用于在虚拟扬声器阵列上渲染音频的信号处理方法和系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107094277A(43)申请公布日2017.08.25(21)申请号201710086862.4(22)申请日2017.02.17(30)优先权数据62/296,9342016.02.18US(71)申请人谷歌公司地址美国加利福尼亚州(72)发明人弗朗西斯·摩根·博兰(74)专利代理机构中原信达知识产权代理有限责任公司11219代理人李宝泉周亚荣(51)Int.Cl.H04S5/00(2006.01)H04S5/02(2006.01)H04S1/00(2006.01)H04S3/00(2006.01)权利要求书5页说明书13页附图18页(54)发明名称用于在虚拟扬声器阵列上渲染音频的信号处理方法和系统(57)摘要用于在虚拟扬声器阵列上渲染音频的信号处理方法和系统，涉及将均衡实现状态空间模型应用于每个头相关传递函数(HRTF)来降低有效FIR或甚至无限脉冲响应(IIR)滤波器的阶数。经由例如z变换，由头相关脉冲响应滤波器(HRIR)导出每个HRTFG(z)。HRIR的数据可以用来经由关系G(z)＝C(zI-A)-1B+D构造HRTF的第一状态空间表示[A,B,C,D]。第一状态空间表示不是唯一的，因此对于FIR滤波器，可以将A和B设定为简单的二值阵列，C和D包含HRIR数据，导致格拉姆矩阵Q的简单形式，其本征向量提供使通过Hankel范数测量的系统增益最大化的系统状态。通过仅考虑与大于某些阈值的本征值相关联的状态，可以截取HRTF的均衡状态空间表示来提供良好逼近原始HRTF的近似HRTF，同时使计算量减少多大90％。CN107094277ACN107094277A权利要求书1/5页1.一种在人类听者的左耳和右耳中渲染声场的方法，所述声场由多个虚拟扬声器产生，所述方法包括：由声音渲染计算机的处理电路获得多个头相关脉冲响应HRIR，所述声音渲染计算机被配置为在所述人类听者的头部的所述左耳和所述右耳中渲染所述声场，所述多个HRIR中的每一个与所述多个虚拟扬声器中的一个虚拟扬声器和所述人类听者的耳朵相关联，所述多个HRIR中的每一个包括响应于由该虚拟扬声器产生的音频脉冲而产生的在左耳或右耳中以指定采样速率产生的声场的样本；生成所述多个HRIR中的每一个的第一状态空间表示，所述第一状态空间表示包括矩阵、列向量和行向量，所述第一状态空间表示的所述矩阵、所述列向量和所述行向量中的每一个具有第一大小；执行状态空间降缩操作来产生所述多个HRIR中的每一个的第二状态空间表示，所述第二状态空间表示包括矩阵、列向量和行向量，所述第二状态空间表示的所述矩阵、所述列向量和所述行向量中的每一个具有比所述第一大小小的第二大小；以及基于所述第二状态空间表示，生成多个头相关传递函数HRTF，所述多个HRTF中的每一个对应于所述多个HRIR中的相应HRIR，与相应HRIR相对应的HRTF在乘以由与该相应HRIR相关联的虚拟扬声器产生的频域声场后产生在所述人类听者的耳朵中所渲染的声场的分量。2.如权利要求1所述的方法，其中，执行所述状态空间降缩操作包括对于所述多个HRIR中的每个HRIR：基于该HRIR的所述第一状态空间表示，生成相应Gramian矩阵，所述Gramian矩阵具有以幅值的降序布置的多个本征值；以及基于所述Gramian矩阵和所述多个本征值，生成该HRIR的所述第二状态空间表示，其中所述第二大小等于所述多个本征值中大于指定阈值的本征值的数目。3.如权利要求2所述的方法，其中，生成所述多个HRIR中的每个HRIR的第二状态空间表示包括形成变换矩阵，所述变换矩阵在被应用于基于该HRIR的第一状态空间表示的该Gramian矩阵时产生对角矩阵，所述对角矩阵中的每个对角元素等于所述多个本征值中的相应本征值。4.如权利要求1所述的方法，进一步包括对于所述多个HRIR中的每一个：生成该HRIR的倒谱，所述倒谱具有在正时间取得的因果样本和在负时间取得的非因果样本；对于所述倒谱的所述非因果样本中的每一个，通过将在负时间所取得的非因果样本和在与所述负时间相对处所取得的所述倒谱的因果样本相加，执行相位最小化操作；以及在对于所述倒谱的所述非因果样本中的每一个执行所述相位最小化操作后，通过将所述倒谱的所述非因果样本中的每一个设置为零来产生最小相位HRIR。5.如权利要求1所述的方法，进一步包括生成多输入多输出MIMO状态空间表示，所述MIMO状态空间表示包括合成矩阵、列向量矩阵和行向量矩阵，所述MIMO状态空间表示的所述合成矩阵包括所述多个HRIR中的每一个的第一表示的矩阵，所述MIMO状态空间表示的所述列向量矩阵包括所述多个HRIR中的每一个的第一表示的列向量，所述MIMO状态空间表示的所述行向量