嵌入式VR中的空間音頻技術(shù)

I目錄

■CONTENTS

第一部分嵌入式VR中空間音頻的概念與應(yīng)用..................................2

第二部分人耳聲學(xué)特征與空間音頻的實現(xiàn)機制.................................5

第三部分頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)在空間音頻中的作用.......................7

第四部分基于HRTF的虛擬音源定位技術(shù)......................................9

第五部分波場合成技術(shù)在嵌入式VR空間音頻中的應(yīng)用.........................13

第六部分個性化HRTF的獲取與優(yōu)化方法......................................16

第七部分基于深度學(xué)習(xí)的空間音頻渲染技術(shù)...................................18

第八部分嵌入式VR空間音頻技術(shù)的未來發(fā)展趨勢.............................22

第一部分嵌入式VR中空間音頻的概念與應(yīng)用

嵌入式VR中的空間音頻的概念與應(yīng)用

引言

空間音頻在嵌入式虛擬現(xiàn)實(VR)中扮演著至關(guān)重要的角色，它通過

在三維空間中生成聲音，讓用戶沉浸在虛擬環(huán)境中。與傳統(tǒng)的立體聲

相比，空間音頻提供了更高層次的真實感，增強了VR體驗。

空間音頻的概念

空間音頻是一種音頻渲染技術(shù)，它利用頭部相關(guān)傳輸函數(shù)(HRTF)來

模擬聲音在三維空間中的傳播方式。1IRTF是一個針對每個人的特定

頭部和耳朵形狀而量身定制的濾波器，它描述了聲音從一個方向到達

另一方向時受到頭部和耳朵的物理影響。

通過將聲音通過HRTF濾波，空間音頻系統(tǒng)可以創(chuàng)造出聲音在三維空

間中移動的錯覺。用戶可以感知聲音來自不同的方向，距離和高度,

增強了他們在虛擬環(huán)境中的空間感知。

空間音頻在嵌入式VR中的應(yīng)用

空間音頻在嵌入式VR中有著廣泛的應(yīng)用，包括：

*游戲：空間音頻在游戲環(huán)境中創(chuàng)建身臨其境的聲音體驗，讓玩家獲

得更強的沉浸感。例如，在射擊游戲中，玩家可以通過聲音定位對手

的位置，即使對手不在視野范圍內(nèi)。

*電影和視頻：空間音頻可以增強電影和視頻觀看體驗，讓觀眾感覺

置身于動作之中。例如，在恐怖電影中，空間音頻可以營造出逼真的

聲景，讓觀眾產(chǎn)生脊背發(fā)涼的感覺。

*社交互動：空間音頻在虛擬社交環(huán)境中創(chuàng)造了一種更自然的交互方

式。例如，在虛擬會議中，空間音頻可以讓與會者感覺彼此就在同一

房間內(nèi)。

*教育和培訓(xùn)：空間音頻在教育和培訓(xùn)模擬中可以提升真實感，讓學(xué)

習(xí)者沉浸在互動式體驗中。例如，在醫(yī)療挎訓(xùn)中，空間音頻可以幫助

模擬真實的手術(shù)環(huán)境，提供更全面的體驗。

技術(shù)實現(xiàn)

