[發(fā)明專利]一種聲場重建方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611050973.1
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106454685B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡瑞敏;王松;王曉晨;楊玉紅
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: H04S3/00
• 分類號: H04S3/00;H04S7/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 嚴(yán)彥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于三維音頻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聲場重建方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著三維電視和三維電影技術(shù)的發(fā)展，三維音頻技術(shù)迫切需要跟上三維視頻技術(shù)發(fā)展的步伐。近年來，三維音頻技術(shù)取得了一些進(jìn)展，出現(xiàn)了若干三維音頻再現(xiàn)技術(shù)。在這些三維音頻技術(shù)中，基于向量的幅度平移技術(shù)(vector based amplitude panning簡記為VBAP)由于操作簡單使用方便，得到了許多應(yīng)用。VBAP技術(shù)使用三個揚(yáng)聲器合成一個虛擬聲源，可以在中心聽音點(diǎn)處高效重建虛擬聲源在中心聽音點(diǎn)處產(chǎn)生的三維聲場。5.1聲道系統(tǒng)包含中央聲道，前置左、右聲道，后置左、右環(huán)繞聲道，及所謂的0.1聲道重低音聲道。一套系統(tǒng)總共可連接6個喇叭。5.1聲道已廣泛運(yùn)用于各類傳統(tǒng)影院和家庭影院中，一些比較知名的聲音錄制壓縮格式，譬如杜比AC-3(Dolby Digital)、DTS等都是以5.1聲音系統(tǒng)為技術(shù)藍(lán)本的，其中“0.1”聲道，則是一個專門設(shè)計(jì)的超低音聲道，這一聲道可以產(chǎn)生頻響范圍20～120Hz的超低音。7.1聲道系統(tǒng)它在5.1的基礎(chǔ)上又增加了中左和中右兩個發(fā)音點(diǎn)，一共使用4個環(huán)繞音箱，以求達(dá)到更加完美的境界。7.1環(huán)繞其實(shí)是虛擬的，實(shí)際上只有5個音區(qū)(左前方環(huán)繞、右前方環(huán)繞、中置環(huán)繞、左后方環(huán)繞、右后方環(huán)繞)。剩余2個音區(qū)(左環(huán)繞、右環(huán)繞)是從主音區(qū)分配來的。2012年法國電信研究院給出了不同維度音頻技術(shù)的定義：聲像固定稱為零維音頻；聲像可在人耳所在水平面的定距離圓周上移動稱為一維音頻；聲像在人耳為中心定距離球面上移動稱為二維音頻；聲像在人耳為中心的球體內(nèi)移動稱為三維音頻。根據(jù)法國電信研究院給出的定義，三維音頻應(yīng)該保證重建的聲像擁有水平、垂直和距離三個自由度，而現(xiàn)有家庭影院的立體聲或環(huán)繞聲系統(tǒng)重建的聲像僅能有水平自由度，無法讓聲像脫離揚(yáng)聲器所在的平面，屬于一維范疇。為了進(jìn)一步提升傳統(tǒng)立體聲或環(huán)繞聲的重建效果，日本廣播協(xié)會實(shí)驗(yàn)室在VBAP技術(shù)的基礎(chǔ)之上，提出一種包24個揚(yáng)聲器的22.2多聲道系統(tǒng)，包含2個低頻效果聲道。其余22個揚(yáng)聲器分三層擺放，上層擺放9個揚(yáng)聲器，中層擺放10個揚(yáng)聲器，下層擺放3個揚(yáng)聲器。22.2多聲道系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)多聲道系統(tǒng)可以給人們帶來更加逼真的聽音感受。但是22.2多聲道系統(tǒng)僅能在中心聽音點(diǎn)或者中心聽音區(qū)域完美重建三維聲場，非中心聽音點(diǎn)或非中心聽音區(qū)域聽音效果較差。隨后，日本廣播協(xié)會實(shí)驗(yàn)室基于一種類似于VBAP的理論，提出了一種高效下混方法，該方法可以將22.2多聲道系統(tǒng)的聲道數(shù)目減少12-14個，同時(shí)不會給人們造成三維聽音效果很大的下降。但是，該下混方法也僅能在中心聽音點(diǎn)或中心聽音區(qū)域較好的恢復(fù)原始聲場，在非中心聽音點(diǎn)或者非中心聽音區(qū)域聲場重建效果未能得到很好的保證。在實(shí)際聽音環(huán)境中，人們有時(shí)候處于多聲道系統(tǒng)的中心聽音點(diǎn)或者中心聽音區(qū)域，但是有時(shí)候可能發(fā)生位置移動，導(dǎo)致人們不是一直都待在中心聽音點(diǎn)或者中心聽音區(qū)域，此時(shí)，22.2多聲道系統(tǒng)以及其精簡系統(tǒng)就不能在非中心聽音點(diǎn)或者非中心聽音區(qū)域?yàn)槿藗兲峁┝己玫穆犚趔w驗(yàn)，具有一定的技術(shù)局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種聲場重建方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明提供一種聲場重建方法，包括以下步驟，

步驟1，獲得原始多聲道系統(tǒng)中m個待替換的揚(yáng)聲器speko1、speko2、…、spekom分別的位置信息原始信號κ₁(ω)、κ₂(ω)、…、κ_m(ω)，重建多聲道系統(tǒng)中n個替換揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn分別的位置信息設(shè)中心聽音點(diǎn)為O，三維直角坐標(biāo)為非中心聽音點(diǎn)為L，三維直角坐標(biāo)為

設(shè)待替換揚(yáng)聲器組speko1、speko2、…、spekom的揚(yáng)聲器原始信號分別為κ₁(ω)、κ₂(ω)、…、κ_m(ω)，替換揚(yáng)聲器組揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn的信號為要求解的信號，記為λ₁(ω)、λ₂(ω)、…、λ_n(ω)；

步驟2，計(jì)算確定重建系統(tǒng)中n個揚(yáng)聲器spekr1、spekr2、…、spekrn替換原始系統(tǒng)中m個揚(yáng)聲器speko1、speko2、…、spekom的初始分配權(quán)重，計(jì)算公式如下，

s.t.AW_h＝B

其中，

A表示替換揚(yáng)聲器在聽音點(diǎn)L處產(chǎn)生的質(zhì)子速度方向衍生變量和聲壓中間變量構(gòu)成的矩陣；