[发明专利]一种球面分配引导的数据匹配立体声场重构方法

说明书

本发明提供的一种球面分配引导的数据匹配立体声场重构方法，采用全向麦克风阵列对声场高阶球谐项分量精确搜集和重构的原理，提出了基于球面分配的数据匹配立体声场重构方法，分为立体声场搜集阶段和立体声场重构阶段。与网格分配法的对比实验表明：当信号频率为1kHz时，球面分配匹配点数目减少56.2％，重构平均误差降低44.3％，采用球面分配匹配点在立体声场重构性能方面带来了很大提升，不仅减少了匹配点的数目，更从根本上解决了网格分配中矩阵不可逆的问题，为运用数据匹配重构立体声场提供了新的更优的匹配点选取方案。

技术领域

本发明涉及一种数据匹配立体声场重构方法，特别涉及一种球面分配引导的数据匹配立体声场重构方法，属于立体声场重构方法技术领域。

背景技术

立体声音频技术近些年来受到广泛的关注，并逐渐由大荧幕走向家庭等小型观影环境和个人移动端。立体声是具有立体感的声音，与单声道相比，立体声具有各声源的方位感和分布感，提高了信息的清晰度和可懂度，提高了音频的临场感、层次感和透明度。立体声音视频技术的高速发展，离不开经济社会的迅速腾飞和娱乐体验需求的快速提高，更是科学技术迅速发展的结果，娱乐产业的飞速发展使立体声音视频技术成为多媒体技术领域的研究热点和进一步发展的重要领域。若想为用户提供高品质的三维感受，立体声音频必须与三维视频协同工作和同步展示，市场上支持三维视频播放的设备层出不穷，例如红蓝三维、偏振三维、甚至裸眼3D等，而立体声音频技术的发展和应用则相对落后，传统的低品质音频仍占据了大多数音频市场甚至是家庭影院和电影剧场，本发明希望构建的立体声音频是在体验者戴着耳机时，完全忘记耳机的存在的高品质立体声，它是增强现实和虚拟现实技术提供彻底的沉浸式体验的必经之路，可以预见，高品质立体声音频技术即将迎来更广阔的前景，并成为多媒体技术领域的研究热点和最重要的研发趋势。

音频专家森海塞尔推出了一项基于立体声场景沉浸式音频的突破性技术，实现音频采集与重放，将用户的听觉体验转化到从虚拟现实游戏到音频录音与广播的多种应用中。立体声音频技术主要包括采集、编码和重构几个基本步骤，现有技术的音频采集已经有了较多的技术方案，但立体声音频声场重构技术和编码压缩技术还存在明显短板，立体声音频包含的空间参数信息和基于扬声器阵列的重构技术带来的多声道信号将会导致立体声音频在编解码环节数据量的激增，然而编解码环节不能丢弃空间参数信息来达到降低数据量的目的，所以声场重构环节是保证沉浸式体验和多声道信号数据量控制的关键，现有技术在立体声场重构环节还存在失真明显，重构误差大，数据冗余严重，运行速度慢等诸多难题。

基于扬声器阵列的立体声场重建以听音区原始声场为理想声场，通过对扬声器信号权重重新分配，使扬声器发出的声波互相叠加，在目标听音区合成出与原始声场相同的立体声场，使听众在重构的听音区也能够感受到与原始声源一致的空间立体方位感。扬声器的信号权重随听音区位置和原始声源方位信息变化而变化，现有技术由于受到声场重建技术的限制，听音区位置只能位于扬声器阵列中心，为了让更多的听众能同时享受立体声音频带来的乐趣，主要途径就是增加扬声器数目，重构更大的立体声听音区，然而数量过多且几何分布严苛的扬声器阵列在一般的大型高端观影场所中都不易实现，更不用说在家庭等小型普通观影环境中应用了。在基于扬声器阵列的立体声场重构研究中，如何采用较少数量的扬声器，重构能够同时容纳多人的听音区是一个具有实用性和创造性的难题。现有技术主流的声场重构技术主要针对中心区域的简单重构，如日本广播公司基于NHK22.2多声道系统的声场重构中，当扬声器数目为22个时，重构区域半径仅为0.216米，只能满足单人需求。