專利名稱：個性化的頭戴耳機虛擬的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及通過頭戴耳機或耳機的三維音頻再現(xiàn)的領(lǐng)域。具體地說，其涉及 使用頭戴耳機或耳機并開發(fā)難以與真實擴音器效果區(qū)分的真實性等級來對音頻源(例如 家庭娛樂系統(tǒng)中使用的擴音器)所作的個性化虛擬。
技術(shù)背景使用頭戴耳機來產(chǎn)生虛擬擴音器的想法是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的一般概念，如 第3,920,904號美國專利中所描述。概括來說，可主要通過獲取使用放置在人的左耳和 右耳附近的麥克風測量得的所討論擴音器的個性化房間脈沖響應(yīng)(PRIR)而在頭戴耳機 或耳機上為任何個人有效地虛擬擴音器。所得的脈沖響應(yīng)含有與聲音再現(xiàn)設(shè)備、擴音器、 房間聲學(xué)(混響)和被測者的肩膀、頭部和耳朵的方向性質(zhì)有關(guān)的信息(通常稱為與頭 部有關(guān)的傳遞函數(shù)(HRTF))，且通常覆蓋數(shù)百毫秒的時間跨度。為了產(chǎn)生擴音器的虛 擬聲像， 一般會通過真實擴音器播放的音頻信號被替代地與測得的左耳和右耳PRIR巻 積并饋入到個人配戴的立體聲頭戴耳機。如果人恰好定位于其在個性化測量期間所處的 位置，那么假定頭戴耳機經(jīng)適當均衡化，所述個人將感覺到聲音是來自真實擴音器而不 是頭戴耳機。本文中將通過頭戴耳機投射虛擬擴音器的過程稱為虛擬。由頭戴耳機投射的虛擬擴音器的位置與在個性化房間脈沖響應(yīng)(PRIR)測量期間建 立的頭部與擴音器之間的關(guān)系匹配。舉例來說，如果在個性化階段測量的真實擴音器在 個人頭部的前方且在左邊，那么相應(yīng)的虛擬擴音器也將表現(xiàn)為來自左前方。這意味著如 果個人定向其頭部而使得(從其觀看點來看)真實擴音器與虛擬擴音器重合，那么虛擬 聲音將表現(xiàn)為從真實擴音器發(fā)出，且只要個性化測量是準確的，那么個人就很難區(qū)分虛 擬與真實聲音源。這意味著如果聽者已針對其家庭娛樂系統(tǒng)中的每個擴音器進行了PRIR測量，那么他們將能夠通過頭戴耳機同時再現(xiàn)完整的多通道擴音器收聽體驗而不必實際 打開擴音器。 然而，在存在頭部移動(尤其是橫向平面上的頭部移動)對，難以維持簡單個性化 虛擬聲音源的幻覺。舉例來說，當個人使虛擬擴音器與真實擴音器對準時，虛擬幻覺較 強。然而，如果所述個人現(xiàn)將其頭部轉(zhuǎn)到左邊，那么由于虛擬聲音源相對于個人頭部是 固定的，因而所感知的虛擬聲音源也將隨著頭部移動到左邊。無疑地，頭部移動不會導(dǎo) 致真實擴音器移動，且因此為了維持較強的虛擬幻覺，必需操縱饋入到頭戴耳機的音頻 信號，以使得虛擬擴音器也保持固定。雙耳處理也具有用于使用擴音器而不是頭戴耳機來虛擬擴音器的應(yīng)用，如第 5,105,462號和第5,173,944號美國專利中描述。這些應(yīng)用也可利用頭部跟蹤來改進虛擬 幻覺，如第6,243,476號美國專利中描述。第3,962,543號美國專利是描述響應(yīng)于頭部跟蹤信號而操縱饋入到頭戴耳機的雙耳 信號以便使虛擬擴音器的感知位置穩(wěn)定的概念的最早公開案之一。然而，其揭示內(nèi)容先 于數(shù)字信號處理理論的當前發(fā)展，且其方法和設(shè)備通常不適用于數(shù)字信號處理(DSP) 型實施方案。第5,687,239號和第5,717,767號美國專利揭示一種更新近的基于DSP的頭部跟蹤虛 擬器。此系統(tǒng)是基于分離HRTF/房間混響表現(xiàn)(低復(fù)雜性虛擬器系統(tǒng)的典型)，且使用 存儲器查找以響應(yīng)于從頭部跟蹤裝置導(dǎo)出的查找地址來讀出HRTF脈沖文件。房間混響 不會響應(yīng)于頭部跟蹤而改變。此系統(tǒng)的主要想法在于，由于HRTF脈沖數(shù)據(jù)文件相對較 小，通常在64到256個數(shù)據(jù)點之間，因此可在典型DSP平臺的正常存儲器存儲能力內(nèi) 存儲特定于每個耳朵和每個擴音器且對于大范圍的頭部轉(zhuǎn)動角度的許多HRTF脈沖響 應(yīng)。房間混響由于兩個原因而不會被修改。首先，針對每個頭部轉(zhuǎn)動角度存儲唯一的混響脈沖響應(yīng)將需要龐大的存儲容量一每一個別混響脈沖響應(yīng)通常長度為10000到24000個數(shù)據(jù)點。第二，即使使用當今可用的信號處理器，對此大小的房間混響脈沖進行巻積的計算復(fù)雜性也將是不實際的，且由于所述發(fā)明者未討論針對長脈沖進行巻積的有效實施方案，因而他們可能預(yù)期仿真混響實施方案以便減少與房間巻積相關(guān)聯(lián)的計算復(fù)雜性。根據(jù)定義，此類實施方案不易于由頭部跟蹤器地址適應(yīng)。由于沒有討論個性化且顯然對于此系統(tǒng)并未預(yù)期個性化，因此所述發(fā)明者沒有提供與為HRTF或混響過程合并這種操作模式將需要的步驟相關(guān)的信息。此外，由于此系統(tǒng)將需要存儲幾百個HRTF脈沖文件以便允許在頭部跟蹤器的控制下進行充分平滑的HRTF切換，因而所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將不會明了可如何以可行的方式進行所有這些測量而使得無法期望一般人能在自己的家中進行這些測量。如何從所有個性化測量中確定單個房間混響特性也并不明了。
另外，由于房間混響未被頭部跟蹤器地址調(diào)整，因此顯然此系統(tǒng)將不能復(fù)制真實房間中 的真實擴音器的聲音，且因此其對真實虛擬的適用性明顯受到限制。頭部跟蹤已被熟知為一種用于檢測頭部移動的技術(shù)。許多方法已被建議且在此項技 術(shù)中已熟知。頭部跟蹤器可安裝在頭部，即回轉(zhuǎn)的、磁性的、基于GPS的、光學(xué)的，或 其可遠離頭部(即，視頻)或在附近。頭部跟蹤器的目的是連續(xù)測量個人頭部在收聽頭 戴耳機時的定向以及將此信息傳輸?shù)教摂M器以允許隨著檢測到改變而實時修改虛擬過 程?？墒褂秒娋€將頭部跟蹤數(shù)據(jù)發(fā)送回虛擬器，或可使用光學(xué)或RF傳輸技術(shù)無線地傳 遞所述數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的頭戴耳機虛擬器系統(tǒng)并不投射真實度足以與真實擴音器體驗直接比較的虛 擬聲像。這是因為由于與測量相關(guān)聯(lián)的困難以及關(guān)于如何將頭部跟蹤并入到此類方案中 的不確定性的緣故，現(xiàn)有技術(shù)未嘗試將個性化方法直接并入到適于公眾使用的頭戴耳機 虛擬器中。 發(fā)明內(nèi)容考慮到上述問題，本發(fā)明的實施例提供一種方法和設(shè)備，其允許個人在有限的頭部 移動范圍內(nèi)通過頭戴耳機以難以與真實擴音器體驗相區(qū)分的真實度來體驗虛擬擴音器 的聲音。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于在有限數(shù)目的聽者頭部位置上獲取擴音器聲 音源的個性化房間脈沖響應(yīng)(PRIR)的方法和設(shè)備；其中用戶對家庭娛樂擴音器系統(tǒng)采 取正常收聽位置；其中用戶在每個耳朵中插入麥克風；其中用戶通過在有限數(shù)目的頭部 位置上獲取每個擴音器的個性化房間脈沖響應(yīng)(PRIR)來建立聽者頭部移動范圍；用于 確定所有個性化測量頭部位置的構(gòu)件；用于針對雙耳測量個性化頭戴耳機-麥克風脈沖響 應(yīng)的構(gòu)件；用于存儲PRIR數(shù)據(jù)、頭戴耳機-麥克風脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)和PRIR頭部位置的構(gòu) 件。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于通過使用PRIR數(shù)據(jù)、頭戴耳機-麥克風脈沖 響應(yīng)數(shù)據(jù)和PRIR頭部位置數(shù)據(jù)來初始化頭部跟蹤虛擬器的方法；用于時間對準PRIR 的構(gòu)件；為左耳和右耳產(chǎn)生頭戴耳機均衡脈沖響應(yīng)的構(gòu)件；用于為PRIR內(nèi)插器產(chǎn)生所 有必要的內(nèi)插頭部角度公式或査找表的構(gòu)件；用于為可變延遲緩沖器產(chǎn)生所有必要的路 徑長度-頭部角度公式或查找表的構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于構(gòu)建實時個性化頭部跟蹤虛擬器的方法和設(shè) 備；用于采樣頭部跟蹤器坐標和產(chǎn)生恰當?shù)腜RIR內(nèi)插器系數(shù)值的構(gòu)件；用于利用頭部