嵌入式VR中空間音頻的實現(xiàn)涉及幾個關(guān)鍵技術(shù)組件：

*頭部追蹤：頭部追蹤系統(tǒng)測量用戶的頭部姿勢，以確定他們與虛擬

環(huán)境中聲音源之間的相對位置。

*HRTF濾波：HRTF濾波器根據(jù)用戶的頭部形狀定制，用于模擬聲音

在三維空間中的傳播方式。

*音頻處理：音頻處理算法將聲音通過HRTF濾波，并根據(jù)用戶的頭

部姿勢進行空間化。

*音頻播放：音頻播放系統(tǒng)負責(zé)將空間化的聲音傳輸?shù)接脩舻亩鷻C或

揚聲器中。

評估和測量

空間音頻系統(tǒng)的性能可以通過各種指標進行評估和測量，包括：

*空間準確度：空間音頻系統(tǒng)正確定位聲音源的能力。

*臨場感：用戶對聲音身臨其境程度的感知。

*清晰度：聲音的可懂度和失真水平。

*舒適度：用戶在長時間使用空間音頻系統(tǒng)時的舒適度。

第二部分人耳聲學(xué)特征與空間音頻的實現(xiàn)機制

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

人耳聲學(xué)特征

1.雙耳效應(yīng)：人耳利用雙耳之間的時差和強度差感知聲源

方位，分別是頭部相關(guān)傳輸函數(shù)（HRTF）和雙耳級差（ILD）

的體現(xiàn)。

2.空間索引特性：人耳對不同方向來聲的敏感度不同，具

備空間索引特性，如正面靈敏度最高，后方靈敏度最低。

3.頭部陰影效應(yīng)：頭部阻擋聲源直達波，導(dǎo)致側(cè)面和后方

聲源被頭部遮擋，從而產(chǎn)生陰影效應(yīng)，影響聲源定位。

頭部相關(guān)傳輸函數(shù)（HRTF）

1.特征曲線：HRTF是聲源在不同方向和方位角下的頻域

特征曲線，反映了頭部和軀干對聲波的傳播和反射效果。

2.個性化差異：不同個體的HRTF存在差異，受頭部形狀、

耳廓結(jié)構(gòu)、頭肩比等生理因素的影響。

3.空間音頻渲染：通過加載特定方向的HRTF濾波器，可

以將立體聲或環(huán)繞聲信號轉(zhuǎn)換為空間音頻信號，實現(xiàn)虛擬

聲源的定位。

人耳聲學(xué)特征與空間音頻的實現(xiàn)機制

人耳聲學(xué)特征

*雙耳效應(yīng)：每個耳朵接收的聲音稍有不同，這是由頭部和身體的物

理結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的。

*頭相關(guān)傳遞函數(shù)（HRTF）：描述聲音從來源傳播到耳朵的頻率響應(yīng)

和時延差異。

*雙耳時間差（FTD）：到達每個耳朵的聲音之間的時差，用于感知聲

源方向。

*雙耳強度差（ILD）：到達每個耳朵的聲音之間的音量差異，也用于

感知聲源方向。

空間音頻的實現(xiàn)機制

基于HRTF的方法：

*利用預(yù)先錄制的HRTF來模擬不同方向的聲音。

*借助聽筒或耳機播放聲音，使其聽起來像來自特定方向。

*需要個性化HRTF以匹配個體頭部和身體的形狀。

基于波束成形的方法：

*使用麥克風(fēng)陣列來捕獲聲音。

*通過波束成形算法，從麥克風(fēng)信號中提取特定方向的聲音。

*將提取的聲音播放到聽筒或耳機中。

*優(yōu)勢在于無需個性化HRTF,適用于動態(tài)環(huán)境。

基于動態(tài)雙耳再現(xiàn)的方法：

*捕捉頭部的運動和聲音來源的位置。

*實時調(diào)整HRTF以匹配當前的頭相關(guān)信息。

*提供高度沉浸式的空間音頻體驗，對頭部運動具有魯棒性。

其他方法：

*頭跟蹤：使用傳感器追蹤頭部的運動，并根據(jù)頭部方向調(diào)整空間音

頻。

*binaural渲染：通過在虛擬環(huán)境中放置虛擬揚聲器來模擬雙耳效

應(yīng)。

*3D音頻：通過幾何聲學(xué)建模和仿真來創(chuàng)建真實的空間音頻體驗。

關(guān)鍵性能指標

*空間分辨率：區(qū)分不同方向聲音的能力。

*外化感：聲音被感知為來自外部而不是耳機內(nèi)部。

*準確性：聲源方向和距離的逼真程度。

*沉浸感：空間音頻在虛擬環(huán)境中創(chuàng)造的臨場感。

應(yīng)用

*虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實

*游戲和娛樂

*音頻制作和監(jiān)聽

*電影和電視制作

*交通和導(dǎo)航

*醫(yī)療和教育

第三部分頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)在空間音頻中的作用

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)

