CN104205878B - 用于通过头相关传输函数的线性混合生成头相关传输函数的方法及*** - Google Patents

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Abstract

一种用于对耦合头相关传输函数(HRTF)执行线性混合，以确定对于范围(例如，平面内跨越至少60度的范围或者平面内360度的全范围)中任何指定的到达方向的插值HRTF的方法，其中已经预先确定耦合HRTF具有特性以使得可以对其执行线性混合(来生成插值HRTF)而不引入显著的梳状滤波失真。在一些实施方式中，该方法包括以下步骤：响应于表示指定的到达方向的信号，对表示耦合HRTF组中的耦合HRTF的数据执行线性混合，以确定针对指定的到达方向的HRTF；并且使用针对指定的到达方向的HRTF对音频输入信号执行HRTF滤波。

Description

用于通过头相关传输函数的线性混合生成头相关传输函数的 方法及***
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年3月23日提交的美国临时专利申请号61/614,610的优先权，在此通过引用将其全部内容合并到本申请中。
本发明的背景
技术领域
本发明涉及用于对头相关传输函数(HRTF)进行内插来生成插值HRTF的方法及***。更具体地，本发明涉及用于执行如下处理的方法及***：对耦合HRTF(即，对确定耦合HRTF的值)执行线性混合以确定插值HRTF，利用插值HRTF进行滤波，以及预先确定耦合HRTF具有特性以使得可以以特别的期望的方式(通过线性混合)对耦合HRTF进行内插。
背景技术
贯穿包括权利要求在内的本公开内容，“对”信号或数据执行操作(例如，对信号或数据进行滤波，缩放或变换)的表达用于广义上表示对信号或数据、或对该信号或数据的已处理版本(例如，对在对信号执行操作之前已经经受了初步滤波的信号的版本)直接执行操作。
贯穿包括权利要求在内的本公开内容，值(例如，确定头相关传输函数的系数)的“线性混合”的表达表示确定值的线性组合。此处，对头相关传输函数(HRTF)执行“线性内插”以确定插值HRTF表示：执行用于确定HRTF的值的线性混合(确定这些值的线性组合)，以确定用于确定插值HRTF的值。
贯穿包括权利要求在内的本公开内容，“***”的表达用于在广义上表示设备、***或子***。例如，实现映射的子***可以被称为映射***(或映射器)，并且包括这样的子***的***(例如，对音频输入执行各种类型的处理的***，其中该子***确定用于处理操作之一的传输函数)也可以被称为映射***(或映射器)。
贯穿包括权利要求在内的本公开内容，术语“呈现(render)”表示：将音频信号(例如，多声道音频信号)转换成一个或更多个扬声器馈送(其中每个扬声器馈送是要被直接施加给扩音器或串联的放大器和扩音器的音频信号)的处理，或者将音频信号转换成一个或更多个扬声器馈送并且使用一个或更多个扩音器将扬声器馈送转换成声音的处理。在后一种情况下，在本文中有时呈现被称为“由”扩音器呈现。
贯穿包括权利要求在内的本公开内容，术语“扬声器”和“扩音器”同义地用于表示任何发声换能器。该定义包括实现为多个换能器(例如，低频扬声器和高频扬声器)的扩音器。
贯穿包括权利要求在内的本公开内容，动词“包括(“include”)”用于在广义上表示“是或者包括”，并且在相同的广义上使用动词“包括(“include”)”的其他形式。例如，“包括反馈滤波器的滤波器(a filter which includes a feedback filter)”的表达(或者“包括反馈滤波器的滤波器(a filter including a feedback filter)”的表达)在本文中表示：作为反馈滤波器的滤波器(即，不包括前馈滤波器)，或者包括反馈滤波器(以及至少一个其他滤波器)的滤波器。
贯穿包括权利要求在内的本公开内容，术语“虚拟器”(或“虚拟器***”)表示被耦接并且被配置成如下的***：接收N个输入音频信号(表示来自一组源位置的声音)，并且生成用于由一组M个物理扬声器(例如，头戴式耳机或扩音器)再现的M个输出音频信号，该M个物理扬声器位于与源位置不同的输出位置，其中N和M中的每个是大于1的数。N可以等于或不同于M。虚拟器生成(或者试图生成)输出音频信号，使得当输出音频信号被再现时，收听者感知到所再现的信号如同是从源位置而不是从物理扬声器的输出位置发出的(源位置和输出位置是相对于收听者而言的)。例如，在M＝2且N＝1的情况下，虚拟器对输入信号进行上混合，以生成用于立体声重放(或由头戴式耳机重放)的左输出信号和右输出信号。又例如，在M＝2且N＞3的情况下，虚拟器对N个输入信号进行下混合以用于立体声重放。在N＝M＝2的另一示例中，输入信号表示来自两个后部源位置的声音(在收听者的头的后面)，并且虚拟器生成用于由位于收听者前面的立体声扩音器再现的两个输出音频信号，使得收听者感知到所再现的信号如同是从源位置(收听者的头的后面)而不是从扩音器位置(收听者的头的前面)发出的。
头相关传输函数(“HRTF”)是表示声音在自由空间中传播到人类对象的两只耳朵的方式的滤波器特性(表示为脉冲响应或频率响应)。HRTF因人而异，并且也根据声波的到达角度而变化。将右耳HRTF滤波器应用于声音信号x(t)(即，具有右耳HRTF脉冲响应的滤波器的应用)将产生HRTF滤波信号xR(t)，xR(t)表示在从源到收听者右耳的特定到达方向上传播之后将由收听者感知到的声音信号。将左耳HRTF滤波器应用于声音信号x(t)(即，具有左耳HRTF脉冲响应的滤波器的应用)将产生HRTF滤波信号xL(t)，xL(t)表示在从源到收听者左耳的特定到达方向上传播之后将由收听者感知到的声音信号。
尽管在本文中通常将HRTF称为“脉冲响应”，但是可替代地，每个这样的HRTF可以被称为其他表达，包括“传输函数”、“频率响应”和“滤波器响应”。可以将一个HRTF表示为时域中的脉冲响应或者表示为频域中的频率响应。
我们可以根据方位角和仰角(AZ，El)或者根据(x，y，z)单位矢量来定义到达方向。例如，在图1中，可以根据(x，y，z)单位矢量来定义声音的到达方向(在收听者1的耳朵处)，其中x轴和y轴如图所示，并且z轴垂直于图1的平面，也可以根据所示的方位角AZ来定义声音的到达方向(例如，使用等于0的仰角El)。
图2示出了根据(x，y，z)单位矢量和根据方位角AZ和仰角El定义的位置L处(例如，收听者的耳朵的位置)的声音(从源位置S发出)的到达方向，其中x轴、y轴和z轴如图所示。
通常通过从不同方向发出声音并且在收听者的耳朵处捕捉响应来测量针对个人的HRTF。可以在靠近收听者的鼓膜处，或者在堵塞的耳道的入口处，或者通过本领域所熟知的其他方法来进行测量。所测量的HRTF响应可以以很多方式(也是本领域中所熟知的)被修改，以补偿在测量中使用的扩音器的均衡，以及补偿头戴式耳机的均衡，随后将在对收听者呈现立体声内容时使用该头戴式耳机。
HRTF的典型用途是作为打算为戴头戴式耳机的收听者创建3D声音的幻象的信号处理的滤波器响应。HRTF的其他典型用途包括：通过扩音器创建改进的音频信号的重放。例如，常规的是，使用HRTF实现如下虚拟器：该虚拟器生成输出音频信号(响应于表示来自一组源位置的声音的输入音频信号)，使得当输出音频信号由扬声器再现时，它们被感知为如同是从源位置而不是从物理扬声器的位置(其中源位置和输出位置是相对于收听者而言的)发出的。可以用包括立体声扩音器(电视机、PC、iPod基座)或者意图与立体声扩音器或头戴式耳机一起使用的多种多媒体设备来实现虚拟器。
虚拟环绕声可以帮助创建以下感觉：存在着比物理扬声器(例如，头戴式耳机或扩音器)更多的声源。通常，为了普通收听者感知再现的声音如同其是从多个声源发出的，需要至少两个扬声器。对于虚拟环绕***，常规的是，使用HRTF生成如下音频信号：当该音频信号由位于收听者前面的物理扬声器(例如，一对物理扬声器)再现时，在收听者的鼓膜处感知到该音频信号如同来自于多个位置(包括收听者后面的位置)中的任一处的扩音器的声音。
HRTF的大多数或所有常规用途将受益于本发明的实施方式。
发明内容
在一类实施方式中，本发明是一种用于对耦合HRTF(即，对用于确定耦合HRTF的值)执行线性混合来确定在一范围(例如，在平面内跨越至少60度的范围，或者平面内360度的全范围)内对于任何指定的到达方向的插值HRTF的方法。预先确定耦合HRTF具有以下特性：使得可以对其执行线性混合(以生成插值HRTF)，而不引入显著的梳状滤波失真(在某种意义上，由这样的线性混合确定的每个插值HRTF具有不表现显著的梳状滤波失真的幅度响应)。
通常，对预先确定的“耦合HRTF组”的值执行线性混合，其中耦合HRTF组包括用于确定一组耦合HRTF的值，每个耦合HRTF与一组至少两个到达方向中的一个到达方向对应。通常，耦合HRTF组包括少量的耦合HRTF，其中每个耦合HRTF用于空间(例如，平面或平面的一部分)内少量到达方向中的不同的一个到达方向，并且对组中的耦合HRTF所执行的线性内插确定了用于空间中任何指定的到达方向的HRTF。通常，耦合HRTF组包括用于少量到达角度中的每个到达角度的一对耦合HRTF(左耳耦合HRTF和右耳耦合HRTF)，该少量到达角度跨越空间(例如，水平平面)并且被量化成特定的角分辨率。例如，该组耦合HRTF可以包括用于环绕360度圆周的、具有30度的角分辨率(即，0度、30度、60度、...、300度和330度的角)的12个到达角度中的每个到达角度的耦合HRTF对。