跟蹤器坐標來為所有虛擬擴音器產(chǎn)生恰當?shù)亩g延遲值的構(gòu)件；用于通過使用內(nèi)插系數(shù) 來為所有虛擬擴音器產(chǎn)生經(jīng)內(nèi)插的時間對準PRIR的構(gòu)件；用于讀取每個擴音器通道的 音頻樣本塊和將所述音頻樣本塊與其各自的左耳和右耳內(nèi)插時間對準PRIR進行巻積的 構(gòu)件；用于通過使其各自的左耳和右耳樣本通過延遲與所產(chǎn)生的延遲值匹配的可變延遲 緩沖器來實現(xiàn)每個虛擬擴音器的耳間延遲的構(gòu)件；用于對所有左耳樣本求和的構(gòu)件；用 于對所有右耳樣本求和的構(gòu)件；用于通過頭戴耳機均衡濾波器而對左耳和右耳樣本進行 濾波的構(gòu)件；用于將左耳和右耳音頻樣本實時寫入到頭戴耳機DAC的構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于通過將偏移量引入虛擬器中所進行的PRIR 內(nèi)插和路徑長度計算來調(diào)節(jié)虛擬擴音器位置以便使其與真實擴音器位置重合的方法。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于通過修改PRIR數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)虛擬擴音器的感 知距離的方法。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供針對落在測得范圍以外的聽者頭部定向而修改虛擬器 行為的方法。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種允許在虛擬器內(nèi)將個性化與一般房間脈沖響應(yīng)進 行混合的方法。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于自動調(diào)節(jié)激勵信號電平以便在PRIR測量期 間使信號質(zhì)量最高的方法。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供用于允許通過使用多通道編碼激勵位流進行個性化測 量的方法。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供用于在個性化測量過程期間檢測用戶頭部移動和用于 改進脈沖響應(yīng)測量準確度的方法和設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于均衡包含用戶娛樂系統(tǒng)的擴音器以使得經(jīng)虛 擬的擴音器的聲音質(zhì)量可得以改進而優(yōu)于PRIR測量中所使用的真實擴音器的聲音質(zhì)量 的方法。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于通過使用次頻帶濾波器組來實施虛擬巻積處 理并將其與次頻帶PRIR內(nèi)插和次頻帶耳間可變延遲處理或時域耳間可變延遲處理進行組合的方法；和用于通過調(diào)節(jié)次頻帶PRIR脈沖長度來優(yōu)化巻積計算負荷的構(gòu)件；和用于通過采用次頻帶信號掩蔽閾值來優(yōu)化巻積計算負荷的構(gòu)件；和用于補償次頻帶巻積紋波的構(gòu)件；和用于通過組合擴音器PRIR的后期反射部分以使得僅需要執(zhí)行較少數(shù)目的巻積來用次頻帶巻積復(fù)雜性換取虛擬準確度的構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供用于產(chǎn)生預(yù)先虛擬的信號以使得與常規(guī)實時虛擬相比 大體上減少播放的計算負荷的方法；和用于編碼預(yù)先虛擬的信號以便減少其位速率和/ 或存儲要求的構(gòu)件；和用于通過使用用戶上載的PRIR數(shù)據(jù)而在遠程服務(wù)器中產(chǎn)生預(yù)先 虛擬的音頻且用于用戶下載預(yù)先虛擬的音頻以在用戶自己的硬件上播放的構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于通過使用遠程虛擬服務(wù)器而進行網(wǎng)絡(luò)連接的 個性化虛擬電話會議的方法，所述遠程虛擬服務(wù)器使用每個參與者上載的PRIR數(shù)據(jù)來 影響每個參與者頭部跟蹤器控制下的虛擬過程。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員從以下結(jié)合附圖做出的對優(yōu)選實施例的詳細描述將了解本發(fā) 明的這些和其它特征與優(yōu)點，在附圖中


圖1是連接到多通道AV接收器的5.1ch頭部跟蹤虛擬器的方框圖。圖2說明在頭部跟蹤器輸入控制下的n通道頭部跟蹤虛擬器的基本結(jié)構(gòu)。圖3說明人主體面朝激勵擴音器時經(jīng)歷PRIR測量的平面圖。圖4說明人主體朝激勵擴音器左邊看時經(jīng)歷PRIR測量的平面圖。圖5說明人主體朝激勵擴音器右邊看時經(jīng)歷PRIR測量的平面圖。圖6是在左耳處測得的脈沖響應(yīng)和在右耳處測得的脈沖的振幅對時間曲線圖的實例，其中人主體朝激勵擴音器右邊看。圖7是在左耳處測得的脈沖響應(yīng)和在右耳處測得的脈沖的振幅對時間曲線圖的實例， 其中人主體觀看激勵擴音器。圖8是在左耳處測得的脈沖響應(yīng)和在右耳處測得的脈沖的振幅對時間的曲線圖的實例，其中人主體朝激勵擴音器左邊看。圖9是人主體經(jīng)歷測量范圍中心點的PRIR測量的平面圖以及所得的脈沖時間波形。 圖10是人主體經(jīng)歷測量范圍最左點的PRIR測量的平面圖以及所得的脈沖時間波形。圖11是人主體經(jīng)歷測量范圍最右點的PRIR測量的平面圖以及所得的脈沖時間波形。圖12說明通過修改脈沖響應(yīng)波形來改變虛擬聲音源的感知距離的方法。圖13說明PRIR測量角度的映射以便公式化耳間差分延遲-頭部角度正弦波函數(shù)。圖14a和14b說明未經(jīng)補償?shù)拇晤l帶巻積的3dB紋波效應(yīng)。圖15說明當測量范圍由相對于參考觀看角度成+30、 0和-30度的頭部位置代表時 在PRIR之間進行內(nèi)插的方法。
圖16類似于圖15，不同之處只是內(nèi)插是在次頻帶域中操作的。圖17說明過采樣可變延遲緩沖器，其延遲由頭部跟蹤器動態(tài)調(diào)節(jié)。圖18類似于圖17，不同之處只是可變延遲緩沖器是在次頻帶域中構(gòu)建的。圖19是次頻帶巻積概念的方框圖。圖20是安裝在人主體耳道中的微型麥克風的略圖。圖21是微型麥克風插塞的構(gòu)造的略圖。圖22是人主體在安裝在其耳道中的微型麥克風上方佩戴頭戴耳機的略圖。圖23是人主體經(jīng)歷PRIR測量的平面圖，其中來自左前方擴音器的激勵信號的記錄電平在測試開始之前被縮放。圖24是在PRIR測量期間使用導(dǎo)頻音調(diào)來檢測人主體頭部的過量移動的MLS系統(tǒng)的方框圖。圖25是圖24的擴展，其中導(dǎo)頻音調(diào)相位的變化用于拉伸或壓縮記錄的MLS信號 以便補償較小的頭部移動。圖26是人主體經(jīng)歷右環(huán)繞擴音器的PRIR測量的平面圖，其中激勵信號直接輸出到 擴音器。圖27是人主體經(jīng)歷右環(huán)繞擴音器的PRIR測量的平面圖，其中激勵信號在驅(qū)動擴音 器之前經(jīng)編碼并傳輸?shù)紸V接收器。圖28是如圖26中的人主體通過頭部跟蹤頭戴耳機收聽虛擬信號的平面圖。圖29是定位在寬屏幕電視機周圍的左、右和中央擴音器的前方正視圖，且其展示 包含PRIR測量范圍的三個觀看位置。圖30類似于圖29，不同之處只是兩個外部觀看位置對應(yīng)于左擴音器和右擴音器的 位置。圖31類似于圖29，不同之處只是五個觀看位置標記出PRIR測量范圍。 圖32a和32b說明用于為圖31的五點范圍確定頭部跟蹤PRIR內(nèi)插系數(shù)的三角測量 方法。圖33a和33b說明使用虛擬擴音器偏移量來使虛擬源的位置與真實擴音器的位置重 新對準。圖34a和34b說明5通道環(huán)繞擴音器系統(tǒng)的平面圖和允許在期望頭部定向范圍之外繼續(xù)PRIR內(nèi)插的技術(shù)。圖35說明人主體經(jīng)歷頭戴耳機均衡測量的平面圖和到相關(guān)處理塊的連接。圖36說明使用次頻帶巻積的針對單通道的虛擬過程，其中耳間時間延遲在合成濾
波器組之后在時間頻帶域中實施。圖37說明使用次頻帶巻積的針對單通道的虛擬過程，其中耳間時間延遲在合成濾波器組之前在次頻帶域中實施。圖38類似于圖36，不同之處只是其展示擴展輸入通道數(shù)目所必需的步驟。 圖39類似于圖37，不同之處只是其展示擴展輸入通道數(shù)目所必需的步驟。 圖40類似于圖39，不同之處只是其展示允許兩個獨立用戶收聽虛擬信號所必需的步驟。圖41是基于DSP的虛擬器核心處理器和主要支持電路的方框圖。 圖42是實時DSP虛擬化例行程序的方框圖。圖43是在運行虛擬器例行程序之前處理PRIR數(shù)據(jù)的DSP例行程序的方框圖。 圖44說明使用單個音頻通道和使用三個位置PRIR范圍的預(yù)先虛擬的概念。 圖45類似于圖44，不同之處只是預(yù)先虛擬的音頻信號在播放之前被編碼、存儲和 解碼。圖46類似于圖45，不同之處只是通過使用由用戶上載的PRIR數(shù)據(jù)而在安全遠程服務(wù)器上進行預(yù)先虛擬。圖47說明用于三個位置PRIR范圍的簡化預(yù)先虛擬概念，其中播放由在組合的左耳與右耳信號之間進行內(nèi)插組成。圖48說明個性化虛擬電話會議的概念，其中個別PRIR被上載到會議服務(wù)器。 圖49說明通過合并PRIR的后期反射部分來減少次頻帶巻積的計算負荷的方法。 圖50說明在典型的房間脈沖響應(yīng)波形內(nèi)分離初始/早期反射與后期反射的方法。
具體實施方式
使用頭戴耳機的個性化頭部跟蹤虛擬圖1說明本文揭示的個性化頭部跟蹤虛擬器方法的典型應(yīng)用。在此說明中，聽者正 在觀看電影，但不是通過其擴音器收聽電影聲軌，而是其替代地通過頭戴耳機收聽擴音 器聲音的虛擬型式。DVD播放器82在播放電影光碟時經(jīng)由S/PDIF串行接口 83實時輸 出經(jīng)編碼的(例如Dolby Digital、 DTS、 MEPG)多通道電影聲軌。位流由音頻/視頻(AV) 接收器84解碼，且個別模擬音頻軌道(左、右、左環(huán)繞、右環(huán)繞、中央和副低音炮擴 音器通道)經(jīng)由前置放大器輸出端76輸出并輸入到頭戴耳機虛擬器75。模擬輸入通道 經(jīng)數(shù)字化70，且數(shù)字音頻被饋入到實時個性化頭部跟蹤虛擬器核心處理器123。此過程對每個擴音器信號進行濾波或?qū)⒚總€擴音器信號與表示期望的虛擬擴音器
