[發明專利]一種三維多聲道音頻系統揚聲器組精簡布設方法

有效

• 申請號: 201210408900.0
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102883246A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 胡瑞敏;李登實;楊珊珊;王櫻;張茂勝;王曉晨;涂衛平;王松;楊玉紅
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H04R5/02
• 分類號: H04R5/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

技術領域

本發明屬于聲學設備領域，尤其涉及一種三維多聲道音頻系統揚聲器組精簡布設方法。

背景技術

2009年底上演的三維電影《阿凡達》不僅在全球三十多個國家登上票房榜首，而且到2010年9月初，全球票房累計超過27億美元。《阿凡達》所展現的絢麗畫面與逼真聲效不僅震撼了觀眾，也使得業界有了“電影進入三維時代”的斷言。2010年1月美國拉斯維加斯舉行的國際消費電子產品展上，各彩電巨頭紛紛亮出的電視新品表明三維已經成為全球各大彩電制造商競爭的新焦點，與此同時，中國三維電視機銷量在2011年底猛增到年初的十幾倍，這些都說明三維影視視覺體驗已走入千家萬戶。但要想達到更好的視聽體驗，需要有與三維視頻內容同步的三維聲場聽覺效果，才能真正達到身臨其境的視聽感受。早期的三維音頻系統（如Ambisonics系統）由于其結構復雜，對采集和回放設備要求較高，難以推廣實用。近年來日本NHK公司推出了22.2聲道系統，并通過24個揚聲器再現原來的三維聲場。因其結構簡單，并能兼容5.1環繞立體聲揚聲器配置方案，得到了MPEG的高度重視，并在2011年準備著手制定三維音頻的國際標準，希望在達到一定編碼效率的同時能通過比較少的揚聲器或耳機來還原三維聲場，以便能將該技術推廣到普通家庭用戶。由此可見三維音視頻技術已成為多媒體技術領域的研究熱點和進一步發展的重要方向。

“下混合（Down?Mixing）”是減少多聲道音頻系統聲道數并進行音頻信號編碼傳輸的普遍方法，ITU-R也已經制定了5.1聲道下混合標準并應用于一些電視信號的接收，但是這種下混合標準并不適用于任意數目的揚聲器配置情況，尤其是在目前多聲道音頻系統研究通過更多的聲道以增強聲音空間表達的情況下，更需要通過一種基于聲場重建的技術用較少的聲道保留較多的聲場信息，然后再利用某種下混合方法得到待編碼的音頻信號。

與此同時，傳統聲場重建技術（如WFS、Ambisonics等）的思想是將一個如音樂廳現場音樂會所形成的聲場在另一個空間重建，其目標是重現音樂廳現場等原始聲場。但是受到實際聲場采集方法的限制，完全重建原始聲場的目標很難實現。然而，將混音室內通過多聲道系統生成的重建聲場在另一個室內環境內進行重建聲場的再次重建則比較容易實現，這種在其他環境內再次重建聲場的問題可以等效于找尋一種方法將原重建聲場中多聲道音頻信號轉換為再次重建聲場中多聲道音頻信號。為方便描述，一般將由原多聲道系統得到的重建聲場稱為“原聲場”，而通過不同聲道數的替代音頻系統再次重建的聲場稱為“重建聲場”。因此，為能將三維音頻系統更方便地適應于家庭應用環境，需要設計一種方法既能簡化原多聲道系統揚聲器組，又能保證重建聲場與原聲場誤差最小。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種將三維n聲道音頻系統中n個揚聲器精簡為三維m聲道音頻系統中的m個揚聲器的方法，以獲得精簡后的m聲道系統中揚聲器組最優空間位置信息。

本發明的技術方案為一種三維多聲道音頻系統揚聲器組精簡布設方法，用于將三維n聲道音頻系統中n個揚聲器精簡為m個揚聲器，構成三維m聲道音頻系統，其中m＜n，包含以下步驟，

步驟1，設當前剩余的揚聲器數目為n，采集三維n聲道音頻系統中n個揚聲器分別的空間位置信息，實現方式如下，

將n個揚聲器排布在與中心點之間距離為ρ的球面上，以聽音區域中心點O為頂點構造三維坐標系XYZ，揚聲器在平面XOY上的投影與X軸所成的角度記為θ，揚聲器與XOY平面所成角度記為則揚聲器的空間位置簡化為

步驟2，分析球面三角形揚聲器組的所有組合，得到集合S；分析方式如下，

當n個揚聲器中任意三個能構成球面三角形時，構成一個球面三角形揚聲器組；

步驟3，從集合S中挑選僅包含單個揚聲器的球面三角形揚聲器組，得到集合T；實現方式如下，

設集合S中的任一球面三角形揚聲器組由揚聲器ξ₁、ξ₂和ξ₃構成，當只存在一個揚聲器ζ的空間位置處于球面三角形的區域內部或三條邊上，且揚聲器ζ的空間位置不等于揚聲器ξ₁、ξ₂或ξ₃的空間位置時，則揚聲器ξ₁、ξ₂和ξ₃構成的球面三角形揚聲器組加入集合T；

步驟4，計算集合T中所有球面三角形揚聲器組所對應球面三角形的面積，并按面積排序，得到序列Q；