球形麥克風陣列三維空間聲場的獲取與重放
發(fā)布時間：2022-01-15 21:19
高階Ambisonics（High Order Ambisonic,HOA）為代表的球諧域相關理論已成為研究三維空間聲場撿拾與重放主要理論依據。HOA三維音頻表示可以用于揚聲器和耳機重放,使得三維空間聲場不再僅限于傳統多通路聲的心理聲學和物理聲場簡化原理,而是進一步拓展到精確的物理聲場重構。如果單純利用HOA技術要獲得接近完美的聲場重建,對Ambisonics階數和重放揚聲器個數有苛刻的條件難于在便捷化場景下應用。如何實現端到端三維空間聲場的獲取與基于Ambisonics（HOA）雙耳重放系統的理論研究具有巨大的挑戰(zhàn)。本文比較分析影響球形麥克風陣列撿拾的因素,重點考慮雙耳虛擬重放的場景下球形麥克風陣列撿拾和高效的球諧域分解算法改進。針對雙耳虛擬重放的效果取決于人頭傳遞函數（Head Related Transfer Function,HRTF）數據個性化和空間上分辨率這一問題,通過結合球諧函數和球面小波來對HRTF進行建模獲取更加精確的數據。三維空間聲場的客觀質量評測模型設計和工程化應用是三維空間聲場重放技術中極為重要環(huán)節(jié),本文針對三維空間聲場的客觀質量評測方法進行設計。基于理論的研究...
【文章來源】：上海大學上海市 211工程院校
【文章頁數】：121 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
三維音頻渲染框架圖
上海大學博士學位論文51.2.4雙耳虛擬三維聲場渲染—重放三維空間聲場重放主要設備有兩種:一種是外放的音箱，另一種是耳機。二種方法主要區(qū)別在后端處理，三維音頻重放框架圖如圖1.1所示。圖1.1三維音頻渲染框架圖從圖1.1可以看出，要進行三維空間聲場重放，首先要獲取方位信息。方位信息獲取目前有兩種：一種是聲音采集時獲取，另一種是通過播放終端相關傳感器獲齲針對音箱和耳機，中間處理環(huán)節(jié)有一處不一樣，音箱要做串音消除，耳機重放要對多個聲道數據進行向下混音成雙聲道才能輸出。耳機進行三維空間聲場重放時，特定方位音頻可以通過對應方位HRTF處理產生，詳細流程見圖1.2所示。圖1.2音頻方向信息重放流程圖
上海大學博士學位論文8少一半計算量的情況下又能相應的提升動態(tài)方位精確度的算法。針對在限制階數情況下球諧函數HRTF建模只能較好的表現粗糙結構，引入球面小波提出聯系球諧函數和球面小波聯合HRTF建模算法，在不增加參數的情況下，極大的提升HRTF數據建模的精度。針對三維空間聲場信息客觀評估方法實際應用難的問題，建立一個方便可執(zhí)行的客觀評估方法也是本文重要內容之一。最后基于研究成果搭建實際的端到端實驗系統，通過系統的實現去驗證提出算法可行性，研究內容如框圖1.3所示。圖1.3研究內容框圖主要研究成果如下：1)球諧域聲源幾何分解。本論文主要對稀疏重構算法用于DOA追蹤的情況進行了研究，建立了球諧域DOA估計的接收模型，對空間按照等角度進行網格劃分，通過分析球諧函數的特點，得到匹配矩陣中元素之間的關系，構造一個塊對角的酉矩陣，對原有復值模型進行酉變換，在實球諧域建立了一種DOA估計的實值模型；提出了稀疏框架下的移動性信號的狀態(tài)轉移模型，并以實值模型為基礎，利用變分稀疏貝葉斯學習方法估計稀疏信號的測量噪聲方差和狀態(tài)噪聲方差并通過卡爾曼濾波算法來對信號的狀態(tài)進行估計。2)球面聲學上兩個主要的HRTF建模方法:基于球諧函數HRTF建模方法和基于球面小波HRTF建模方法，詳細介紹相關算法原理和各自的優(yōu)點和不足�；谇蛑C域函數HRTF建模方法和球面小波HRTF建模方法比較分析，提了一種新
【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種改進的稀疏表示DOA估計算法[J]. 趙宏偉,劉波,劉恒. 電子設計工程. 2016(09)
[2]基于壓縮感知的麥克風陣列聲源定位算法[J]. 趙小燕,周琳,吳鎮(zhèn)揚. 東南大學學報(自然科學版). 2015(02)
[3]三維音頻技術綜述[J]. 胡瑞敏,王曉晨,張茂勝,李登實,王松,高麗,楊乘,楊玉紅. 數據采集與處理. 2014(05)
[4]貪婪算法與壓縮感知理論[J]. 方紅,楊海蓉. 自動化學報. 2011(12)
[5]基于球傅里葉變換的聲源三維空間定位[J]. 湯永清,黃青華,方勇. 信號處理. 2010(05)
[6]自適應Kalman濾波在MEMS陀螺儀信號處理中的應用[J]. 吉訓生,王壽榮,許宜申,盛平. 傳感器與微系統. 2006(09)
[7]5.1通路環(huán)繞聲的耳機虛擬重放[J]. 謝菠蓀,王杰,管善群,李長濱. 聲學學報. 2005(04)
