球形麦克风阵列三维空间声场的获取与重放
发布时间：2022-01-15 21:19
高阶Ambisonics（High Order Ambisonic,HOA）为代表的球谐域相关理论已成为研究三维空间声场捡拾与重放主要理论依据。HOA三维音频表示可以用于扬声器和耳机重放,使得三维空间声场不再仅限于传统多通路声的心理声学和物理声场简化原理,而是进一步拓展到精确的物理声场重构。如果单纯利用HOA技术要获得接近完美的声场重建,对Ambisonics阶数和重放扬声器个数有苛刻的条件难于在便捷化场景下应用。如何实现端到端三维空间声场的获取与基于Ambisonics（HOA）双耳重放系统的理论研究具有巨大的挑战。本文比较分析影响球形麦克风阵列捡拾的因素,重点考虑双耳虚拟重放的场景下球形麦克风阵列捡拾和高效的球谐域分解算法改进。针对双耳虚拟重放的效果取决于人头传递函数（Head Related Transfer Function,HRTF）数据个性化和空间上分辨率这一问题,通过结合球谐函数和球面小波来对HRTF进行建模获取更加精确的数据。三维空间声场的客观质量评测模型设计和工程化应用是三维空间声场重放技术中极为重要环节,本文针对三维空间声场的客观质量评测方法进行设计。基于理论的研究...
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
三维音频渲染框架图
上海大学博士学位论文51.2.4双耳虚拟三维声场渲染—重放三维空间声场重放主要设备有两种:一种是外放的音箱，另一种是耳机。二种方法主要区别在后端处理，三维音频重放框架图如图1.1所示。图1.1三维音频渲染框架图从图1.1可以看出，要进行三维空间声场重放，首先要获取方位信息。方位信息获取目前有两种：一种是声音采集时获取，另一种是通过播放终端相关传感器获龋针对音箱和耳机，中间处理环节有一处不一样，音箱要做串音消除，耳机重放要对多个声道数据进行向下混音成双声道才能输出。耳机进行三维空间声场重放时，特定方位音频可以通过对应方位HRTF处理产生，详细流程见图1.2所示。图1.2音频方向信息重放流程图
上海大学博士学位论文8少一半计算量的情况下又能相应的提升动态方位精确度的算法。针对在限制阶数情况下球谐函数HRTF建模只能较好的表现粗糙结构，引入球面小波提出联系球谐函数和球面小波联合HRTF建模算法，在不增加参数的情况下，极大的提升HRTF数据建模的精度。针对三维空间声场信息客观评估方法实际应用难的问题，建立一个方便可执行的客观评估方法也是本文重要内容之一。最后基于研究成果搭建实际的端到端实验系统，通过系统的实现去验证提出算法可行性，研究内容如框图1.3所示。图1.3研究内容框图主要研究成果如下：1)球谐域声源几何分解。本论文主要对稀疏重构算法用于DOA追踪的情况进行了研究，建立了球谐域DOA估计的接收模型，对空间按照等角度进行网格划分，通过分析球谐函数的特点，得到匹配矩阵中元素之间的关系，构造一个块对角的酉矩阵，对原有复值模型进行酉变换，在实球谐域建立了一种DOA估计的实值模型；提出了稀疏框架下的移动性信号的状态转移模型，并以实值模型为基础，利用变分稀疏贝叶斯学习方法估计稀疏信号的测量噪声方差和状态噪声方差并通过卡尔曼滤波算法来对信号的状态进行估计。2)球面声学上两个主要的HRTF建模方法:基于球谐函数HRTF建模方法和基于球面小波HRTF建模方法，详细介绍相关算法原理和各自的优点和不足。基于球谐域函数HRTF建模方法和球面小波HRTF建模方法比较分析，提了一种新
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种改进的稀疏表示DOA估计算法[J]. 赵宏伟,刘波,刘恒. 电子设计工程. 2016(09)
[2]基于压缩感知的麦克风阵列声源定位算法[J]. 赵小燕,周琳,吴镇扬. 东南大学学报(自然科学版). 2015(02)
[3]三维音频技术综述[J]. 胡瑞敏,王晓晨,张茂胜,李登实,王松,高丽,杨乘,杨玉红. 数据采集与处理. 2014(05)
[4]贪婪算法与压缩感知理论[J]. 方红,杨海蓉. 自动化学报. 2011(12)
[5]基于球傅里叶变换的声源三维空间定位[J]. 汤永清,黄青华,方勇. 信号处理. 2010(05)
[6]自适应Kalman滤波在MEMS陀螺仪信号处理中的应用[J]. 吉训生,王寿荣,许宜申,盛平. 传感器与微系统. 2006(09)
[7]5.1通路环绕声的耳机虚拟重放[J]. 谢菠荪,王杰,管善群,李长滨. 声学学报. 2005(04)
