Audio-only游戏中虚拟声的HRTF匹配与压缩技术研究
用HRTF进行虚拟声源定位实验
用HRTF进行虚拟声源定位实验郭智杰(103372002)摘要:介绍了传统的音频定位理论及存在的缺陷,引出了HRTF的定义,分析了HRTF包含的方位信息,并用我们开发的虚拟听觉空间系统V asaudio对虚拟声源定位进行了实际测试,最后对测试结果做了分析。
关键词:HRTF;ITD;IID;虚拟声源定位我们日常听到的立体声录音,虽然有左右声道之分,但就整体效果而言,立体声音乐来自听者面前的某个平面。
但希望的是一个在虚拟环境中能辨别声源精确位置的声音系统,而当您听到三维虚拟声音时,音乐声是来自围绕您的一个球形中的任何地方,即声音出现在您头的上方、后方或者在您的鼻子前方。
我们把在虚拟场景中的能使用户准确地判断出声源精确位置、符合人们在真实境界中听觉方式的声音系统称为三维虚拟声音。
1 传统音频定位理论耳间时间差(ITD):从声源发出的声音到达人的左耳和右耳时,有一个先后的过程,这段时间差就是耳间时间差。
耳间时间差与声音信号的频率有关,是声源角位置 ,头部半径r和声速c的函数,在人类听觉定位中占有重要位置。
耳间强度差(IID):由于声音的传播媒质对声波的衰减作用,声音的强度随距离而变化,再加上耳廓和头部的遮挡,最终到达两耳的声音所经过的路径是不同的,使得距离声源近的耳朵听到的声音要强一些,这就是耳间强度差。
在中、低频(f<1.6 kHz),ITD是定位的主要因素;在中频段(f在1.5-4.0 kHz), ITD和IID 共同起作用;而在高频(f>4 kHz), IID起主要作用[1]。
传统的音频定位理论的缺陷:(1)无法解释单耳条件下的定位机理。
(2)存在锥面模糊现象。
ITD和IID对左右方位的定位效果非常明显,但对前后和上下方位存在模糊现象。
如图1中同一垂直面内的X和Y到达两耳的路径是对称的,以及同一水平面内的A和B到达两耳的路径也是对称的,这就无法依赖ITD和IID来进行准确定位。
图1 混淆锥示意图2 用HRTF进行虚拟声源定位我们介绍一种更为完备的音频定位模型,这就是HRTF。
了解电脑音频处理技术音频编码和解码
了解电脑音频处理技术音频编码和解码音频编码和解码是电脑音频处理技术中必不可少的环节。
通过编码和解码,可以将原始音频数据转化为数字信号并进行传输和存储。
本文将介绍电脑音频处理技术中常用的音频编码和解码方法,以及它们的应用。
一、PCM编码和解码PCM (Pulse Code Modulation) 是一种最基本的音频编码和解码方法。
它将连续的模拟音频信号转换为数字信号。
PCM编码过程将模拟信号进行采样、量化和编码,得到一系列数字化的数据样本。
PCM解码过程则将这些数字样本进行解码、还原和重构,得到近似原始模拟音频信号。
二、压缩编码和解码随着音频数据的传输和存储需求的增加,压缩编码和解码技术应运而生。
压缩编码可以将音频数据进行压缩,减小数据量并保持较高的音质。
1.有损压缩有损压缩是一种牺牲一定音质的压缩技术。
在编码过程中,音频数据所含的冗余信息被去除或者降低,以减小数据量。
在解码过程中,压缩后的数据将被还原,但是由于信息的丢失,音质会有所损失。
常见的有损压缩编码方法有MP3、AAC和OGG等。
2.无损压缩无损压缩是一种不丢失音质的压缩技术。
在编码过程中,冗余信息被检测和压缩,但是数据在解码后可以完全还原,保持和原始音频一致的音质。
常见的无损压缩编码方法有FLAC、ALAC和APE等。
三、流媒体编码和解码流媒体编码和解码技术是在音频传输过程中进行压缩和解压缩的一种方法。
通过流媒体编码和解码,音频数据可以实时传输,并且能够在接收端实时进行解码和播放。
1.RTP 和 RTSPRTP (Real-time Transport Protocol) 是一种用于音频和视频实时传输的协议,提供了数据包定时发送和顺序接收的功能。
RTSP (Real-Time Streaming Protocol) 是一种用于控制流媒体服务器和客户端之间实时流传输的协议。
这两种协议常常一起使用,实现音频数据的实时传输和解码。
2.STREAMINGSTREAMING是一种音频流传输格式,通过压缩编码将音频数据分为一系列小的数据包进行传输。
Audio名词解释
音响技术专业名词声卡是我们大家都比较熟悉的一种计算机配件。
我们要用计算机处理声音信号,让计算机发出各种声音,用计算机播放有声的视频节目(VCD)、电子图书、教学光盘等都离不开声卡。
有关声卡的参数和术语也是多种多样的,下面我就把其中一些主要的术语简单的为大家介绍一下,希望能够为那些想多了解声卡一些的朋友带来帮助。
波形声音从本质上讲,声音是一种连续的波,称为声波。
要把声音信号存储到计算机之中去,必须把连续变化的波形信号(称为模拟信号)转换成为数字信号,因为计算机中只能存储数字信号。
把模拟信号转换为数字信号(DAC)一般由对声音信号的采样和转换两步来完成。
所谓采样就是采集声音模拟信号的样本,然后再转换成数字信号。
计算机对声音采样能力的大小也用两个参数来衡量:采样频率和声音采样信号的位数(bit)。
理解这两个参数十分重要,它们是声卡的主要指标,它们不仅影响到声音的播放质量,还与存储声音信号所需要的存储空间有直接的关系。
采样的位数采样位数可以理解为声卡处理声音的解析度。
这个数值越大,解析度就越高,录制和回放的声音就越真实。
我们首先要知道:电脑中的声音文件是用数字0和1来表示的。
所以在电脑上录音的本质就是把模拟声音信号转换成数字信号。
反之,在播放时则是把数字信号还原成模拟声音信号输出。
声卡的位是指声卡在采集和播放声音文件时所使用数字声音信号的二进制位数。
声卡的位客观地反映了数字声音信号对输入声音信号描述的准确程度。
8位代表2的8次方——256,16位则代表2的16次方——64K。
比较一下,一段相同的音乐信息,16位声卡能把它分为64K个精度单位进行处理,而8位声卡只能处理256个精度单位,造成了较大的信号损失,最终的采样效果自然是无法相提并论的。
如今市面上所有的主流产品都是16位的声卡,而并非有些无知商家所鼓吹的64位乃至128位,他们将声卡的复音概念与采样位数概念混淆在了一起。