與聽者耳朵之間傳遞函數(shù)的一組左耳和右耳個性化房間脈沖響應(yīng)(PRIR)進行巻積。來自所有輸入信號的左耳濾波信號和右耳濾波信號經(jīng)求和以產(chǎn)生轉(zhuǎn)換回到模擬72且在驅(qū) 動頭戴耳機80之前的單個立體聲(左耳和右耳)輸出。由于每個輸入信號76通過其自 身的特定PRIR組來進行濾波，因而當通過頭戴耳機80聽到時，聽者79感覺每個輸入 信號來自原始擴音器位置中的一個位置。虛擬器處理器123也能補償聽者頭部移動。聽者79的頭部角度由安裝在頭戴耳機的頭部跟蹤器81監(jiān)視，頭部跟蹤器81經(jīng)由 簡單的異步串行接口 73周期性地將角度向下傳輸77到虛擬器處理器123。頭部角度信 息用于在覆蓋典型的聽者頭部移動范圍的一組稀疏的PRIR之間進行內(nèi)插，以及用于改 變將已在聽者耳朵與被虛擬的各種擴音器之間存在的耳間延遲。這些過程的組合是為了 退旋經(jīng)虛擬的聲音以抵消頭部移動，使得其對聽者來說表現(xiàn)為保持穩(wěn)定。圖1說明頭部跟蹤虛擬器的實時播放模式。為了使聽者通過頭戴耳機聽到擴音器聲 音的令人信服的幻覺，首先進行許多個性化測量。主要的測量涉及通過頭戴耳機和在聽 者一般使用頭戴耳機時可能做出的頭部移動的范圍內(nèi)，針對用戶希望虛擬的每個擴音器 而獲取個性化房間脈沖響應(yīng)(或PRIR)。 PRIR本質(zhì)上描述擴音器與聽者耳道之間的聲 學(xué)路徑的傳遞函數(shù)。對于任意一個揚聲器來說，可能必需針對每個耳朵測量此傳遞函數(shù)； 因此，PRIR作為左耳和右耳組存在。測試涉及聽者在其擴音器布置內(nèi)采取其正常收聽位置，將小型麥克風放置在其每個 耳朵中，且接著將激勵信號發(fā)送到待測擴音器持續(xù)某段時間。針對每個擴音器且針對用 戶希望獲得的每個頭部定向而重復(fù)此過程。如果音頻信號經(jīng)濾波或與所得的左耳和右耳 PRIR巻積，且經(jīng)濾波的信號用于分別驅(qū)動左耳和右耳頭戴耳機變換器，那么聽者將感 覺到所述信號來自與第一位置中用于測量PRIR的擴音器相同的位置。為了改進虛擬過 程的真實性，可能必需補償頭戴耳機本身將在其變換器與聽者耳道之間強加額外傳遞函 數(shù)的事實。因此進行次級測量，藉此此傳遞函數(shù)也被測量到并用于產(chǎn)生反向濾波器。所 述反向濾波器接著用于修改PRIR或?qū)崟r對頭戴耳機信號進行濾波以均衡此不希望的響 應(yīng)。在圖2中更詳細地說明圖1中所指示的頭部跟蹤PRIR濾波或巻積處理123。經(jīng)數(shù)字化的音頻信號41輸入到Ch 1并施加到兩個巻積器34。 一個巻積器用左耳內(nèi)插PRIR15a來對輸入信號進行濾波，且另一個巻積器用右耳內(nèi)插PRIR對同一信號進行濾波。將每個巻積器的輸出施加到可變路徑長度緩沖器17，所述緩沖器在左耳濾波信號與右耳濾波信號之間產(chǎn)生耳間差分延遲。根據(jù)從頭部跟蹤器81反饋回的頭部定向IO調(diào)節(jié)PRIR內(nèi)插15a和可變延遲緩沖器17，以便影響虛擬聲音級退旋。針對所有其它輸入信號單獨 實施針對Chl 41描述的過程。然而，所有左耳信號和所有右耳信號在其輸出到頭戴耳 機之前被單獨求和5。個性化房間脈沖響應(yīng)(PRIR)獲取本發(fā)明實施例的一個特征是便于以便利的方式獲取在用戶左耳和右耳附近測量得 的個性化房間脈沖響應(yīng)(本文稱為PRIR)數(shù)據(jù)。在獲取之后，PRIR數(shù)據(jù)經(jīng)處理并存儲 以供虛擬器巻積引擎用于產(chǎn)生真實擴音器幻覺。如需要，也可將此數(shù)據(jù)寫入到便攜式存 儲媒體或?qū)⑵鋫鬏旊x開板，以供與獲取設(shè)備不關(guān)聯(lián)的遠端兼容虛擬器使用。用于獲取個性化房間脈沖響應(yīng)的基本技術(shù)已不是新的且已被良好記載，且所屬領(lǐng)域 的技術(shù)人員了解到這些技術(shù)。概括來說，為了獲取脈沖響應(yīng)，通過在需要的地方使用合 適的變換器而在相對于主體頭部的空間中的期望位置處再現(xiàn)激勵信號(例如脈沖、火花、 氣球破裂、偽噪聲序列等)，且通過使用位于靠近主體耳朵處或優(yōu)選地在主體耳道入口 處或主體耳道中任何地方的麥克風來記錄所得的聲波。圖20說明小型全向駐極體麥克風膠囊87(6mm直徑)在人主體79的單個耳道209 中的放置。主體外耳的輪廓(耳廓)也被展示210。圖21較好地說明配合到耳道中的麥 克風插塞的構(gòu)造。麥克風膠囊嵌入到可變形泡沫耳塞211 (其正常用途是用于噪聲衰減) 中，其中麥克風212的開放末端朝外。膠囊可膠粘到泡沫插塞中，或其可通過使用套管 配合器擴張泡沫并允許泡沫將其封蓋而摩擦配合。根據(jù)麥克風膠囊本身的高度，泡沫插 塞211通常將被裁剪為約10mm長的長度。通常將插塞制造成具有在10-14 mm范圍內(nèi)的未經(jīng)壓縮的直徑，以適應(yīng)不同大小的 耳道。焊接到背部的信號/電力和接地線86沿著膠囊壁的外部行進，還在其去往麥克風 放大器的途中從前方退出。所述線可在需要時固定到膠囊的側(cè)面以減少對焊點損壞的可 能性。為了將麥克風插入耳朵中，用戶簡單地巻動泡沫插塞，其中膠囊在其手指之間且 壓縮插塞的直徑，使用食指快速地將其插入耳朵中。泡沫將立即開始緩慢向外擴張，在 5到10秒之后在耳道中提供舒適但緊密的配合。麥克風插塞因此能停留在適當位置而不 需要額外輔助。理想的是當插塞被配合時，麥克風的開放末端將與耳道入口齊平。線86 應(yīng)如圖20所示那樣突出，且拉動這些線允許用戶在測試完成時方便地取出麥克風插塞。 泡沫提供的額外好處在于其密封了耳朵并降低在個性化測試期間暴露于激勵噪聲的水 平。一旦安裝好左耳和右耳麥克風，就可開始個性化測量。根據(jù)測量空間周圍環(huán)境的混響特性，所得的脈沖波形通常將在幾秒內(nèi)衰減到零，且記錄不需要延伸超過這個時間。所獲取的脈沖響應(yīng)的質(zhì)量將在某種程度上取決于環(huán)境的背景噪聲級、變換器和記錄信號 鏈的質(zhì)量以及在測量過程期間經(jīng)歷的頭部移動的程度。不幸的是，脈沖響應(yīng)信號保真度 損失將直接影響通過與此脈沖響應(yīng)巻積而虛擬的任何聲音的質(zhì)量或真實性，且因此期望 使測量的質(zhì)量達到最高。為了解決這個問題，作為獲取方法的基礎(chǔ)，實施例使用偽噪聲序列作為用于個性化 房間脈沖響應(yīng)測量的激勵信號，已知為MLS或最大長度序列。同樣，MLS技術(shù)在例如 Berish J.的"Self-contained cross-correlation program for maximum-length sequences" (J. Audio Eng. Soc第33巻第11號，1985年11月)中良好記載。MLS測量具有某些優(yōu)于 脈沖或火花型激勵方法的優(yōu)點，因為偽噪聲序列提供較高的脈沖信噪比。另外，所述過 程允許個人容易地以自動方式進行連續(xù)測量，使得可通過平均化過程進一步壓縮測量得 的脈沖響應(yīng)中固有的測量環(huán)境和設(shè)備的背景噪聲。在MLS方法中，持續(xù)時間為測試環(huán)境的期望混響時間的至少兩倍的預(yù)先計算的二 進制采樣序列以某個期望的采樣速率輸出到數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器，并實時饋入擴音器作為 激勵信號。下文中將此擴音器稱為激勵擴音器?？蓪⑼恍蛄兄貜?fù)用以達成背景噪聲抑 制的期望水平可能必需的次數(shù)。麥克風實時拾取所得的聲波，且同時信號被采樣和數(shù)字 化(使用同一采樣時基作為激勵播放)并存儲到存儲器。 一旦已播放了期望次數(shù)的序列 重復(fù)，那么就停止記錄。接著使記錄的樣本文件循環(huán)地與原始二進制序列交叉相關(guān)，以 產(chǎn)生對于相對于其周圍聲學(xué)環(huán)境的激勵擴音器位置和對于上面安裝麥克風的人主體頭 部為唯一的平均個性化房間脈沖響應(yīng)。理論上可能單獨地在每個耳朵處測量脈沖響應(yīng)，即僅使用一個麥克風且針對每個耳 朵重復(fù)測量，但既方便又有利的是在每個耳朵中放置麥克風并在激勵信號存在時進行同 時的雙通道記錄。在此情況下，在每個耳朵處記錄的每個采樣的音頻文件被單獨處理， 從而給出兩個唯一的脈沖響應(yīng)。這些文件在本文中被稱為左耳PRIR和右耳PRIR。圖3是優(yōu)選實施例內(nèi)所使用的獲取個性化房間脈沖響應(yīng)的方法的簡化說明。為清楚 起見，已排除了所有模擬和數(shù)字轉(zhuǎn)換以及定時電路。擴音器88首先相對于人主體89的 平面圖而位于房間或聲學(xué)環(huán)境內(nèi)的期望位置。在此說明中，擴音器直接定位在主體前方。 人主體已安裝兩個麥克風(每個耳道附近一個)，其輸出86a和86b連接到兩個麥克風 放大器96。在測試開始之前，人主體將其頭部相對于激勵擴音器定位到期望定向，并在 測量的持續(xù)時間中盡力維持這個定向。在圖3的情況下，人主體89直視擴音器88。本 文中術(shù)語"視"或"觀看"的使用意味著將頭部定向成使得垂直于主體臉部的假想線將 穿過其正觀看的點。在一個實施例中，如下進行測量。MLS以重復(fù)方式從98輸出，且同時輸入到擴音
器放大器115和循環(huán)交叉相關(guān)處理器97。擴音器放大器以期望電平驅(qū)動擴音器88，從 而促使聲波向外并朝向安裝在人主體89上的左耳和右耳麥克風行進。左和右麥克風信 號86a和86b分別被輸入到麥克風放大器96。經(jīng)放大的信號被采樣和數(shù)字化并輸入到循 環(huán)交叉相關(guān)處理單元97。此處，其可在已播放完所有序列之后被存儲以供離線處理，或 其可在每個完整MLS塊到達時被實時處理，這取決于可用的數(shù)字信號處理能力。任一 種方式中，記錄的數(shù)字信號與從98輸入的原始MLS交叉相關(guān)，且在完成時，將所得的 平均個性化房間脈沖響應(yīng)文件存儲在存儲器92中以供以后使用。圖7說明如圖3指示的頭部定向成直視激勵揚聲器時可能獲取的針對左耳麥克風 171和右耳麥克風172而繪制為振幅對時間的典型脈沖響應(yīng)的早期部分。如圖7指示， 當頭部指向激勵源時，分別從擴音器到左耳和右耳麥克風的直接路徑長度將幾乎相等， 從而獲得幾乎重合的脈沖開始時間174。圖4類似于圖3，不同之處只是圖4說明在人主體90觀看激勵擴音器左邊的一點時 獲取個性化房間脈沖響應(yīng)的實例。同樣， 一旦已確定了頭部定向，那么其在測量期間就 不應(yīng)改變。圖8說明如圖4指示的頭部定向成觀看激勵揚聲器左邊時可能獲取的針對左 耳麥克風171和右耳麥克風172而繪制為振幅對時間的典型脈沖響應(yīng)的早期部分。如圖 8指示，當頭部指向激勵源左邊時，從擴音器到左耳麥克風的直接路徑長度現(xiàn)將大于擴 音器與右耳麥克風之間的直接路徑長度，從而導(dǎo)致左耳脈沖開始173與右耳脈沖開始174 相比被延遲175。圖5也是類似的，不同之處只是其說明在人主體91觀看激勵擴音器右邊的一點時 獲取個性化房間響應(yīng)脈沖的實例。圖6說明如圖5指示的頭部定向成觀看激勵揚聲器右 邊時可能獲取的針對左耳麥克風171和右耳麥克風172而繪制為振幅對時間的典型脈沖 響應(yīng)的早期部分。如圖6指示，當頭部指向激勵源右邊時，從擴音器到右耳麥克風的直 接路徑長度現(xiàn)將大于擴音器與左耳麥克風之間的直接路徑長度，從而導(dǎo)致右耳脈沖開始 173與左耳脈沖開始174相比被延遲175。如果成功完成圖3、 4和5中說明的三種測量，也就是說，人主體在每個獲取階段 期間以足夠準確度來維持其頭部定向，那么現(xiàn)將在存儲區(qū)92 (圖3)、 93 (圖4)和94 (圖5)中找到三對個性化房間脈沖響應(yīng)，每一對對應(yīng)于針對直視擴音器88、觀看擴音 器88左邊和觀看擴音器88右邊的所述人主體的左耳和右耳PRIR。建立聽者頭部移動的范圍本文揭示的是在個性化頭部跟蹤設(shè)備中使用的獲取PRIR數(shù)據(jù)的方法，其經(jīng)設(shè)計以通過使用人自有的擴音器聲音系統(tǒng)且在其正常收聽房間環(huán)境中進行。所述獲取方法假定