在一些实施方式中，本发明的方法使用(例如，包括确定和使用的步骤)HRTF基本组，HRTF基本组又确定耦合HRTF组。例如，可以通过执行最小均方拟合或其他拟合处理(从预先确定的耦合HRTF组中)确定HRTF基本组，以确定HRTF基本组的系数，使得HRTF基本组在足够的(预先确定的)精确度内确定耦合HRTF组。HRTF基本组在如下意义上“确定”耦合HRTF组：HRTF基本组的值(例如，系数)的线性组合(响应于指定的到达方向)确定相同的HRTF(在足够的精确度内)，该相同的HRTF是响应于相同的到达方向由耦合HRTF组中的耦合HRTF的线性组合确定的。
本发明的典型实施方式中生成或使用的耦合HRTF通过在高频(高于耦合频率)处具有显著减小的耳间组延迟并且在低频(低于耦合频率)处仍然提供很好匹配的耳间相位响应(与一对左耳正常HRTF和右耳正常HRTF提供的耳间相位响应相比)，而不同于正常HRTF(例如，物理上测量的HRTF)。通常，耦合频率大于700Hz且小于4kHz。通常，通过有意地改变每个正常HRTF的高于耦合频率的相位响应(以产生相应的耦合HRTF)，根据正常HRTF(针对相同的到达方向)来确定本发明的典型实施方式中生成(或使用)的耦合HRTF组中的耦合HRTF。这样做使得：组中的所有耦合HRTF滤波器的相位响应在高于耦合频率处被耦合(即，使得对于基本上高于耦合频率的所有频率，每个左耳耦合HRTF与每个右耳耦合HRTF的相位之间的差作为频率的函数至少基本恒定；并且优选地，使得对于基本上高于耦合频率的所有频率，组中的每个耦合HRTF的相位响应作为频率的函数至少基本恒定)。
在典型实施方式中，本发明的方法包括以下步骤：
(a)响应于表示指定的到达方向的信号(例如，表示指定的到达方向的数据)，对表示耦合HRTF组中的耦合HRTF的数据执行线性混合(其中耦合HRTF组包括用于确定一组耦合HRTF的值，耦合HRTF中的每个与一组至少两个到达方向中的一个到达方向对应)，来确定针对指定的到达方向的HRTF；以及
(b)使用针对指定的到达方向的HRTF，对音频输入信号(例如，表示一个或更多个音频声道的频域音频信号，或者表示一个或更多个音频声道的时域音频数据)执行HRTF滤波。在一些实施方式中，步骤(a)包括如下步骤：对HRTF基本组的系数执行线性混合，以确定针对指定的到达方向的HRTF，其中HRTF基本组确定耦合HRTF组。
在一些实施方式中，本发明是HRTF映射器(以及由这样的HRTF映射器实现的映射方法)，该映射器被配置成：对耦合HRTF组中的耦合HRTF(即，其线性混合)执行线性内插，以确定对于一范围(例如，在平面内跨越至少60度的范围，或者平面内360度的全范围，或者甚至三维中的到达角度的全范围)内任何指定的到达方向的HRTF。在一些实施方式中，HRTF映射器被配置成：对HRTF基本组(其又确定耦合HRTF组)的滤波器系数执行线性混合，以确定对于一范围(例如，在平面内跨越至少60度的范围，或者平面内360度的全范围，或者甚至三维中的到达角度的全范围)内任何指定的到达方向的HRTF。
在一类实施方式中，本发明是一种用于对音频输入信号(例如，表示一个或更多个音频声道的频域音频数据，或者表示一个或更多个音频声道的时域音频数据)执行HRTF滤波的方法及***。该***包括HRTF映射器(其被耦接以接收信号，例如表示到达方向的数据)和HRTF滤波器子***(例如，级)，该HRTF滤波器子***被耦接以接收音频输入信号，并且被配置成：使用由HRTF映射器响应于到达方向所确定的HRTF来对音频输入信号进行滤波。例如，映射器可以存储(或者被配置成存取)用于确定HRTF基本组(其又确定耦合HRTF组)的数据，并且可以被配置成：以由到达方向(例如，指定为角度或单位矢量的到达方向，与设定到HRTF滤波器子***的一组输入音频数据对应)确定的方式对HRTF基本组的系数执行线性组合，以确定针对到达方向的HRTF对(即，左耳HRTF和右耳HRTF)。HRTF滤波器子***可以被配置成：使用由映射器确定的对于与输入音频数据对应的到达方向的HRTF对，对于设定到HRTF滤波器子***的一组输入音频数据进行滤波。在一些实施方式中，HRTF滤波器子***实现虚拟器，例如被配置成如下的虚拟器：对表示单声道输入音频信号的数据进行处理，以生成左音频输出声道和右音频输出声道(例如，为了在头戴式耳机上呈现，以便为收听者提供声音是从指定的到达方向上的源发出的印象)。在一些实施方式中，虚拟器被配置成：生成表示来自以下源的声音的输出音频(响应于表示来自固定源的声音的输入音频)：所述源在一组耦合HRTF(未引入显著的梳状滤波失真)所跨越的空间中的到达角度之间平滑地环移(pan)。
可以使用根据本发明的一类实施方式确定的耦合HRTF组对输入音频进行处理，使得其似乎是从耦合HRTF组所跨越的空间中的任何角度(包括未与组中所包括的耦合HRTF精确对应的角度)到达，而不引入显著的梳状滤波失真。
本发明的典型实施方式确定(或确定并使用)满足以下三个标准(为了方便起见在本文中有时称为“黄金规则”)的一组耦合HRTF：
1.对于低于耦合频率的所有频率，根据该组耦合HRTF(通过线性混合处理)创建的每对HRTF滤波器(即，针对指定的到达方向创建的每个左耳HRTF和每个右耳HRTF)的耳间相位响应以小于20％的相位误差(或者更优选地，以小于5％的相位误差)与相应的一对左耳正常HRTF和右耳正常HRTF的耳间相位响应相匹配。通常，耦合频率大于700Hz且小于4kHz。换言之，在低于耦合频率的每个频率处，根据该组所创建的左耳HRTF的相位与根据该组所创建的相应右耳HRTF的相位之间的差的绝对值与相应的左耳正常HRTF的相位与相应的右耳正常HRTF的相位之间的差的绝对值相差小于20％(或者更优选地，小于5％)。在大于耦合频率的频率处，根据该组(通过线性混合处理)所创建的HRTF滤波器的相位响应偏离正常HRTF的行为，使得与正常HRTF相比耳间组延迟(在这样的高频率处)被显著减小；
2.根据该组(通过线性混合处理)所创建的针对到达方向的每个HRTF滤波器的幅度响应在对于该到达方向的正常HRTF所预期的范围内(例如，在以下意义上：相对于该到达方向的典型正常HRTF滤波器的幅度响应，其不会表现出显著的梳状滤波失真)；以及
3.混合处理所能跨越的到达角度的范围(通过对组中的耦合HRTF进行线性混合的处理来生成对于范围内的每个到达角度的HRTF对)为至少60度(并且优选地为360度)。
本发明的一个方面是被配置成执行本发明的方法的任何实施方式的***。在一些实施方式中，本发明的***是或者包括通用或专用处理器(例如，音频数字信号处理器)，其用软件(或固件)编程和/或另外被配置成执行本发明的方法的实施方式。在一些实施方式中，通过适当地配置(例如，通过编程)可配置的音频数字信号处理器(DSP)来实现本发明的***。音频DSP可以是常规音频DSP，其是可配置的(例如，由合适的软件或固件可编程的，或者响应于控制数据可配置的)，用于对输入音频执行多种操作中的任意操作，并且执行本发明的方法的实施方式。在操作中，已经被配置成根据本发明执行本发明的方法的实施方式的音频DSP被耦接以接收至少一个输入音频信号和至少一个表示到达方向的信号；并且除了根据本发明的方法的实施方式对其执行HRTF滤波以外，DSP通常对每个上述音频信号执行多种操作。
本发明的其他方面是：用于生成一组耦合HRTF的方法(例如，满足本文中描述的黄金规则的组)，存储(以有形形式)用于对处理器或其他***进行编程以执行本发明的方法的任何实施方式的代码的计算机可读介质(例如，盘)，以及存储(以有形形式)确定一组耦合HRTF的数据的计算机可读介质(例如，盘)，其中已经根据本发明的实施方式确定了该组耦合HRTF(例如，以满足本文中所描述的黄金规则)。
附图说明
图1是示出根据(x，y，z)单位矢量且根据方位角AZ(具有等于0的仰角El)所定义的声音的到达方向(在收听者的耳朵处)的图，其中z轴垂直于图1的平面。
图2是示出根据(x，y，z)单位矢量且根据方位角AZ和仰角El所定义的位置L处的声音(从源位置S发出)的到达方向的图。
图3是对于35度方位角和55度方位角常规地确定的HRTF脉冲响应对(标注为HRTFL(35，0)和HRTFR(35，0)以及HRTFL(55，0)和HRTFR(55，0))、对于45度方位角常规地确定的(测量的)HRTF脉冲响应对(标注为HRTFL(45，0)和HRTFR(45，0))、以及通过对于35度方位角和55度方位角的常规HRTF脉冲响应的线性混合而生成的对于45度方位角的合成HRTF脉冲响应对(标注为(HRTFL(35，0)+HRTFL(55，0))/2和(HRTFR(35，0)+HRTFR(55，0))/2))的一组图(幅度对时间)。
图4是图3的合成的右耳HRTF((HRTFR(35，0)+HRTFR(55，0))/2)的频率响应、以及图3的对于45度方位角的真实右耳HRTF(HRTFR(45，0))的频率响应的图。
图5(a)是图3的非合成的35度、45度和55度的右耳HRTF的频率响应(幅度对频率)的图。
图5(b)是图3的非合成的35度、45度和55度的右耳HRTF的相位响应(相位对频率)的图。
图6(a)是对于35度和55度方位角的右耳耦合HRTF(根据本发明的实施方式生成)的相位响应的图。
图6(b)是对于35度和55度方位角的右耳耦合HRTF(根据本发明的另一实施方式生成)的相位响应的图。