如今功能最为强大的声卡系列——Sound Blaster Live!采用的EMU10K1芯片虽然号称可以达到32位,但是它只是建立在Direct Sound加速基础上的一种多音频流技术,其本质还是一块16位的声卡。
3D音频技术分析
3D音频技术分析摘要:3D音效根据人耳对声音信号的感知特点,使用信号处理方法对声源到两耳之间的传递函数进行模拟,以重建复杂三维虚拟空间声场,3D音频技术的实现主要依靠两种技术:HRTF( Head Related Transfer Function)头部相关传输函数的技术;WFS( Wave Field synthesis)波场合成技术。
HRTF头部相关传输函数在3D音频领域已经逐渐发展完善,HRTF数据库对听音者音频优化提供了更好地保证;波场合成WFS的3D音频技术目前的应用还处于探索阶段,该技术需要大量的扬声器单元,多个扬声器的输入输出对数据运算同样是一个巨大的工程。
关键词:3D,音频,HRTF头部相关传输函数,WFS 波场合成第一章3D音频技术人耳的基本声音定位原理是IID和ITD。
IID(Interaural Intensity Difference:两耳声强差),它的意思是说离音源较近耳朵收到的声音强度要比另一侧高,感觉声音会大一些。
ITD(Interaural Time Difference:两耳时差),它的意思是说人站的方位不同,声音达到两耳的时间也有差别,人们会感觉到音源早达到耳朵的那边。
人耳听到的声波,经过阻碍物的反射,外耳轮廓的过滤,声波能量减弱,消失,延迟,接收声音会与音源发生有很大变化,依靠这些变化,可以确定周围环境。
3D音效需要重建听觉的三维空间真实自然的特点,需要支持以上的定位效果,IID、ITD、外耳、反射,分析他们在不同角度声音的变化,然后通过计算机模拟来建立虚拟的声音系统。
三维音频(3D audio),也称为虚拟声(virtual acoustics)、双耳音频(binaural audio ),空间声(spatialized sound)等,它根据人耳对声音信号的感知特点,使用信号处理方法对声源到两耳之间的传递函数进行模拟,以重建复杂三维虚拟空间声场。
1.1 3D音频技术原理3D音效的两个重要的因素:定位与交互。
立体声音场重建的算法和优化研究
立体声音场重建的算法和优化研究立体声音场重建是通过计算机算法对音频信号进行处理,以在声音播放时创造更加真实、逼真的听觉体验。
本文将探讨立体声音场重建的算法和优化研究。
一、引言随着科技的不断进步,人们对于音频的需求也越来越高。
立体声音场重建算法的发展,使得人们能够在家中或在音频设备中享受到逼真的音频效果。
本文将介绍立体声音场重建的算法原理以及目前的优化研究。
二、立体声重建算法的原理立体声音场重建的算法通过处理音频信号,使得人在听音乐、观看电影或玩游戏时有一种立体环绕的感觉。
以下是几种常用的立体声音场重建算法:1. 声道叠加法声道叠加法是最简单也是最早期的一种立体声音场重建算法。
通过将左右声道的音频信号分别延迟一定时间并加到对方的声道上,以产生立体声效果。
然而,这种方法存在一些问题,如音源定位不准确、音场混乱等。
2. HRTF (Head-Related Transfer Function)HRTF是目前常用的立体声音场重建算法。
它基于人耳延迟、幅度及频率响应等特性,模拟出人在不同方向上的听觉效果。
通过测量人耳对不同声源的响应,建立HRTF模型,再将音频信号经过HRTF滤波器处理,实现立体声效果。
3. binaural recordings (双耳录音)binaural recordings是一种使用两个麦克风捕获立体声信号的方法。
通过将两个麦克风放置在模拟人耳位置和方向的位置上,能够捕捉到真实的立体声音场。
然后,将双耳录音的数据输入到耳机或扬声器中,以实现立体声效果。
三、立体声重建算法的优化研究1. 基于深度学习的算法近年来,深度学习技术在各个领域获得广泛应用。
在立体声音场重建领域,研究者开始尝试使用深度神经网络对声场进行重建。
通过对大量音频数据进行训练,可以更加准确地捕捉到不同声源的位置、方向和声音特性,进而提高立体声效果的真实感和逼真度。
2. 空间声源分离在现实生活中,我们经常面临多个声源同时发出声音的情况,如在闹市区的嘈杂环境下。
3D音频技术在虚拟现实中的应用
3D音频技术在虚拟现实中的应用随着科技的飞速发展,虚拟现实(VR)已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。
而在虚拟现实中,3D音频技术的应用更是为用户体验带来了前所未有的沉浸感。
本文将探讨3D音频技术在虚拟现实中的应用,以及它如何改变我们的生活。
首先,让我们来了解一下什么是3D音频技术。
简单来说,3D音频技术就是通过模拟声音在空间中的传播过程,使用户能够感受到声音的方向、距离和高度等三维信息。
这种技术在电影、游戏等领域已经得到了广泛的应用,而在虚拟现实中,它的潜力更是被发挥得淋漓尽致。
那么,3D音频技术在虚拟现实中究竟有哪些应用呢?1.增强沉浸感:在虚拟现实中,用户需要感受到一个真实的世界。
而3D音频技术可以为这个世界增添更多的真实感。
例如,当用户在虚拟世界中行走时,他们可以听到脚步声、鸟鸣声等自然声音,这些声音会根据用户的位置和方向发生变化,让用户感觉自己真的置身于这个世界之中。
2.提供导航指引:在虚拟现实中,用户可能会迷失方向。
而3D音频技术可以帮助用户提供导航指引。
例如,当用户需要前往某个地点时,系统可以通过声音告诉用户应该往哪个方向前进,这样用户就可以更加轻松地找到目的地。
3.丰富交互体验:在虚拟现实中,用户可以与虚拟角色进行交流。
而3D音频技术可以让这种交流变得更加真实。
例如,当用户与虚拟角色对话时,他们可以听到角色的声音从不同的方向传来,甚至可以感受到角色的情绪变化。
4.创造氛围:在虚拟现实中,用户可以体验到各种不同的场景。
而3D音频技术可以为这些场景创造出独特的氛围。
例如,在一个恐怖游戏中,用户可以听到阴森的背景音乐和令人毛骨悚然的尖叫声,让游戏的氛围更加紧张刺激。
然而,尽管3D音频技术在虚拟现实中的应用有着巨大的潜力,但我们也不能忽视它所带来的一些问题。