期望進行個性化測試的人主體首先定位在理想的收聽位置中，即人主體在使用其擴音器 聽音樂或看電影時通常將采用的位置。舉例來說，通過典型的多通道家庭娛樂系統(tǒng)(如 圖34a的平面圖所說明)，擴音器被配置為左前方200、中前方196、右前方197、左環(huán) 繞199和右環(huán)繞198。通常中央環(huán)繞揚聲器和低音副低音炮也形成許多家庭娛樂系統(tǒng)的一部分。在圖34a 中，人主體79定位成與所有擴音器等距離。在家庭電影系統(tǒng)中通常是，前中央揚聲器 位于用于顯示與聲音相關(guān)聯(lián)的電影的電視機/監(jiān)視器/投影屏幕的上方或下放或后面。人 主體接著通過覆蓋前方觀看區(qū)域中和周圍的收聽區(qū)域的有限數(shù)目的頭部定位來繼續(xù)針 對每個擴音器獲取個性化測量。測量點可在同一橫向平面(偏轉(zhuǎn))或其可包括上升分量 (俯仰)，或其可說明三種程度的頭部移動——偏轉(zhuǎn)、俯仰和傾側(cè)。所述方法的目的在于為界定用戶在聽音樂或看電影時經(jīng)歷的最大可能范圍的頭部 移動的周界周圍的每個擴音器獲取一組稀疏的測量。舉例來說，當觀看電影時，聽者通 常會維持允許其觀看電視機或投影儀屏幕且同時收聽電影聲軌的頭部定向。因此，在認 識到對于絕大多數(shù)的時間，此區(qū)域?qū)⒏采w看電影過程期間所有聽者頭部定向的情況下， 可針對觀看屏幕左邊、觀看屏幕右邊和在需要時觀看屏幕上方和下方的某些點的頭部位 置而為所有擴音器進行測量。如果在播放期間期望傾側(cè)這種類型的運動，那么將頭部傾 側(cè)角度范圍引入PRIR過程中也是可能的。如果頭部跟蹤虛擬器可以使用針對限制期望的用戶頭部移動范圍的頭部定向而測 量得的房間脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)，那么能夠通過內(nèi)插而為由頭部跟蹤器指示的所述范圍內(nèi)的任 何頭部定向計算近似的脈沖響應(yīng)。本文中將內(nèi)插器針對其具有足夠PRIR數(shù)據(jù)來以此方 式退旋虛擬擴音器的頭部移動范圍稱為測量的"范圍"或聽者頭部移動的"范圍"?？?通過在頭部面朝頭部跟蹤區(qū)域的中點時進行額外的個性化測量來進一步增強虛擬器的 性能。通常，這只是正前方的位置，其為觀看電視機或電影屏幕上的電影時的自然頭部 定向。如果針對不同的頭部傾側(cè)角度進行測量，尤其是在觀看前方屏幕時可具有進一步 改進，從而有效地將第三維度添加到內(nèi)插等式中。稀疏采樣方法的好處有許多，包括1) 由于聽者范圍以外的頭部定向不是測量程序的一部分，因此人主體獲取的PRTR 測量的數(shù)目可相對較低，而不會犧牲性能。2) 測量過程可適應(yīng)任意數(shù)目的擴音器。3) 擴音器相對于人主體的空間定位可以是任意的且不需要測量，這是由于一組完整 的頭部相關(guān)PRIR數(shù)據(jù)是針對每個單獨擴音器而測量的并隨后由內(nèi)插器用來虛擬那些擴 音器。 4) 僅需要相對于參考頭部定向來準確測量在獲取每個PRIR數(shù)據(jù)組時使用的相對較 少的頭部位置。5) 假定測量和隨后的收聽是使用同一聲音系統(tǒng)進行的，那么對于聽者范圍內(nèi)的各頭 部位置，虛擬擴音器的空間定位和混響特性與真實擴音器的空間定位和混響特性完全匹 配。6) 所述方法沒有做出任何關(guān)于擴音器呈現(xiàn)格式特性的假定。例如可由一個以上擴音 器承載聲軌，這對于較大家庭娛樂配置中的擴散環(huán)繞效果通道來說是常見的。在這種情 況下，由于所有相關(guān)聯(lián)的擴音器將由同一激勵信號驅(qū)動，因而個性化測量將自動承載在 聽者范圍內(nèi)虛擬所述組擴音器所必需的所有信息。圖31說明人主體79面朝基于電視機182的家庭娛樂系統(tǒng)。出于此說明的目的，假 定環(huán)繞和低音炮擴音器在看不見的地方。左前方擴音器180定位在電視機的左邊，右前 方擴音器183定位在右邊。中央擴音器181放置在電視機182的頂上。虛線179指示期 望聽者將其頭部定向維持在其中的有界區(qū)域。X點184、 185、 186、 187和177表示人 主體所觀看的且進行每組個性化測量的空中虛擬點。中心線250表示在主體觀看每個X 點時的不同視線。在圖31的情況下，針對所有擴音器(包括那些看不見的擴音器)的 個性化測量將被重復(fù)五次，每次人主體將重新定位其頭部以面朝所述測量X點中的一 者。在此實例中，五個個性化頭部定向是左上方185，即主體向左前方擴音器180的上方和左邊觀看；右上方186，即右前方擴音器183的上方和右邊；左下方184;右下方187;和屏幕中央177，其接近觀看電影時的標稱頭部定向。 一旦獲取了所有測量值， 就存儲所得的PRIR數(shù)據(jù)及其相關(guān)聯(lián)的頭部定向以供內(nèi)插器使用。圖29說明替代性個性化測量程序，借此僅使用同一橫向平面179上的三個頭部定 向來進行個性化測量，即左前方揚聲器180左邊的X點176、中央屏幕處的X點177和 右前方擴音器右邊的X點178。這種形式的測量假定頭部跟蹤虛擬中最重要的分量是單 純的頭部旋轉(zhuǎn)(偏轉(zhuǎn))，這是由于將不知道這條線任一側(cè)的頭部升高(俯仰)的房間脈 沖響應(yīng)。圖30說明進一步的簡化，借此左邊和右邊的X點176和178對應(yīng)于左前方和 右前方的擴音器本身。在此變化中，人主體僅需要分別針對每組個性化測量觀看全部在 近似于同一橫向平面上的左前方擴音器、右前方擴音器和屏幕中央。個性化房間脈沖響應(yīng)(PRIR)數(shù)據(jù)組允許擴音器的虛擬，且每個虛擬擴音器的位置將對應(yīng)于在測量過程期間建立的真實擴音器相對于人主體頭部的位置。因此，為使內(nèi)插方法準確作用，也就是說，促使虛擬擴音器表現(xiàn)為定位成與真實擴音器重合，假定相對20
于真實擴音器的主體收聽位置在個性化測量期間是相同的，那么虛擬器僅必需了解個性 化脈沖響應(yīng)對應(yīng)于哪些頭部定向，以便使其響應(yīng)于從頭部跟蹤裝置反饋回的頭部定向信 號而內(nèi)插在數(shù)據(jù)之間。假定頭部跟蹤器與確定每個個性化數(shù)據(jù)組的頭部定向的系統(tǒng)使用 相同的方向性參考，那么在原始測量的范圍內(nèi)，從聽者角度來看，虛擬和真實擴音器將 重合。匹配虛擬一真實擴音器橫向和高度位置個性化測量過程依賴于在人主體頭部移動的某個范圍或范疇中測量每個擴音器的 事實。盡管針對每個個性化數(shù)據(jù)組的頭部定向是巳知的且參考播放頭部跟蹤器坐標而表 示的，但嚴格來說，本發(fā)明的實施例不需要知道所測試擴音器中的任一者的物理位置來 達成準確虛擬。假定真實擴音器位置保持與用于個性化過程的那些擴音器位置相同，那 么虛擬聲音將從相同的物理位置發(fā)出。然而，當由于虛擬-真實擴音器位置未對準而可能 必需對虛擬擴音器位置進行調(diào)節(jié)時，知道物理擴音器位置是有用的。舉例來說，如果用 戶希望設(shè)置收聽環(huán)境下的擴音器而不是用于進行測量的擴音器，那么理想地，用戶將在 物理上把擴音器排列成盡可能與虛擬擴音器位置準確匹配，以便促使虛擬聲音與真實擴 音器重合。在這種情況不可能的情況下，那么聽者將感覺到虛擬聲音是從不同于擴音器 的位置處發(fā)出的，這是對于某些個體來說可降低虛擬器真實性的現(xiàn)象。這個問題對于在 正常聽者頭部移動范圍中通?？床灰姷臄U音器來說并不是問題，例如可能是針對圖34a 的環(huán)繞擴音器198和199或定位在聽者上方的那些擴音器的情況。本發(fā)明的實施例可允許通過向內(nèi)插過程引入偏移量來對虛擬擴音器橫向和/或高度位置作出某種程度的調(diào)節(jié)。所述偏移量表示期望的虛擬擴音器相對于測量的擴音器位置的位置。然而，在虛擬所述擴音器時允許的頭部移動程度將被減少等于偏移量的量，這歸因于個性化房間脈沖響應(yīng)并不覆蓋超過原始測量邊界的頭部移動的事實。這意味著應(yīng)在比可能在以后日子做出較小位置調(diào)節(jié)時正常收聽/觀看通?？赡苄枰念^部定向范圍更廣的頭部定向范圍中進行原始的個性化過程。在圖33a和33b中說明使用內(nèi)插偏移量來改變虛擬擴音器的位置。在圖33a中，虛線邊界線179表示聽者觀看邊界，在所述邊界上虛擬器內(nèi)插器使用針對真實擴音器180在點184、 185、 186、 187和177處測量得的個性化數(shù)據(jù)組進行操作。中心測量點177表示標稱收聽/觀看頭部定向，且此對應(yīng)于播放頭部跟蹤器零參考位置。左右和上下頭部移動的最大程度分別由214和215指示。在圖33b中，真實擴音器217的位置現(xiàn)并不對應(yīng)于用于進行個性化測量180的位置。這意味著虛擬器內(nèi)插器將偏移量引入其計算216中，以便迫使虛擬擴音器180與真實擴音器217重新對準——所述偏移與期望的虛擬擴音器位置移位218相反。還使用同一偏移量