图7是对于45度方位角常规地确定的右耳HRTF(标注为HRTFR(45，0))的频率响应(幅度对频率)的图，以及根据本发明的实施方式通过线性混合对于35度和55度方位角的耦合HRTF(也根据本发明确定)所确定的右耳HRTF(标注为(HRTFZ R(35，0)+HRTFZ R(55，0))/2)的频率响应(幅度对频率)的图。
图8是本发明的一些实施方式中使用以确定耦合HRTF的加权函数W(k)的图(绘制了幅度对频率，具有以FFT箱索引(FFT bin index)k为单位表达的频率)。
图9是本发明的***的实施方式的框图。
图10是本发明的***的实施方式的框图，该***包括HRTF映射器10和音频处理器20，并且被配置成：对单声道的音频信号进行处理以用于在头戴式耳机上呈现，以便为收听者提供声音位于指定的方位角AZ处的印象。
图11是本发明的***的另一实施方式的框图，该***包括混合器30和HRTF映射器40。
图12是本发明的***的又一实施方式的框图。
图13是本发明的***的又一实施方式的框图。
具体实施方式
本发明的很多实施方式在技术上是可行的。对于本领域的普通技术人员而言明显的是，如何根据本公开内容去实现它们。将参照图3至图13对本发明的***、介质和方法的实施方式进行描述。
在本文中，一“组”HRTF表示：与多个到达方向对应的HRTF的集合。查找表可以存储一组HRTF，并且可以输出(响应于表示到达方向的输入)与到达方向对应的一对左耳HRTF和右耳HRTF(包括在该组中)。通常，左耳HRTF和右耳HRTF(对应于每个到达方向)包括在一组中。
在本文中有时将实现为有限长度脉冲响应(其是实现它们最常见的方式)的左耳HRTF和右耳HRTF分别称为HRTFL(x，y，z，n)和HRTFR(x，y，z，n)，其中(x，y，z)标识定义了相应的到达方向的单位矢量(可替代地，在本发明的一些实施方式中参照方位角AZ和仰角El而不是位置坐标x、y和z来定义HRTF)，以及其中0≤n≤N，其中N是FIR滤波器的阶数，n是脉冲响应样本数量。有时，为了简单，当省略引用脉冲响应样本数量n而不会引起混淆时，我们将指代这样的滤波器，而不引用包含它们的脉冲响应样本(例如，滤波器将被称为HRTFL(x，y，z)或HRTFL(Az，El)))。
在本文中，表达“正常HRTF”表示：与实际人类对象的头相关传输函数非常类似的滤波器响应。可以通过本领域所熟知的多种方法中的任一种来创建正常HRTF。本发明的一个方面是在将要描述的特定方面不同于正常HRTF的一种新类型的HRTF(在本文中称为耦合HRTF)。
在本文中，表达“HRTF基本组”表示：可以被线性组合在一起来生成对于各种到达方向的HRTF(HRTF系数)的滤波器响应(通常地，FIR滤波器系数)的集合。在本领域中已知用于产生尺寸减小的滤波器系数组的很多方法，包括通常被称为主成分分析的方法。
在本文中，表达“HRTF映射器”表示响应于指定的到达方向(例如，指定为角度或单位矢量的方向)确定一对HRTF脉冲响应(左耳响应和右耳响应)的方法或***。HRTF映射器可以通过使用一组HRTF来操作，并且可以通过选择组中的、其相应的到达方向最接近指定的到达方向的HRTF来确定对于所指定方向的HRTF对。可替代地，HRTF映射器可以通过在组中的HRTF之间进行内插来确定对于所要求方向的每个HRTF，其中在组中的具有接近所要求方向的相应到达方向的HRTF之间进行内插。这两种技术(最近匹配和内插)都为本领域所熟知。
例如，HRTF组可以包括脉冲响应系数的集合，该脉冲响应系数表示对于多个到达方向(包括水平平面(El＝0)中的多个方向)的HRTF。如果组包括对于(AZ＝35°，El＝0°)和(AZ＝55°，El＝0°)的条目，则HRTF映射器通过某种形式的混合能够产生对于(AZ＝45°，El＝0°)的估计的HRTF响应：
HRTFL(45，0)＝mix(HRTFL(35，0)，HRTFL(55，0))
(1.1)
HRTFR(45，0)＝mix(HRTFR(35，0)，HRTFR(55，0))
可替代地，HRTF映射器可以通过将来自HRTF基本组的滤波器系数线性混合在一起来产生对于特定到达角度的HRTF滤波器。将在下面的描述中关于B-格式耦合HRTF给出该示例的更详细的说明。
可以通过例如如下对脉冲响应进行简单求平均来很容易地执行等式(1.1)的每个混合运算：
然而，由于被混合的响应(例如，等式(1.2)中常规地确定的响应HRTFR(35，0)和HRTFR(55，0))之间存在显著的组延迟差异，所以对常规生成的HRTF进行混合(例如，如等式(1.2)中)的简单线性内插方法会产生问题。
图3示出了对于35度方位角和55度方位角的典型正常HRTF脉冲响应(在图3中标注为HRTFL(35，0)和HRTFR(35，0)的响应以及标注为HRTFL(55，0)和HRTFR(55，0)的响应)连同一对真实的(测量的)45度方位角HRTF(在图3中标注为HRTFL(45，0)和HRTFR(45，0))。图3还示出了通过以等式(1.2)中所示的方式对35度响应和55度响应进行求平均而生成的一对合成的45度HRTF(在图3中标注为(HRTFL(35，0)+HRTFL(55，0))/2和(HRTFR(35，0)+HRTFR(55，0))/2)。图4示出了对于45度方位角的平均的(“(HRTFR(35，0)+HRTFR(55，0))/2”)的频率响应对真实的(“HRTFR(45，0)”)右耳HRTF。
在图5(a)中，绘制了(图3的)真实的35度、45度和55度HRTFR滤波器的频率响应(幅度对频率)。在图5(b)中，绘制了(图3的)真实的35度、45度和55度HRTFR滤波器的相位响应(相位对频率)。
如从图3显见的，HRTFR(35，0)和HRTFR(55，0)脉冲响应示出了显著不同的延迟(如由这些脉冲响应中的每个的开始处的近零系数的序列所表示的)。这些起始延迟是由声音传播到更远的耳朵处所花费的时间引起的(因为35度、45度和55度方位角暗示了声音先到达左耳，并且因此到右耳将存在延迟，并且该延迟将随着方位角从35度增大到55度而增大)。从图3也显见的是：HRTFR(45，0)响应具有大约在35度响应与55度响应的延迟之间的起始延迟(如所预期的)。然而，通过对35度脉冲响应和55度脉冲响应进行求平均而创建的响应看上去与真实的45度脉冲响应(HRTFR(45，0))很不一样。在图3的脉冲响应图中该差异相当明显，而在图4的频率响应图中甚至更明显。
例如，在图4中显见的，在通过对35度HRTF和55度HRTF进行求平均而创建的滤波器响应中，在大约3.5kHz处存在深的凹口。“正确的”45度HRTF(在图4中标注为“HRTFR(45，0)”)在大约3.5kHz处没有凹口。因此，显见的是：为生成平均响应“(HRTFR(35，0)+HRTFR(55，0))/2”而执行的混合操作不希望地引入了凹口，凹口是通常称为“梳状滤波”的人为引入的例子。应当注意：在图4中，合成的滤波器响应(通过对35度HRTF和55度HRTF进行求平均而创建)在10kHz和17kHz处也出现了凹口(梳状滤波产物)。
如图5(b)所示，通过研究HRTFR滤波器的相位响应可以观察到该梳状滤波(梳状滤波)产生的原因。从图5(b)很明显：右耳的35度HRTF在3.5kHz处具有-600度的相移，而右耳的55度HRTF具有-780度的相移。35度滤波器和55度滤波器之间180度的相位差意味着：这些滤波器的任意求和(如它们被平均时将发生的)将导致在3.5kHz处响应的部分消除(并且因此导致图4中示出的深凹口)。
尽管使用线性内插技术(例如上述求平均方法)来实现HRTF映射器是所期望的，但是由于所导致的凹口将在这样的HRTF映射器产生的HRTF中产生听觉产物，所以所描述的该类型的梳状滤波(凹口)问题显出了显著的困难。如果增大HRTF组的空间分辨率(例如，通过使用更大的组，在刻度更精细的网格上进行测量)，通常凹口问题将仍然存在(而且经内插的响应中的凹口可能出现的频率更高)。
在一类实施方式中，本发明是以下HRTF映射器：其可以通过形成特定生成的HRTF的小的库(组)(例如，少于50个HRTF的组)中的HRTF的加权和，来确定对于任何到达方向的一对HRTF(HRTFL和HRTFR)。如果该组包含L个条目(d＝1，…，L)，则映射器可以计算：
其中WL和WR值是加权系数(每个用于特定到达方向，由x、y和z以及组索引d确定)的组，以及IRd(n)系数是该组中的脉冲响应。
在本发明的HRTF的组中(在本文中称为“耦合HRTF组”)特定生成的HRTF(在本文中称为“耦合HRTF”或“耦合HRTF滤波器”)是人工创建的(例如，通过修改“正常”HRTF)，使得组中的响应能按照等式(1.3)被线性混合，以产生对于任何到达方向的HRTF。耦合HRTF的组通常包括对于很多到达角度中的每个到达角度的一对耦合HRTF(左耳HRTF和右耳HRTF)，该很多到达角度跨越给定空间(例如，水平平面)，并且被量化成特定角分辨率(例如，耦合HRTF的组表示环绕360度圆周具有30度的角分辨率的到达角度：0度、30度、60度、…、300度和330度)。确定组中的耦合HRTF，使得它们不同于组中的针对到达角度的“正常”(真实的，例如测量的)HRTF。具体地，它们不同在于：在高于特定耦合频率处有意地改变每个正常HRTF的相位响应(以产生相应的耦合HRTF)。更具体地，有意地改变每个正常HRTF的相位响应，使得组中所有耦合HRTF滤波器的相位响应在高于耦合频率处被耦合(即，使得对于基本上高于耦合频率的所有频率，每个左耳耦合HRTF和每个右耳耦合HRTF的相位之间的耳间相位差作为频率的函数至少基本上恒定；并且优选地使得对于基本上高于耦合频率的所有频率，组中每个耦合HRTF的相位响应作为频率的函数至少基本上恒定)。