例如,过度依赖3D音频技术可能会导致用户对现实世界的声音感知能力下降;此外,长时间使用虚拟现实设备可能会对用户的听力造成损害。
因此,在使用3D音频技术的同时,我们还需要注意保护用户的健康和安全。
虚拟现实游戏中的3D声音控制技巧
虚拟现实游戏中的3D声音控制技巧虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)游戏近年来成为游戏行业的热门领域。
随着技术的不断进步,虚拟现实游戏日益逼真,给玩家带来身临其境的游戏体验。
而在虚拟现实游戏中,3D声音控制技巧的运用则起到至关重要的作用。
本文将介绍几种常见的3D声音控制技巧,帮助玩家更好地体验虚拟现实游戏的沉浸感。
一、头部定位技术在虚拟现实游戏中,头部定位技术是实现3D声音效果的关键。
头部定位技术利用头戴设备中的陀螺仪和加速度传感器来追踪玩家的头部动作,根据头部的位置来调整声音的传递方向。
通过这种技术,玩家可以根据真实的头部动作来确定游戏中声音的来源和方向。
例如,在一款射击游戏中,当敌人从玩家的左后方逼近时,玩家可以通过听到从左耳传来的声音判断敌人的方位,然后通过头部定位技术将枪口对准目标,完成击杀。
头部定位技术不仅提高了游戏的实时交互性,也使得玩家更加投入其中。
二、音源位置标记在虚拟现实游戏中,音源位置标记技术可以精确地确定虚拟游戏环境中的声音源。
通过这种技术,游戏开发者能够给每个声源位置打上标记,确定它们在虚拟环境中的位置,并在玩家移动时相应地对声音做出调整。
例如,在一款赛车游戏中,当玩家驾驶着赛车行驶时,标记在赛道两侧的声音源会随着玩家的相对位置进行调整,使得玩家听到的赛车发动机声音与其位置一致。
这种音源位置标记技术有效地提高了虚拟现实游戏的沉浸感,使得玩家感觉自己真正置身于游戏之中。
三、环境音效处理在虚拟现实游戏中,环境音效处理是实现3D声音效果的重要手段之一。
通过合理运用环境音效技术,游戏开发者可以使玩家感觉游戏场景更加真实。
例如,在一款恐怖游戏中,当玩家进入一个阴暗的房间时,环境音效技术可以增加房间的回音效果,加强玩家对恐怖氛围的感知。
同时,当玩家移动到房间的不同位置时,环境音效技术也会相应地调整声音的混响和音量,使得玩家能够更加清楚地感受到虚拟环境中的细微变化。
四、立体声效果处理在虚拟现实游戏中,立体声效果处理是实现3D声音效果的基础。
基于RaspberryPi的Audio—only音频游戏和交互硬件的设计与研究
基于RaspberryPi的Audio—only音频游戏和交互硬件的设计与研究文章针对国内视障人群专用音频游戏较少且体验较差的问题,设计了一款基于Raspberry Pi的Audio-only音频游戏终端,其利用了声源定位技术以及立体声重建技术,在终端实现了三款音频游戏。
结果表明,此音频游戏给视障人群带来了更好的游戏体验。
标签:声源定位;立体声场;音频游戏;树莓派引言目前全球视障人群的2.85亿中,中国约有1691万,他们因本身对于图像世界无法真切感受,精神需求显得尤为迫切[1]。
近些年视障人群逐渐受到更多重视,但由于视障人群教育事业的不发达和对视障人士生活自理能力培养的不够重视,视障人士的权利并不能得到很好的保障。
所以虽然他们也渴望与正常人群沟通;和正常人一样拥有丰富的娱乐方式、体验精彩的游戏世界,但由于生理上的局限,他们的业余生活往往十分单一。
现在市面上的游戏大多是基于图像,也就是视觉游戏,而仅仅基于声音的游戏很少或者还没有推广开来,尤其是针对视障人群开发的音频游戏,多为直接将文字转换为语音输出。
在国外文献[2]中,Drewes等人开发了一款拟真的听觉游戏,它采用了携带式计算机和增强现实技术;而国内对于增强现实听觉技术的研究多以计算机专业的扩展研究为主,现有的研究主要有3D音频效果的实现和音频媒介的交互[3]。
因此对于视障人群来说,用户体验方面并不够友好。
我们希望开发出一种Audio-only的立体声音频游戏终端。
Audio-only游戏与传统游戏的区别就是,玩家不再依赖视觉,而是通过听觉感知并操作游戏。
而这种纯基于听觉的游戏,不仅在视觉障碍人群中有巨大的市场潜力,也给普通人带来更加丰富和新奇的游戏体验,它不仅是一种娱乐方式,还可以被用来训练听觉感知方面的某些技能,具有一定的教育功用。
1 项目的技术实现1.1 基于麦克风阵列的声源定位现有的声源定位方法主要分为三类:基于时延估计的定位方法、基于波束形式的定位方法和基于高分辨率空间谱估计的定位方法[4]。
基于hrtf的虚拟听觉系统的关键技术与研究
第三章耳机传输特性均衡脚(舻糍丽1历@10)式(3.10)涉及耳道入口的声辐射阻抗Zl、耳道入口看进去的阻抗z2、耳机重放时耳道入口看出去的声阻抗Z4,这几个量的测量比较复杂。
但如果它们满足以下条件之一,①Zl<<Z2,24硌,Z2,②Zl ̄Z4,式(3.10)就可得到简化。
但实际的测量表明,在某些频率Z1并不远小于Z2,条件①不能成立,因而只有要求满足条件②。
但在lkHz以下的频率,Zl通常很小,满足Z1<<Z2,因此条件②使得ZI≈Z4,Z4<<Z2(/<lkHz)(3.11)这时式(3.10)可简化为F=彤)=琢拓=莉1(3.12)满足(3.12)的耳机称为具有和自由场等价的耦合特性耳机(HeadphonewithFree—airEquivalentCouplingtotheEar,FEC)。
由式(3.8)、式(3.10)和式(3.12),耳机重放均衡滤波器的传输特性与尸:腰有关,它表示从耳机的电信号输入到耳道内参考点x的传输特性,称为耳机到耳道传输函数(HeadphonetoEarCanalTransferFunction,HpTF),即P’(3.13)Hp(f)=等也特别是取鼓膜处作为参考x时,HpO')称为耳机到鼓膜传输函数(HeadphonetoEardrumTransferFunction,HETF)。
因而只要通过实验测量得到Hp(t)和测量HRTF所用传声器的传输响应M,即可根据式(3.8)、式(3.10)和式(3.12)对耳机重放的传输特性进行均衡。
如果传声器具有理想的传输特性,则公式中的尬可以略去。