來調(diào)節(jié)耳間路徑差。因此，可由內(nèi)插器針對此虛擬擴音器而適應(yīng)的頭部移動范圍顯著減 小了 214和215——在此特定說明中，中央左邊和中央下方的頭部移動將比在沒有偏移 量的情況下快得多地到達個性化測量邊界179。 測量在個性化測量期間占據(jù)的頭部定向為了使個性化房間脈沖響應(yīng)內(nèi)插促使虛擬擴音器位置與真實擴音器的位置重合，可 能必需針對所述個性化房間響應(yīng)測量中的每一者建立和記錄頭部定向，且可能必須參考 將在虛擬器播放中使用的頭部跟蹤坐標來表示這些定向。這些坐標通常將與PRIR數(shù)據(jù) 組一起永久地存儲，這是由于在沒有這些坐標的情況下，其表示的頭部角度和虛擬擴音 器可能難以與PRIR本身分開?？梢栽S多方式來實現(xiàn)頭部定向測量。最直接的方法涉及在個性化測量期間，除了安裝到耳朵的麥克風之外，人主體還佩 戴某種形式的頭部跟蹤器裝置。這種方法可通過三個自由度確定頭部定向，且因此適用 于所有等級的測量復(fù)雜性，包括考慮頭部傾側(cè)的那些測量。舉例來說，頭部跟蹤器可用 于圖29、 30和31中說明的測量。因此，可在開始每組擴音器測量之前記錄從頭部跟蹤 器輸出的頭部偏轉(zhuǎn)(或旋轉(zhuǎn))、俯仰(升高)和傾側(cè)讀取值，且保持此信息以供虛擬器 使用?；蛘撸绻^部跟蹤器不可用，那么可在測試之前設(shè)置固定物理觀看點，這些觀看 點的相關(guān)聯(lián)頭部定向是提前手動測量的。這通常將涉及在前方擴音器或電影屏幕周圍建 立許多觀看目標。人主體對于每個個性化測量簡單地面朝這些目標，且將相關(guān)聯(lián)的頭部 定向數(shù)據(jù)手動輸入虛擬器中。在測量頭部定向限于橫向平面的情況(例如圖29和30) 下，也可能使用圖30的前方擴音器本身180和183作為觀看目標，并將其位置輸入虛 擬器中。遺憾地，當人主體觀看目標或擴音器時，其頭部經(jīng)常不會完全對著其正觀看的物體， 且所導(dǎo)致的未對準可在虛擬器頭戴耳機播放期間導(dǎo)致微小的動態(tài)跟蹤誤差。對此問題的 一種解決方案是將測量點視為任意的頭部角度，如圖29，其中可通過分析測量得的個性 化房間脈沖響應(yīng)本身的耳間延遲來估計與位置176和178相關(guān)聯(lián)的頭部旋轉(zhuǎn)角度。舉例 來說，如果主體將其頭部定位成觀看左邊，且選擇前中央擴音器181作為激勵擴音器， 那么左耳與右耳脈沖響應(yīng)開始之間的延遲將提供相對于中央擴音器的頭部角度估計。假定已知最大延遲，即當激勵信號直接垂直于左耳或右耳且頭部角度在激勵擴音器的+/-90度內(nèi)時在左耳與右耳麥克風信號之間測量得的延遲，那么如下給出對所述擴音器參考的頭部角度頭部角度arcsine (-延遲/最大絕對延遲) (等式1)
其中當左耳麥克風的延遲超過右耳麥克風的延遲時發(fā)生正延遲。當激勵擴音器與主 體頭部之間所對的角度最低時，所述技術(shù)的準確性最高，即對于左邊的測量，可能最好 使用左前方擴音器而不是中前方擴音器作為激勵源。另外，所述方法尤其在頭部與擴音 器的角度較小時可使用最大絕對延遲的估計，或可測量安裝到用戶耳朵的麥克風之間的 最大絕對延遲作為個性化程序的一部分。另一個變化是使用某種類型的導(dǎo)頻音調(diào)而不是 脈沖測量激勵信號。在某些環(huán)境下，音調(diào)將使得能夠進行更準確的頭部角度測量。在此 情況下，所述音調(diào)可為連續(xù)的或突發(fā)的，且通過分析左耳與右耳麥克風信號之間的相位 差或開始時間來確定延遲。依據(jù)個性化期間所允許的自由度而定，通常相對于參考頭部定向(這里稱為eref、 co ref或v ref)來測量每次個性化獲取期間所采取的頭部定向角度。參考頭部定向界定 在觀看電影屏幕或聽音樂時將采取的聽者頭部定向。依據(jù)頭部跟蹤器的本性而定，跟蹤 坐標可具有固定的參考點(例如地球磁場或位于電視機上的光學(xué)發(fā)射器)，或者其參考 點可隨時間而變化。通過固定參考系統(tǒng)，將可能測量正常觀看定向，并接著將此測量值 永久地保持在虛擬器內(nèi)部以用作參考頭部定向。僅在聽者的家庭娛樂系統(tǒng)將以導(dǎo)致觀看 角度相對于此參考而變化的方式改變時，才會重復(fù)所述測量。通過浮動參考頭部跟蹤器 (例如基于陀螺儀的)，可能需要在每次接通虛擬器/頭部跟蹤器時建立參考頭部定向。全部這種情況的一種可能含義是，存在由隨時間的頭部參考值差異帶來的某種虛擬 -真實擴音器未對準可能并不是不尋常的。頭戴耳機虛擬系統(tǒng)因此可向用戶提供一種方便 的將頭部參考定向角度(eref、 co ref或v)/ ref)重設(shè)為正常收聽設(shè)置的一部分的方式。 這可以(例如)通過提供一種單觸發(fā)開關(guān)來實現(xiàn)，所述單觸發(fā)開關(guān)在被按下時會提示虛 擬器或頭部跟蹤器存儲聽者的當前頭部定向角度。聽者可通過簡單地通過頭戴耳機收聽 虛擬化擴音器來交互性地導(dǎo)向到正確的頭部對準，在與所感覺到的未對準相反的方向上 移動其頭部，同時通過使用所述開關(guān)重復(fù)采樣角度，直到虛擬擴音器和真實擴音器重合 為止?；蛘?，可使用某種形式的絕對參考方法，例如在存儲頭部角度之前，使用安裝到 頭部的激光器并將激光光束指向收聽房間中某個先前界定的參考點(例如電影屏幕的中 央)。基于頭部跟蹤器輸入的在PRIR數(shù)據(jù)之間的內(nèi)插這里揭示的是一種方法，其允許稀疏采樣的PRIR之間進行準確的內(nèi)插而沒有任何虛擬準確度損失，且可能對于本文揭示的個性化頭部跟蹤方法的成功來說是重要的。當與音頻信號巻積以使得通過一對頭戴耳機的左側(cè)播放左耳巻積信號且通過頭戴耳機的右側(cè)播放右耳巻積信號時，左耳和右耳個性化房間脈沖響應(yīng)(PRIR)導(dǎo)致聽者感覺到音
頻相對于其頭部定向是來自與用于在第一位置中獲取左耳和右耳PRIR的擴音器相同的 位置。如果聽者移動其頭部，那么虛擬擴音器聲音將與頭部保持相同的空間關(guān)系，且圖 像將可能被感覺成與頭部一致地移動。如果在頭部跟蹤器指示聽者頭部與原始測量位置 重合時通過使用一系列頭部定向來測量同一擴音器且由巻積器選擇替代的PRIR，那么 虛擬擴音器將正確地定位在這些相同的頭部位置處。對于未對應(yīng)于那些在測量期間使用的頭部位置的頭部位置，虛擬擴音器位置可能不 會與真實擴音器的位置對準。內(nèi)插方法背后的想法在于，擴音器與安裝到耳朵的麥克風 之間的脈沖響應(yīng)特性將可能在頭部轉(zhuǎn)動時相對緩慢地變化，且如果對較少數(shù)目的頭部位 置進行測量，那么可通過在存在脈沖數(shù)據(jù)的那些頭部位置之間進行內(nèi)插來計算那些未具體測量的頭部位置的脈沖特性。加載到巻積器的脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)因此將與原始PRIR中僅 用于對應(yīng)于測量頭部位置的頭部位置的那些PRIR完全匹配。理論上，頭部定向可覆蓋 整個聽覺范圍，且只要進行若干測量來覆蓋這個范圍的移動，那么PRIR之間的差可能 將較大，且因此不會較好適于內(nèi)插。本文揭示的是一種方法，借此識別典型的聽者頭部移動，且僅有足以覆蓋此較窄范 圍的頭部移動的測量被實施并應(yīng)用到內(nèi)插過程。如果相鄰PRIR之間的差較小，那么通 過基于測量得的PRIR來計算中間脈沖響應(yīng)，即使在頭部跟蹤器指示聽者頭部位置不再 與PRIR中的那些重合時，內(nèi)插過程也應(yīng)導(dǎo)致虛擬擴音器位置保持穩(wěn)定。為使內(nèi)插過程 準確地運作，將其劃分成若干步驟。1) 測量、記錄從個性化過程輸出的原始脈沖響應(yīng)中固有的耳間時間延遲且接著將其 從脈沖數(shù)據(jù)中去除，即所有脈沖響應(yīng)在時間上對準。這在個性化測量完成之后僅進行一 次。2) 基于由聽者頭部跟蹤器指示的頭部定向來直接內(nèi)插經(jīng)時間對準的脈沖，其中內(nèi)插 系數(shù)是實時計算的或從査找表中得到，且使用內(nèi)插的脈沖來巻積音頻信號。3) 左耳和右耳音頻信號在PRIR巻積過程之前或之后經(jīng)過單獨的可變延遲緩沖器， 所述緩沖器的延遲經(jīng)連續(xù)調(diào)適以與模擬通常將存在于聽者左耳和右耳與和虛擬擴音器 重合的真實擴音器之間的不同路徑長度的效應(yīng)的虛擬耳間延遲匹配?；谟陕犝哳^部跟 蹤器指示的頭部定向，可實時計算得到路徑長度，或可從查找表得到路徑長度。脈沖響應(yīng)的時間對準為了提供有效的脈沖內(nèi)插，需要將PRIR進行時間對準。然而，通過使用固定與經(jīng)頭部跟蹤器驅(qū)動的可變延遲緩沖器的組合而在PRIR巻積過程之前或之后將所有PRIR之間的差分時間延遲放回到音頻信號中，以便完全再造虛擬器幻覺。實現(xiàn)此情況的一種
方法是測量各種時間延遲，記錄這些時間延遲，并接著從每個PRIR中去除這些延遲樣 本，以使得其大致地被時間對準。另一方法是簡單地去除延遲并依賴用戶輸入充分的關(guān) 于PRIR頭部角度和擴音器位置的信息，以使得可獨立于PRIR數(shù)據(jù)來計算延遲。如果期望從PRIR數(shù)據(jù)估計延遲(而不是讓用戶輸入數(shù)據(jù))，那么第一步驟是通過搜 索原始PRIR數(shù)據(jù)文件并定位每個脈沖的開始來測量從擴音器到安裝到耳朵的麥克風的 絕對時間延遲。由于在一種實施方案中MLS的播放和記錄緊密受控且高度可再現(xiàn)，因 而每個脈沖開始的位置和所述擴音器與麥克風之間的路徑長度有關(guān)。由于模擬和數(shù)字電 路中的等待時間，即使擴音器-麥克風距離較小，某個固定的延遲偏移量將一直存在于 PRIR中，但其可在校準程序期間測量得到并從計算中去除。存在許多用于檢測波形峰值的方法，且所述方法在此項技術(shù)中是眾所周知的。 一貫 起作用的方法是測量整個脈沖響應(yīng)波形上的絕對峰值并接著使用這個值來計算峰值檢 測閾值的方法。接著從脈沖文件的開始處開始搜索，其按順序?qū)⒚總€樣本與所述閾值進 行比較。首先超過閾值的樣本界定脈沖開始。從文件開始處的樣本的位置(小于任何硬 件偏移量)是擴音器與麥克風之間在樣本中的總路徑長度的測量。一旦針對每個PRIR測量得到并記錄延遲，就從PRIR數(shù)據(jù)文件中去除直到脈沖開 始的所有數(shù)據(jù)樣本，從而留下與每個文件開始一致或極為接近的直接脈沖波形。第二步 驟涉及測量從每個真實擴音器到頭部中央的采樣延遲，并接著使用所述采樣延遲來為在 個性化測量期間采取的每個頭部位置計算存在于左耳與右耳麥克風之間的耳間延遲。通 過取左耳與右耳脈沖開始之間的平均值來計算擴音器-頭部采樣路徑長度。對于用于測量 同一擴音器的所有頭部位置應(yīng)找到同一個值，然而可能存在微小差異，且可能需要平均 的擴音器路徑。接著針對所有頭部位置和所有擴音器的所有脈沖響應(yīng)對，通過從左耳路 徑長度中減去右耳路徑長度來計算耳間路徑差。描述此情況的方法進一步對以與通過激勵擴音器進行MLS播放的速率相等的速率采樣的原始PRIR數(shù)據(jù)進行操作。通常，此采樣速率將為48kHz的區(qū)域。當希望以高采樣速率(例如96kHz)運行虛擬系統(tǒng)時，較高的MLS采樣速率是可能的，且的確經(jīng)常是優(yōu)選的。較高的采樣速率也允許PRIR文件的更準確時間對準，且由于可變緩沖器實施方案通常將提供小到采樣周期的較小片斷的延遲步長，因而可容易地開發(fā)額外準確度。代替升高MLS過程的基本采樣速率，還可能將PRIR數(shù)據(jù)樣本過采樣到任何期望的分辨率，并基于過采樣的數(shù)據(jù)來對脈沖進行時間對準。 一旦完成此情況，就接著向下采樣脈沖數(shù)據(jù)，使其返回到其原始采樣速率，并被存儲供內(nèi)插器使用。嚴格來說，僅必需過采樣每個脈沖對的左耳或右耳脈沖以便實現(xiàn)對準。
