CN110312198B - 用于数字影院的虚拟音源重定位方法及装置 - Google Patents
用于数字影院的虚拟音源重定位方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于数字影院的虚拟音源重定位方法及装置,包括:确定数字影院的房间冲激响应函数RIR;根据MIT数据集或CIPIC数据集确定头相关冲激响应函数HRIR;根据虚拟音源的初始位置和预设的重定位位置,通过房间冲激响应函数RIR与头相关冲激响应函数HRIR,将虚拟音源由初始位置变换到重定位位置。由于该方案综合考虑了房间冲激响应函数与头相关冲激响应函数,将虚拟音源在三维空间进行位置变换,使得虚拟音源的位置与对象位置相一致,该方法可在小型数字影院中利用较少数目的音响实现与较多数目的音响相当的音频效果,具有更精准的重定位效果。
Description
技术领域
本发明涉及数字影院的音响***技术领域,特别涉及一种用于数字影院的虚拟音源重定位方法及装置。
背景技术
数字影院是以数字方式放映电影的影院。这类影院以数字拷贝作为影音载体,并使用国家认可的数字放映机进行播放。近年来,数字影院在发展过程中呈现出小型化的趋势,而在小型影院中,往往没有足够的空间用以布置足够多数目的立体音响,或影院的某些位置不适合安装音响(例如:屏幕的中心位置),这会影响影院观众的听觉体验。
发明内容
本发明实施例提供了一种用于数字影院的虚拟音源重定位方法及装置,解决了现有技术中无法满足影院观众的听觉体验的技术问题。
该用于数字影院的虚拟音源重定位方法包括:
确定数字影院的房间冲激响应函数RIR;
根据MIT数据集或CIPIC数据集确定头相关冲激响应函数HRIR;
根据虚拟音源的初始位置和预设的重定位位置,通过房间冲激响应函数RIR与头相关冲激响应函数HRIR,将虚拟音源由初始位置变换到重定位位置。
该用于数字影院的虚拟音源重定位装置包括:
房间冲激响应函数确定模块,用于确定数字影院的房间冲激响应函数RIR;
头相关冲激响应函数确定模块,用于根据MIT数据集或CIPIC数据集确定头相关冲激响应函数HRIR;
重定位模块,用于根据虚拟音源的初始位置和预设的重定位位置,通过房间冲激响应函数RIR与头相关冲激响应函数HRIR,将虚拟音源由初始位置变换到重定位位置。
本发明实施例还提供了一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有执行上述所述方法的计算机程序。
在本发明实施例中,通过确定的房间冲激响应函数和头相关冲激响应函数,基于虚拟音源的初始位置和预设的重定位位置,将虚拟音源由初始位置变换到重定位位置,该方法可在小型数字影院中利用较少数目的音响实现与较多数目的音响相当的音频效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种用于数字影院的虚拟音源重定位方法流程图(一);
图2是本发明实施例提供的一种RIR实测房间布置图;
图3是一种声波干涉原理图;
图4是本发明实施例提供的一种用于数字影院的虚拟音源重定位方法流程图(二);
图5是本发明实施例提供的一种声波干涉消除方法流程图;
图6是本发明实施例提供的一种用于数字影院的虚拟音源重定位装置结构框图(一);
图7是本发明实施例提供的一种用于数字影院的虚拟音源重定位装置结构框图(二)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面描述一下本发明涉及到的相关技术。
(1)房间冲激响应函数
房间冲激响应(RIR)是指音源从扬声器到达室内听众位置的声谱滤波函数。同一房间内,从声源到接收点的脉冲响应是唯一的,该响应包含了室内声场的所有声学特性。给定一组房间的冲激响应rj(k),j=1,…,M,M是在听众位置所采集到的音频s信道的总数,k是音频的位置参数,可以通过以下方式获得混响信号yj(k):
yj(k)=s×rj(k)。
(2)头相关冲激响应函数