在空間音頻中的作用1.HRTF是指人頭和軀干對傳入聲音的修改作用，由頭部

主題名稱：HRTF的生理學(xué)基的形狀、大小和耳廓的褶皺等因素決定。

礎(chǔ)2.HRTF對于人聽覺的空間定位至關(guān)重要，因為它提供了

一種過濾和衰減的聲音效果，從而產(chǎn)生聽覺上的方向感。

3.HRTF隨著頭部轉(zhuǎn)動和聲音來源方向的改變而動慫變

化。

主題名稱：HRTF的測量與建模

頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)在空間音頻中的作用

頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)是描述從聲源到聆聽者耳朵之間傳遞的頻

率響應(yīng)變化的獨特函數(shù)。在空間音頻中，HRTF對于在耳機或揚聲器

中創(chuàng)造逼真的三維音頻體驗至關(guān)重要。

HRTF的工作原理

HRTF是由于頭部、軀干和外耳的復(fù)雜幾何形狀而產(chǎn)生的。當聲波到

達頭部時，它會被外耳廓折射和反射，并在到達中耳和內(nèi)耳之前改變

其頻率響應(yīng)。這種頻率響應(yīng)變化因聲源的方向而異。

HRTF在空間音頻中的重要性

HRTF在空間音頻中扮演著至關(guān)重要的角色，因為它：

*提供定位線索：HRTF為每個方向提供不同的頻率響應(yīng)，從而使大

腦能夠確定聲源的位置。

*創(chuàng)造空間感：通過模擬頭部和外耳的聲學(xué)特性，HRTF可創(chuàng)建逼真

的空間感，讓用戶感覺聲音來自頭部周圍的不同方向。

*減少頭部陰影：頭部陰影是指頭部阻擋了來自聲源一側(cè)的聲波并投

射聲學(xué)影子的現(xiàn)象cHRTF可以補償頭部陰影，確保用戶可以聽到來

自所有方向的聲音。

*提高聲像定位準確度：HRTF可以提高聲像定位的準確度，使用戶

能夠更精確地確定聲音的來源。

個性化11RTF

HRTF因人而異。不同的人有不同形狀的頭部、軀干和外耳。因此，

個性化HRTF已被開發(fā)出來，以提供量身定制的聆聽體驗。

個性化HRTF可以通過以下方式測量：

*頭部掃描：使用3D掃描儀掃描頭部和外耳的形狀。

*揚聲器陣列測量：在聆聽者的頭部周圍放置揚聲器陣列，并測量從

每個揚聲器到聆聽者耳朵的頻率響應(yīng)。

個性化HRTF的使用可以顯著提高聲像定位的準確度和空間音效的

逼真度。

HRTF的應(yīng)用

HRTF在各種空間音頻應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用，包括：

*虛擬現(xiàn)實(VR)：HRTF用于在VR頭顯中創(chuàng)建逼真的音頻體驗，使

用戶感覺聲音來自虛擬環(huán)境中的周圍。

*增強現(xiàn)實(AR)：I1RTF可用于在AR應(yīng)用中提供定位音頻，從而使

用戶可以同時聽到真實世界的聲音和增強音頻。

*游戲：HRTF用于增強游戲中的空間音頻，從而為玩家提供身臨其

境且引人入勝的體驗。

*音樂制作：HRTF可以用于耳機混音和母帶制作，以創(chuàng)建更真實和

身臨其境的音樂體驗。

結(jié)論

頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)在空間音頻中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，因

為它提供了定位線索、創(chuàng)造空間感、減少頭部陰影并提高聲像定位的

準確度。個性化HRTF已被開發(fā)出來，以提供量身定制的聆聽體驗。

HRTF在各種應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用，包括虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、游

戲和音樂制作，從而為用戶提供了令人信服和引人入勝的空間音頻體

驗。

第四部分基于HRTF的虛擬音源定位技術(shù)

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

基于HRTF的虛擬音源定位

*HRTF（頭相關(guān)傳遞函數(shù)）是描述頭部和胸腔對聲音的影

響的函數(shù)，它因每個人的解剖結(jié)構(gòu)不同而異。

*通過將虛擬音源的信號與用戶的特定HRTF卷積，可以

模擬聲音從特定方向到達用戶耳朵的效果。

*這種技術(shù)能夠創(chuàng)造高度真實的虛擬音景，增強沉浸感和

空間感知。

空間音頻渲染

*空間音頻渲染算法負責(zé)根據(jù)虛擬音源的位置和HRTF生

成雙耳信號。

*這些算法通常利用快速傅里葉變換（FFT）和反向快速博

里葉變換（IFFT）來實現(xiàn)實時渲染。

*近期趨勢包括使用機器學(xué)習(xí)和頭部跟蹤技術(shù)來提升空間

音頻的準確性和個性化體臉。

沉浸式聽覺體臉

*虛擬音源定位技術(shù)與空間音頻渲染相結(jié)合，可創(chuàng)造遢真

的沉浸式聽覺體驗。

*用戶能夠感知聲音來自特定方向，從而增強了對虛擬環(huán)

境的感知。

*這項技術(shù)應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實和其他沉浸式體驗

中，可提供更吸引人和身臨其境的互動。

個性化空間音頻

*不同用戶的HRTF存在顯著差異，因此個性化空間音頻

至關(guān)重要。

*通過測量每個用戶的HRTF或使用基于機器學(xué)習(xí)的預(yù)測

模型來實現(xiàn)個性化。

*個性化空間音頻可優(yōu)化虛擬音景的真實感和空間感知，

提升整體用戶體驗。

實時音源跟蹤

*實時音源跟蹤技術(shù)能夠動態(tài)更新虛擬音源的位置，以匹

配用戶的頭部運動。

*慣性傳感器（如加速度計和陀螺儀）和頭部跟蹤算法用于

實現(xiàn)實時跟蹤。

*高精度的音源跟蹤對于維持沉浸感和空間感知至關(guān)重

要，尤其是當用戶移動葉。

前沿研究

*基于HRTF的虛擬音源定位技術(shù)仍在不斷發(fā)展和完善。

*研究方向包括利用人工耳模型、3D音頻捕獲和體感反饋

來提升真實感。

*隨著虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的不斷進步，空間音頻技

術(shù)有望發(fā)揮更加重要的作用。

基于HRTF的虛擬音源定位技術(shù)