但实际上在Hp∞的测量中,也是采用传声器测量参考点声压P‘x的,如果采用和测量HRTF相同的传声器测量凡,那么传声器的输出为豉=尬尸:,实际测量得到的是E:/E=MHp∽,将此式代入式(3.8)或式(3.10),可以得到F=F(厂)2丽i(3·14)最终的结果与传声器的传输特性无关。
虚拟现实技术中的声音优化技巧(Ⅰ)
虚拟现实技术中的声音优化技巧虚拟现实技术(VR)是一种将人们带入虚拟环境中的技术,它已经被广泛应用于游戏、娱乐、教育和医疗等领域。
在虚拟现实环境中,声音的表现至关重要,它能够增强用户的沉浸感和体验效果。
因此,声音优化技巧在虚拟现实技术中显得尤为重要。
声音优化技巧一:3D音频技术虚拟现实技术中的声音优化离不开3D音频技术。
传统的音频技术只能呈现声音的方向和音量,而3D音频技术可以让声音在虚拟环境中呈现更真实的表现。
通过模拟人耳的听觉功能,3D音频技术可以让用户感受到声音来自不同的方向和距离,从而增强沉浸感。
在虚拟现实环境中,这种技术可以让用户更好地感知周围的环境和情境。
因此,虚拟现实技术中的声音优化必须依赖于3D音频技术的应用。
声音优化技巧二:环绕声技术虚拟现实技术中的环绕声技术是另一个重要的声音优化技巧。
环绕声技术可以使用户在虚拟环境中感受到更加真实的声音效果。
通过布置多个扬声器或者利用耳机等设备,环绕声技术可以在虚拟现实环境中模拟出真实世界中的声音环境。
这种技术可以让用户感受到声音来自不同的方向和距离,从而增强虚拟环境的真实感和沉浸感。
在虚拟现实技术中,环绕声技术的应用可以极大地提升用户的体验效果。
声音优化技巧三:声音交互设计在虚拟现实环境中,声音交互设计是一种重要的声音优化技巧。
声音交互设计可以让用户通过语音指令来与虚拟环境进行交互,从而增强用户的沉浸感和体验效果。
通过声音交互设计,用户可以更加方便地控制和操作虚拟环境中的内容,从而提升用户的参与感和互动体验。
在虚拟现实技术中,声音交互设计的应用可以让用户更加自然地与虚拟环境进行交互,从而提升整体的体验效果。
声音优化技巧四:音效设计虚拟现实技术中的音效设计是一种重要的声音优化技巧。
音效设计可以为虚拟环境中的场景和情境增添更加丰富的声音效果,从而提升用户的沉浸感和体验效果。
通过合理的音效设计,可以让虚拟环境中的声音更加真实和生动,从而使用户更加投入到虚拟环境中。
弹幕游戏的音效设计探索游戏中的声音力
弹幕游戏的音效设计探索游戏中的声音力在当今的游戏市场上,弹幕游戏是一种备受欢迎的游戏类型。
这种游戏以其刺激的玩法和令人兴奋的音效而受到玩家的青睐。
音效作为游戏体验的重要组成部分,在弹幕游戏中发挥着重要的作用。
本文将探讨弹幕游戏中音效设计的重要性,并介绍一些常用的音效设计方法。
弹幕游戏是一种射击类游戏,玩家需要在屏幕上的海量弹幕中穿梭并射击敌人。
在这样高强度的游戏体验中,音效的作用尤为显著。
音效能够增强玩家的沉浸感,让他们更深入地融入游戏世界。
通过准确的音效设计,玩家可以更好地判断敌人的位置、了解自己的状态,并在游戏中做出更精确的操作。
弹幕游戏的音效设计需要做到准确、清晰和富有冲击力。
首先,音效需要准确地传达游戏信息。
例如,当玩家的角色受到攻击时,应该有相应的音效提示,以提醒玩家注意自身的生命值。
其次,音效需要清晰地表达游戏元素。
不同类型的敌人或道具应该有独特的音效,以便玩家轻松辨识。
最后,音效需要具备冲击力,能够激发玩家的情绪并增强游戏体验。
例如,当玩家击败一个强大的敌人时,应该有震撼人心的胜利音效,让玩家感受到成就感。
在音效设计方面,有几种常用的方法可以帮助开发人员实现优质的音效效果。
首先是声音采样和合成。
开发人员可以使用专业的音频工具,如声音编辑软件或音频合成器,来创建和修改游戏中的音效。
这些工具提供了丰富的声音库和调整参数,可以满足不同音效需求。
其次是音效层叠和混合。
通过叠加多个音效,开发人员可以创造出更复杂、更丰富的音效体验。
例如,当玩家释放必杀技时,可以同时播放多个音效,以突出技能的威力和冲击力。
除此之外,还有采用音频处理效果,如混响、延迟和压缩等,来增强音效的真实感和立体声效果。
除了以上的方法,开发人员还可以将音效与游戏中的其他元素相结合,进一步提升游戏的声音力。
例如,在玩家发射子弹时,可以设计出与子弹颜色匹配的音效,以增加视听的协调性和统一感。
此外,游戏的剧情和背景音乐也是音效设计的重要组成部分。
用HRTF进行虚拟声源定位报告
用HRTF进行虚拟声源定位报告介绍:我们日常听到的立体声录音,虽然有左右声道之分,但就整体效果而言,立体声音乐来自听者面前的某个平面。
但希望的是一个在虚拟环境中能辨别声源精确位置的声音系统,而当您听到三维虚拟声音时,音乐声是来自围绕您的一个球形中的任何地方,即声音出现在您头的上方、后方或者在您的鼻子前方。
我们把在虚拟场景中的能使用户准确地判断出声源精确位置、符合人们在真实境界中听觉方式的声音系统称为三维虚拟声音。
1 传统音频定位理论耳间时间差(ITD):从声源发出的声音到达人的左耳和右耳时,有一个先后的过程,这段时间差就是耳间时间差。
耳间时间差与声音信号的频率有关,是声源角位置 ,头部半径r和声速c的函数,在人类听觉定位中占有重要位置。
耳间强度差(IID):由于声音的传播媒质对声波的衰减作用,声音的强度随距离而变化,再加上耳廓和头部的遮挡,最终到达两耳的声音所经过的路径是不同的,使得距离声源近的耳朵听到的声音要强一些,这就是耳间强度差。
在中、低频(f<1.6 kHz),ITD是定位的主要因素;在中频段(f在1.5-4.0 kHz), ITD和IID 共同起作用;而在高频(f>4 kHz), IID起主要作用[1]。
传统的音频定位理论的缺陷:(1)无法解释单耳条件下的定位机理。
(2)存在锥面模糊现象。
ITD和IID对左右方位的定位效果非常明显,但对前后和上下方位存在模糊现象。
如图1中同一垂直面内的X和Y到达两耳的路径是对称的,以及同一水平面内的A和B到达两耳的路径也是对称的,这就无法依赖ITD和IID来进行准确定位。
图1 混淆锥示意图2 用HRTF进行虚拟声源定位有一种更为完备的音频定位模型,这就是HRTF。
与头部关联的传递函数(Head-Related Transfer Function, HRTF)描述了声波从声源到双耳的传输过程。
