基于聽(tīng)者位置跟蹤的實(shí)時(shí)聲場(chǎng)重建系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及聲場(chǎng)重放領(lǐng)域，具體涉及一種基于聽(tīng)者位置跟蹤的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的聲場(chǎng)重 建的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來(lái)臨使得人類的交流采用了新的方式，進(jìn)入了新的領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí) (VR)技術(shù)成為了近年來(lái)科技圈相當(dāng)火熱的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)構(gòu)造一個(gè)虛擬的、不同 于現(xiàn)實(shí)的3D環(huán)境，帶給人身臨其境的視覺(jué)感受。而利用聲場(chǎng)重建方法合成虛擬聲源的技術(shù) 也能創(chuàng)造身臨其境的聽(tīng)覺(jué)感受。這或許會(huì)成為未來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的重要組成部分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于聽(tīng)者位置跟蹤的實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)重建的方法和 系統(tǒng)。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于聽(tīng)者位置跟蹤的實(shí)時(shí)聲場(chǎng)重建方法， 包括聽(tīng)音室控制系統(tǒng)和揚(yáng)聲器陣列，揚(yáng)聲器陣列包括N個(gè)揚(yáng)聲器和N個(gè)音頻濾波器，N為大于 1的整數(shù);其特征在于，包括以下步驟：
[0005] 獲取聽(tīng)者位置；
[0006] 先根據(jù)聽(tīng)者位置處理得到聽(tīng)者的位置坐標(biāo);然后
[0007] 根據(jù)聽(tīng)者的位置坐標(biāo)以及揚(yáng)聲器的位置信息計(jì)算得到其中Μ個(gè)揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)信 號(hào);Μ為大于或等于1且小于或等于Ν的自然數(shù);再
[0008] 根據(jù)聽(tīng)者的位置、揚(yáng)聲器的位置信息以及音頻信號(hào)的采樣頻率，得到Μ個(gè)音頻濾波 器的濾波系數(shù);之后
[0009] 將原始音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)各個(gè)通道的音頻濾波器濾波，得到處理后的音頻信號(hào);最后
[0010] 將處理得到的音頻信號(hào)輸出到對(duì)應(yīng)通道的揚(yáng)聲器播放，疊加每個(gè)揚(yáng)聲器的聲場(chǎng)， 得到總聲場(chǎng)；
[0011]攝像頭拍攝到聽(tīng)者移動(dòng)時(shí)，重復(fù)上述步驟，得到新的總聲場(chǎng)。
[0012]作為優(yōu)選的，控制系統(tǒng)采用時(shí)間反演法計(jì)算得到對(duì)應(yīng)通道的音頻濾波器的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)。
[0013]作為優(yōu)選的，單個(gè)揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲場(chǎng)表不為
[0014] Pi(x，ω ) =D(Xi，ω )G(x_Xi，ω ) 0
[0015]作為優(yōu)選的，聲場(chǎng)表不為
[0017]作為優(yōu)選的，原始音頻信號(hào)為聽(tīng)音室外的音源；
[0018]外部音頻采集系統(tǒng)錄音采集聽(tīng)音室外的初始聲源，輸入到外部上位機(jī)或輸入到各 個(gè)通道的音頻濾波器。
[0019] 本發(fā)明還提供了一種基于聽(tīng)者位置跟蹤的實(shí)時(shí)聲場(chǎng)重建系統(tǒng)，包括聽(tīng)音室、控制 系統(tǒng)以及設(shè)于聽(tīng)音室內(nèi)的圖像采集組件和揚(yáng)聲器陣列，揚(yáng)聲器陣列包括N個(gè)揚(yáng)聲器和N個(gè)音 頻濾波器，N為大于1的整數(shù)；
[0020] 控制系統(tǒng)分別與N個(gè)音頻濾波器相連接，每個(gè)音頻濾波器與一個(gè)揚(yáng)聲器相連接;圖 像采集組件與控制系統(tǒng)相連接；
[0021] 控制系統(tǒng)用于：
[0022] 根據(jù)圖像采集組件采集到的聽(tīng)者位置處理得到聽(tīng)者的位置坐標(biāo)；
[0023] 根據(jù)聽(tīng)者的位置坐標(biāo)以及揚(yáng)聲器的位置信息計(jì)算得到其中Μ個(gè)揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)信 號(hào);Μ為大于或等于1且小于或等于Ν的自然數(shù)；
[0024] 根據(jù)聽(tīng)者的位置、揚(yáng)聲器的位置信息以及音頻信號(hào)的采樣頻率，得到Μ個(gè)音頻濾波 器的濾波系數(shù)；
[0025] 控制原始音頻信號(hào)輸入Ν個(gè)音頻濾波器。
[0026] 作為優(yōu)選的，圖像采集組件的可視范圍覆蓋整個(gè)聽(tīng)音室。