声源从外耳到达鼓膜之前的声谱滤波函数被称为头部相关冲激响应(HRIR)。频域的HRIR对应于时域的HRTF(头相关传递函数)。HRIR是一组滤波器,即利用双耳时间延迟、双耳音强差、耳廓频率振动等技术产生立体音效。双耳HRIR可被看作频率相关的幅度和时延变换,该函数其主要由耳廓的复杂形状所产生。给定一组双耳冲激响应ei(k),i=1,…,N,N是外耳所接收的音频s信道的总数(若经过下混音操作降维,那么M和N可能不同),k是音频的位置参数,可以通过以下公式获得双耳的混响信号xi(k):
xi(k)=s×ei(k)。
基于此,在本发明实施例中,提供了一种用于数字影院的虚拟音源重定位方法,如图1所示,该方法包括:
步骤101:确定数字影院的房间冲激响应函数RIR;
步骤102:根据MIT数据集或CIPIC数据集确定头相关冲激响应函数HRIR;
步骤103:根据虚拟音源的初始位置和预设的重定位位置,通过房间冲激响应函数RIR与头相关冲激响应函数HRIR,将虚拟音源由初始位置变换到重定位位置;
其中,虚拟音源是指原始音频的虚拟位置(是在多声道中要模拟这个位置所发出的声音)。虚拟音源的初始位置指的就是原始音频的初始位置。HRIR与RIR函数代表了原始音频与位置变换后的虚拟音频之间的频域变换关系。
本发明步骤101至103具体实现如下:
步骤101:实测房间冲激响应的房间布置如图2所示,A、B、C、D为多组可移动的扬声器,麦克风阵列被摆放在房间中央用以记录音频信号,令rjroom(k)表示房间冲激响应函数,jroom∈1,…,M,M是在听众位置所采集到的音频信道数,k是音频的位置参数,inputjroom表示扬声器输入的音频频谱,outputjroom(k)表示在听众位置所采集到的音频频谱,根据以下公式实测数字影院的房间冲激响应函数(RIR):
步骤102:按照如下公式根据MIT数据集或CIPIC数据集计算头相关冲激响应函数(HRIR):
其中,eiroom(k)表示头相关冲激响应函数,iroom∈1,…,N,N是外耳所接收的音频信道的总数,k是音频的位置参数;inputiear(k)表示外耳所接收的音频频谱;outputiear(k)表示在模拟的鼓膜位置所采集到的音频频谱。
其中,MIT数据集或CIPIC数据集,是已知的适用于拟合HRIR函数的常用数据集。
步骤103:根据虚拟音源的初始位置和预设的重定位位置,通过房间冲激响应函数(RIR)与头相关冲激响应函数(HRIR),将虚拟音源由初始位置变换到重定位位置,重定位处理后的音频信号modifiedi(k2,k1)为:
其中,modifiedi(k2,k1)表示虚拟音源位置变换后的输出;s表示原始虚拟音源信号;k1表示虚拟音源的初始位置;k2表示虚拟音源的重定位后的位置;ri(k2)表示对k2的第i个RIR变换;ri(k1)表示对k1的第i个RIR变换;ei(k2)表示对k2的第i个HRIR变换;i为1至音频信道数N。
其中,公式(3)中的ri(k1)、ri(k2)由公式(1)计算确定,公式(3)中的ei(k2)由公式(2)计算确定。
该步骤中还需要调整多声道音频的时延、音强等特征,这种调整可以在RIR与HRIR函数中体现。
在本发明实施例中,当两列或两列以上来自不同扬声器的声波在空间中发生叠加时,声波之间会产生干涉增强或减弱现象,如图3所示。如果某一时刻,两列波之间的波峰与波峰(对应实线)在空间上的某点(例如a点)相遇,此处的振幅为两列波的振幅之和。如某时刻两列波的波峰与波谷(对应虚线)在空间中的某点(例如b点)相遇,则此处两列波的振幅互相削弱。由于立体音频各波段波长(如图3上的λ、λ/2)不尽相同,不同频率的音频在同一位置所产生的干涉现象也有所不同。该现象会影响影院观众的听觉体验。
基于此,如图4所示,本发明提出的用于数字影院的虚拟音源重定位方法还包括:
步骤104:对重定位后的虚拟音源(此处指的是多声道音频)进行声波干涉消除处理,用以减弱扬声器距离差造成的声波干涉。
具体的,如图5所示,按照如下方式对重定位后的虚拟音源进行声波干涉消除处理:
步骤1041:将重定位后的多声道音频划分为多个频带;
步骤1042:根据扬声器位置与音频频谱特性,确定各频带的延迟变化和/或相位变化;
其中,按照如下公式根据扬声器位置与音频频谱特性,确定各频带的延迟变化和/或相位变化:
其中,Δt表示扬声器S1与S2之间所需的时间差;表示扬声器S1与S2之间所需的相位差;L1表示扬声器S1到听者的距离;L2表示扬声器S2到听者的距离;v表示当前条件下的声速;F表示波段中心频率;mod表示求模。