簡介

基于頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)的虛擬音源定位技術(shù)是一種空間音頻

技術(shù)，通過模擬人類雙耳接收聲音時的頭影和軀干效應(yīng)，在耳機或揚

聲器系統(tǒng)中創(chuàng)建逼真的聲場。

HRTF

HRTF是一個由一組頻率響應(yīng)曲線構(gòu)成的三維函數(shù)，描述了聲音從不

同方向到達聆聽者雙耳時，在雙耳處產(chǎn)生的頻譜變化。這些頻譜變化

是由頭部、軀干和外耳的形狀和大小引起的。

原理

基于HRTF的虛擬音源定位技術(shù)通過向每個耳機或揚聲器播放經(jīng)過

處理的音頻信號來實現(xiàn)。該信號根據(jù)音源的方向和與聆聽者的距離進

行濾波，以模擬HRTF的頻譜變化。當聆聽者佩戴耳機或坐在揚聲器

系統(tǒng)前時，經(jīng)過處理的音頻信號會與他們的雙耳產(chǎn)生交互作用，從而

創(chuàng)建來自預(yù)期方向的逼真聲場。

技術(shù)實現(xiàn)

基于HRTF的虛擬音源定位技術(shù)通常通過以下步驟實現(xiàn)：

1.HRTF測量：使用專用設(shè)備(如人頭錄音系統(tǒng))測量個體的HRTF

數(shù)據(jù)。

2.音頻信號處理：將原始音頻信號通過一對HRTF濾波器進行濾波，

一個濾波器用于左耳，另一個用于右耳。濾波器根據(jù)音源的方向和與

聆聽者的距離進行調(diào)整。

3.音頻播放：將經(jīng)過處理的音頻信號發(fā)送到每個耳機或揚聲器。聆

聽者戴上耳機或坐在揚聲器系統(tǒng)前，體驗逼真的聲場。

優(yōu)勢

基于HRTF的虛擬音源定位技術(shù)具有以下優(yōu)勢：

*逼真的聲場：該技術(shù)準確模擬了人類雙耳接收聲音的方式，從而創(chuàng)

建了高度逼真的聲場。

*可定制性：通過使用個人的HRTF數(shù)據(jù)，該技術(shù)可以針對每個聆聽

者進行定制，從而優(yōu)化聲音定位的準確性和逼真度。

*兼容性：該技術(shù)與各種耳機和揚聲器系統(tǒng)兼容，使其易于集成到各

種應(yīng)用中。

應(yīng)用

基于HRTF的虛擬音源定位技術(shù)廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

*虛擬現(xiàn)實：在虛擬現(xiàn)實頭盔中創(chuàng)建沉浸式音頻體驗。

*增強現(xiàn)實：增強現(xiàn)實應(yīng)用程序中增強音頻信息。

*游戲：在游戲中提供逼真的音效，增強玩家的沉浸感。

*音頻制作：在錄音室環(huán)境中創(chuàng)建真實的聲場。

*教育：通過聲波定位任務(wù)增強教育體驗。

結(jié)論

基于HRTF的虛擬音源定位技術(shù)是一種強大的工具，可以創(chuàng)造逼真且

身臨其境的聲場。通過模擬人類雙耳接收聲音的方式，該技術(shù)可以為

各種應(yīng)用提供增強的聲音體驗。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，基于HRTF的

虛擬音源定位技術(shù)有望在空間音頻領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

第五部分波場合成技術(shù)在嵌入式VR空間音頻中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)