脈沖響應(yīng)內(nèi)插對經(jīng)時間對準的脈沖數(shù)據(jù)進行內(nèi)插是相對直接的，且基于由頭部跟蹤器實時發(fā)送的 聽者頭部定向角度來線性實施。最直接的實施方案在僅僅兩個脈沖響應(yīng)之間進行內(nèi)插， 所述兩個脈沖響應(yīng)對應(yīng)于期望的標稱觀看角度任一側(cè)的兩個測量角度。然而，借助于通 過采取接近標稱觀看頭部定向的頭部位置而在兩個外部測量之間的中途進行第三測量， 可實現(xiàn)顯著的性能改進。舉例來說，圖15中說明這種3點線性內(nèi)插的過程。經(jīng)時間對準的PRIR內(nèi)插過程 15輸入三個內(nèi)插系數(shù)6、 7和8，所述內(nèi)插系數(shù)從頭部跟蹤器頭部角度10、參考頭部角 度12和虛擬擴音器偏移角度11的分析中計算得到9。所述內(nèi)插系數(shù)用于通過使用乘法 器4來縮放分別從緩沖器1、 2和3輸出的脈沖響應(yīng)樣本的振幅。經(jīng)縮放的樣本經(jīng)求和5 并存儲13，且在要求時輸出14到巻積器。脈沖響應(yīng)緩沖器每一者通常保持成千上萬的 樣本，這表示個性化房間脈沖響應(yīng)具有數(shù)百毫秒的混響時間。內(nèi)插過程一般逐步通過緩 沖器1、 2和3中保持的所有樣本，盡管出于經(jīng)濟和速度的原因，可能對較少數(shù)目的樣 本進行內(nèi)插并使用來自脈沖響應(yīng)緩沖器之一的相應(yīng)樣本來填充13中未經(jīng)內(nèi)插的那些位 置。讀取頭部跟蹤器角度、計算內(nèi)插系數(shù)和更新經(jīng)內(nèi)插的PRIR數(shù)據(jù)文件13的過程一般 將以虛擬器輸入音頻幀速率或頭部跟蹤器更新速率來發(fā)生。針對此說明的基本內(nèi)插等式 由下式給定內(nèi)插IR(n) = a*IRl(n)+ b*IR2(n)+ c"R3(n);對于n=0，脈沖長度(等式2) 在此實例中，脈沖響應(yīng)緩沖器l、 2和3分別相對于-30度(或逆時針30度)、0度 和+30度的參考頭部角度9 refl2而含有對應(yīng)于聽者橫向頭部角度的PRIR。通常將響應(yīng) 于頭部跟蹤器角度e T如下計算此情況下的內(nèi)插系數(shù)。首先，標準化頭部跟蹤角度6 n 由下式給定en = (eT-eref)且限于-30<011<30 (等式3)其中參考頭部角度6 ref是對應(yīng)于期望的觀看或收聽頭部角度的固定頭部跟蹤器角度。如果虛擬擴音器偏移角度為零，那么所述系數(shù)由下式給定a = (en)/-30 對于隱30<011<=0 (等式4L)b=1.0-a 對于-30<911<=0 (等式5L)c = 0.0 對于-30<011<=0 (等式6L)a = 0.0 對于30〉6n〉0 (等式4R)c = (9n)/30 對于30〉en〉0(等式5R)b = l.O-c 對于30>en>0 (等式6R)
且因此全部由i和o限制。虛擬擴音器偏移角度eV是角偏移，在可能(例如)需要使虛擬擴音器與位置并不與所測量的擴音器匹配的真實擴音器對準時，將所述角偏移 添加到標準化頭部跟蹤角度以導(dǎo)致虛擬擴音器位置相對于eref略微移位。對于每個虛擬 擴音器來說存在單獨的ev。由于保持在三個緩沖器中的PRIR文件僅代表固定的頭部角 度范圍——在此實例中為+/-30度，因而使用偏移量導(dǎo)致相對于eref減小頭部跟蹤范圍。舉例來說，在evL表示將應(yīng)用于左前方虛擬擴音器的偏移量時，用于此擴音器的標準化 頭部跟蹤角度eiu為eiU = (0T-eref+evO 同樣限于-30〈enL〈30 (等式7)到目前為止，所述論述已在對應(yīng)于在三個頭部角度-30、 0和+30度處測量的擴音器 的單組PRIR文件之間進行了內(nèi)插。在正常操作下，個性化測量角度將是任意的，且在 參考e ref周圍幾乎肯定是不對稱的。在這些環(huán)境下的內(nèi)插等式的更一般形式由下式給定限于9L<enx<eR (等式8)對于eL<enx<=ec (等式9)對于eL<enx<=ec (等式10)對于eL<enx<=ec (等式ii)對于eR>enx〉e C (等式12)對于9R>enx>eC (等式13)對于eR>enx>ec (等式14)其中6vx是擴音器x的虛擬偏移量，enx是虛擬擴音器x的標準化頭部跟蹤角度，eL、 ec和eR是分別參考eref的看向左邊、看向中央和看向右邊的三個測量角度?？?慮到虛擬偏移量e v x對于每個擴音器來說可能不同，針對所有虛擬擴音器的每個左耳和右耳PRIR重復(fù)所述內(nèi)插過程。當對于包括升高(俯仰)的頭部位置存在PRIR時，也可實現(xiàn)內(nèi)插。圖32a說明其 中對于頭部定向A185、 B 184、 C 177、 D 186和E 187存在五個PRIR測量組的實例。 內(nèi)插通常通過以下方式來實現(xiàn)將區(qū)域劃分成三角形188、 189、 190和191，確定聽者 頭部角度落在哪個三角形中，且接著基于所述頭部角度落在何處相對于形成所述三角形 的三個頂點測量點來計算所述三個內(nèi)插系數(shù)。圖32b以實例方式說明位于頂點A、 B和 C分別對應(yīng)于原始測量點中的三者185、184和177的三角形內(nèi)的當前聽者頭部定向194。 如圖所示再次細分此三角形，其中頭部角度點194形成每個子三角形的新頂點。子區(qū)域 A' 192由頭部角度點177以及頂點B和C界定。同樣，子區(qū)域B' 193由194、 A和C界e n x = (e丁陽e ref+e v x) a = (e n x-e c)/(e L-e c)b = l.O-a c = 0.0 a = 0.0c = (e n x-e c)/(e R-e c)b = l.O-c
定，且子區(qū)域C'195由194、 A和B界定。內(nèi)插等式由下式給定內(nèi)插IR(n) = a*IRA(n)+ b*IRB(n)+ c*IRC(n);對于n=0，脈沖長度 (等式15) 其中IRA(n)、 IRB(n)和IRC(n)為分別對應(yīng)于測量點A、 B禾tl C的脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)緩沖。內(nèi)插系數(shù)a、 b和c由下式給定a = A'/(A'+B'+C') (等式16) b = B'/(A'+B'+C') (等式17) c = C'/(A'+B'+C') (等式18)此方法可用于構(gòu)成頭部跟蹤器指示聽者頭部正指向的原始測量邊界的三角形中的 任一者。此項技術(shù)中存在許多方法用于計算子區(qū)域A'、 B'和C'。最準確的方法假定測量 點A、 B、 C、 D、 E和頭部位置點194全部位于球體表面上，所述球體的中心與聽者頭 部重合。如果聽者頭部偏轉(zhuǎn)和俯仰坐標由①T給出，那么如同橫向內(nèi)插的情況，其參考期 望的觀看偏轉(zhuǎn)和俯仰定向CD ref并限于位于測量2維邊界內(nèi)。在圖32a的情況下，標準 化跟蹤器坐標con界定為如下co n =(roT - co ref) 限于AB < con(偏轉(zhuǎn))< DE (等式19)BE < on(俯仰)<AD (等式20)其中AB、 DE、 AD和BE表示測量區(qū)域的左、右、上和下邊界。同樣，可將用于虛 .卞以擴音器x的2維偏移量cov x添加到標準化坐標co n，以導(dǎo)致感覺到的虛擬擴音器的位 置相對于參考觀看定向coref移位，以給出conx=(roT -coref+(Dvx)限于AB <①n x(偏轉(zhuǎn))< DE (等式21)BE<conx (俯仰)〈AD (等式22)上述討論已假定相對于參考頭部定向來測量PRIR測量頭部定向。如果PRIR定向 僅相對于彼此而已知，那么其與參考頭部定向的確切關(guān)系可能是不確定的。在此情況下， 將必需通過計算PRIR測量范圍的中值點并參考測量坐標表示此點來建立近似的中心參 考。這并不保證在虛擬播放期間具有完全的虛擬一真實擴音器對準，這是由于此中值點 可能不與在其獲取期間使用的參考頭部定向重合。此情況下的對準可僅為在通過如本文 聽述的頭戴耳機收聽虛擬化擴音器時以交互方式實現(xiàn)的可靠性。為減少內(nèi)插系數(shù)計算的計算負荷，可能在虛擬器初始化階段期間建立離散值的查找表。接著將基于頭部跟蹤器角度而從表中讀出這些值。此類查找表可與PRIR數(shù)據(jù)一起存儲，從而避免在每次由虛擬器初始化例行程序加載PRIR時需要重新產(chǎn)生所述表。所述論述還以實例方式提到了 2位置、3位置和5位置PRIR內(nèi)插方法。將了解，PRIR內(nèi)插技術(shù)并不限于這些具體實例，且可在不脫離本發(fā)明范圍的情況下應(yīng)用于頭部定向的許 多組合。預(yù)先內(nèi)插的脈沖響應(yīng)存儲響應(yīng)于聽者頭部角度變化而改變PRIR的一種方法是在運行中從某組稀疏測得的PRIR中計算內(nèi)插脈沖響應(yīng)。替代方法是提前預(yù)先計算中間響應(yīng)的范圍并將其存儲在存 儲器中。接著使用包括任何偏移量的頭部跟蹤器角度來直接訪問這些文件，從而避免在 實時虛擬期間需要產(chǎn)生內(nèi)插系數(shù)或運行PRIR內(nèi)插過程。此方法具有的優(yōu)點在于實時存 儲器讀取和計算的數(shù)目低于內(nèi)插的情況。較大的缺點在于，為了在動態(tài)頭部跟蹤期間充 分實現(xiàn)中間響應(yīng)之間的平滑過渡，需要許多脈沖響應(yīng)文件，從而對系統(tǒng)存儲器造成過多 要求。路徑長度計算由于針對每個擴音器和每個頭部位置測得的原始左耳和右耳PRIR未必是時間對準 的，即其可能展現(xiàn)出耳間時間差(或延遲)，那么在將左耳和右耳音頻信號與時間對準 的脈沖響應(yīng)巻積之后，可能必需通過使巻積的音頻經(jīng)過可變延遲緩沖器來重新引入此 差。