上述干涉消除方法通过对多声道音频进行延迟/相位调整,减弱扬声器的距离差造成的声波干涉,以改善影院观众的听觉体验。
基于同一发明构思,本发明实施例中还提供了一种用于数字影院的虚拟音源重定位装置,如下面的实施例所述。由于用于数字影院的虚拟音源重定位装置解决问题的原理与用于数字影院的虚拟音源重定位方法相似,因此用于数字影院的虚拟音源重定位装置的实施可以参见用于数字影院的虚拟音源重定位方法的实施,重复之处不再赘述。以下所使用的,术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现,但是硬件,或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图6是本发明实施例的用于数字影院的虚拟音源重定位装置的一种结构框图,如图6所示,包括:
房间冲激响应函数确定模块601,用于确定数字影院的房间冲激响应函数RIR;
头相关冲激响应函数确定模块602,用于根据MIT数据集或CIPIC数据集确定头相关冲激响应函数HRIR;
重定位模块603,用于根据虚拟音源的初始位置和预设的重定位位置,通过房间冲激响应函数RIR与头相关冲激响应函数HRIR,将虚拟音源由初始位置变换到重定位位置。
在本发明实施例中,房间冲激响应函数确定模块601具体用于:按照公式(1)确定数字影院的房间冲激响应函数RIR。
头相关冲激响应函数确定模块602具体用于:根据MIT数据集或CIPIC数据集按照公式(2)确定头相关冲激响应函数HRIR。
重定位模块603具体用于:按照公式(3)获得虚拟音源重定位后的位置。
在本发明实施例中,如图7所示,该用于数字影院的虚拟音源重定位装置还包括:
声波干涉消除处理模块604,用于对重定位后的虚拟音源进行声波干涉消除处理。
具体的,所述声波干涉消除处理模块604具体用于:
按照如下方式对重定位后的虚拟音源进行声波干涉消除处理:
将重定位后的多声道音频划分为多个频带;
根据扬声器位置与音频频谱特性,采用公式(4)确定各频带的延迟变化和/或相位变化。
根据所述各频带的延迟变化和/或相位变化,对重定位后的多声道音频进行延迟和/或相位调整,从而减弱声波干涉。
本发明实施例还提供了一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有执行上述所述方法的计算机程序。
综上所述,本发明提出的用于数字影院的虚拟音源重定位方法及装置与现有技术相比,具有如下优点:
(1)本发明通过将虚拟音源在三维空间进行位置变换,使得虚拟音源的位置与对象位置相一致,该方法可在小型数字影院中利用较少数目的音响实现与较多数目的音响相当的音频效果;
(2)在虚拟音源重定位的过程中,本发明综合考虑了房间冲激响应函数(RIR)与头相关冲激响应函数(HRIR),该方法与直接利用房间冲激响应(RIR)进行重定位的方法相比,具有更精准的重定位效果;
(3)针对数字影院中各扬声器音频之间的干涉现象,本发明提出了虚拟音源重定位过程中的干涉消除方法,综合考虑了添加延迟与修改相位两种方案并将两种方案相结合,以减弱各扬声器之间的干涉现象,可以获得更好的干涉消除效果;
本领域内的技术人员应知悉,本发明的实施例可提供为方法、***或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或软件与硬件相结合的实施例。而且,本发明可采用一个或多个包含计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照本发明实施例的方法、设备(***)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。