多通道立体声虚拟重建技术研究

摘要

随着数字信号处理和计算机技术的不断发展，“虚拟现实”技术已经成为人们广泛研究的课题。其中的虚拟声重建技术是近年来发展比较迅速的一门边缘交叉科学，涉及听觉心理学、听觉生理学、人工智能和高性能计算机系统等多个研究领域。虚拟声重建技术广泛应用到多媒体技术、各种计算机3D 游戏以及虚拟战场等科学研究和消费电子领域。本文对多通路立体声进行相互之间的虚拟重建进行了研究。主要内容如下： ⑴在声像定位研究的基础上，把5.1通路立体声转换为2通路立体声（以下简称为5->2），实现2通路耳机对5.1通路声源的有效播放，增强耳机播放的环绕效果；把2通路立体声转换为5.1通路立体声，实现5.1通路播放设备对2通路声源的有效播放，达到一定的环绕效果；把两者相结合，实现2 通路立体声到5.1通路立体声再到2 通路立体声的转换（以下简称为2->5->2），增强了原始2 通路立体声的环绕感与包围感。 ⑵本文的5->2转换算法主要基于声像定位技术，介绍了基于HRTF的声像定位原理，通过对常用定位方法的分析，利用虚拟头部转动的方法，改进了水平面声像定位的方法，有效提高了水平面上声像定位的准确率，并且提出了三维空间的虚拟声信号处理方法，即用三维空间的HRTF数据进行信号的馈给，进行了三维声像定位角度的理论分析和实验研究，在转换以后听者可以感受到更好的三维立体感与包围感。 ⑶本文的2->5转换算法主要基于信号去相关处理，对已有的去相关方法进行分析，提出了基于24个临界频带的子带随机延迟法，即把声频信号分为24个子带信号，分别对左右声道各个子带信号进行随机延迟处理，提高了算法的去相关性能，使得生成的后方环绕声不影响前方的声像定位，并且提供一种三维立体感与包围感。 ⑷将5->2和2->5转换算法相结合，把2->5转换以后的结果，再依据5->2的转换方法，生成新的2 通路立体声。在2->5转换中产生了后方环绕声信号，并且在5->2转换中引入一个3D处理模块，同原始两声道信号相比，转换后的2声道信号将具有更好的环绕感和立体感。实验结果表明，该系统能够对不同通道数的音频信号进行相互之间的有效转换，可以提供给不同的音频播放系统。尤其是经过2->5->2处理以后的普通2声道信号，用耳机重放具有更好的立体感与环绕感。