[发明专利]通过时变递归滤波器结构的虚拟声学渲染的方法与系统

说明书

本发明揭示基于时变递归滤波器结构模拟声音对象和属性，每一递归滤波器结构包括一或多个状态变量的向量和可变数量的声音输入和/或声音输出信号。为了模拟声音接收，至少一个状态变量的递归更新涉及将通过线性组合接收到的输入声音信号而获得的输入项相加，其中所述组合涉及响应于与所述输入声音信号相关联的输入接收坐标而调适的时变系数。为了模拟声音发射，线性组合状态变量，其中所述组合涉及响应于与所述输出声音信号相关联的输出发射坐标而调适的时变系数。在声音发射和/或接收期间，通过缩放其中涉及的所述时变系数，可并入由声音传播和/或与障碍物交互引起的衰减或其它效应。可通过将声音对象模拟的状态变量视为传播波来模拟声音传播。

技术领域

本发明的示例性和非限制性实施例大体涉及虚拟声学渲染和空间声音，且更具体来说，涉及具有声音接收和/或发射能力的声音对象，以及声音传播现象。

背景技术

虚拟声学渲染和空间音频再现的应用包含远程呈现、用于沉浸和娱乐的增强或虚拟现实、视频游戏、空中交通管制、飞行员警报和引导系统、视障者显示器、远程学习、康复以及用于电视和电影的专业声音和图像编辑等。准确且有效地模拟具有声音发射和/或接收能力的对象仍然是虚拟声学渲染和空间音频的关键挑战之一。一般来说，具有声音发射能力的对象将在所有方向发射声音波前，通过空气传播，与障碍物交互，及到达具有声音接收能力的一或多个声音对象。例如，在音乐厅中，例如小提琴的声学声源将在所有方向上辐射声音，且所得波前将沿着不同路径传播，并从墙壁或其它对象反弹，直到到达例如人体耳廓或麦克风的声学声音接收器。一些技术采用房间冲激响应测量并使用卷积来将混响添加到声音信号，或者使用房间冲激响应的模态分解来通过由一千个以上的递归模式滤波器并行处理声音信号而添加混响。这些方法虽然提供高保真度，但不对对象的声音发射/接收性质(例如，频率相依指向性)进行建模，并且证明在与若干移动的源和接收器对象的交互上下文中使用是不灵活的。替代地，包含若干移动的源和接收器的用于交互式应用的典型渲染系统使用叠加来分别渲染早期场分量和扩散场分量。早期场分量通常被设计为提供模拟移动对象的灵活性，并且通常将包含精确的表示，其涉及多个个别传播的声音波前的时变叠加，每一声音波前由声音发射对象发射，并且在到达声音接收目的地对象之前经历特定的反射序列和/或与边界或其它对象的交互。扩散场分量通常将涉及不太精确的表示，其中不处理个别路径本身。

声学声源(例如，前述小提琴)、声学声音接收器(例如，音乐会观众的一个成员)和其它声音对象可相对于彼此及其环境连续地改变位置和定向。相应位置和定向的这些连续变化将引致对象中声音波前发射和/或接收属性的重要变化，导致例如发射和/ 或接收的声音的频谱内容的各种线索的调制。这些变化主要是由模拟声音对象的物理性质或声音对象与声音波前的交互引起的。例如，由小提琴发射的声音的频率相依量值响应将在乐器周围的不同方向上极大地变化。此现象通常被称为频率相依指向性，并且其特征可为方向和/或距离相依传递函数的离散集。这可等效地针对声音接收特征化：例如，人类头部或人类耳廓的频率相依指向性通常依据被称为头部相关传递函数(HRTF)的方向和/或距离相依函数的离散集来描述。事实上，在虚拟声学渲染和再现中面临的挑战当中，声源和接收器的指向性建模和模拟是巅峰挑战。鉴于HRTF对人类感知空间声音的重要性，寻求高效的HRTF建模和模拟技术已无可争议地在所述领域中最热门。