事实上从某一方位的声源发出的声信号在到达听者的耳膜之前经过了复杂的传输过程,声信号与听者的头部、肩部以及躯干,耳廓发生了反射、折射、衍射和散射等声学作用,人体的这些部位对声信号的调制作用可以统一的用一个函数来表示即与头部关联的传递函数HRTF。
HRTF在虚拟3D立体声中的应用及实验
!""#$%%%&%%’( )#$$&***+,#清华大学学报-自然科学版./012345678329-":2;0<:5.=*%%$年第($卷第$$期*%%$=>?@A($=#?A$$*$,+’B(&B C D E F G在虚拟H I立体声中的应用及实验赵自力=黄成伟=高宏=李庆祥-清华大学精密仪器与机械学系=北京$%%%J(.收稿日期K*%%%&%L&$$基金项目K国家M九七三N重点基础研究项目-O$L L L%+%%B.作者简介K赵自力-$L B C&.=男-汉.=河北=硕士研究生P摘要K为了探讨虚拟!"立体声技术在实践中的应用#依据人体头部相关传递函数$%&’()的原理#采用美国*+’媒体实验室测得的,-*.&假人头%&’(数据#利用多媒体计算机合成了两通道虚拟!"立体声/通过对%&’(频谱的分析#提出了改善合成效果的相应措施/实验结果证实#改善后的%&’(数据对提高声源前后定位有明显的效果#表明%&’(频谱中的峰点和谷点在声源前后定位中起着关键的作用/关键词K头部相关传递函数$%&’()0虚拟!"立体声0声音信号处理中图分类号K0#L$*A*文章编号K$%%%&%%’(-*%%$.$$&%%B(&%+文献标识码K QR S S T U V W X U Y ZW Z[\]S\^U_\Z X W T^\‘\W^V aY bD E F GU Zc U^X d W T H I‘Y d Z[e f g h e i j i=f k g l m n o p q r s p i=m g h f t q r=u v w i q r x i y q r-I\S W^X_\Z X Y b z^\V U‘U Y Z{Z‘X^d_\Z X‘W Z[|\V a W Z Y T Y}~= F‘U Z}a d W!Z U c\^‘U X~="\U#U Z}$%%%&’=(a U Z W.R)‘X^W V X K>2*+67@+,1?63-217:52<9<-.71<-?3+5</*23:2/@<?0 5<7-&*<@7+<-+*7310<*063:+2?3-1203.+?7-973:<+5</*7:+2:7@ 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A-$.使用单声道的声源信号=在频域内合成虚拟+,立体声的过程如图$所示P首先对声音源信号进行3?6*2<*变换=变换后的数据分别同左@右耳的1203数据进行计算=然后对计算结果进行3?6*2<*逆变换=即可得到用于实现虚拟+,立体声的声音文件P图$频域内合成虚拟H I立体声的算法利用77+@7.软件先进的信号处理功能=在多媒体计算机上实现虚拟+,立体声合成的方案如图* 万方数据所示!图"虚拟#$立体声合成方案"影响合成效果的因素实际应用中影响虚拟%&立体声合成效果的有多种因素’其中最为重要的是()*+数据本身的影响!()*+表征了人的头部,耳廓,肩膀和上肢对声音的综合滤波作用’理论上’使用()*+数据可以获得极佳的%&声场’但需要精确测量每个听者的个体()*+数据-./0.1.0234()*+5!由于人个体的复杂性’实践中很难直接利用个体()*+数据’一般以普通()*+数据-/6/7./0.1.0234()*+5代替!普通()*+数据应用于个人则必然会对定位效果产生不良影响!为了提高定位效果’可在频域内对原()*+数据进行加权处理’放大频谱之间的差异’使得方位信息更加明显’具体做法如下!假定8-95为原()*+数据’8:-95为改进后的()*+数据’则有8:-95;<-958-95’-=5式中<-95为权函数’实验中取<-95;>?-95>@3A B >?-9C5>D ’-%5式中C ;E ’F’G -G 为9序列的长度5!这样’通过对不同频率的()*+数据加权’放大了原()*+数据频率间的差异!除了()*+数据本身的影响外’听者的主观感受也会影响合成的效果!有研究证明H I ’J K’对听者进行一定的训练可以提高其定位的能力!此外’听者的心理作用’对环境的熟悉程度等也会对结果产生一定影响!#实验验证为了验证虚拟%&立体声的合成效果’利用人体为听音对象对合成声音试听!实验中请了==名听众’年龄在=L 到%I 岁之间’其中女性M 人’男性E %人!验证方法是分别对利用原始()*+数据以及改进后的()*+数据合成的声音试听’由实验者播放某一方位的声音’然后记录听者感受到的声音方位’每人都要试听N 个方位!实验前’并没有对听者进行训练’只是告知其有N 个方位!图%OE L 表示对实验结果的统计!图中横坐标代表方位角’纵坐标代表对听者方位判断的统计’实线和虚线则分别表示使用原始和改进后的()*+数据得到的合成结果的统计!图#方位角P Q 图R 方位角R SQ图S 方位角T P Q图U 方位角V #SQ图W 方位角V X P Q 图X 方位角""SQ图T 方位角"W P Q 图V P 方位角#V S Q对比图%和图Y 中实线和虚线的结果’可以看出改进后的()*+数据对提高前后定位有明显的效果’这说明()*+频谱中的峰点和谷点在前后定IY 赵自力’等Z ()*+在虚拟%&立体声中的应用及实验 万方数据位中起着关键的作用!而从其他图的结果看"改进后定位效果略微有所下降"这可能是对原始的#$%&数据处理时引入了噪声"造成结果的失真!’结论()模拟人头的#$%&数据在一定程度上反映了人类外耳在听觉系统声音定位中的作用"用该数据代替真人的#$%&数据是可行的!实验中采用的#$%&数据是*+%媒体实验室利用,-*.$假人头测得的"效果验证实验中听者确实能够感受到合成声音的/0效果!1)#$%&频谱中的峰点和谷点在前后定位中起着关键的作用!针对这一点"对原始#$%&数据进行加权可以提高声源的定位效果!参考文献23454647849):(;<=>?