[發明專利]一種個性化HRTF快速建模獲取方法

在審

• 申請號: 201911253436.0
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN113038356A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 張康;馬立超;陳慧;路博
• 申請（專利權）人: 上海航空電器有限公司
• 主分類號: H04S7/00
• 分類號: H04S7/00;G06N3/04
• 代理公司: 上海世圓知識產權代理有限公司 31320
• 代理人: 顧俊超

本發明公開一種個性化HRTF快速建模獲取方法，包含有以下步驟，步驟S1，對生理外形參數數據庫進行相關性分析，結合物理分析篩選出特征生理外形參數；步驟S2，對個性化HRTF數據庫進行多重數據降維，提取樣本對應的特征矩陣；步驟S3，建立和訓練擬合已采集的個性化HRTF數據庫中樣本特征生理外形參數與其對應HRTF特征矩陣關系的神經網絡；以及，步驟S4，輸入使用者的特征生理外形參數，使用訓練好的神經網絡預測使用者的HRTF特征矩陣，并將特征矩陣重構為完整的HRTF數據庫。本發明優點在于：通過少量特征生理外形參數就可以較為快速準確的獲取使用者對應的個性化HRTF，從而可以在一定程度上提升虛擬聽覺顯示技術的定位精度和用戶體驗。

技術領域

本發明涉及虛擬聽覺顯示技術領域，是一種個性化HRTF的快速建模獲取方法，可以使用已有的個性化HRTF數據庫快速建立個體生理外形參數與個性化HRTF的模型關系，使用該模型可以通過使用者的生理外形參數快速生成其對應的個性化HRTF數據庫。

背景技術

頭相關傳輸函數(Head Related Transfer Function，HRTF)是虛擬聽覺顯示的核心技術，它描述了自由場情況下聲源與雙耳之間的傳遞函數，包含了虛擬聲源重放的關鍵信息。

HRTF是一個按空間位置和頻率分布的多變量函數，在遠場測量的情況下，距離參數常被略去，因此HRTF是按球面上的俯仰、方位角分布的頻譜曲線簇。HRTF是人體頭部、軀干、耳廓等生理結構對于聲波的綜合濾波作用的結果，因此不同個體的HRTF因其生理外形參數差異而有所不同。由于通過實驗測量個性化HRTF的方法成本較高，費時費力，因此現有的虛擬聽覺顯示相關技術中，大多使用人工頭代替真人測量所得到的非個性化的HRTF數據庫，這制約了虛擬聽覺顯示技術的定位精度。數值仿真計算方法雖然相比于實驗測量較為方便，但計算耗時依然較長，在針對非特定用戶開發的產品中難以獲得廣泛應用。

由于個性化HRTF的獲取難度大，而現有的圖像處理及三維掃描技術可以快速獲取人體生理外形參數，因此如果能夠根據使用者生理外形參數快速建模獲取其對應的個性化HRTF數據，則可以將現有虛擬聽覺顯示技術中使用的人工頭HRTF升級為根據使用者定制的個性化HRTF，在一定程度上提升該技術的定位精度和用戶體驗。

發明內容

本發明目的在于提供一種個性化HRTF快速建模獲取方法，針對不同使用者，利用其相關的生理外形參數，快速得到其對應的個性化HRTF數據。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種個性化HRTF快速建模獲取方法，其特征在于，包含有以下步驟，

步驟S1，對生理外形參數數據庫進行相關性分析，結合物理分析篩選出特征生理外形參數；

步驟S2，對個性化HRTF數據庫進行多重數據降維，提取樣本對應的特征矩陣；

步驟S3，建立和訓練擬合已采集的個性化HRTF數據庫中樣本特征生理外形參數與其對應HRTF特征矩陣關系的神經網絡；以及，

步驟S4，輸入使用者的特征生理外形參數，使用訓練好的神經網絡預測使用者的HRTF特征矩陣，并將特征矩陣重構為完整的HRTF數據庫。

作為一種個性化HRTF快速建模獲取方法的優選方案，步驟S1中，生理外形參數包括耳甲腔高、耳甲寬、耳廓高、耳廓寬、頭寬、頭深、耳廓到頭中心水平偏移、上軀干深、耳廓旋轉角、耳廓外張角。

作為一種個性化HRTF快速建模獲取方法的優選方案，步驟S2中，HRTF特征矩陣通過反復使用主成分分析的方法對HRTF數據進行多重數據降維獲得，包含有步驟，

步驟S21，對個性化數據庫的HRIR數據進行FFT，將其幅度譜規整為一個三維數組，第一維度為頻率，第二維度為空間位置，第三維度為樣本標號；