本发明可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框,以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框相结合的方法或***;并可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,该机器通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行指令,以产生用于实现在流程图中的一个流程或多个流程和/或方框图中的一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,并利用该计算机可读存储器中的指令产生包含指令装置的制造品,该指令装置被用于实现在流程图中的一个流程或多个流程和/或方框图中的一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得该计算机或其他可编程设备执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理过程,在计算机或其他可编程设备上执行的指令被用于实现在流程图中的一个流程或多个流程和/或方框图中的一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对本领域的技术人员而言,本发明实施例可有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于数字影院的虚拟音源重定位方法,其特征在于,包括:
确定数字影院的房间冲激响应函数RIR;
根据MIT数据集或CIPIC数据集确定头相关冲激响应函数HRIR;
根据虚拟音源的初始位置和预设的重定位位置,通过房间冲激响应函数RIR与头相关冲激响应函数HRIR,将虚拟音源由初始位置变换到重定位位置;
按照如下公式根据虚拟音源的初始位置和预设的重定位位置,通过房间冲激响应函数RIR与头相关冲激响应函数HRIR,将虚拟音源由初始位置变换到重定位位置:
其中,modifiedi(k2,k1)表示虚拟音源位置变换后的输出;s表示原始虚拟音源信号;k1表示虚拟音源的初始位置;k2表示虚拟音源的预设重定位位置;ri(k2)表示对k2的第i个RIR变换;ri(k1)表示对k1的第i个RIR变换;ei(k2)表示对k2的第i个HRIR变换;i为1至音频信道数N。
2.如权利要求1所述的用于数字影院的虚拟音源重定位方法,其特征在于,还包括:
对重定位后的虚拟音源进行声波干涉消除处理。
3.如权利要求2所述的用于数字影院的虚拟音源重定位方法,其特征在于,按照如下方式对重定位后的虚拟音源进行声波干涉消除处理:
将重定位后的多声道音频划分为多个频带;
根据扬声器位置与音频频谱特性,确定各频带的延迟变化和/或相位变化;
根据所述各频带的延迟变化和/或相位变化,对重定位后的多声道音频进行延迟和/或相位调整,从而减弱声波干涉。
7.一种用于数字影院的虚拟音源重定位装置,其特征在于,包括:
房间冲激响应函数确定模块,用于确定数字影院的房间冲激响应函数RIR;
头相关冲激响应函数确定模块,用于根据MIT数据集或CIPIC数据集确定头相关冲激响应函数HRIR;
重定位模块,用于根据虚拟音源的初始位置和预设的重定位位置,通过房间冲激响应函数RIR与头相关冲激响应函数HRIR,将虚拟音源由初始位置变换到重定位位置;
按照如下公式根据虚拟音源的初始位置和预设的重定位位置,通过房间冲激响应函数RIR与头相关冲激响应函数HRIR,将虚拟音源由初始位置变换到重定位位置:
其中,modifiedi(k2,k1)表示虚拟音源位置变换后的输出;s表示原始虚拟音源信号;k1表示虚拟音源的初始位置;k2表示虚拟音源的预设重定位位置;ri(k2)表示对k2的第i个RIR变换;ri(k1)表示对k1的第i个RIR变换;ei(k2)表示对k2的第i个HRIR变换;i为1至音频信道数N。
8.一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6任一项所述方法。
9.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至6任一项所述方法的计算机程序。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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