@A BC D E F>B G>=#@>A G H I J%K@L M N O K P F K N M G O M P Q#?R>HE P?H S T P O>=G U>B G P H:*;D V>R W A G S I@"*>M M>O K?M@B B M X B K@*+%L A@M M"(Y Y Z D:1;[>A S H@A\["*>A B G H,0D#$%&R@>M?A@R@H B P Q>,-*.$ :C;D C P?A H>=P Q.O P?M BE P O G@B N G H.R@A G O>"(Y Y]"Y Z2^)X /Y_Z/Y_‘D:/;\G I K B R>H&T",G M B=@A0C D#@>S F K P H@M G R?=>B G P H P Q Q A@@a Q G@=S=G M B@H G H I D bXE B G R?=?MM N H B K@M G M:C;DC P?A H>=P Q .O P?M B G O E P O G@B NG H.R@A G 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H@M@):1;顾启泰"李本亮"刘学斌"等D解析式动态找北仪:C;D清华大学学报"1___"c_2‘)X/1/]D[i j G B>G"T+<@H=G>H I"T+i k?@W G H"@B>=D.H>=N B G O S N H>R G OH P A B KQ G H S@A:C;DC%M G H I K?>i H G m@A M G B N"(Y Y Y"c_2‘)X/1/]D2G HV K G H@M@):/;T+<@H=G>H I"[i j G B>G"T+i k?@W G H D E B?S N>H SM G R?=>B G P HP H >S N H>R G OI N A P=@M MH P A B KQ G H S@A:.;DC P K H\@N A>?O K D+---L T.e E1___:V;DV."i E.X+---.@A P M F>O@n-=@O B A P H G OE N M B@R E P O"1___D]_1]_]D^Z清华大学学报2自然科学版)1__("c(2(() 万方数据HRTF在虚拟3D立体声中的应用及实验作者:赵自力, 黄成伟, 高宏, 李庆祥作者单位:清华大学精密仪器与机械学系刊名:清华大学学报(自然科学版)英文刊名:JOURNAL OF TSINGHUA UNIVERSITY(SCIENCE AND TECHNOLOGY)年,卷(期):2001,41(11)被引用次数:4次1.Blauert J Spatial Hearing-The Psychophysics of Human Sound Localization Cambridge 19972.Gardner W G.Martin K D HRTF measurement of a KEMAR 1995(06)3.Wightman F L.Kistler D J Headphone simulation of free-field listening.Ⅰ:Stimulus synthesis1989(02)4.Moller M.Sorensen M F.Hammershoi D Head-related transfer functions of human subjects 1995(05)5.Suen An-Nan.WANG Jhing-Fa.WANG 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头相关传输函数与虚拟听觉
头相关传输函数与虚拟听觉
头相关传输函数(HRTF)是一种描述声波在人头周围传播时发生变化的函数。
由于人耳的位置和形状不同,声波在通过人头时会发生复杂的反射、衍射和吸收,这些变化会影响到声波的频率、相位、声压等参数,从而形成在头部外听到的声音与真实声源不同的感觉。
HRTF的数学模型可以通过测量和模拟人头周围的声场来获取,它已经被广泛用于虚拟现实、游戏、音乐等领域中,以提高音频体验的真实感。
在虚拟听觉技术中,HRTF被用来模拟人耳在不同位置和方向上听到声音的效果,从而实现对空间声场的还原。
通过将HRTF与声源信号相乘,可以生成听者在不同位置听到的音频信号。
因此,虚拟听觉技术可以用于模拟各种场景下的声音,例如模拟音乐会、电影院、户外环境等场景,从而提高听觉体验的真实感。
除了HRTF外,虚拟听觉技术还需要考虑耳机的音质、信号处理算法等因素。
目前,一些先进的虚拟听觉技术已经可以实现对听者头部的运动跟踪,从而实现对空间声场的实时调整,提高了虚拟听觉技术的逼真度和实用性。
总之,HRTF与虚拟听觉技术已经成为音频领域中的重要技术,它们的发展将为人们带来更加真实、沉浸式的听觉体验。
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杜比hrtf曲线
杜比hrtf曲线全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:杜比HRTF曲线(Head-Related Transfer Function,头部相关传递函数)是杜比实验室为了提升虚拟环绕声效果而研发的一种技术。
HRTF曲线模拟了人耳在不同方向上接收声音时的特性,可以让听众感受到更加真实和立体的声音效果。
在虚拟现实、游戏、影视等领域,杜比HRTF曲线被广泛应用,为用户带来沉浸式的听觉体验。
HRTF曲线是通过测量人耳在不同角度上对声音的响应来得出的。
人耳能够通过左右耳的微妙差异来确定声源的方向,这种现象被称为“听觉空间定位”。
HRTF曲线精准刻画了人耳在不同方向上接收声音时的频率响应和时间延迟,从而为声音的定位和分辨提供了重要依据。
在音频处理领域,HRTF曲线可以被用来实现空间声音合成和环绕声效果。
通过在音频信号中加入HRTF曲线的调制,可以模拟人耳对声音的响应,从而在听众的大脑中产生立体、三维的声音感受。
这种技术被广泛应用于虚拟现实头戴设备、游戏音效设计和影视后期制作中。
杜比实验室在开发HRTF曲线的过程中,注重了人耳在不同年龄、性别和耳形等方面的差异。
他们通过大量的测试和实验数据,建立了基于统计学和实验学方法的HRTF曲线数据库,以提供更加精确和个性化的听觉体验。
这些HRTF曲线可以根据用户的个人特征进行调整,从而使得声音效果更加逼真。