耦合HRTF组的创建利用了由Lord Rayleigh提出的声音定位的二元说。该二元说设定：HRTF中的时间延迟差异在较低频率处(达到从大约1000Hz到大约1500Hz范围内的频率)为人类收听者提供重要线索，而振幅差异在较高频率处为人类收听者提供重要线索。二元说并未暗示：在较高频率处HRTF的相位或延迟特性完全不重要，而是简要说明了它们只是相对较不重要，在较高频率处振幅差异更重要。
为了确定耦合HRTF组，一种是通过选择“耦合频率”(FC)而开始，该“耦合频率”(FC)是如下频率：在低于该频率处针对到达方向的每对耦合HRTF(即，针对到达方向的左耳耦合HRTF和右耳耦合HRTF)具有与针对相同到达方向的相应的左“正常”HRTF和右“正常”HRTF的耳间相位响应密切匹配的耳间相位响应(左耳滤波器和右耳滤波器之间的相对相位，作为频率的函数)。在优选实施方式中，耳间相位响应在如下意义上密切匹配：对于低于耦合频率的频率，每个耦合HRTF的相位在相应的“正常”HRTF的相位的20﹪以内(或者更优选地，在5﹪以内)。
如图6(a)和图6(b)所示，为了理解所指出的耳间相位响应之间的“密切匹配”的概念，考虑35度和55度耦合HRTFR(HRTFZ R(35，0)，HRTFZ R(55，0)，HRTFC R(35，0)和HRTFC R(55，0))的相位响应。这些耦合HRTF的幅度响应(在图6(a)和图6(b)中未绘制)与根据其确定它们的相应的“正常”HRTF(即，图5(a)和图5(b)中的HRTFR(35，0)和HRTFR(55，0))的幅度响应相同(所以幅度响应与图5(a)中绘制的幅度响应相同)。为了根据相应的正常HRTF确定每个耦合HRTFR，只在高于耦合频率处(在示例中耦合频率为FC＝1000HZ)改变相位响应(相对于相应的正常HRTF的相位响应)。该相位响应修改的结果是：使得耦合HRTF能够被线性混合在一起而不引起不期望的梳状滤波器产物(在以下意义上：通过这样的线性混合确定的每个插值HRTF具有不表现显著的梳状滤波失真的幅度响应)。
因此，图6(a)的HRTFZ R(35，0)的相位响应在低于耦合频率(FC＝1000HZ)处与图5(b)的正常HRTFR(35，0)的相位响应密切匹配；图6(a)的HRTFZ R(55，0)的相位响应在低于耦合频率(FC＝1000HZ)处与图5(b)的正常HRTFR(55，0)的相位响应密切匹配；图6(b)的HRTFC R(35，0)的相位响应在低于耦合频率(FC＝1000HZ)处与图5(b)的正常HRTFR(35，0)的相位响应密切匹配；并且图6(b)的HRTFC R(55，0)的相位响应在低于耦合频率(FC＝1000HZ)处与图5(b)的正常HRTFR(35，0)的相位响应密切匹配。图6(a)的HRTFZ R(35，0)和HRTFZ R(55，0)的相位响应在高于耦合频率处基本上不同于图5(b)的正常HRTFR(35，0)和正常HRTFR(55，0)的相位响应；并且图6(b)的HRTFC R(35，0)和HRTFC R(55，0)的相位响应在高于耦合频率处基本上不同于图5(b)的正常HRTFR(35，0)和正常HRTFR(55，0)的相位响应。
在高于耦合频率的频率处，图6(a)的HRTFZ R(35，0)和HRTFZ R(55，0)的相位响应被耦合(使得根据它们确定的耳间相位响应与相应的左耳HRTFZ L(35，0)和左耳HRTFZ L(55，0)在基本上高于耦合频率的频率处匹配或接近匹配)。类似地，图6(b)的HRTFC R(35，0)和HRTFC R(55，0)的相位响应将在高于耦合频率的频率处被耦合(使得根据它们确定的耳间相位响应与相应的左耳HRTFC L(35，0)和左耳HRTFC L(55，0)在基本上高于耦合频率的频率处匹配或接近匹配)。如图6(b)所示，为HRTFC R(35，0)和HRTFC R(55，0)绘制的相位响应彼此偏离不会大于大约90度，并且我们认为这是相位响应的密切“匹配”，因为该匹配保证这些耦合滤波器能够被线性混合在一起而不引起显著的梳状滤波。
图7是图5(b)的常规确定的(正常)右耳HRTFR(45，0)的频率响应(幅度对频率)的图，以及根据本发明的实施方式通过对图6(a)的HRTFZ R(35，0)和HRTFZ R(55，0)进行线性混合而确定的右耳HRTF(标注为(HRTFZ R(35，0)+HRTFZ R(55，0))/2)的频率响应的图。通过将HRTFZ R(35，0)和HRTFZ R(55，0)相加，并且将其和除以2，来执行线性混合。如从图7显见的，本发明的右耳HRTF((HRTFZ R(35，0)+HRTFZ R(55，0))/2)没有梳状滤波产物。
在图6(a)中，HRTFZ R(35，0)和HRTFZ R(55，0)相位图示出了这些耦合HRTF的“零扩展”相位响应。类似地，图6(b)示出了HRTFC R(35，0)和HRTFC R(55，0)滤波器的相位，相位(高于1kHz的耦合频率)被修改以平滑地交叉衰落(crossfade)到恒定相位(在基本上高于耦合频率的频率处)。
可以根据本发明通过多种方法创建耦合HRTF。一种优选方法通过采用正常HRTF对(即从假人头或真实对象测量的、或从用于生成合适的HRTF的任何常规方法创建的左/右耳HRTF)，并且在高频(高于耦合频率)处修改正常HRTF的相位响应来工作。
接下来我们对根据本发明的根据一对正常左耳HRTF和右耳HRTF来确定一对左耳耦合HRTF和右耳耦合HRTF的方法的示例进行描述。
在实现这些示例性方法中，可以通过使用频域加权函数(有时称为加权矢量)W(k)来完成对正常HRTF的相位响应的修改，其中k是表示频率的索引(例如，FFT箱索引(FFT binindex))，该频域加权函数对每个原始的(正常的)HRTF的相位响应进行操作。例如在图8中所示的类型下，该加权函数W(k)应该为平滑曲线。在使用长度K的快速傅里叶变换(FFT)对正常HRTF进行操作的典型情况下，FFT箱索引k对应于频率：f＝k×FS/K，其中FS是数字信号的采样频率。在图8中的加权函数的示例中，如果频率箱索引k1和k2与1kHz和2kHz的频率对应，则耦合频率FC为FC＝1kHz，并且k1≈1000×K/FS且k2≈2000×K/FS。
在响应于正常HRTF(即，针对一组到达方向中的每个到达方向的一对左耳和右耳正常HRTF)来确定耦合HRTF组中的耦合HRTF(即，针对该组中每个到达方向的一对左耳和右耳耦合HRTF)的本发明的方法的一类实施方式中，该方法包括以下步骤：
1.使用长度K的快速傅里叶变换，将每对正常HRTF的HRTFL(x，y，z，n)和HRTFR(x，y，z，n)转换成一对频率响应FRL(k)和FRR(k)，其中k为频率箱(frequency bins)的整数索引，以频率处为中心(其中，-N/2≤k≤N/2，并且其中FS是采样速率)；
2.然后，确定幅度分量和相位分量(ML，MR，PL，PR)，使得和并且其中相位分量(PL，PR)是展开的(使得例如使用常规的Matlab“展开”函数，通过将2π的整数倍与矢量的采样相加来消除大于π的任何不连续)；
3.如果正常HRTF对与位于左半球(使得y＞0)的到达方向相对应，则执行下面的步骤来计算FR′L和FR′R：
(a)计算修改的相位矢量：P′(k)＝(PR(k)-PL(k))×W(k)，其中W(k)是上面定义的加权函数；以及
(b)然后，如下计算FR′L和FR′R：
4.如果正常HRTF对与位于右半球(使得y＜0)的到达方向相对应，则执行以下步骤：
(a)计算修改的相位矢量：P′(k)＝(PL(k)-PR(k))×W(k)；以及
(b)然后，如下计算FR′L和FR′R：
5.如果正常HRTF对与位于中间平面(使得y＝0)的到达方向相对应，则无需改变远耳响应(far-ear response)的相位，所以我们简单计算：
以及
6.最后，如下使用傅里叶逆变换来计算耦合HRTF(并且将g个采样的额外的体延迟(extra bulk delay)与两个耦合HRTF相加)：
在步骤3(或步骤4)中对相位响应做出的修改经常导致最终的脉冲响应的某种时间模糊(time-smearing)，使得原来是因果关系的HRTF FIR滤波器可以被转换为因果FIR滤波器。如在步骤6中实现的，为了防止该时间模糊，可能在左耳耦合HRTF滤波器和右耳耦合HRTF滤波器两者中都需要相加的体延迟。g的典型值将是g＝48。
对于每对正常HRTFL和HRTFR滤波器，必须重复上面参照步骤1至步骤6所描述的处理，以产生耦合HRTF组中的每个耦合HRTFZ L滤波器和每个耦合HRTFZ R滤波器。可以对上述处理做出修改。
例如，上面步骤3(b)示出了被保存的原始左声道相位响应，而通过使用左相位加上修改的右-左相位差来生成右声道响应。作为替代，可以将步骤3(b)中的等式修改为：
FR′L(k)＝ML(k)
(1.4)
FR′R(k)＝MR(k)ejP′(k).
在这种情况下，原始左耳HRTF的相位响应被完全忽视，并且利用修改的右-左相位差来给予新的右耳HRTF。
关于所描述的方法的又一变型涉及左耳HRTF和右耳HRTF两者的相移(具有相反的相移)：
FR′L(k)＝ML(k)e-jP′(k)/2
(1.5)
FR′R(k)＝MR(k)ejP′(k)/2.
