[发明专利]一种基于HRTF技术的高仿真声场重现的方法及其应用

权利要求书

1.一种基于HRTF技术的高仿真声场重现的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)从耳机的音频信号接口处接收音频输入信号；

(2)从耳机上的角度测定组件接收指示头部旋转角度的输入；

(3)采用大角度范围的离散工程测量与小角度范围插值平滑过渡相结合的算法，获得多项式拟合输出的系数组；

(4)对于多项式拟合输出的系数组，采用全零极点的IIR型滤波器算法，利用差分方程实时变换到时域，实现基于系数拟合的音效切换，实现高仿真声场重现音频信号输出；

步骤(3)中所述采用大角度范围的离散工程测量与小角度范围插值平滑过渡相结合的算法，具体包括以下步骤：

(3.1)所述大角度范围的离散工程测量，采用HRTF的测量方法，在-105～+105度范围内，从初始零位开始，以15度为测量步长，测得测量步长节点的滤波器参数再由数字信号处理软件拟合出参数型级联的多段滤波器，并将所述滤波器参数以测量的角度为单位保存，供出现从一种拓扑类型衍化到另一种拓扑类型的节点时角度切换时调用，作为小角度范围插值平滑过渡的起算数据；

(3.2)所述小角度范围插值平滑过渡采用插值算法，所述插值算法在每个15度扇形区间内，再等间隔采样，采用基于最小二乘法-多项式拟合的逼近算法，估计出多项式系数；通过系数拟合估计滤波器参数，可以对角度变化实现连续的平滑过渡；当遇到拓扑结构的奇异点时，则重新起算多项式系数；

所述插值算法，具体步骤如下：在-105～+105度范围内，对每个15度的扇形区间，从初始零位开始区分左右编成L_0～L_6，R_0～R_6索引号，以每个扇形区间的每级滤波器的拓扑类型-type为基准参数，对中心频率-f₀、增益-gain、抬升增益-boost、品质因数-Q参数，分别进行二阶多项式拟合输出相应的系数；当遇到拓扑结构的奇异点时，则重新起算多项式系数；

所述的二阶多项式拟合，具体如下：

y＝a0+a1.x+a2·x²

其中：

x：为测得的角度值；

y：为需要获得的滤波器参数，为f₀、gain、boost、Q中的任意一个；

其中a0，a1，a2为多项式系数；

A＝[a0,a1,a2]^T，表示需要估计出的多项式系数向量；其中T为滤波器拓扑类型；

考虑多参数下，拟合出的系数向量包括以下7个维度：

coeff＝[bin_num,band_num,fil_T,A_f0,A_Q,A_boost,A_gain]

其中：

bin_num，表示扇形区域的编号，即；L_0～L_6，R_0～R_6，共14个元素

band_num，表示多段滤波器的频段号；选用最多级数，作为参考编号；为band1～band12，即12个元素；

fil_T,表示滤波器拓扑类型；包括3个滤波器拓扑类型元素：

highshelf--高架滤波器，对应编码：1；

lowshelf--低架滤波器，对应编码：2；

peak--峰值滤波器，对应编码：3；

A_f0,A_Q,A_boost,A_gain，分别对应滤波器的中心频率-f₀，品质因数-Q值，抬升增益-boost，和增益-gain对应的系数向量，各3个元素，即：

A＝[a0,a1,a2]^T；

步骤(3.1)中所述滤波器参数包括拓扑类型-type，中心频率-f0、增益-gain、抬升增益-boost、品质因数-Q参数；所述拟合输出的系数组为7维系数向量。

2.根据权利要求1所述的基于HRTF技术的高仿真声场重现的方法，其特征在于：步骤(2)中所述角度测定组件为陀螺仪、电子罗盘，重力加速度传感器组合使用的角度测定组件。

3.根据权利要求1所述的基于HRTF技术的高仿真声场重现的方法，其特征在于：步骤(4)中所述基于系数拟合的音效切换的具体实现方式，包括以下两种方式中的其中一种：

(4.1)预先计算对应各个角度下的滤波器参数值，并存储在内存中，供动态调用；

(4.2)预先只存储拟合向量，在实际运行时，由拟合向量动态生成相应的滤波器参数。