[发明专利]一种基于稀疏平面波分解的声场重放空间解码方法

说明书

本发明属于空间声场重放技术领域，具体涉及一种基于稀疏平面波分解的高阶Ambisonics的声场重放空间解码方法。该方法通过两个阶段实现声场重放，第一阶段预先获得扬声器系统重放不同方向平面波的驱动函数，称之为预计算阶段；第二阶段将目标声场进行稀疏平面波分解计算重放驱动函数，称之为重放解码阶段。本发明利用球谐域稀疏平面波分解方法重放声场，在目标声场是由少量声源产生的情况下，有效提高了声场重放精度。本发明方法简便，成本较低，可以使用较低阶数的目标声场球谐系数实现更高精度的重放；具有较好的运算速度，对重放系统的平面波发生器可以预先测量并计算获得，在重放阶段中可以快速获取扬声器系统驱动信号；于此同时，保证了更大的最佳听音范围。

技术领域

本发明属于空间声场重放技术领域，具体涉及一种基于稀疏平面波分解的高阶Ambisonics的声场重放空间解码方法。

背景技术

利用扬声器阵列重放声场是实现声虚拟现实的重要途径，近几十年来得到了广泛的研究。声场重放的目的是为听众提供不同的听觉体验，如听音乐、看电影或玩电子游戏等。高阶Ambisonics(High Order Ambisonics，HOA)是一种常见的声场重放方法。HOA分为编码与解码阶段。在编码阶段，对目标声场在球谐域进行分解，得到一组代表原始声场的球谐系数。在解码阶段获得扬声器阵列驱动函数，使得重放声场的球谐系数与在编码阶段获得的球谐系数相同。

现有的HOA解码方法通常为模态匹配法(Poletti M A.Three-dimensionalsurround sound systems based on spherical harmonics[J].J.Audio Eng.Soc,2005,53(11):1004–1025.)，即将声场在球坐标系下分解成一组球谐函数(基函数)的叠加，利用初级声场和重放声场之间的球谐函数模态进行匹配求解出次级声源(扬声器阵列)的驱动函数。然而，利用模态匹配法的声场重放方法，目标声场的记录声场阶数对测量精度和最佳点大小有很大的影响。最佳点的尺寸范围与频率成反比，与模式阶数成正比。在恒定模态阶数为4的情况下，在频率为2kHz时，最佳点的大小缩小到小于人类头部的大小。

为了提高重放性能，同时保证最佳点尺寸在一定范围内，在目标声场由少量声源控制的情况下，本发明提出了一种基于稀疏平面波分解的高阶Ambisonics解码方法。

发明内容

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于稀疏平面波分解的高阶Ambisonics解码方法。

技术方案

本发明采用球谐函数域的平面波稀疏分解方法，将目标声场分解为有限数量的平面波，根据预先获得的重放系统平面波驱动函数从而重放目标声场。

本发明通过两个阶段实现声场重放，第一阶段预先获得扬声器系统重放不同方向平面波的驱动函数，称之为预计算阶段；第二阶段将目标声场进行稀疏平面波分解计算重放驱动函数，称之为重放解码阶段。以下为两个阶段的具体实现步骤：

预计算阶段：

步骤1：确定目标声场的声压，为利用高阶Ambisonics传声器阵列记录声场环境声压，也可为合成的期望声学场景声压。

步骤2：目标声场的球谐系数测量。测量的到的目标声场的声压可以有效地由球形传声器阵列采集并在球谐函数域进行分解，得到一组声场球谐系数。通常使用的球形传声器阵列有空心球阵、心型传声器球阵、双半径空心球阵、刚性球阵等。

步骤3：将测量得到的或合成得到的目标声场声压在球谐域进行平面波分解。目标声场的球谐系数可以表示为一组平面波球谐系数的加权组合。

步骤4：将目标声场的球谐系数表示为一组平面波球谐系数的加权组合。平面波权重是稀疏的，可以利用1范数求出平面波权重的稀疏解。

重放解码阶段