[0027] 作為優(yōu)選的，揚(yáng)聲器均勻地分布在聽(tīng)音室的四周。
[0028] 作為優(yōu)選的，還包括音源采集組件;音源采集組件與控制系統(tǒng)相連接；
[0029] 音源采集組件用于采集聽(tīng)音室外的音源。
[0030] 進(jìn)一步的，音源采集組件還與外部上位機(jī)相連接；
[0031 ]外部上位機(jī)用于記錄音源采集組件采集到的音源。
[0032]本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于：
[0033]本發(fā)明是一種基于物理實(shí)現(xiàn)的聲場(chǎng)重建方法，不依賴于心理聲學(xué)，并且具有的聽(tīng) 音區(qū)域并不局限于某幾個(gè)聽(tīng)音位置，并且系統(tǒng)可實(shí)時(shí)偵測(cè)聽(tīng)者位置的移動(dòng)、實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)、 實(shí)時(shí)更新聲場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)一種實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)重建方法。本發(fā)明可應(yīng)用于如遠(yuǎn)程演講等場(chǎng) 景，并可與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合，為觀者帶來(lái)獨(dú)特的視聽(tīng)感受。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1為本發(fā)明聲場(chǎng)重建方法的步驟流程圖；
[0035] 圖2為本實(shí)施例聽(tīng)音房間揚(yáng)聲器陣列布置的示意圖；
[0036] 圖3為本實(shí)施例中虛擬聲源重建在某一位置的聲場(chǎng)分布圖；
[0037] 圖4為本實(shí)施例中虛擬聲源重建在另一位置的聲場(chǎng)分布圖；
[0038] 圖5為本實(shí)施例中虛擬聲源重建在另一位置的聲場(chǎng)分布圖；
[0039] 圖6為本發(fā)明的軟件部分設(shè)計(jì)的框架圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的各實(shí) 施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。
[0041] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的第一實(shí)施方式提供了一種基于聽(tīng)者位置跟蹤的實(shí) 時(shí)聲場(chǎng)重建系統(tǒng)，包括聽(tīng)音室、控制系統(tǒng)以及設(shè)于聽(tīng)音室內(nèi)的圖像采集組件和揚(yáng)聲器陣列， 揚(yáng)聲器陣列包括Ν個(gè)揚(yáng)聲器和Ν個(gè)音頻濾波器，Ν為大于1的整數(shù);控制系統(tǒng)分別與Ν個(gè)音頻濾 波器相連接，每個(gè)音頻濾波器與一個(gè)揚(yáng)聲器相連接;圖像采集組件與控制系統(tǒng)相連接;控制 系統(tǒng)用于:根據(jù)圖像采集組件采集到的聽(tīng)者位置處理得到聽(tīng)者的位置坐標(biāo);根據(jù)聽(tīng)者的位 置坐標(biāo)以及揚(yáng)聲器的位置信息計(jì)算得到其中Μ個(gè)揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)信號(hào);Μ為大于或等于1且小 于或等于Ν的自然數(shù);根據(jù)聽(tīng)者的位置、揚(yáng)聲器的位置信息以及音頻信號(hào)的采樣頻率，得到Μ 個(gè)音頻濾波器的濾波系數(shù);控制原始音頻信號(hào)輸入Ν個(gè)音頻濾波器。
[0042] 在本實(shí)施例中，圖像采集組件是一個(gè)攝像頭，其可視范圍覆蓋整個(gè)聽(tīng)音室;揚(yáng)聲器 陣列包括90個(gè)揚(yáng)聲器均勻地分布在聽(tīng)音室的四周，形成閉環(huán)。
[0043] 在本實(shí)施例中，該基于聽(tīng)者位置跟蹤的實(shí)時(shí)聲場(chǎng)重建系統(tǒng)還包括音源采集組件； 音源采集組件與控制系統(tǒng)相連接;音源采集組件用于采集聽(tīng)音室外的音源。該音源采集組 件還能夠與外部上位機(jī)相連接;外部上位機(jī)用于記錄音源采集組件采集到的原始音頻信 號(hào)。
[0044] 本發(fā)明還提供了一種基于聽(tīng)者位置跟蹤的實(shí)時(shí)聲場(chǎng)重建方法，利用了上述的基于 聽(tīng)者位置跟蹤的實(shí)時(shí)聲場(chǎng)重建系統(tǒng)，該方法包括以下步驟：
[0045] 獲取聽(tīng)者位置；
[0046] 控制系統(tǒng)先根據(jù)聽(tīng)者位置處理得到聽(tīng)者的位置坐標(biāo);然后根據(jù)聽(tīng)者的位置坐標(biāo)以 及揚(yáng)聲器的位置信息計(jì)算得到其中Μ個(gè)揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)信號(hào);Μ為大于或等于1且小于或等于Ν 的自然數(shù);根據(jù)聽(tīng)者的位置、揚(yáng)聲器的位置信息以及音頻信號(hào)的采樣頻率，得到Μ個(gè)音頻濾 波器的濾波系數(shù);之后將原始音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)各個(gè)通道的音頻濾波器濾波，得到處理后的音 頻信號(hào)；最后