除了个性化调整,杜比HRTF曲线还可以通过实时动态调整来适应不同的环境和设备。
在虚拟现实应用中,用户在移动或转动头部时,HRTF曲线会实时跟随头部的变化而调整,以确保声音的方向和位置与视觉画面匹配,提供更加沉浸式的体验。
杜比HRTF曲线是一项领先的音频技术,为虚拟环绕声效果的实现和提升提供了重要支持。
通过精准模拟人耳的听觉定位特性,HRTF曲线使得用户可以在虚拟空间中获得更加真实和立体的声音感受。
未来随着虚拟现实、游戏和影视等领域的快速发展,杜比HRTF曲线必将发挥越来越重要的作用,为用户带来更加震撼和身临其境的听觉体验。
hrtf问题回答
HRTF(头部相关传输函数)1. 介绍HRTF(Head-Related Transfer Function,头部相关传输函数)是一种用于模拟人耳在不同位置接收声音的方法。
通过测量和分析人耳对声音的响应,可以确定不同方向和距离的声音在人耳中的传输特性,进而实现声音的定位和立体声效果。
HRTF被广泛应用于虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、音频合成和音频处理等领域。
在这些应用中,HRTF用于改善用户的听觉体验,使其感受到真实、立体的声场效果。
2. 原理人耳的形状和头部对声音的传播起到了重要的作用。
当声音源位于人耳周围时,声音会受到头部、耳廓和耳道等结构的影响,产生频率响应的变化和相位差,从而形成立体声效果。
HRTF的目标就是模拟这种频率响应和相位差,使听者可以感受到声音的方向和距离。
HRTF通常通过测量和分析来获取。
一种常见的测量方法是使用人工头模和微型麦克风阵列。
麦克风阵列会记录在不同位置播放的测试音频的响应,然后通过信号处理和数据分析,提取出HRTF的特征。
这些特征包括频率响应、相位差和时延等。
3. 应用3.1 虚拟现实(VR)在虚拟现实中,HRTF被用于增强用户的沉浸感。
通过模拟真实世界中声音的传播特性,可以使用户更加准确地感知虚拟环境中的声音来源和方向。
这对于增强用户体验和提高沉浸感非常重要。
例如,在虚拟现实游戏中,玩家可以通过声音来判断敌人的位置,从而更好地规划自己的行动。
3.2 增强现实(AR)在增强现实中,HRTF可以用于定位虚拟声音。
通过分析用户的头部姿态和位置,可以将虚拟声音定位在真实世界中的特定位置,从而增强用户的听觉体验。
例如,在增强现实导航应用中,用户可以根据声音引导来找到目的地,而不需要依赖视觉信息。
3.3 音频合成和音频处理HRTF在音频合成和音频处理领域也有广泛的应用。
通过应用HRTF,可以实现立体声效果,使音频更加逼真。
例如,在音频合成中,可以根据HRTF模拟不同位置的乐器演奏效果;在音频处理中,可以利用HRTF实现声音定位、空间混响等效果。
hrtf滤波
hrtf滤波HRTF滤波是一种在音频处理领域中常用的技术,它能够模拟人耳对声音的感知和定位能力,从而使得音频在立体声系统中更加真实、立体感更强。
HRTF代表头相关传输函数(Head-Related Transfer Function),它描述了声音从源头到达听者耳朵之间的传输过程。
通过应用HRTF滤波,我们可以实现在立体声系统中模拟出声音从不同方向和距离到达听者耳朵的效果。
HRTF滤波的原理是基于人耳对声音的接收特性进行建模。
人耳两侧的形状、大小、位置等因素都会对声音的接收产生影响,因此不同方向和距离的声音在到达听者耳朵时会有不同的频率响应、相位差等特征。
HRTF滤波通过测量和记录不同方向和距离的声音在耳朵中的响应,然后将这些响应作为滤波器的参数,对输入音频进行处理,使得输出音频能够模拟出与真实声音类似的听觉效果。
在HRTF滤波中,常用的一种方法是通过双耳传输函数(Binaural Transfer Function)来实现。
双耳传输函数是指声音从源头到达左右耳的传输过程,它包含了声音的频率响应、相位差等信息。
通过测量和记录不同方向和距离的声音在左右耳中的响应,可以得到双耳传输函数,进而实现HRTF滤波。
HRTF滤波的应用非常广泛。
在虚拟现实(VR)和增强现实(AR)领域,HRTF滤波可以为用户提供更加逼真的音频体验,使得用户能够更好地感知虚拟环境中的声音来源和距离。
在游戏开发中,HRTF滤波可以增强游戏的沉浸感,使得玩家能够更加准确地定位敌人的位置。
在音乐制作中,HRTF滤波可以为音乐添加更加立体的效果,增强音乐的空间感。
然而,HRTF滤波也存在一些挑战和限制。
首先,HRTF滤波的效果会受到个体差异的影响。
由于每个人的耳朵形状和大小都不完全相同,因此同样的HRTF滤波参数对于不同的人可能会产生不同的效果。
其次,HRTF滤波需要大量的计算资源。
由于HRTF滤波需要对输入音频进行复杂的计算,因此在一些资源受限的设备上可能无法实时地进行HRTF滤波。
hrtf曲线
HRTF是头部相关传递函数(Head-Related Transfer Function)的缩写,它描述了声音传播经过头部和耳朵的过程。
HRTF曲线是一种用于描述不同方向声源在人耳接收到的声音中的频率和幅度变化的函数曲线。
HRTF曲线能够模拟人耳在不同方向接收到声音时的反应。
由于人耳的形状和位置不同,对于相同的声音源,人耳接收到的声音在频率和相位上会有一些差异。
HRTF曲线通过测量这些差异,并将其转化为频率和幅度变化,提供了一种模拟人耳接收声音的方法。
HRTF曲线通常以频率和角度作为自变量。
对于每个频率和角度,HRTF曲线提供了一组复数值,表示声音在该频率和角度下的幅度和相位信息。
这些数值可以用于声源定位、声音场景模拟以及个性化音频处理等应用中。
HRTF曲线的获取通常需要进行测量实验,人们会在实验中使用人工头模或真实人头,通过在各个角度播放声音并记录耳道中的振动信号来获取HRTF数据。
这些数据可以用于生成个性化的HRTF曲线,以更加准确地模拟个人的听觉感受。
需要注意的是,HRTF曲线是个体差异较大的,每个人的耳朵形状和位置都不完全相同,因此个体之间的HRTF曲线可能存在差异。
个性化的HRTF曲线可以提供更真实、逼真的音频体验,特别是在虚拟现实(VR)和增强现实(AR)等应用中具有重要意义。
hrft音频算法
hrft音频算法
首先,要明白HRTF是什么。