当然，如果将替代的等式(1.4或1.5)代入上面步骤3(b)中，则相应的互补等式应该被应用于步骤4(b)(以允许HRTF到达方向在右半球的情况)。
在响应于正常HRTF(即，针对一组到达方向中的每个到达方向的一对左耳正常HRTF和右耳正常HRTF)来确定耦合HRTF组中的耦合HRTF(即，针对该组中的每个到达方向的一对左耳耦合HRTF和右耳耦合HRTF)的本发明的方法的另一类实施方式中，使用由等式(1.5)暗示的对称性。在这些实施方式中，该方法包括以下步骤：
1.使用长度K的快速傅里叶变换将每对正常HRTF，HRTFL(x，y，z，n)和HRTFR(x，y，z，n)，转换成一对频率响应FRL(k)和FRR(k)，其中k是频率箱(frequency bins)的整数索引，以频率处为中心(其中，-N/2≤k≤N/2，并且其中FS是采样速率)；
2.然后，确定幅度分量和相位分量(ML，MR，PL，PR)，使得和并且其中相位分量(PL，PR)是“展开的”(使得例如使用常规Matlab“展开”函数，通过将2π的整数倍与矢量的采样相加来消除大于π的任何不连续)；
3.计算修改的相位矢量：P′(k)＝(PR(k)-PL(k))×W(k)；
4.然后，如下计算FR′L和FR′R：
FR′L(k)＝ML(k)e-jP′(k)/2
FR′R(k)＝MR(k)ejP′(k)/2；以及
5.最后，使用傅里叶逆变换来计算耦合HRTF(并且将g个采样的额外的体延迟与两个耦合HRTF相加)：
可以用代替于上面步骤3而执行的下面步骤(步骤3a)来实现替代方法(在本文中有时称为“恒定相位扩展方法”)：
3a.计算修改的相位矢量：
P′(k)＝(PR(k)-PL(k))×W(k)+(PR(k1)-PL(k1))×(1-W(k))。
在替代步骤3a中提出的修改的等式具有以下作用：如图6(b)的示例中所示，迫使高频率处的相位(P’(k))等于耦合频率处的相位。
接下来我们对由HRTF基本组确定耦合HRTF组的本发明的又一类实施方式进行描述。
典型HRTF组(例如，耦合HRTF组)包括脉冲响应对(左耳HRTF和右耳HRTF)的集合，其中每对对应于特定到达方向。在这种情况下，HRTF映射器的任务是采用指定的到达方向(例如，由到达方向矢量(x，y，z)确定)，并且通过查找HRTF组(例如，耦合HRTF组)中的接近于指定到达方向的HRTF，以及对组中的HRTF执行某种内插，来确定与指定的到达方向对应的HRTFL和HRTFR滤波器对。
如果根据本发明生成了HRTF组以包括耦合HRTF(如上所述，这样的耦合HRTF在高频处“耦合”)，则该内插可以是线性内插。由于使用了线性内插(线性混合)，这表示：可以由HRTF基本组来确定耦合HRTF组。一个感兴趣的优选HRTF基本组是球谐函数基本(sphericalharmonic basis)(有时称为B-格式)。
基于球谐函数，可以使用熟知的最小均方拟合的处理(或其它拟合处理)来根据HRTF基本组表示耦合HRTF组。借助于示例，可以确定一次球谐函数基本组(HW，HX，Hy和Hz)，使得任何左耳(或右耳)HRTF(针对任何特定到达方向x，y，z或者在跨越至少60度的范围内的任何特定到达方向x，y，z)可以被生成为：
HRTFL(x，y，z，n)＝HW(n)+xHX(n)+yHY(n)+zHZ(n)
(1.6)
HRTFR(x，y，z，n)＝HW(n)+xHX(n)-yHY(n)+zHZ(n)
其中，确定HRTF基本组的四组FIR滤波器系数(HW，HX，Hy，Hz)，以提供对一组耦合HRTF的最小均方最佳拟合。通过执行等式(1.6)，四个FIR滤波器(HW，HX，Hy，Hz)的系数表足够确定针对任何指定的到达方向的左耳(和右耳)HRTF，并且因此这四个FIR滤波器(HW，HX，Hy，Hz)确定耦合HRTF组。
高次球谐函数表示将提供增加的精确度。例如，可以定义HRTF基本组的二次表示(HW，HX，Hy，Hz，HX2，HY2，HZ2，HXY，HYZ)，使得任何左耳(或右耳)HRTF(针对特定到达方向x，y，z或者在跨越至少60度的范围内的任何特定到达方向x，y，z)可以被生成为：
HRTFL(x，y，z，n)＝HW(n)+xHX(n)+yHY(n)+zHZ(n)+(x2-y2)HX2(n)
+2xyHY2(n)+2xzHXZ(n)+2yzHYZ(n)+(2z2-x2-y2)HZ2(n)
HRTFR(x，y，z，n)＝HW(n)+xHX(n)-yHY(n)+zHZ(n)+(x2-y2)HX2(n)
-2xyHY2(n)+2xzHXZ(n)-2yzHYZ(n)+(2z2-x2-y2)HZ2(n)
(1.7)
其中，确定HRTF基本组的九组FIR滤波器系数(HW，HX，Hy，Hz，HX2，HY2，HXZ，HYZ，HZ2)，以提供对一组耦合HRTF的最小均方最佳拟合。通过执行等式(1.7)，这9个FIR滤波器的系数表足够确定针对任何指定的到达方向的左耳(和右耳)HRTF，并且因此这9个FIR滤波器确定耦合HRTF组。
如果到达角度被限于水平平面，则将产生简化的等式(如通常期望的)。在这种情况下，可以丢弃球谐函数组的所有z分量，使得二次等式(等式1.7)被简化而变为：
HRTFL(x，y，z，n)＝HW(n)+xHX(n)+yHY(n)+(x2-y2)HX2(n)+2xyHY2(n)
HRTFR(x，y，z，n)＝HW(n)+xHX(n)-yHY(n)+(x2-y2)HX2(n)-2xyHY2(n)
(1.8)
可替代地，可以根据方位角AZ将等式1.8写为如下：
HRTFL(Az，n)＝HW(n)+cos(Az)HX(n)+sin(Az)HY(n)
+cos(2Az)HX2(n)+Sin(2Az)HY2(n)
(1.9)
HRTFR(Az，n)＝HW(n)+cos(Az)HX(n)-sin(Az)HY(n)
+cos(2Az)HX2(n)-Sin(2Az)HY2(n)。
在优选实施方式中，三阶水平HRTF映射器使用基本组的三次表示来进行操作，该基本组被定义为使得针对任何特定到达方向的任何左耳(或右耳)HRTF被生成为：
HRTFL(Az，n)＝HW(n)+cos(Az)HX(n)+sin(Az)HY(n)
+cos(2Az)HX2(n)+sin(2Az)HY2(n)
+cos(3Az)HX3(n)+sin(3Az)HY3(n)
(1.10)
HRTFR(Az，n)＝HW(n)+cos(Az)HX(n)-sin(Az)HY(n)
+cos(2Az)HX2(n)-sin(2Az)HY2(n)
+cos(3Az)HX3(n)-sin(3Az)HY3(n)
其中，确定HRTF基本组的七组FIR滤波器系数(HW，HX，Hy，HX2，HY2，HX3和HY3)，以提供对一组耦合HRTF的最小均方最佳拟合。因此，这7个FIR滤波器确定耦合HRTF组。使用以这种方式定义的HRTF基本组的HRTF映射器是本发明的优选实施方式，原因在于：其使得能够使用包括仅7个滤波器(HW(n)，Hx(n)，Hy(n)，HX2(n)，Hy2(n)，Hx3(n)和Hy3(n))的HRTF基本组，来生成针对水平平面中的任何到达方向的左耳(和右耳)HRTF滤波器，对于高达耦合频率(例如，高达1000Hz或更高)的频率具有高度的相位精确度。
接下来我们对根据本发明的实施方式将小的HRTF基本组(其中的每个确定耦合HRTF组)用于信号混合进行描述。
可以将HRTF映射器实现为使用(例如，参照等式1.10所定义的类型)的小的HRTF基本组来确定耦合HRTF组的装置，并且可以根据本发明的实施方式使用这样的装置来执行信号混合。
图10的HRTF映射器10是使用参照等式1.10所定义的小的HRTF基本组来确定耦合HRTF组的这样的HRTF映射器的示例。图10的装置也包括音频处理器20(其是虚拟器)，该音频处理器20被配置成：对单声道的音频信号(“Sig”)进行处理以生成用于头戴式耳机上的呈现的左音频输出声道和右音频输出声道(OutL和OutR)，以便为收听者提供声音位于指定的方位角AZ处的印象。
在图10的***中，通过由处理器20实现的两个FIR滤波器21和22(每个用卷积运算符来标注)对单个音频输入声道(Sig)进行处理，以分别产生左耳信号OutL和右耳信号OutR(用于头戴式耳机上的呈现)。根据HRTF基本组(等式1.10中的HW，HX，HY，HX2，HY2，HX3和HY3)，通过用方位角AZ的正弦函数和余弦函数中的相应一个(等式1.10中所示)对HRTF基本组系数中的每个进行加权(即，未对HW(n)进行加权，HX(n)乘以cos(AZ)，HY(n)乘以sin(AZ)等)，以及在求和级13中对于n的每个值，对7个经加权的系数(包括HW(n))进行求和，来在映射器10中确定左耳FIR滤波器21的滤波器系数。根据HRTF基本组(等式1.10的HW，HX，HY，HX2，HY2，HX3，HY3)，通过用方位角AZ的正弦函数和余弦函数中的相应一个(等式1.10中所示)对HRTF基本组系数中的每个进行加权(即，未对HW(n)进行加权，HX(n)乘以cos(AZ)，HY(n)乘以sin(AZ)等)，将系数HY(n)，HY2(n)和HY3(n)的加权版本中的每个乘以-1(在乘法单元11中)，并且在求和级12中对所得到的7个加权的系数进行求和，来在映射器10中确定右耳FIR滤波器22的滤波器系数。
因此，图10的***将处理分成两个主要部分。第一，HRTF映射器用于计算由滤波器21和22应用的FIR滤波器系数HRTFL(Az，n)和HRTFR(Az，n)。其次，(处理器20的)FIR滤波器21和22被配置有HRTF映射器所计算的FIR滤波器系数，然后所配置的滤波器21和22对音频输入进行处理以产生头戴式耳机输出信号。
可以以非常不同的方式配置混合***(如图11所示)，以响应于相同的输入音频信号和指定的到达方向(方位角)产生相同的结果(由图10的***产生)。图11的装置(其实现虚拟器)被配置成：对单声道音频信号(“InSig”)进行处理，以生成可以呈现在头戴式耳机上以便为收听者提供声音位于指定到达方向(方位角AZ)处的印象的左和右(立体声)音频输出声道(OutL和OutR)。
在图11中，按照下面的等式，信号声像调节级(signal panning stage)(声像调节器)30响应于输入信号(“InSig”)生成一组7个中间信号，
W＝InSig
X＝InSig×cos(Az)
Y＝InSig×sin(Az)
X2＝InSig×cos(2Az) (1.11)
Y2＝InSig×sin(2Az)
X3＝InSig×cos(3Az)
Y3＝InSig×sin(3Az)，
其中，AZ是指定的方位角。
