[发明专利]一种基于中垂面特性的虚拟声像近似获取方法

说明书

本发明公开了一种基于中垂面特性的虚拟声像近似获取方法，包括步骤：确定目标虚拟声像所处的混乱锥纵截面和水平面的交点坐标；选取交点处双耳头相关传输函数HRTF，计算双耳时间差；在中垂面上，确定和目标虚拟声像同仰角的空间方位，用该方位的HRTF幅度谱代替目标声像方位HRTF的幅度谱；将目标声像方位的双耳HRTF幅度谱和双耳时间差进行合成，得到目标声像方位HRTF的近似结果；将单通路信号和目标声像方位HRTF进行时间域卷积处理或等价地频率域滤波处理，得到合成的双耳虚拟声信号，输出到耳机进行重放。本发明有效减少所需存储的HRTF的数量，减轻虚拟声像重放系统的负担，特别适用于各种手持式播放设备的声音重放。

技术领域

本发明涉及3D虚拟声技术领域，具体涉及一种基于中垂面特性的虚拟声像近似获取方法，其生成为满足个体听觉特性的虚拟声像。

背景技术

相对于真实声源产生的感知声像而言，虚拟声像指通过信号处理的方法，模拟声波从声源到双耳的物理传播过程，从而使听者产生的感知声像。虚拟声像技术往往只需要一副耳机，对重放硬件设备的依赖性小，故在三维(3D)电视、电影以及虚拟现实(virtualreality，VR)技术等领域具有较大的应用前景。头相关传输函数(head-related transferfunction,HRTF)是虚拟声像合成的核心部分；它表征声波到耳的传播过程中，人体生理器官(主要是头部)对声波的作用，包括绕射、反射等物理现象。和真实声像相同，虚拟声像可以位于听者周围三维空间的任意方位。为了合成任意方位的虚拟声像，通常需要在计算机等重放硬件设备中存储大量的HRTF数据，其中每一对HRTF(左耳和右耳)对应一个具体的空间方位。另一方面，HRTF和听者的生理形态有关，例如头部偏大听者的HRTF和头部偏小听者的HRTF存在差异。可见，HRTF是一个因人而异的个性化函数。已有研究表明，为了得到逼真的虚拟声像感知效果，需要采用听者自己的个性化HRTF数据进行虚拟声像合成。可以设想，如果一套虚拟声像重放系统有一百个潜在的使用者(即听者)，原则上就需要存储一百组个性化HRTF数据，且每组数据包括所有可能的空间方位。可见，为了实现任意空间方位、高质量虚拟声像的重放效果，在重放硬件设备中预先存储的HRTF数据量是非常巨大的。因此有必要采用适当的数据简化和压缩方法，降低HRTF数据的存储量，减轻对各类重放设备的硬件需求。

发明内容

本发明为解决上述现有虚拟声重放中HRTF的存储量问题，提供了一种基于中垂面特性的虚拟声像近似获取方法。发明利用了中垂面HRTF和混乱锥纵截面HRTF的幅度谱相似性，以及混乱锥上任意方位的双耳时间差相同的特性；只需要已知中垂面和水平面的HRTF数据，就可以近似获取任意空间方位的HRTF，从而实现任意空间方位虚拟声像的合成和重放。本发明可有效减少虚拟声像合成中所需存储的HRTF的数量，减轻虚拟声像重放系统的负担。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种基于中垂面特性的虚拟声像近似获取方法，包括如下步骤：

步骤1、确定目标虚拟声像所处的混乱锥纵截面和水平面的交点坐标；

步骤2、选取交点处的双耳头相关传输函数HRTF，计算双耳时间差；

步骤3、在中垂面上，确定和目标虚拟声像同仰角的空间方位，用该方位的HRTF幅度谱代替目标声像方位HRTF的幅度谱；

步骤4、根据最小相位近似方法，将目标声像方位的双耳HRTF幅度谱和双耳时间差进行合成，得到目标声像方位HRTF的近似结果；

步骤5、将单通路信号和目标声像方位HRTF进行时间域卷积处理或等价地频率域滤波处理，得到合成的双耳虚拟声信号，输出到耳机进行重放。