HRTF(HEAD RELATED TRANSFER FUNCTION),头相关传输函数,是一个声学模型,是空间参数(相对于听者人头中心的球形坐标系)、声音频率(一般只包括20-20khz,因为人耳一般只能感受这个频率范围的声音)、人体学参数(会反射、衍射声波的头、躯干、耳廓等的尺寸)的函数。
理论而言,它是一个线性时不变系统,若是得到某个人的全空间HRTF数据库,则可以完美的渲染(将某一空间位置时域HRIR与单声道声音卷积或者HRTF与单声道声音的傅里叶变换乘积)出任何位置听者想要听见的空间位置的声音,与现实听感无异。
但,如何得到某个人的全空间HRTF,这是个尚未解决的问题。
我们面对某个问题,总是在趋向解决它,总是能得到它的近似解,就像用泰勒多项式近似完美的正弦函数一样。
我们目前得到的HRTF。
据我了解的有CIPIC HRTF DATABASE,测量45组人(包含大小两个人工头)的50个水平角,25个高度角的数据,它的测量距离是1米。
数据采样率为44100hz,精度16bit,每个空间点的数据点长度为200。
还有北大测量的三维空间的PKU&IOA HRTF DATABASE,它只有人工头(基于中国人头部尺寸平均得到)测量数据,共有6344个测量点,它包括了距离,共8个距离参数(20-160cm)
以上都是通过测量近似得到一部分HRTF。
如何从HRTF得到双耳空间音频?
首先,还要明白傅里叶变换是啥……我等等再写。
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[ 关键词 ] H T ,C 数据压缩, R FP A, 个性化匹配 [ 中图分类号 ]T 9 2 3 [ . 1. M 文献标识码]A [ 文章编号 ]6 219 (0 1O - 6 - 17 —22 2 1 ) l 0 20 0 6
S ud n I d v d a i e a c i n m pr s i n o t y o n i i u lz d M t h ng a d Co e so f HRTF
n e e n s u d rc n t c in n t e p p r a e n t eb sc p i cp eo e HRT — a e re d me so a i u l e d d i o n e o s u t .I h a e ,b s d o a i r il f h r o h n t F b s d t e i n in lvr a h t s u d ,t e i dv d a i d mac i g a d c mp e s n meh d wa n lz d a d v l ae h o g h r c s rg e so o n s h n ii u l e th n n o rs i to sa ay e n ai t d tr u h te p o e sp o r s f z o d t e C P C a d MI h I I n T HRT aa u ig P A me h d F d t sn C to .T e s l eT rb t e n te oii a n h o r s —e o sr c h mal /o e w e h rgn la d t e c mp e s r c n t t u
[ 摘要 ] A d . l游戏中, uio y on 游戏者的所有操作只能依靠虚拟声所包含的空间信息实现声像定位 , 因此对虚拟声的准确性和
实 时性 有 较 高 的要 求 . 研 究 基 于 HR F的虚 拟 声 基 本 原理 , 较 了 H T 本 T 比 R F的 个 性 化 匹 配 和 压 缩 方 法 , 利 用 P A技 术 对 c— 并 C I PC和 M1 验 室 的 H T I T实 R F数 据进 行 压 缩 与 重 建 处理 , 验 证 明 该 技 术具 有 计 算 快 速 简单 和 处 理 效果 好 的 优 点 , 时 压缩 重 建 实 同 前 后 的 HR F数 据 具 有 较 小 误 差 , 不影 响虚 拟 声 重 发 的准 确 性 , T 既 又减 少 了 H T R F的 存 储 空 间 , 有 效 降 低 H T 能 R F合 成 的 计 算 复杂 度 , 高 虚 拟 声 应 用 的 实 时性 . 提
第 1 卷第 1 1 期
2 1 年 3月 01
南京师范大学学报 ( 工程技术版)
JU N LO A J GN R A NV R IY E GN E IGA DT C N L G DT N O R A FN NI O M LU IE S ( N IE RN N E H O O YE II ) N T O
A b t a t:I di— n yg me sr c n Au o o l a s,te p a e sc n o l o r lt a o e sa pe ain b s d O1t re t t n i h ly r a ny c nto heg meprc s nd o r t a e I heo in ai n— o o f r ai n o h o d s ure i h e i e so lvrua o n p c om to fte s un o c n t r e dm n ina it ls u d s a e,a O r a i r c s ig wih h g c u a yi nd S e lt me p o e sn t ih a c r c s
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A doo l 戏 中 虚拟 声 的 HR F匹 配 u i-ny游 T 与压 缩 技术 研 究
孙 青 马青 玉 ,
( . 京 师 范 大学 教 育科 学 学 院 , 苏 南 京 20 9 ; 1南 江 10 7
2 南京师范大学 物理科学与技术学院 , 江苏 南京 20 4 ) 10 6
f r Vit lSo nd i di - n y Ga e o rua u n Au o o l m s
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