[8]6.1通路通用平面环绕声系统的研究[J]. 谢菠荪. 声学学报. 2001(06)
[9]立体声技术近年来的进展[J]. 谢菠荪. 应用声学. 1995(04)
[10]环绕声的N+1通路锥形扬声器阵列重发[J]. 谢菠荪. 电声技术. 1992(06)
博士论文
[1]球形传声器阵列捡拾与双耳虚拟重放系统的研究[D]. 刘昱.华南理工大学 2015
[2]Ambisonic声重发系统的优化改进[D]. 龚惠哲.华南理工大学 2009
本文编号：3591340
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
三维音频渲染框架图
上海大学博士学位论文51.2.4双耳虚拟三维声场渲染—重放三维空间声场重放主要设备有两种:一种是外放的音箱，另一种是耳机。二种方法主要区别在后端处理，三维音频重放框架图如图1.1所示。图1.1三维音频渲染框架图从图1.1可以看出，要进行三维空间声场重放，首先要获取方位信息。方位信息获取目前有两种：一种是声音采集时获取，另一种是通过播放终端相关传感器获龋针对音箱和耳机，中间处理环节有一处不一样，音箱要做串音消除，耳机重放要对多个声道数据进行向下混音成双声道才能输出。耳机进行三维空间声场重放时，特定方位音频可以通过对应方位HRTF处理产生，详细流程见图1.2所示。图1.2音频方向信息重放流程图
上海大学博士学位论文8少一半计算量的情况下又能相应的提升动态方位精确度的算法。针对在限制阶数情况下球谐函数HRTF建模只能较好的表现粗糙结构，引入球面小波提出联系球谐函数和球面小波联合HRTF建模算法，在不增加参数的情况下，极大的提升HRTF数据建模的精度。针对三维空间声场信息客观评估方法实际应用难的问题，建立一个方便可执行的客观评估方法也是本文重要内容之一。最后基于研究成果搭建实际的端到端实验系统，通过系统的实现去验证提出算法可行性，研究内容如框图1.3所示。图1.3研究内容框图主要研究成果如下：1)球谐域声源几何分解。本论文主要对稀疏重构算法用于DOA追踪的情况进行了研究，建立了球谐域DOA估计的接收模型，对空间按照等角度进行网格划分，通过分析球谐函数的特点，得到匹配矩阵中元素之间的关系，构造一个块对角的酉矩阵，对原有复值模型进行酉变换，在实球谐域建立了一种DOA估计的实值模型；提出了稀疏框架下的移动性信号的状态转移模型，并以实值模型为基础，利用变分稀疏贝叶斯学习方法估计稀疏信号的测量噪声方差和状态噪声方差并通过卡尔曼滤波算法来对信号的状态进行估计。2)球面声学上两个主要的HRTF建模方法:基于球谐函数HRTF建模方法和基于球面小波HRTF建模方法，详细介绍相关算法原理和各自的优点和不足。基于球谐域函数HRTF建模方法和球面小波HRTF建模方法比较分析，提了一种新
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种改进的稀疏表示DOA估计算法[J]. 赵宏伟,刘波,刘恒. 电子设计工程. 2016(09)
[2]基于压缩感知的麦克风阵列声源定位算法[J]. 赵小燕,周琳,吴镇扬. 东南大学学报(自然科学版). 2015(02)
[3]三维音频技术综述[J]. 胡瑞敏,王晓晨,张茂胜,李登实,王松,高丽,杨乘,杨玉红. 数据采集与处理. 2014(05)
[4]贪婪算法与压缩感知理论[J]. 方红,杨海蓉. 自动化学报. 2011(12)
[5]基于球傅里叶变换的声源三维空间定位[J]. 汤永清,黄青华,方勇. 信号处理. 2010(05)
[6]自适应Kalman滤波在MEMS陀螺仪信号处理中的应用[J]. 吉训生,王寿荣,许宜申,盛平. 传感器与微系统. 2006(09)
[7]5.1通路环绕声的耳机虚拟重放[J]. 谢菠荪,王杰,管善群,李长滨. 声学学报. 2005(04)
[8]6.1通路通用平面环绕声系统的研究[J]. 谢菠荪. 声学学报. 2001(06)
[9]立体声技术近年来的进展[J]. 谢菠荪. 应用声学. 1995(04)
[10]环绕声的N+1通路锥形扬声器阵列重发[J]. 谢菠荪. 电声技术. 1992(06)
博士论文
[1]球形传声器阵列捡拾与双耳虚拟重放系统的研究[D]. 刘昱.华南理工大学 2015
[2]Ambisonic声重发系统的优化改进[D]. 龚惠哲.华南理工大学 2009
本文编号：3591340
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