1.HRTF是描述頭部和軀干對聲波衍射和反射影響的濾波

器。

2.嵌入式VR設(shè)備中集成HRTF可創(chuàng)建逼真的空間音頻

體驗，準確模擬來自不同方向的聲音。

3.多聲道HRTF技術(shù)可增強定位精度，減少頭部運動引

起的聲像偏移。

雙耳渲染

1.雙耳渲染根據(jù)HRTF融合來自左右聲道的聲音，形成

空間化的聽覺感知。

2.嵌入式VR系統(tǒng)采用雙耳渲染可提供身臨其境的體驗，

讓用戶感受到聲音來自特定方向。

3.頭部跟蹤技術(shù)與雙耳直染相結(jié)合，可優(yōu)化聲音定位，補

償頭部運動引起的聲音變化。

波場合成

1.波場合成通過計算聲波在虛擬環(huán)境中的傳播和相互作

用來模擬逼真的聲學(xué)環(huán)境。

2.嵌入式VR設(shè)備中的波場合成技術(shù)創(chuàng)造出具有高度方

向性和空間感知效果的聲音。

3.波場合成算法優(yōu)化可降低計算復(fù)雜度，使其適合于資源

受限的嵌入式系統(tǒng)。

Ambisonic

1.Ambisonic是一種高階空間音頻格式，使用一組聲場編

碼的麥克風(fēng)捕獲聲音。

2.嵌入式VR系統(tǒng)中的Ambisonic解碼器將Ambisonic

編碼聲音解碼為雙耳或多聲道信號。

3.Ambisonic優(yōu)勢在于可無縫:切換聽眾位置，提供全方位

覆蓋的沉浸式體驗。

光線追蹤

1.光線追蹤技術(shù)模擬光線在環(huán)境中的傳播和反射，實現(xiàn)逼

真的光照和陰影效果。

2.嵌入式VR中的光線追蹤可應(yīng)用于空間音頻，通過計算

聲波與虛擬環(huán)境的相互作用模擬逼真的聲學(xué)響應(yīng)。

3.光線追蹤算法優(yōu)化對于減少計算成本至關(guān)重要，使其適

用于嵌入式系統(tǒng)。

個性化空間音頻

1.個性化空間音頻根據(jù)用戶的特定生理特征(如頭部形狀

和耳朵尺寸)調(diào)整HRTF和空間音頻渲染參數(shù)。

2.嵌入式VR系統(tǒng)中的個性化空間音頻可增強聲音定位

的準確性和沉浸感，為每個用戶提供定制的體驗。

3.人工智能技術(shù)可用于分析用戶生理數(shù)據(jù)，自動生成個性

化的HRTF和空間音頻配置。

波場合成技術(shù)在嵌入式VR空間音頻中的應(yīng)用

波場合成技術(shù)是一種通過計算和重現(xiàn)聲源在特定空間中的聲場，從而

創(chuàng)造沉浸式聆聽體驗的技術(shù)。在嵌入式VR中，波場合成技術(shù)被廣泛

應(yīng)用于構(gòu)建逼真的空間音頻環(huán)境。

#原理及方法

波場合成技術(shù)的基本原理是通過一個或多個揚聲器陣列，精確重現(xiàn)聲

源的聲場。常見的波場合成方法包括：

-頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)濾波：利用人頭和軀干效應(yīng)的測量結(jié)果，

對音頻信號進行濾波處理，模擬聲源在不同方向上的聽感效果。

-雙耳聽覺模型(BinauralModel)：創(chuàng)建一對虛擬聽筒，利用HRTF

對音頻信號進行處理，重現(xiàn)聲源在不同方句上的聲音。

-波陣列合成(Bernnforming)：通過控制多個揚聲器的相位和幅度，

形成指定方向上的聲波束，精準指向虛擬聲源。

-波前合成(WavefrontSynthesis)：利用Huygens原理，通過多個

揚聲器協(xié)同工作，生成符合預(yù)期聲波傳播方向和形狀的聲波陣面。

#在嵌入式VR中的應(yīng)用

在嵌入式VR中，波場合成技術(shù)主要用于解決以下問題：

-定位精度：通過精確重現(xiàn)聲源的聲場，可以實現(xiàn)精確的聲音定位,

增強沉浸感和用戶體驗。

-聲場擴展：借助波場合成技術(shù)，可以在有限的空間內(nèi)擴展聲場，提

供更寬闊的聆聽區(qū)域。

-虛擬聲源定位：可以動態(tài)生成和定位虛擬聲源，增強特定目標的音

效效果，或營造特定的空間氛圍。

#優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

波場合成技術(shù)在嵌入式VR中的應(yīng)用具有以下優(yōu)勢：

-沉浸感提升：通過精確的聲場重現(xiàn)，提升用戶在虛擬環(huán)境中的沉浸

感和臨場感。

-定位準確：可以實現(xiàn)精確的聲音定位，方便用戶確定聲源方向和位

置。

-空間擴展：可以在有限的空間內(nèi)擴展聲場，帶來更寬闊的聆聽區(qū)域。

然而，波場合成技術(shù)在嵌入式VR中的應(yīng)用也面臨一些挑戰(zhàn)：

-計算復(fù)雜度：波場合成計算涉及復(fù)雜的數(shù)字信號處理算法，對嵌入

式設(shè)備的算力提出了較高要求。

-揚聲器陣列數(shù)量：實現(xiàn)高精度的波場合成通常需要多個揚聲器，這

增加了系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。

-環(huán)境影響：嵌入式VR設(shè)備通常在動態(tài)環(huán)境中使用，聲場合成需要

考慮環(huán)境因素的影響，如噪聲、回聲和吸收效應(yīng)。

#技術(shù)展望

波場合成技術(shù)在嵌入式VR空間音頻中的應(yīng)用仍在快速發(fā)展，未來可

預(yù)期以下趨勢：

-算法優(yōu)化：隨著算法研究的深入，波場合成算法的效率和精度將不

斷提升。

-揚聲器陣列創(chuàng)新：新型揚聲器陣列設(shè)計將涌現(xiàn)，優(yōu)化聲場合成效果

和降低設(shè)備復(fù)雜性。

-人工智能應(yīng)用：人工智能技術(shù)將被引入波場合成，增強自適應(yīng)性和

環(huán)境感知能力。

-多感官交互：波場合成技術(shù)將與觸覺、視覺等其他感官交互相結(jié)合,

創(chuàng)造更全面的沉浸式VR體驗。

#總結(jié)

