[发明专利]一种适应环境的声场重放空间解码方法

说明书

本发明公开了一种适应环境的声场重放空间解码方法，其步骤包括：1)在目标环境中设置多个声源和一听音区域，测量各声源在该目标环境预设听音区域产生的声场；2)根据所测声场计算对应声源到该听音区域的声场传递函数，并用一组HOA系数进行表达，得到各声场传递函数对应的声源HOA域系数；3)利用声场传递函数对应的声源HOA域系数取代声场重放的空间解码过程中基于自由声场假设下的声源HOA域系数，将取代后的声源HOA域系数输入部分匹配投影解码算法计算得到空间解码矩阵D；4)将需要进行重放的目标声场编码为一组HOA系数作为目标HOA信号；将所述空间解码矩阵D与所述目标HOA信号相乘，得到解码结果。

技术领域

本发明属于3D音频与空间声场重放技术领域，具体涉及一种基于高阶Ambisonics理论的适应环境的声场重放空间解码方法。

背景技术

随着3D多媒体时代的到来，3D音视频系统正迅速走向电影院、家庭影院及手持终端设备。声重放技术在3D音视频系统占有重要的地位，声重放技术的发展如表1所示。目前主流的声重放技术包括VBAP(Vector Base Amplitude Panning)、Ambisonics和WFS(WaveField Synthetize)。其中Ambisonics方法是1973年由牛津大学的Michael Gerzon提出的，并于2003年由法国电信研究所拓展到了高阶Ambisonics(Higher Order Ambisonics，HOA)。

表1声重放技术的发展

HOA技术的主体分为编码和空间解码两个部分，两部分可以分开进行，从而可以实现声场的编码与传输。在编码阶段，需要将声场信息转换为HOA系数。声场信息的获取方式可以是录音或者模拟计算。在空间解码阶段，需要根据实际的扬声器摆放确定各个扬声器的增益，从而在重放区域(一般在扬声器阵列的中心)重构出原始声场。

尽管HOA技术空间编空间解码分离的方案给3D声音录音和重放带来了很大的优势，但在走向市场的道路中却遇到困难，原因之一就是HOA是基于声场重构方法通过复杂的数学计算得到的，它假设重放环境为自由声场，播放设备各通道幅频特性一致，扬声器大致均匀分布在一个以听者为中心的球面上。而这些条件在影院尤其是家庭影院等实际应用中很难满足，导致基于HOA重建的声场出现较大重构误差，无法满足听音需求。

扬声器的摆放不规则通常会引起空间解码过程中矩阵求逆出现病态问题，使得扬声器增益过大而导致重构声场不稳定。对于这一问题，已有的解决方案一般是在矩阵求逆的过程中加一个正则化项来避免病态矩阵的求逆。但是一方面正则化项的引入会给空间解码带来额外的误差，另一方面正则化系数的选取一般要靠试错的方式经验地选取。其他解决扬声器摆放不规则条件下声场重放的方法主要有2012年Zotter等人提出的AllRAD算法和EPAD算法，以及2018年北京大学曲天书等人提出的匹配投影解码算法等，这些方法均能较好地解决不规则扬声器摆放条件下的病态矩阵求逆问题。但是，这些方法在扬声器十分稀疏或稠密的位置仍会存在较大的能量和方向重构误差。且对于混响明显的重放环境，这些方法难以实现对目标声场的重放。

由于上述原因及现有方法的不足，需要一种可以适应不同重放环境与扬声器布局的声场重放方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是非自由声场所引起的HOA空间解码技术不适用和匹配投影解码方法中扬声器非均匀布局下重放声场的能量和角度误差的增大以及近场声源重放的问题。针对此问题，本发明的目的提供一种适应环境的声场重放空间解码方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种适应环境的声场重放空间解码方法，其步骤包括：

1)在目标环境中设置多个声源(扬声器)和一听音区域，测量各声源在该目标环境预设听音区域产生的声场；