耳間延遲將僅對于橫向平面(偏轉(zhuǎn))中的頭部移動和對于頭部傾側(cè)而以正弦曲線方 式變化。升高(俯仰)頭部不影響到達時間，因為俯仰軸本質(zhì)上與耳朵本身對準。因此， 對于頭部位置包括旋轉(zhuǎn)與升高兩者的個性化測量，僅有頭部跟蹤器的偏轉(zhuǎn)角度用于驅(qū)動 可變延遲緩沖器。在對于不同于水平的頭部傾側(cè)角度存在PRIR數(shù)據(jù)時，耳間時間延遲 計算考慮到頭部跟蹤器傾側(cè)角度的變化。關(guān)于耳間時間延遲的偏轉(zhuǎn)或傾側(cè)移動的最大程 度最終將取決于擴音器相對于聽者頭部的位置。舉例來說，圖13中說明針對圖9、 10和11的橫向平面測量的安裝到左耳與右耳的麥克風之間的典型耳間路徑差A(yù) 。在A149在y軸147上繪制為正的情況下，路徑長度對于左耳麥克風最大。A相對于頭部旋轉(zhuǎn)的變化繪制在x軸150上，且用正弦曲線149來近似，在穿過耳朵的軸線與聲音源對準時達到峰值148和155。正弦曲線的實線部分指示所述曲線的分別界定圖10、 9和11中所說明的三個頭部觀看位置154、 153和151的區(qū)域。正弦曲線在這三個點處的振幅表示針對每個頭部位置從PRIR數(shù)據(jù)測得的路徑長度差，且其相對的頭部角度在x軸上分開。路徑長度內(nèi)插方法涉及針對由頭部跟蹤器指示的頭部角度150計算正弦曲線的振幅，使得可在頭部角度A、 B和C之間建立任何中間路徑延遲。即使當頭部跟蹤器指示頭部已移動到由圖13中虛線149說明的測量邊界外部時，路徑長度計算也可繼續(xù)，這是由于所述正弦曲線是針對整個0-360度頭部轉(zhuǎn)動范圍而自動界定的。對于任何特定擴音器來說，通過使用PRIR測量點中的至少兩者的路徑差和頭部角
度值來求解正弦曲線等式。用于點AB和C的基本等式為:1 ) PEAK*sin(0) = AA 2) PEAK*sin(e+co) = AB(等式23)(等式24)3) PEAK* sin(e+ff)+s) = Ac(等式25)其中PEAK是當聲音源垂直于耳朵時的最大耳間延遲，9是正弦曲線上對應(yīng)于測量 點A的角度，AA、 AB、 Ac分別是點A、 B和C的差分延遲，co是點A與B之間所對的 角度，且s是點B與C之間所對的角度。求解e，且使用前兩個等式給出由于至少兩個頭部角度界定聽者范圍，且與這些角度相關(guān)聯(lián)的是展現(xiàn)已知路徑差A(yù) (例如A,和AB)的左耳和右耳PRIR數(shù)據(jù)組，且頭部角度之間的角位移co也是已知的， 因而可容易通過迭代來確定e。由于測量不準確性，可能需要產(chǎn)生存在額外測量的第二 比率，例如在此實例中為Ac/ AA，以便確認第一比率的結(jié)果或產(chǎn)生平均值。接著可通 過代入找到正弦曲線的振幅PEAK。針對所有擴音器PRIR數(shù)據(jù)的左耳和右耳組而重復(fù) 上述方法。用于虛擬擴音器x的一般路徑差等式如下給出AX = PEAKX* sin(ex + p) (等式27)其中p是與聽者頭部旋轉(zhuǎn)有關(guān)的角度。更具體地說，由于原始測量點是參考9 ref的，因此由跟蹤器指示的聽者頭部角度et被適當偏移以給出標準化聽者頭部角度en:en=(et-0ref) (等式28)此角度通常將限于在測量點的角度限制內(nèi)，但這不是嚴格必要的，因為可針對所有頭部角度正確計算路徑差。當應(yīng)用虛擬擴音器偏移量evx時情況也是這樣。 e nx= (e t陽e ref+e vx) (等式29)標準化頭部角度現(xiàn)參考圖13的正弦曲線函數(shù)。通過從標準化頭部角度中減去最左邊的測量角度ea來計算每個虛擬擴音器的路徑長度角度e AX。e "=(9 nx-e A) (等式30)因此，當標準化角度等于左邊測量點時，路徑長度角度e u為零。現(xiàn)使用下式來計算擴音器x的路徑長度差A(yù)nx = PEAKx*sin(ex + eaX) (等式31)通常，將使用子例行程序來計算正弦函數(shù)，或?qū)⑹褂媚撤N形式的離散查找表來估計 所述正弦函數(shù)。上述解釋集中在橫向頭部旋轉(zhuǎn)(偏轉(zhuǎn))的實例。頭部升高(俯仰)的變化不影響耳 間延遲。這意味著當從其PRIR數(shù)據(jù)組構(gòu)造正弦曲線函數(shù)時，俯仰角度的選擇不是重要 的。在使用頭部傾側(cè)來調(diào)節(jié)虛擬耳間延遲的情況下，那么可通過使用從針對不同傾側(cè)角度獲取的PRIR數(shù)據(jù)測得的耳間時間延遲來進行相同的一般方法。在此情況下，基于傾 側(cè)角度的程度來修改從偏轉(zhuǎn)頭部移動計算出的耳間延遲。各種程序可用于實施此類2維內(nèi)插過程，且在此項技術(shù)中是熟知的。此外，用于解釋偏轉(zhuǎn)路徑長度計算的說明已集中在3點PRIR配置上。將了解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可使用較廣范圍的PRIR 頭部定向組合來構(gòu)造路徑長度公式。除了針對任何一個擴音器而存在于耳朵之間的耳間(差分)延遲之外，路徑長度差 也潛在地存在于各個擴音器之間。也就是說，擴音器可能不會與聽者頭部等距離。通過 首先識別最短路徑長度(即，最靠近聽者頭部的擴音器)并從將此值從其本身和所有其 它擴音器路徑長度值中減去來計算擴音器間的差分延遲。這些差分值可成為經(jīng)產(chǎn)生以實 施耳間延遲處理的適應(yīng)性延遲緩沖器的固定要素。或者，可能更需要在這些延遲被分裂 而饋入可變耳間延遲緩沖器或PRIR巻積器(無論哪個在前)之前，在音頻信號路徑中 實施這些延遲?？赏ㄟ^使用固定延遲緩沖器而在所述過程的任一階段實施共同擴音器延遲(即，到 頭部的最小路徑長度)。同樣，可能需要延遲對虛擬器的輸入，或者如果延遲足夠小而 使其不會引入明顯的頭部跟蹤等待時間，那么可將其引入到在虛擬器輸出端處饋入的頭戴耳機信號中。然而通常，虛擬器硬件實施方案本身將展現(xiàn)明顯的信號處理延遲或等待 時間，且因此通常會將最小擴音器路徑延遲減少硬件等待時間的量，且可能根本不需要 最小擴音器路徑延遲。手動公式化路徑長度計算器目前為止所述論述已描述了通過分析PRIR數(shù)據(jù)來確定路徑長度等式和/或相關(guān)聯(lián)查 找表的方法。如果已經(jīng)知道PRIR頭部定向角度與PRIR擴音器之間的關(guān)系，那么可能 能夠通過使用此數(shù)據(jù)來直接建立路徑長度公式。距離來說，如果用戶準備在進行PRIR 測量時佩戴頭部跟蹤器，那么會已經(jīng)知道PRIR角度。另外，如果相對于參考定向也已 知擴音器的位置，那么可能直接公式化路徑長度等式而不需要任何進一步分析。為支持 此類方法，用戶將必須將其擴音器的位置手動輸入到虛擬器中以允許進行計算。這些位 置將參考用于測量PRIR頭部角度的相同坐標來表示。也可以相同方式來輸入PRIR頭 部角度，或者可在PRIR程序期間從頭部跟蹤器處采樣所述PRIR頭部角度。一旦PRIR頭部角度和擴音器位置安裝在虛擬器中，那么此數(shù)據(jù)就可與PRIR數(shù)據(jù) 一起存儲，從而允許在每次由虛擬器初始化例行程序加載PRIR時重新產(chǎn)生路徑長度公 式?？勺冄舆t緩沖器的實施方案數(shù)字可變延遲緩沖器是眾所周知的，且此項技術(shù)中存在許多有效的實施方案。圖17 說明典型的實施方案?？勺冄舆t緩沖器17通過在樣本之間插入若干個零來過采樣18輸 入流，且接著進行低通濾波器19以抵制圖像偽信號。樣本進入固定長度緩沖器25的頂 部，且此緩沖器的內(nèi)容在每個過采樣周期中系統(tǒng)地向下逐漸移動到底部。從緩沖器位置 讀出樣本，所述緩沖器位置的地址20通過由聽者頭部定向10、參考角度ll和任意虛擬 擴音器偏移量12驅(qū)動的耳間時間延遲計算器24來確定。舉例來說，在缺少頭部傾側(cè)角 度時，此計算器將采用等式31的形式。從緩沖器中讀出的樣本被向下采樣22，且輸出 剩余樣本。通過改變從中讀取樣本的位置的地址20來影響緩沖器的延遲，且這可在虛 擬器運行同時動態(tài)地發(fā)生。延遲的范圍可從零(從緩沖器頂部拾取輸出樣本)到緩沖器 本身的樣本大小(從最底部位置拾取輸出樣本)。通常，過采樣速率18大約為100s，以 確保改變輸出地址的動作不會導(dǎo)致可聞假象。預(yù)先計算的路徑長度響應(yīng)于聽者頭部角度變化而改變耳間路徑長度的一種方法是經(jīng)由運行中的計算基 于正弦曲線函數(shù)或通過某種類型的正弦査找表來計算可變延遲路徑長度。替代方法是提 前針對每個擴音器預(yù)先計算覆蓋預(yù)期頭部移動范圍的一系列路徑長度，并將這些路徑長 度存儲在查找表中。接著將響應(yīng)于變化的頭部跟蹤器角度來存取離散的路徑長度值。匹配虛擬-真實擴音器的感知距離盡管人們對于聲音源的感知距離差相對較不敏感，但聽者與用于進行個性化測量的 擴音器之間和聽者與用于在視覺上增強虛擬圖像的實際擴音器之間的較大距離差將難 以在心理聲學(xué)角度上變得和諧。當觀看屏幕相對較靠近聽者頭部(例如飛機和車內(nèi)娛樂 系統(tǒng))時，所述問題尤其明顯。此外，在這些環(huán)境中，對此類播放系統(tǒng)進行個性化通常 是不可行的。出于此原因，本發(fā)明的實施例包括一種修改個性化房間脈沖響應(yīng)本身以便 改變感知的虛擬擴音器距離的方法。所述修改涉及識別所討論的擴音器專有的個性化房 間脈沖響應(yīng)的直接部分以及相對于后面的混響部分改變其振幅和位置。如果現(xiàn)在虛擬器 中使用此經(jīng)修改的房間脈沖響應(yīng)，那么虛擬擴音器的表觀距離將在某種程度上受到改 變。圖12中展示此類修改的說明。在此實例中，原始脈沖響應(yīng)(上部跡線)描述被感知為與實體擴音器相距太遠的虛擬擴音器，且所述修改試圖縮短此距離(底部跡線)。通常，個性化房間響應(yīng)161的直接部分將包含波形中從脈沖開始162開始的前5到10 ms，