然后，通过用HRTF基本组的相应FIR滤波器的FIR滤波器系数对其求卷积(在级44)，在HRTF滤波器级40中对7个中间信号中的每个进行滤波(即，用系数HW对InSig求卷积，用等式1.10的系数HX对InSig·cos(AZ)求卷积，用等式1.10的系数HY对InSig·sin(AZ)求卷积，用等式1.10的系数HX2对InSig·cos(2AZ)求卷积，用等式1.10的系数HY2对InSig·sin(2AZ)求卷积，用等式1.10的系数HX3对InSig·cos(3AZ)求卷积，以及用等式1.10的系数HY3对InSig·sin(3AZ)求卷积)。然后，对卷积级44的输出进行相加(在求和级41)，来生成左声道输出信号OutL。在乘法单元42中将卷积级44的一些输出乘以-1(即，在单元42中，用系数HY卷积的sin(AZ)，用系数HY2卷积的InSig·sin(2AZ)以及用系数HY3卷积的InSig·sin(3AZ)中的每个乘以-1)，并且乘法单元42的输出与卷积级的其他输出相加(在求和级43中)，以生成右声道输出信号OutR。在卷积级44中应用的滤波器系数是等式1.10的HRTF基本组HW，HX，HY，HX2，HY2，HX3，HY3的滤波器系数。
如果一组M个输入信号InSigm要被处理用于立体声重放，则在声像调节器(panner)30中可以产生单组中间信号，所有M个输入信号表示：
一旦已经生成这些中间信号，如下在卷积级44中对它们进行滤波：
并且得出左耳输出信号和右耳输出信号如下：
OutL＝W经滤波+X经滤波+Y经滤波+X2经滤波+Y2经滤波+X3经滤波+Y3经滤波
(1.14)
OutR＝W经滤波+X经滤波-Y经滤波+X2经滤波-Y2经滤波+X3经滤波-Y3经滤波。
因此，在等式(1.12)、(1.13)和(1.14)中所示的组合运算使用仅仅7个FIR滤波器，使得一组M个输入信号{InSigm：1≤m≤M}(每个具有对应的方位角AZm)能够被立体声地呈现。对于每个输入信号，可能存在不同的方位角AZm。这意味着：通过将由图11的***实现的处理应用于如图12所示的多个输入信号，HRTF基本组中少量的FIR滤波器组使得能够实现用于立体声地呈现大量输入信号的高效方法。
在图12中，每个块30i表示在第“i”个输入信号的处理期间图11的声像调节器30(其中索引i的范围从1到M)，并且求和级31被耦接并且被配置成：对在块30i至30M中生成的输出进行求和，以生成在等式1.12中描述的7个中间信号。
将参照图13对用于处理一组M个输入信号InSigm的本发明的***和方法的另一实施方式进行描述。在该实施方式中，使用也可以通过上混合来修改中间信号格式的事实，来处理M个输入信号以用于立体声重放。在该背景下，“上混合”指的是以下处理：通过对低分辨率中间信号(由较少数量的声道构成)进行处理以创建高分辨率中间信号(由较多数量的中间信号构成)。在本领域已知用于对这样的中间信号进行上混合的很多方法，例如包括当前发明人的美国专利8,103,006(并且转让给了本发明的受让人)中所描述的方法。上混合处理使得能够使用较低分辨率的中间信号，在进行HRTF滤波之前执行上混合，如图13中所示。
在图13中，每个块130i表示在第i个输入信号InSigi(其中索引i的范围从1到M)的处理期间相同的声像调节器(被称为图13的声像调节器)，并且求和级131被耦接并且被配置成：对在块1301至130M中生成的输出进行求和，来生成在上混合级132中上混合的中间信号。级40(其与图11的级40相同)对级132的输出进行滤波。
图13的声像调节器将当前输入信号(“InSigi”)传递到级131。图13的声像调节器包括级34和级35，级34和级35响应于当前方位角AZi分别生成值cos(AZi)和sinAZi)。图13的声像调节器还包括乘法级36和37，乘法级36和37响应于当前输入信号InSigi以及级34和级35的输出，分别生成值InSigi·cos(AZi)和InSigi·sin(AZi)。
求和级131被耦接并且被配置成：对在块1301至130M中生成的输出进行求和，以生成如下3个中间信号：级131对M个输出“InSigi”进行求和来生成一个中间信号；级131对M个值InSigi·cos(AZi)进行求和来生成第二个中间信号；并且级131对M个值InSigi·sin(AZi)进行求和来生成第三个中间信号。这3个中间信号中的每个对应于不同的声道。上混合级132对来自级131的3个中间信号进行上混合(例如，以卷积的方式)，以生成7个上混合的中间信号，这7个上混合的中间信号中的每个对应于7个声道中的不同的一个声道。级40以与图11的级40对由图11的级30设定到其的7个信号进行滤波的方式相同的方式对这7个上混合的信号进行滤波。
本领域普通技术人员将理解的是，可以对上述中间信号的特定形式进行修改以形成用于HRTF基本组分解的可替代的基本组。在本发明的所有这样的实施方式中，仅当HRTF基本组已经被构造为允许通过线性混合(例如，通过图13的单元34、35、36、37、131和132，或者通过图10中所示的级10的单元)创建HRTF滤波器时，才可以使用HRTF基本组来简化音频处理(例如，如在图12或图13的***中)。如果基本组确定本发明的一组耦合HRTF滤波器，将使得能够通过已经被修改为“耦合”并且对于线性混合更易修正的基本组来创建HRTF滤波器。
本发明的典型实施方式生成(或者确定并且使用)一组耦合HRTF，该组耦合HRTF满足以下3个标准(有时为方便起见在本文中称为“黄金规则”)：
1.对于低于耦合频率的所有频率，根据该组耦合HRTF(通过线性混合处理)创建的每对HRTF滤波器的耳间相位响应(即，针对指定的到达方向创建的每个左耳HRTF和右耳HRTF)与相应的一对左耳和右耳正常HRTF的耳间相位响应以小于20％的相位误差(或者更优选地，以小于5％的相位误差)相匹配。换言之，在低于耦合频率的每个频率处，根据该组创建的左耳HRTF的相位和根据该组创建的相应右耳HRTF的相位之间的差的绝对值与相应的左耳正常HRTF的相位和相应的右耳正常HRTF的相位之间的差的绝对值相差小于20％(或者更优选地，小于5％)。耦合频率大于700Hz且通常小于4kHz。在大于耦合频率的频率处，根据该组(通过线性混合处理)创建的HRTF滤波器的相位响应偏离正常HRTF的行为，使得与正常HRTF相比，耳间组延迟(在这样的高频处)被显著减小；
2.针对到达方向的根据该组(通过线性混合处理)创建的每个HRTF滤波器的幅度响应在针对该到达方向的正常HRTF的预期的范围内(例如，在以下意义上：相对于针对对该到达方向的典型正常HRTF滤波器的幅度响应来说，其不表现显著的梳状滤波失真)；以及
3.混合处理能够跨越(以通过对组中的耦合HRTF进行线性混合的处理来生成针对范围内的每个到达角度的HRTF对)的到达角度的范围为至少60度(并且优选的为360度)。
在本发明的方法包括确定HRTF基本组，而HRTF基本组又确定耦合HRTF组(例如，通过执行最小均方拟合或其他拟合处理来确定HRTF基本组的系数，使得HRTF基本组在足够的精确度内确定耦合HRTF组)，或者本发明的方法使用这样的HRTF基本组，以响应于到达方向来确定一对HRTF的实施方式中，耦合HRTF组优选地满足黄金规则。
通常，满足黄金规则的耦合HRTF组包括：针对跨越到达角度的范围的到达角度确定一组左耳耦合HRTF和一组右耳耦合HRTF的数据值；针对该范围内的任何到达角度所确定的左耳HRTF(根据本发明的实施方式通过线性混合)和针对所述到达角度所确定的右耳HRTF(根据本发明的实施方式通过线性混合)具有如下耳间相位响应：对于低于耦合频率的所有频率(其中，耦合频率大于700Hz并且通常小于4kHz)，该耳间相位响应以小于20％(并且优选地，小于5％)的相位误差与针对所述到达角度的典型左耳正常HRTF相对于针对所述到达角度的典型右耳正常HRTF的耳间相位响应相匹配，以及
相对于针对所述到达角度的典型左耳正常HRTF的幅度响应，针对范围内的任何到达角度所确定的左耳HRTF(根据本发明的实施方式通过线性混合)具有不表现显著的梳状滤波失真的幅度响应；并且相对于针对所述到达角度的典型左耳正常HRTF的幅度响应，针对范围内的任何到达角度所确定的右耳HRTF(根据本发明的实施方式通过线性混合)具有不表现显著的梳状滤波失真的幅度响应，
其中，所述到达角度的范围为至少60度(优选地，上述到达角度的范围为360度)。
已经提出了通过球谐函数基本组来简化HRTF库(例如，如本发明人在美国专利6,021,206中所描述的)，但是通过使用球谐函数基本来简化HRTF的所有这样的先前尝试已经经受到本文中所描述的类型的显著梳状滤波问题。因此，常规地确定的球谐函数HRTF库不满足上面提到的黄金规则的第二个标准。
此外，使用模拟电路元件来创建立体声滤波器的一些早期尝试产生了满足黄金规则的第二个标准的HRTF滤波器，作为模拟电路技术的限制的意外副作用。例如，在Bauer在Journal of the Audio Engineering Society，1961年4月，第9卷第2章中题为“Stereophonic Earphones and Binaural Loudspeakers”的论文中描述了这样的HRTF滤波器。然而，这样的HRTF不满足黄金规则的第一个标准。
本发明的典型实施方式是生成表示到达角度的一组耦合HRTF的方法，该到达角度跨越给定空间(例如，水平平面)并且被量化成特定角分辨率(例如，一组耦合HRTF表示环绕360度圆周具有30度的角分辨率的到达角度——0度、30度、60度、...、300度和330度)。组中的耦合HRTF被构造为使得它们不同于组中的针对到达角度的真实的(即，测量的)HRTF(0度和180度方位角除外，因为通常这些HRTF角度具有零耳间相位，并且因此不需要任何特殊处理来使它们遵守黄金规则)。具体地，它们不同在于：在高于特定耦合频率处，HRTF的相位响应被有意地改变。更具体地，改变相位，使得组中的HRTF的相位响应在高于耦合频率处被耦合(即，相同或几乎相同)。通常，依赖于包括在组中的HRTF的角分辨率来选择如下耦合频率：高于该耦合频率，相位响应被耦合。优选地，选择截止频率，使得随着组的角分辨率增大(即，更多耦合HRTF被添加到组中)，耦合频率也增大。
在可替代的实施方式中，根据本发明应用的每个HRTF(或者所应用的HRTF的子组中的每个)被定义并且被应用在频域中(例如，要根据这样的HRTF而变换的每个信号经历时域到频域的变换，然后将该HRTF应用于所得到的频率分量中，然后经变换的分量经历频域到时域的变换)。
在一些实施方式中，本发明的***是通用处理器或者包括通用处理器，该通用处理器被耦接以接收或生成表示至少一个音频输入声道的输入数据，并且用软件(或固件)可编程和/或另外被配置(例如，响应于控制数据)，以对输入数据执行多种操作中的任何操作，包括本发明的方法的实施方式。通常，这样的通用处理器将被耦接至输入设备(例如，鼠标和/或键盘)、存储器和显示设备。例如，图9、图10、图11、图12或图13的***能够被实现为以下通用处理器：其可被编程和/或另外被配置，以对输入音频数据执行多种操作中的任何操作(包括本发明的方法的实施方式)来生成音频输出数据。常规的数字-模拟转换器(DAC)可以对音频输出数据进行操作，来生成用于由物理扬声器再现的输出音频信号的模拟版本。
图9是被配置成执行本发明的方法的实施方式的***(其可以实现为可编程的音频DSP)的框图。该***包括：HRTF滤波级9和HRTF映射器7，HRTF滤波级9被耦接以接收音频输入信号(例如，表示声音的频域音频数据，或者表示声音的时域音频数据)。HRTF映射器7包括存储器8，存储器8存储用于确定一组耦合HRTF的数据(例如，确定HRTF基本组的数据，该HRTF基本组又确定耦合HRTF组)，并且HRTF映射器7被耦接以接收表示到达方向(例如，指定为角度或单位矢量)的数据(“到达方向”)，该到达方向对应于被设定到级9的一组输入音频数据。在典型实施方式中，映射器7实现查找表，该查找表被配置成响应于到达方向数据，从存储器8中检索如下数据：该数据足够执行线性混合来确定针对到达方向的HRTF对(左耳HRTF和右耳HRTF)。