波場合成技術(shù)在嵌入式VR空間音頻中的應(yīng)用至關(guān)重要，可以增強沉

浸感、提升定位精度、擴展聲場。隨著算法優(yōu)化、揚聲器陣列創(chuàng)新和

人工智能應(yīng)用的推動，波場合成技術(shù)將在未來進一步賦能嵌入式VR

體驗。

第六部分個性化HRTF的獲取與優(yōu)化方法

關(guān)鍵.［關(guān)鍵要點

個性化HRTF的獲取方法

1.基于測量的方法：利用專門的測量設(shè)備，如頭部相關(guān)傳

輸函數(shù)（HRTF）測量系統(tǒng)，在目標用戶的頭部周圍放置麥

克風(fēng)陣列，記錄聲音信號在不同方向上的差異。這種方法能

夠獲得高精度的HRTF,但設(shè)備成本高昂，操作復(fù)雜。

2.基于模型的方法：利用聲學(xué)模型和人體頭部尺寸等參數(shù),

構(gòu)建HRTF模型，并通過算法優(yōu)化模型參數(shù)，以生成個性

化HRTF。這種方法成本低廉，操作便捷，但其精度可能略

低于測量法。

3.混合方法：結(jié)合測量法和模型法的優(yōu)點，先利用測量法

獲取基本HRTF,再基于模型進行優(yōu)化調(diào)整。這種方法可以

平衡精度和成本，適用于對HRTF精度要求較高且受限于

測量設(shè)備條件的情況。

個性化HRTF的優(yōu)化方法

1.補償頭部陰影效果：頭部會對聲音產(chǎn)生遮擋效應(yīng)，導(dǎo)致

HRTF出現(xiàn)井對稱性。個吐化HRTF的優(yōu)化需要補償這種頭

部陰影效應(yīng)，以改善聲場定位的準確性。

2.適應(yīng)不同頭部尺寸：人體的頭部尺寸存在差異，因此個

性化HRTF需要根據(jù)目年用戶的頭部尺寸進行調(diào)整，以確

保HRTF與頭部形狀匹配，從而實現(xiàn)最佳的空間音頻效果。

3.多源優(yōu)化：嵌入式VR應(yīng)用中通常包含多個揚聲器，這

要求個性化HRTF能夠適應(yīng)不同的聲源位置，以營造遢真

的環(huán)繞聲體驗。多源優(yōu)化旨在針對多個聲源優(yōu)化HRTF,提

高空間音頻渲染的整體效果。

個性化HRTF的獲取與優(yōu)化方法

個性化頭部相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)的獲取與優(yōu)化對于耳機式虛擬現(xiàn)實

(VR)中實現(xiàn)沉浸式空間音頻至關(guān)重要。HRTF是一組過濾函數(shù)，描

述了聲音在經(jīng)過人體頭部和外耳后到達雙耳的差異。個人化的HRTF

可以顯著提高空間音頻的準確性，從而增強VR體驗的臨場感和沉浸

感。

獲取個性化HRTF的方法

*基于頭部和外耳掃描的建模：使用激光掃描或攝影測量技術(shù)采集頭

部和外耳的3D模型，然后構(gòu)建物理模型乂計算HRTFo

*基于雙耳錄音的測量：在個人頭上放置揚聲器并播放已知的聲源；

使用雙耳麥克風(fēng)錄制雙耳錄音，并使用逆濾波技術(shù)提取HRTFo

*基于深度學(xué)習(xí)的生成：使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從現(xiàn)有的HRTF數(shù)據(jù)庫中生

成個性化的HRTF,考慮個體的頭部和外耳形狀。

優(yōu)化個性化HRTF的方法

*主觀評估：通過聆聽測試和用戶反饋，評估HRTF的準確性和空間

感知效果，并根據(jù)反饋進行調(diào)整。

*基于目標HRTF的擬合：將個性化HRTF與已知的高保真目標

HRTF進行比較，并使用濾波或插值技術(shù)進行擬合。

*基于圖像法優(yōu)化：使用頭部和外耳的3D圖像數(shù)據(jù)，調(diào)整HRTF的

濾波器參數(shù)以優(yōu)化圖像中虛擬聲源的定位準確性。

其他考慮因素

*HRTF的動態(tài)性：HRTF會隨著頭部姿勢和外耳形狀的細微變化而變

化，需要考慮動態(tài)更新和適應(yīng)方法。

*HRTF數(shù)據(jù)庫：用于深度學(xué)習(xí)生成或主觀評估的HRTF數(shù)據(jù)庫的質(zhì)

