[发明专利]一种基于生理特征的全频段3D虚拟声定制方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于生理特征的全频段3D虚拟声定制方法，该方法利用头部和耳廓的生理相似性，分别定制出符合听者听觉特征的低频和高频的头相关传输函数，并采用逐渐过渡合成的方法得到全频段头相关传输函数，进一步将其应用于双耳虚拟声信号的合成。相应的实现装置包括图像获取模块、运算控制模块、虚拟声播放模块。本发明优化了定制所需的生理参数，采用一个头部生理参数和四个耳廓生理参数便可实现全频段的头相关传输函数定制。将上述双耳虚拟声信号用耳机重发，可以减小定位误差、提高听者的沉浸感。

主权项

1.一种基于生理特征的全频段3D虚拟声定制方法，其特征是，包括如下步骤：步骤1、输入初始数据，包括原始单通路信号、基线HRTF数据库、耳机均衡响应；步骤2、采用拍摄装置获取听者头部和耳廓的图像，利用软件从中提取出五个生理参数，包括一个头部生理参数和四个耳廓生理参数，所述的头部生理参数为两耳屏间宽，所述的四个耳廓生理参数为耳甲腔高度、耳甲腔宽度、耳前后偏转角、耳凸起角；步骤3、通过生理参数的相似度分析，从基线HRTF数据库中找出听者的低频最相似HRTF数据和高频最相似HRTF数据分别作为低频段的定制HRTF数据和高频段的定制HRTF数据，将两者进行组合，得到听者全频段的定制HRTF数据；步骤4、将全频段的定制HRTF数据、原始单通路信号、耳机均衡响应依次进行时间域卷积处理或等价地频率域滤波处理，得到合成的双耳虚拟声信号，输出到耳机进行重放；所述步骤3具体包括：步骤301、将听者和基线数据库中受试者的所述四个耳廓生理参数代入(1)式中Pn，n＝1,2,3,4， 分别表示听者的所述四个耳廓生理参数；P'n， n＝1,2,3,4， 分别表示基线数据库中受试者的所述四个耳廓生理参数；σn表示基线数据库全体受试者生理参数n的标准差；Ehigh就是在耳廓作用明显的高频段，听者和基线数据库中受试者的生理参数偏差；重复步骤301，得到听者和基线数据库中每个受试者的Ehigh；步骤302、挑选Ehigh最小值所对应的受试者，从基线HRTF数据库中取其频率为4kHz≤f≤20kHz的高频HRTF数据Hhigh，作为高频段的定制HRTF；步骤303、将听者和基线数据库中受试者的所述头部生理参数代入(2)式中q和q'分别表示听者和基线数据库中受试者的所述头部生理参数；σ表示基线数据库全体受试者所述头部生理参数的标准差；Elow就是在头部作用明显的低频段，听者和基线数据库中受试者的生理参数偏差；重复步骤303，得到听者和基线数据库中每个受试者的Elow；步骤304、挑选Elow最小值所对应的受试者，从基线HRTF数据库中取其频率为0Hz≤f≤5kHz的低频HRTF数据Hlow，作为低频段的定制HRTF；步骤305、因上述Hhigh和Hlow未必取自同一个受试者，故采用频率为4kHz≤f≤5kHz的过渡区取几何平均值的方法，获得听者全频段的定制HRTF数据Hfull，即：步骤306、对左、右耳分别实施步骤301～步骤305，得到双耳的全频段定制HRTF数据。