映射器7被可选地耦接至外部计算机可读介质8a，该介质8a存储用于确定该组耦合HRTF的数据(并且可选地，也存储用于对映射器7和/或级9进行编程以执行本发明的方法的实施方式的代码)；并且映射器7被配置成(从介质8a)存取表示该组耦合HRTF的数据(例如，表示组中的耦合HRTF中的所选耦合HRTF的数据)。当映射器7被如此配置以访问外部介质8a时，映射器7可选地不包括存储器8。用于确定该组耦合HRTF的数据(存储在存储器8中或者由映射器7从外部介质存取)可以是确定该组耦合HRTF的HRTF基本组的系数。
映射器7被配置成：响应于指定的到达方向(例如，到达方向，指定为角度或单位矢量，与一组输入音频数据对应)，确定一对HRTF脉冲响应(左耳响应和右耳响应)。映射器7被配置成：通过对组中的耦合HRTF执行线性内插(通过对用于确定耦合HRTF的值执行线性混合)来确定针对指定的方向的每个HRTF。通常，在组中具有接近于指定方向的相应到达方向的耦合HRTF之间进行内插。可替代地，映射器7被配置成：对HRTF基本组(其确定该组耦合HRTF)的系数进行存取，并且对这些系数执行线性混合，以确定针对指定方向的每个HRTF。
级9(其是虚拟器)被配置成：处理表示单声道输入音频(“输入音频”)的数据，包括通过将HRTF对(由映射器7确定)应用于级9以生成左声道输出音频信号和右声道输出音频信号(OutputL和OutputR)。例如，输出音频信号可以适合于在头戴式耳机上呈现，来为收听者提供声音是从位于指定到达方向的源发出的印象。如果表示一系列到达方向的数据(对于一组输入音频数据)被设定到图9的***，级9可以执行HRTF滤波(响应于到达方向数据，使用由映射器7确定的一系列HRTF对)，以生成一系列左声道输出音频信号和右声道输出音频信号，该一系列左声道输出音频信号和右声道输出音频信号可以被呈现，来为收听者提供声音是从以下源发出的印象：该源经由该一系列到达方向环移。
在操作中，根据本发明已经被配置为执行环绕声虚拟化的音频DSP(例如，图9的虚拟器***，或者图10、图11、图12或图13中的任一个的***)被耦接以接收至少一个音频输入信号；并且DSP通常对输入音频执行多种操作，除了通过HRTF进行滤波之外(以及通过HRTF进行滤波)，。根据本发明的各种实施方式，音频DSP能够操作用于在被配置(例如，编程)为如下之后执行本发明的方法的实施方式：响应于每个输入音频信号，通过对输入音频信号执行方法，使用耦合HRTF组(例如，确定耦合HRTF组的HRTF基本组)来生成至少一个输出音频信号。
本发明的其他方面是存储(以有形形式)用于对处理器或其他***进行编程以执行本发明的方法的任何实施方式的代码的计算机可读介质(例如，盘)，以及存储(以有形形式)用于确定一组耦合HRTF的数据的计算机可读介质(例如，盘)；其中根据本发明的实施方式，已经确定了该组耦合HRTF(例如，以满足在本文中描述的黄金规则)。这样的介质的示例是图9的计算机可读介质8a。
虽然在本文中已经描述了本发明的具体实施方式和本发明的应用，但是对本领域普通技术人员而言明显的是：在不脱离本文所描述的和所要求保护的本发明的范围的情况下，可以对本文所描述的实施方式和应用进行很多变化。应当理解的是，虽然已经示出和描述了本发明的某些形式，但是本发明并不限于所描述和所示出的具体实施方式或所描述的具体方法。

Claims (49)

1.一种用于头相关传输函数HRTF滤波的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)响应于表示到达方向的信号，使用耦合HRTF组的数据执行线性混合，以确定针对所述到达方向的HRTF，其中，所述耦合HRTF组包括确定一组耦合HRTF的数据值，所述一组耦合HRTF包括针对到达方向的一组左耳耦合HRTF和一组右耳耦合HRTF，其中，通过以下方式根据针对所述相同到达方向的正常HRTF来确定所述耦合HRTF：改变在耦合频率以上的每个正常HRTF的相位响应，使得对于基本上在所述耦合频率以上的所有频率，针对所述相同到达方向的左耳耦合HRTF和右耳耦合HRTF的相位之间的差作为频率的函数至少基本上恒定；以及
(b)使用在步骤(a)中针对所述到达方向确定的所述HRTF，对音频输入信号执行HRTF滤波，所述音频输入信号包括表示一个或更多个音频声道的频域音频数据或表示一个或更多个音频声道的时域音频数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述耦合HRTF组是包括系数的HRTF基本组，所述系数确定所述一组耦合HRTF，并且步骤(a)包括以下步骤：使用所述HRTF基本组的系数执行线性混合，以确定针对所述到达方向的所述HRTF。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(a)包括以下步骤：对表示由所述耦合HRTF组确定的耦合HRTF的数据和表示所述到达方向的数据执行线性混合；并且其中，针对所述到达方向确定的所述HRTF是具有不表现出显著梳状滤波失真的幅值响应的所述耦合HRTF的插值版本。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(a)中针对所述到达方向确定的所述HRTF是具有不表现出显著梳状滤波失真的幅度响应的所述耦合HRTF的插值版本。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述音频输入信号是表示至少一个音频声道的频域音频数据。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述音频输入信号是表示至少一个音频声道的时域音频数据。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括以下步骤：对所述耦合HRTF组的所述数据执行线性混合，以确定针对所述到达方向的左耳HRTF和针对所述到达方向的右耳HRTF。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述耦合HRTF组包括：确定针对到达角度的一组左耳耦合HRTF和一组右耳耦合HRTF的数据值，所述到达角度跨越一个到达角度范围；在步骤(a)中针对所述范围内的任何到达角度确定的所述左耳HRTF和在步骤(a)中针对所述到达角度确定的所述右耳HRTF具有以下耳间相位响应：针对低于耦合频率的所有频率，所述耳间相位响应以小于20％的相位误差与针对所述到达角度的典型左耳正常HRTF和针对所述到达角度的典型右耳正常HRTF的耳间相位响应相匹配，其中，所述耦合频率大于700Hz，并且
相对于针对所述到达角度的所述典型左耳正常HRTF的幅度响应来说，在步骤(a)中针对所述范围内的任何到达角度确定的所述左耳HRTF具有不表现出显著梳状滤波失真的幅度响应；并且相对于针对所述到达角度的所述典型右耳正常HRTF的幅度响应来说，在步骤(a)中针对所述范围内的任何到达角度确定的所述右耳HRTF具有不表现出显著梳状滤波失真的幅度响应，
其中，所述到达角度范围为至少60度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述到达角度范围为360度。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，在步骤(a)中针对所述范围内的任何到达角度确定的所述左耳HRTF和在步骤(a)中针对所述到达角度确定的所述右耳HRTF具有以下耳间相位响应：针对低于耦合频率的所有频率，所述耳间相位响应以小于5％的相位误差与针对所述到达角度的所述典型左耳正常HRTF和针对所述到达角度的所述典型右耳正常HRTF的耳间相位响应相匹配。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，通过以下方式根据针对所述相同到达方向的正常HRTF来确定所述耦合HRTF：改变在耦合频率以上的每个正常HRTF的相位响应，使得对于基本上在所述耦合频率以上的所有频率，每个耦合HRTF的相位响应作为频率的函数基本上恒定。
12.一种用于确定插值头相关传输函数HRTF的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)使表示到达方向的信号有效；以及
(b)响应于所述信号，对确定耦合HRTF组中的耦合HRTF的值执行线性混合，以确定针对所述到达方向的插值HRTF，其中，所述耦合HRTF组包括：确定针对到达方向的一组左耳耦合HRTF和一组右耳耦合HRTF的数据值，所述到达方向跨越一个到达方向范围，并且所述到达方向是所述范围内的任何到达方向，其中，通过以下方式根据针对所述相同到达方向的正常HRTF来确定所述耦合HRTF组中的所述耦合HRTF：改变在耦合频率以上的每个正常HRTF的相位响应，使得对于基本上在所述耦合频率以上的所有频率，每个左耳耦合HRTF和每个相应的右耳耦合HRTF的相位之间的差作为频率的函数至少基本上恒定。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述插值HRTF具有不表现出显著梳状滤波失真的幅度响应。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述范围内的所述到达方向在平面内跨越至少60度。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述范围内的所述到达方向在平面内跨越360度的全范围。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，步骤(b)包括以下步骤：对HRTF基本组的系数执行线性混合，以确定针对所述到达方向的所述插值HRTF，其中，所述HRTF基本组确定所述耦合HRTF组。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，步骤(b)包括以下步骤：执行线性混合来确定针对所述到达方向的左耳HRTF和针对所述到达方向的右耳HRTF。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述耦合HRTF组包括：确定针对到达角度的一组左耳耦合HRTF和一组右耳耦合HRTF的数据值，所述到达角度跨越一个到达角度范围；在步骤(b)中针对所述范围内的任何到达角度确定的所述左耳HRTF以及在步骤(b)中针对所述到达角度确定的所述右耳HRTF具有以下耳间相位响应：针对低于耦合频率的所有频率，所述耳间相位响应以小于20％的相位误差与针对所述到达角度的典型左耳正常HRTF和针对所述到达角度的典型右耳正常HRTF的耳间相位响应相匹配，其中，所述耦合频率大于700Hz，以及