量和多樣性至關(guān)重要，會影響個性化HRTF的準確性和廣泛性。

*計算效率：個性化HRTF的計算和應(yīng)用應(yīng)具有足夠高的效率，以實

現(xiàn)實時VR體驗所需的低延遲。

研究進展

近年來，個性化HRTF的獲取和優(yōu)化技術(shù)取得了重大進展?；谏疃?/p>

學(xué)習(xí)的生成方法和基于圖像法優(yōu)化算法已成功用于創(chuàng)建準確且沉浸

式體驗所需的個性化HRTF。此外，諸如虛擬試音室和可穿戴HRTF

測量設(shè)備等創(chuàng)新技術(shù)也在進一步推進個性化HRTF的獲取和優(yōu)化。

第七部分基于深度學(xué)習(xí)的空間音頻渲染技術(shù)

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的空間音

頻渲染-利用深度學(xué)習(xí)模型解析聲場信息，預(yù)測虛擬揚聲器的位

置和輻射特性。

-通過對比學(xué)習(xí)，優(yōu)化深度模型的魯棒性和泛化能力，提高

空間音頻效果的真實感。

-引入注意力機制，動杰調(diào)整虛擬揚聲器的位置和輻射權(quán)

重，以適應(yīng)不同收聽者的頭部方位和聽覺偏好。

聲場分離與重構(gòu)

-利用深度學(xué)習(xí)算法分離混響聲場中的直接聲和間接聲，

提取目標聲音信號。

-采用端到端聲場重構(gòu)模型，將提取的聲場信號重新合成，

形成具有真實空間感的虛擬聲場。

-結(jié)合物理聲學(xué)模型和深度學(xué)習(xí)，實現(xiàn)聲場分離與重構(gòu)過

程的高精度和低延遲。

頭部相關(guān)傳遞函數(shù)（HRTF）

個性化-采集個體的HRTF數(shù)據(jù)，定制符合其生理特征的虛擬揚

聲器配置。

-利用生成對抗網(wǎng)絡(luò)（GAN）生成符合真實HRTF統(tǒng)計分

布的個性化HRTF數(shù)據(jù)。

-通過遷移學(xué)習(xí)，將訓(xùn)練好的深度模型遷移到不同個體的

HRTF個性化任務(wù)中，降低個性化建模成本。

多聲道音頻編碼與傳輸

-采用先進的音頻編解碼技術(shù)，如Opus和MPEG-H,實現(xiàn)

多聲道空間音頻信號的壓縮和傳輸。

-利用多通道編碼策略，分離虛擬揚聲器信號，保留空間音

頻效果的方位和深度信息。

-探索新型網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，降低多聲道空間音頻傳輸?shù)难?/p>

遲和抖動，確保實時流媒體播放的流暢性。

空間音頻內(nèi)容創(chuàng)作

-開發(fā)基于深度學(xué)習(xí)的虛擬錄音棚技術(shù)，模擬不同聲學(xué)環(huán)

境的空間效果。

-利用增強現(xiàn)實（AR）和虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)，輔助空間

音頻內(nèi)容的錄制、編輯和體驗。

-建立空間音頻內(nèi)容制作規(guī)范，指導(dǎo)創(chuàng)作者制作符合沉浸

式體驗的優(yōu)質(zhì)內(nèi)容。

基于深度學(xué)習(xí)的空間音頻渲染技術(shù)

基于深度學(xué)習(xí)的空間音頻渲染技術(shù)利用機器學(xué)習(xí)算法，從多通道音頻

輸入中提取空間音頻特征，并將其渲染到虛擬環(huán)境中。這種技術(shù)提供

了高度沉浸式和逼真的空間音頻體驗，可用于各種嵌入式虛擬現(xiàn)實

(VR)應(yīng)用。

基本原理

基于深度學(xué)習(xí)的空閏音頻渲染技術(shù)依賴于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，該模型從多

通道音頻輸入中學(xué)習(xí)空間音頻特征。這些特征包括：

*方向性：聲音來自哪個方向

*距離：聲音源距離聽者的距離

*形狀：聲音傳播的環(huán)境的形狀

*混響：聲音在環(huán)境中反射后形成的尾音

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型通過訓(xùn)練在各種聲學(xué)環(huán)境中捕獲這些特征。訓(xùn)練數(shù)據(jù)通

常包括使用頭部相關(guān)傳輸函數(shù)(HRTF)錄制的真實空間音頻樣本。

渲染過程

訓(xùn)練后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型用于處理多通道音頻輸入，并提取空間音頻特

征。這些特征隨后用于渲染虛擬聲音環(huán)境。渲染過程包括以下步驟:

*空間化：將提取的特征應(yīng)用于聲音信號，以創(chuàng)建虛擬聲源。

*混響：基于學(xué)習(xí)的環(huán)境特征，添加混響效果。

*雙耳渲染：使用HRTF將虛擬聲源渲染成雙耳信號，以營造逼真的

聆聽體驗。

優(yōu)勢

基于深度學(xué)習(xí)的空間音頻渲染技術(shù)提供了以下優(yōu)勢：

*高沉浸感：深度學(xué)習(xí)模型可以捕獲細微的空間音頻特征，從而創(chuàng)造

高度沉浸式的聆聽體驗。

*靈活性：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以針對特定的聲學(xué)環(huán)境進行訓(xùn)練，以適應(yīng)各種

應(yīng)用。

*實時光性能：經(jīng)過優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以在嵌入式VR系統(tǒng)上

實時執(zhí)行，從而實現(xiàn)無延遲的音頻渲染。

應(yīng)用

基于深度學(xué)習(xí)的空間音頻渲染技術(shù)在嵌入式VR應(yīng)用中具有廣泛的

應(yīng)用，包括：

*游戲：創(chuàng)建逼真的游戲音效，讓玩家沉浸在虛擬世界中。

*娛樂：提供身臨其境的電影、電視和音樂體驗。

*模擬和訓(xùn)練：模擬現(xiàn)實世界的聲學(xué)環(huán)境，用于訓(xùn)練和教育目的。

*醫(yī)療保健：增強遠程醫(yī)療體驗，提供逼真的手術(shù)室或康復(fù)環(huán)境。

研究進展

基于深度學(xué)習(xí)的空間音頻渲染技術(shù)是一個不斷發(fā)展的領(lǐng)域，有許多正

在進行的研究。這些研究集中在以下領(lǐng)域：

*改進模型準確性：開發(fā)更精確的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以捕獲更全面的空

間音頻特征。

*提高計算效率：優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)更快的推理時間，適合

嵌入式VR系統(tǒng)。

*探索新應(yīng)用：調(diào)查該技術(shù)的潛在應(yīng)用，例如增強現(xiàn)實(AR)和虛擬

會議。

結(jié)論

基于深度學(xué)習(xí)的空間音頻渲染技術(shù)為嵌入式VR提供了高度沉浸式

和逼真的音頻體驗。利用機器學(xué)習(xí)算法，該技術(shù)可以提取和渲染虛擬

環(huán)境中的空間音頻特征，增強用戶交互和整體用戶體驗。隨著研究和

開發(fā)的不斷進行，預(yù)計該技術(shù)在嵌入式VR和其他應(yīng)用中將得到更廣

泛的采用。

第八部分嵌入式VR空間音頻技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

個性化和沉浸式空間音頻體

驗1.用戶定制的空間音頻配置文件，基于個人頭部相關(guān)傳輸

函數(shù)（HRTF）和聽覺偏好進行優(yōu)化，增強聲音的真實性和

沉浸感。

2.自適應(yīng)空間音頻渲染，通過跟蹤用戶頭部運動和聲源位

置，動態(tài)調(diào)整空間音頻效果，提升逼真度和臨場感。

3.人工智能驅(qū)動的空間音頻個性化，通過機器學(xué)習(xí)算法分

析用戶偏好，自動定制最優(yōu)的空間音頻設(shè)置。

擴展現(xiàn)實（XR）中的空間音

頻1.空間音頻在增強現(xiàn)實（AR）和混合現(xiàn)實（MR）中的應(yīng)

用，通過將虛擬聲音與真實環(huán)境無縫融合，創(chuàng)造增強現(xiàn)實

體驗。

2.跨設(shè)備和平臺的空間音頻共享，允許用戶在不同設(shè)備和

應(yīng)用程序之間無縫體驗空間音頻內(nèi)容，擴展其可訪問性和

應(yīng)用范圍。

3.XR中的多用戶空間音頻，實現(xiàn)多個用戶在同一虛擬空間

中感知和交互空間音頻，提升協(xié)作和沉浸式體驗。

空間音頻技術(shù)的硬件演進

1.低延遲空間音頻算法和硬件加速，優(yōu)化音頻處理性能，

減少延時，確保流暢的沉浸式體驗。

2.多聲道的揚聲器陣列和耳機，提供高精度和環(huán)繞聲的空

間音頻效果，增強聲場定位感和音質(zhì)保真度。

3.頭部追蹤和眼球追蹤技術(shù)的集成，更好地捕捉用戶頭部

運動和注視方向，進一步提升空間音頻的動態(tài)調(diào)整和沉浸

感。

空間音頻內(nèi)容的制作和分發(fā)

1.標準化空間音頻格式和元數(shù)據(jù)，確保不同平臺和設(shè)備之

間的內(nèi)容互操作性，促進空間音頻內(nèi)容的廣泛分發(fā)。

2.定制的空間音頻創(chuàng)作工具和插件，降低空間音頻內(nèi)容制

作的門檻，使更多內(nèi)容創(chuàng)作者能夠加入。

3.空間音頻內(nèi)容生態(tài)系琉的建立，包括空間音