[8]6.1通路通用平面環(huán)繞聲系統的研究[J]. 謝菠蓀. 聲學學報. 2001(06)
[9]立體聲技術近年來的進展[J]. 謝菠蓀. 應用聲學. 1995(04)
[10]環(huán)繞聲的N+1通路錐形揚聲器陣列重發(fā)[J]. 謝菠蓀. 電聲技術. 1992(06)
博士論文
[1]球形傳聲器陣列撿拾與雙耳虛擬重放系統的研究[D]. 劉昱.華南理工大學 2015
[2]Ambisonic聲重發(fā)系統的優(yōu)化改進[D]. 龔惠哲.華南理工大學 2009
本文編號：3591340
【文章來源】：上海大學上海市 211工程院校
【文章頁數】：121 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
三維音頻渲染框架圖
上海大學博士學位論文51.2.4雙耳虛擬三維聲場渲染—重放三維空間聲場重放主要設備有兩種:一種是外放的音箱，另一種是耳機。二種方法主要區(qū)別在后端處理，三維音頻重放框架圖如圖1.1所示。圖1.1三維音頻渲染框架圖從圖1.1可以看出，要進行三維空間聲場重放，首先要獲取方位信息。方位信息獲取目前有兩種：一種是聲音采集時獲取，另一種是通過播放終端相關傳感器獲齲針對音箱和耳機，中間處理環(huán)節(jié)有一處不一樣，音箱要做串音消除，耳機重放要對多個聲道數據進行向下混音成雙聲道才能輸出。耳機進行三維空間聲場重放時，特定方位音頻可以通過對應方位HRTF處理產生，詳細流程見圖1.2所示。圖1.2音頻方向信息重放流程圖
上海大學博士學位論文8少一半計算量的情況下又能相應的提升動態(tài)方位精確度的算法。針對在限制階數情況下球諧函數HRTF建模只能較好的表現粗糙結構，引入球面小波提出聯系球諧函數和球面小波聯合HRTF建模算法，在不增加參數的情況下，極大的提升HRTF數據建模的精度。針對三維空間聲場信息客觀評估方法實際應用難的問題，建立一個方便可執(zhí)行的客觀評估方法也是本文重要內容之一。最后基于研究成果搭建實際的端到端實驗系統，通過系統的實現去驗證提出算法可行性，研究內容如框圖1.3所示。圖1.3研究內容框圖主要研究成果如下：1)球諧域聲源幾何分解。本論文主要對稀疏重構算法用于DOA追蹤的情況進行了研究，建立了球諧域DOA估計的接收模型，對空間按照等角度進行網格劃分，通過分析球諧函數的特點，得到匹配矩陣中元素之間的關系，構造一個塊對角的酉矩陣，對原有復值模型進行酉變換，在實球諧域建立了一種DOA估計的實值模型；提出了稀疏框架下的移動性信號的狀態(tài)轉移模型，并以實值模型為基礎，利用變分稀疏貝葉斯學習方法估計稀疏信號的測量噪聲方差和狀態(tài)噪聲方差并通過卡爾曼濾波算法來對信號的狀態(tài)進行估計。2)球面聲學上兩個主要的HRTF建模方法:基于球諧函數HRTF建模方法和基于球面小波HRTF建模方法，詳細介紹相關算法原理和各自的優(yōu)點和不足�；谇蛑C域函數HRTF建模方法和球面小波HRTF建模方法比較分析，提了一種新
【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種改進的稀疏表示DOA估計算法[J]. 趙宏偉,劉波,劉恒. 電子設計工程. 2016(09)
[2]基于壓縮感知的麥克風陣列聲源定位算法[J]. 趙小燕,周琳,吳鎮(zhèn)揚. 東南大學學報(自然科學版). 2015(02)
[3]三維音頻技術綜述[J]. 胡瑞敏,王曉晨,張茂勝,李登實,王松,高麗,楊乘,楊玉紅. 數據采集與處理. 2014(05)
[4]貪婪算法與壓縮感知理論[J]. 方紅,楊海蓉. 自動化學報. 2011(12)
[5]基于球傅里葉變換的聲源三維空間定位[J]. 湯永清,黃青華,方勇. 信號處理. 2010(05)
[6]自適應Kalman濾波在MEMS陀螺儀信號處理中的應用[J]. 吉訓生,王壽榮,許宜申,盛平. 傳感器與微系統. 2006(09)
[7]5.1通路環(huán)繞聲的耳機虛擬重放[J]. 謝菠蓀,王杰,管善群,李長濱. 聲學學報. 2005(04)
[8]6.1通路通用平面環(huán)繞聲系統的研究[J]. 謝菠蓀. 聲學學報. 2001(06)
[9]立體聲技術近年來的進展[J]. 謝菠蓀. 應用聲學. 1995(04)
[10]環(huán)繞聲的N+1通路錐形揚聲器陣列重發(fā)[J]. 謝菠蓀. 電聲技術. 1992(06)
博士論文
[1]球形傳聲器陣列撿拾與雙耳虛擬重放系統的研究[D]. 劉昱.華南理工大學 2015
[2]Ambisonic聲重發(fā)系統的優(yōu)化改進[D]. 龔惠哲.華南理工大學 2009
本文編號：3591340
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