相对于针对所述到达角度的所述典型左耳正常HRTF的幅度响应来说，在步骤(b)中针对所述范围内的任何到达角度确定的所述左耳HRTF具有不表现出显著梳状滤波失真的幅度响应；并且相对于针对所述到达角度的所述典型右耳正常HRTF的幅度响应来说，在步骤(b)中针对所述范围内的任何到达角度确定的所述右耳HRTF具有不表现出显著梳状滤波失真的幅度响应，
其中，所述到达角度范围为至少60度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述到达角度范围为360度。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，在步骤(b)中针对所述范围内的任何到达角度确定的所述左耳HRTF和在步骤(b)中针对所述到达角度确定的所述右耳HRTF具有以下耳间相位响应：针对低于耦合频率的所有频率，所述耳间相位响应以小于5％的相位误差与针对所述到达角度的所述典型左耳正常HRTF和针对所述到达角度的所述典型右耳正常HRTF的耳间相位响应相匹配。
21.一种头相关传输函数HRTF映射器，其被耦接以接收表示到达方向的信号，并且包括处理器，所述处理器被配置成：对确定耦合HRTF组中的耦合HRTF的值执行线性混合，以生成确定针对所述到达方向的插值HRTF的数据；其中，所述耦合HRTF组包括：确定针对到达方向的一组左耳耦合HRTF和一组右耳耦合HRTF的数据值，所述到达方向跨越一个到达方向范围，并且所述到达方向是所述范围内的任何到达方向，其中，通过以下方式根据针对所述相同到达方向的正常HRTF来确定所述耦合HRTF：改变在耦合频率以上的每个正常HRTF的相位响应，使得对于基本上在所述耦合频率以上的所有频率，针对所述相同到达方向的左耳耦合HRTF和右耳耦合HRTF的相位之间的差作为频率的函数至少基本上恒定。
22.根据权利要求21所述的映射器，其中，所述值是HRTF基本组的系数，并且所述HRTF基本组确定所述耦合HRTF组。
23.根据权利要求21所述的映射器，其中，所述插值HRTF具有不表现出显著梳状滤波失真的幅度响应。
24.根据权利要求21所述的映射器，其中，所述范围内的所述到达方向在平面内跨越至少60度。
25.根据权利要求21所述的映射器，其中，所述范围内的所述到达方向在平面内跨越360度的全范围。
26.根据权利要求21所述的映射器，其中，所述处理器被配置成：对确定耦合HRTF组中的耦合HRTF的所述值执行线性混合，以生成确定针对所述到达方向的左耳HRTF和针对所述到达方向的右耳HRTF的数据。
27.根据权利要求26所述的映射器，其中，所述耦合HRTF组包括：确定针对到达角度的一组左耳耦合HRTF和一组右耳耦合HRTF的数据值，所述到达角度跨越一个到达角度范围；所述处理器被配置成：生成确定针对所述范围内的任何到达角度的所述左耳HRTF的数据和确定针对所述到达角度的所述右耳HRTF的数据，使得针对所述到达角度的所述左耳HRTF和所述右耳HRTF具有以下耳间相位响应：针对低于耦合频率的所有频率，所述耳间相位响应以小于20％的相位误差与针对所述到达角度的典型左耳正常HRTF和针对所述到达角度的典型右耳正常HRTF的耳间相位响应相匹配，其中，所述耦合频率大于700Hz，以及
所述处理器被配置成：生成确定针对所述范围内的任何到达角度的所述左耳HRTF的所述数据和确定针对所述到达角度的所述右耳HRTF的所述数据，使得相对于针对所述到达角度的所述典型左耳正常HRTF的幅度响应来说，针对所述到达角度的所述左耳HRTF具有不表现出显著梳状滤波失真的幅度响应，并且使得相对于针对所述到达角度的所述典型右耳正常HRTF的幅度响应来说，针对所述到达角度的所述右耳HRTF具有不表现出显著梳状滤波失真的幅度响应，
其中，所述到达角度范围为至少60度。
28.根据权利要求21所述的映射器，其中，通过以下方式根据针对所述相同到达方向的正常HRTF来确定所述耦合HRTF：改变在耦合频率以上的每个正常HRTF的相位响应，使得对于基本上在所述耦合频率以上的所有频率，每个耦合HRTF的相位响应作为频率的函数基本上恒定。
29.根据权利要求27所述的映射器，其中，所述到达角度范围为360度。
30.根据权利要求21所述的映射器，其中，所述映射器是编程的通用处理器。
31.根据权利要求21所述的映射器，其中，所述映射器是音频数字信号处理器。
32.一种用于对音频输入信号执行头相关传输函数HRTF滤波的***，所述***包括：
HRTF映射器，其被耦接以接收表示到达方向的信号，并且被配置成：响应于所述信号，对确定耦合HRTF组中的耦合HRTF的值执行线性混合，以确定针对所述到达方向的插值HRTF，其中，所述耦合HRTF组包括：确定针对到达方向的一组左耳耦合HRTF和一组右耳耦合HRTF的数据值，所述到达方向跨越一个到达方向范围，并且所述到达方向是所述范围内的任何到达方向，其中，通过以下方式根据针对所述相同到达方向的正常HRTF来确定所述耦合HRTF：改变在耦合频率以上的每个正常HRTF的相位响应，使得对于基本上在所述耦合频率以上的所有频率，针对所述相同到达方向的左耳耦合HRTF和右耳耦合HRTF的相位之间的差作为频率的函数至少基本上恒定；以及
HRTF滤波器子***，其被耦接至所述HRTF映射器，以接收表示所述插值HRTF的数据；其中，所述HRTF滤波器子***被耦接以接收所述音频输入信号，并且被配置成：响应于表示所述插值HRTF的所述数据，通过将所述插值HRTF应用于所述音频输入信号，对所述音频输入信号进行滤波。
33.根据权利要求32所述的***，其中，确定耦合HRTF的所述值是HRTF基本组的系数，并且所述HRTF基本组确定所述耦合HRTF组。
34.根据权利要求33所述的***，其中，所述HRTF映射器被配置成：以由所述到达方向确定的方式对所述HRTF基本组的系数执行线性组合，以确定针对所述到达方向的左耳插值HRTF和右耳插值HRTF。
35.根据权利要求32所述的***，其中，所述HRTF滤波器子***实现虚拟器。
36.根据权利要求35所述的***，其中，所述音频输入信号是单声道音频数据，并且所述虚拟器被配置成：响应于所述单声道音频数据，包括通过将所述插值HRTF应用于所述单声道输入音频信号，来生成左声道输出音频信号和右声道输出音频信号。
37.根据权利要求32所述的***，其中，所述***是编程的通用处理器。
38.根据权利要求32所述的***，其中，所述***是音频数字信号处理器。
39.根据权利要求32所述的***，其中，所述插值HRTF具有不表现出显著梳状滤波失真的幅度响应。
40.根据权利要求32所述的***，其中，所述范围内的所述到达方向在平面内跨越至少60度。
41.根据权利要求32所述的***，其中，所述范围内的所述到达方向在平面内跨越360度的全范围。
42.根据权利要求32所述的***，其中，所述HRTF映射器被配置成：对确定耦合HRTF组中的耦合HRTF的所述值执行线性混合，以生成确定针对所述到达方向的左耳HRTF和针对所述到达方向的右耳HRTF的数据。
43.根据权利要求42所述的***，其中，所述耦合HRTF组包括：确定针对到达角度的一组左耳耦合HRTF和一组右耳耦合HRTF的数据值，所述到达角度跨越一个到达角度范围；所述映射器被配置成：生成确定针对所述范围内的任何到达角度的所述左耳HRTF的数据和确定针对所述到达角度的所述右耳HRTF的数据，使得针对所述到达角度的所述左耳HRTF和所述右耳HRTF具有以下耳间相位响应：针对低于耦合频率的所有频率，所述耳间相位响应以小于20％的相位误差与针对所述到达角度的典型左耳正常HRTF和针对所述到达角度的典型右耳正常HRTF的耳间相位响应相匹配，其中，所述耦合频率大于700Hz，以及
所述映射器被配置成：生成确定针对所述范围内的任何到达角度的所述左耳HRTF的所述数据和确定针对所述到达角度的所述右耳HRTF的所述数据，使得相对于针对所述到达角度的所述典型左耳正常HRTF的幅度响应来说，针对所述到达角度的所述左耳HRTF具有不表现出显著梳状滤波失真的幅度响应；并且使得相对于针对所述到达角度的所述典型右耳正常HRTF的幅度响应来说，针对所述到达角度的所述右耳HRTF具有不表现出显著梳状滤波失真的幅度响应，
其中，所述到达角度范围为至少60度。
44.根据权利要求43所述的***，其中，所述到达角度范围为360度。
45.一种用于确定针对一组到达角度的一组耦合头相关传输函数HRTF的方法，所述一组到达角度跨越一个到达角度范围，其中，所述耦合HRTF包括针对所述组中的每个到达角度的左耳耦合HRTF和右耳耦合HRTF，所述方法包括以下步骤：
对数据进行处理，以生成耦合HRTF数据，所述数据表示针对所述一组到达角度中的每个到达角度的一组正常左耳HRTF和一组正常右耳HRTF；其中，所述耦合HRTF数据表示针对所述组中的每个到达角度的左耳耦合HRTF和右耳耦合HRTF，使得响应于表示所述范围内的任何到达角度的数据，所述耦合HRTF数据的值的线性混合确定针对所述范围内的所述任何到达角度的插值HRTF，所述插值HRTF具有不表现出显著梳状滤波失真的幅度响应，
其中，所述处理包括：改变在耦合频率以的每个正常HRTF的相位响应，使得对于基本上在所述耦合频率以上的所有频率，每个左耳耦合HRTF和每个相应的右耳耦合HRTF的相位之间的差作为频率的函数至少基本上恒定。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，生成所述耦合HRTF数据，使得响应于表示所述范围内的任何到达角度的数据，所述耦合HRTF数据的值的线性混合确定针对所述到达角度的左耳HRTF和针对所述到达角度的右耳HRTF；并且其中，针对所述到达角度的所述左耳HRTF和所述右耳HRTF具有以下耳间相位响应：针对低于耦合频率的所有频率，所述耳间相位响应以小于20％的相位误差与针对所述到达角度的典型左耳正常HRTF和针对所述到达角度的典型右耳正常HRTF的耳间相位响应相匹配，其中，所述耦合频率大于700Hz，并且
相对于针对所述到达角度的所述典型左耳正常HRTF的幅度响应来说，针对所述到达角度的所述左耳HRTF具有不表现出显著梳状滤波失真的幅度响应；并且相对于针对所述到达角度的所述典型右耳正常HRTF的幅度响应来说，针对所述到达角度的所述右耳HRTF具有不表现出显著梳状滤波失真的幅度响应，
其中，所述到达角度范围为至少60度。
47.根据权利要求46所述的方法，其中，所述到达角度范围为360度。
48.根据权利要求45所述的方法，其中，通过以下方式根据针对相同的一组到达角度的正常HRTF来确定所述耦合HRTF：改变在耦合频率以上的每个正常HRTF的相位响应，使得对于基本上在所述耦合频率以上的所有频率，每个耦合HRTF的相位响应作为频率的函数基本上恒定。
49.根据权利要求45所述的方法，还包括以下步骤：
处理所述耦合HRTF数据以生成HRTF基本组，包括通过执行拟合处理以确定所述HRTF基本组的值，使得所述HRTF基本组在预先确定的精确度内确定所述耦合HRTF组。
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