个体间头部外形结构之间的差异，每个人的头相关传输函数也有很大的差异。如果使用非个性化的头相关传递函数进行虚拟声像的合成，会使听音人员实际感受到的声像方向和目标声像方向之间存在很大的差异，从而降低了听觉体验的质量。然而，针对个人测量HRTF的工作需要耗费大量的时间，而且需要的专业设备体积大且费用昂贵，无法得到广泛应用。因此需要尽量减少设备的需要，更加快速的得到使某个听音人员获得良好虚拟声像感知的 HRTF。