基于HRTF的虛擬環(huán)繞聲技術(shù)的研究與IP核實現(xiàn).pdf

1、在人們對視頻的回放追求逼真的效果、強調(diào)臨場感的同時,對音頻回放效果的要求也越來越高,提出了強調(diào)臨場感、包圍感、力量感等諸多要求?？臻g聽覺的概念也因此而提出來,傳統(tǒng)的空間聽覺主要強調(diào)雙耳時間差與雙耳聲級差,效果有限,其實現(xiàn)方式主要局限于昂貴的多聲道重放系統(tǒng)。
　　隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的不斷發(fā)展,頭相關(guān)傳遞函數(shù)(HRTF)的理論被提了出來,早期對HRTF的研究主要用于分析多聲道重放系統(tǒng)的各聲道信號的改善,許多著名的研究機構(gòu)測量并建立了

2、HRTF數(shù)據(jù)庫。數(shù)字信號處理器(DSPs)的出現(xiàn),給研究人員提供了一個重新利用HRTF的硬件平臺,于是虛擬空間聽覺的概念被引入到這一研究領(lǐng)域,從上世紀(jì)末開始,不斷有人實現(xiàn)并應(yīng)用HRTF實現(xiàn)了虛擬聽覺重放系統(tǒng)。
　　虛擬聽覺利用頭相關(guān)傳遞函數(shù)進行音頻信號處理,在人耳處模擬出真實聲源所產(chǎn)生的對應(yīng)位置的聲壓,由此帶給聽者逼真的空間聲像效果。利用這樣的方式產(chǎn)生的空間聲效,具有硬件結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定、獲得聲像效果真實自然的特點,具有很廣泛的應(yīng)用空

3、間。
　　近幾年,不管是在硬件還是算法上,新的數(shù)字信號處理技術(shù)不斷被提出,FPGA的流行,給數(shù)字信號處理提供了一個新的發(fā)展的硬件平臺,IP核(Intellectual Property core,即知識產(chǎn)權(quán)核)的概念也隨著現(xiàn)今許多商業(yè)化公司的崛起而為人們所熟知。FPGA信號處理平臺同樣給虛擬空間聽覺帶來了新的發(fā)揮空間。
　　本文在FPGA平臺上,開發(fā)了一款關(guān)于HRTF的IP核。文中首先回顧了音頻信號處理的發(fā)展歷程,然后介紹了

4、傳統(tǒng)空間聽覺的相關(guān)理論,接著引入了頭相關(guān)傳遞函數(shù)的相關(guān)理論以及虛擬重放的原理,以此為基礎(chǔ),采用prony法設(shè)計了一款I(lǐng)IR濾波器,并將其應(yīng)用于虛擬多聲道的重放中,最終實現(xiàn)了這一IP核。本IP核的核心部分采用IIR的直接 II型結(jié)構(gòu)的濾波器,效率較高。在以濾波器為中心的基礎(chǔ)上,我們采用常用的5.1聲道音頻回放模型進行推導(dǎo),得出了5.1聲道音頻流到雙聲道回放的數(shù)學(xué)模型,最終得到了一個比較完整的數(shù)字信號處理的模型。在此基礎(chǔ)之上,我們借助Ver