且由響應(yīng)中表示在任何房間反射164到達之前直接從擴音器到達麥克風的脈沖波的那個 部分界定。將脈沖161在開始162與第一反射164之間的直接部分復(fù)制到經(jīng)修改的脈沖響應(yīng)163 而不進行迭代。脈沖響應(yīng)的直接和混響部分的相對振幅在很大程度上影響擴音器的感知 距離，擴音器越近，直接信號相對于反射信號的能量越大。由于聲音級降低了與源相距 距離的負二次方，因而如果試圖使虛擬與真實擴音器之間的感知距離減半，那么混響部 分將衰減到1/4。因此，從第一房間反射的開始164起始到房間脈沖響應(yīng)的結(jié)束165的 脈沖響應(yīng)的振幅經(jīng)適當調(diào)節(jié)并被復(fù)制到經(jīng)修改的脈沖響應(yīng)163。在此實例中，通過用零 拉長脈沖樣本來假象地增加直接部分的結(jié)束166與第一反射的開始167之間的時間。這 模擬了直接和混響部分的相對到達時間將隨著物體逐漸靠近擴音器聲音源而增加的事 實。為使擴音器聽上去更遠，以相反的方式來進行對脈沖的修改——相對于混響部分衰 減脈沖的直接部分，且可通過恰好在第一反射之前去除脈沖樣本來縮短到達時間。調(diào)節(jié)偏離中央的收聽位置即使當針對個性化和收聽活動兩者維持同一擴音器配置時，如果收聽位置與用于進 行個性化測量的位置不相同，那么可能不會實現(xiàn)虛擬-真實擴音器對準。當(例如) 一個 以上的人同時聽音樂或看電影時——在此情況下一個或一個以上個人可能位于與期望 的有效點相距較短距離處，此問題通常將會出現(xiàn)?？赏ㄟ^使用本文描述的技術(shù)來容易地 補償例如這些的較小位置誤差。首先，收聽位置相對于測量位置的偏移量可改變真實擴 音器相對于中心觀看定向的橫向和高度坐標——改變程度對于每個擴音器而不同，且依 據(jù)收聽位置偏移量誤差的量值而定。如果已知真實擴音器的位置，那么為使真實擴音器 與虛擬擴音器重新對準，通過使用本文描述的方法針對每個擴音器單獨釆用內(nèi)插器偏移 量CDv(或ev)。其次，聽者頭部與真實擴音器之間的距離可能不再與感知的虛擬距離匹 配。由于已知原始距離，因而作為個性化測量的副產(chǎn)物，可計算出每個虛擬擴音器的距 離誤差，且通過使用本文描述的技術(shù)修改個別房間脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)以去除偏差。落在測得范圍以外的頭部移動這里揭示的是可用來處理以下情形的若干方法聽者頭部移動超出個性化測量邊界 的限制，即落在頭部跟蹤退旋過程的范圍以外，所述范圍例如圖31中所說明的虛線179。 最基本的方法簡單地針對任一軸線(其中頭部跟蹤器指示已發(fā)生了邊界突破)凍結(jié)所述 內(nèi)插過程，并保持所述值，直到頭部移動回到范圍中為止。此方法的效果在于，虛擬擴 音器圖像可能跟隨所述范圍以外的各種定向的頭部運動，但一旦在范圍內(nèi)便將保持穩(wěn) 定。
另一方法允許差分路徑長度計算過程繼續(xù)適用于所述范圍以外(等式31)，從而使 脈沖響應(yīng)內(nèi)插固定于在突破范圍邊界之前所使用的最后一個值。此方法的效果在于，只 有從虛擬擴音器發(fā)出的高頻率才可能在范圍以外隨頭部而移動。再一方法通過使用某種類型的頭部位置衰減曲線來迫使虛擬器輸出的振幅在范圍 以外得到衰減。此方法可與先前方法中的任一者組合使用。衰減的效果是產(chǎn)生聲窗，借 此僅當用戶觀看個性化區(qū)域(范圍)的附近時，聲音才來自虛擬擴音器。此方法不需要 在頭部越過范圍邊界以外之后立即開始衰減音頻，例如，在僅進行了橫向測量(如圖29 和30中說明)的情況下，需要在觸發(fā)衰減過程之前允許升高(俯仰)的顯著偏差，即 在測量中心線179上方和下方。所述衰減方法的一個心理聲學(xué)益處在于，其顯著增強了 虛擬聲音級，因為其使聽者經(jīng)受聲像旋轉(zhuǎn)的幻覺減少效應(yīng)的可能性減到最小。所述衰減 方法的另一益處在于，其允許用戶容易地控制施加于頭戴耳機的音量，例如，通過將頭 部轉(zhuǎn)動遠離電影屏幕，聽者可有效地減弱頭戴耳機的聲音。最后的方法涉及通過使用同一個性化數(shù)據(jù)組中與其它虛擬擴音器相關(guān)聯(lián)的房間脈 沖響應(yīng)數(shù)據(jù)來人為地擴展個性化范圍。所述方法尤其可用于多通道環(huán)繞聲型擴音器系統(tǒng) (圖34a)，其中存在足夠的擴音器以在整個+/-180度頭部轉(zhuǎn)動范圍中允許相當準確的虛 擬化經(jīng)歷。然而，所述方法不保證虛擬擴音器將在聲音上與真實擴音器的聲音匹配，因 為通過擴展內(nèi)插區(qū)域，可能必須使用通過使用定位在多個位置中的擴音器而不是虛擬化 的擴音器而測量得的房間脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)。除了聲音不匹配之外，所述方法還存在其它問題，即配置在環(huán)繞聲系統(tǒng)中的擴音器 可能不會定位成等距離或處于相同的高度，且因此在單個橫向平面上進行個性化的情況 下，可能難以在聽者頭部移動通過擴展的范圍時在虛擬與真實擴音器之間保持準確對 準。在個性化測量包括升高要素的情況下，那么可通過使用如先前論述的內(nèi)插器偏移量 而在頭部轉(zhuǎn)動時動態(tài)地補償這些高度不匹配。也可通過使用已論述的技術(shù)而在頭部旋轉(zhuǎn) 時動態(tài)地校正擴音器距離差。所述方法在圖34b中通過使用常見的5通道環(huán)繞聲擴音器格式來說明，且描繪用于在聽者轉(zhuǎn)動通過360度時虛擬左前方擴音器200 (圖34a)的各種內(nèi)插組合。圖34a的說明是平面圖，且展示位于假想圓201中心的聽者79與定位在假想圓201上的中央196、右前方197、右環(huán)繞198、左環(huán)繞199和左前方200五個擴音器之間的角關(guān)系。前中央擴音器196表示0度方向，且是聽者在觀看中央屏幕時將采取的方向。左前方擴音器200定位成與中央屏幕偏離-30度，右前方擴音器197與屏幕中央偏離+30度，左環(huán)繞擴音器199與屏幕中央偏離-120度，且右環(huán)繞擴音器198與屏幕中央偏離+120。圖34b假定已在單個橫向平面上進行了個性化測量，且針對分別由左前方200、屏 幕中央196和右前方197擴音器組成且在橫向平面上提供+/-30度的范圍的三個觀看點 (先前在圖30中說明)測量了所有五個擴音器。圖34b描繪由內(nèi)插器在聽者頭部移動 通過整個360度時虛擬左前方擴音器200所使用的個性化數(shù)據(jù)組202、 203、 204、 205、 206、 207和208的組合。由于所有擴音器的個性化測量是在觀看所述三個前方擴音器位 置的情況下進行的，因而對于停留在此范圍(偏離中央屏幕+/-30度)202內(nèi)的頭部角度， 內(nèi)插器使用所述通過使用真實的左前方擴音器而測得的三組房間脈沖響應(yīng)。這是正常的 操作模式。當頭部移動越過左前方擴音器而進入-30到-90度區(qū)域208中時，內(nèi)插器可不再使用 左前方擴音器數(shù)據(jù)，且內(nèi)插器被迫采用針對右前方擴音器測得的三組房間響應(yīng)脈沖數(shù) 據(jù)。在此情況下，輸入到內(nèi)插器的頭部旋轉(zhuǎn)角度被順時針偏移60度，以迫使右前方擴 音器脈沖數(shù)據(jù)在頭部轉(zhuǎn)動通過此區(qū)域時被正確存取。如果左前方和右前方擴音器的聲音 特性類似且其定位在相同高度，那么調(diào)換將是無縫的，且用戶一般應(yīng)當不會察覺到擴音 器數(shù)據(jù)不匹配。對于在-90與-120度之間207的頭部角度，虛擬器在用戶觀看左前方擴音器時針對 右方擴音器測得的房間脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)與在用戶觀看右前方擴音器時針對右環(huán)繞擴音器 測得的房間脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)之間進行內(nèi)插。對于在-120與-180度之間206的頭部角度，內(nèi)插器使用針對右環(huán)繞擴音器測得的三 組房間脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)，其中向內(nèi)插器施加適當?shù)慕瞧屏?。對于?80與120度之間205的頭部角度，虛擬器在觀看左前方擴音器時針對右環(huán) 繞擴音器測得的房間脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)與在觀看右前方擴音器時針對左環(huán)繞擴音器測得的 房間脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)之間進行內(nèi)插。對于在120與60度之間204的頭部角度，內(nèi)插器使用針對左環(huán)繞擴音器測得的三 組房間脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)，其中再次向內(nèi)插器施加適當?shù)慕瞧屏俊τ谠?0與30度之間203的頭部角度，虛擬器在觀看左前方擴音器時針對左環(huán)繞 擴音器測得的房間脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)與在觀看右前方擴音器時針對左前方擴音器測得的房 間脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)之間進行內(nèi)插。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了，剛在圖F中描述和說明的 技術(shù)可容易應(yīng)用于具有更多或更少擴音器的娛樂系統(tǒng)，且其可應(yīng)用于通過使用橫向(偏 轉(zhuǎn))和升高(俯仰)頭部定向獲得的個性化數(shù)據(jù)組?；旌蟼€性化與非個性化房間脈沖響應(yīng)發(fā)明者所進行的實驗有力地表明虛擬準確性高度取決于聽者本身個性化房間脈沖
響應(yīng)(PRIR)數(shù)據(jù)的采用。然而，還發(fā)現(xiàn)， 一般看不見的擴音器對個性化數(shù)據(jù)的準確性 較不關(guān)鍵，且確實經(jīng)?？赡苁褂梅莻€人房間脈沖或使用虛構(gòu)頭部獲取的那些房間脈沖而 不嚴重損失后面的虛擬幻覺。因此，可采用用以虛擬多通道擴音器配置的個性化與非個 性化(或普通)房間響應(yīng)的組合。在用戶沒有時間進行必要的測量的情況下或在難以在 期望位置中配置擴音器以進行測量的情況下，此操作模式是可能的。普通房間脈沖響應(yīng) (GRIR)具有與PRIR相同的形式，即其表示在典型的聽者頭部移動范圍或范疇中對擴 音器的稀疏采樣。GRIR的處理也將為類似的，即將記錄耳間延遲、時間對準脈沖波形 并接著通過使用可變延遲緩沖器來恢復(fù)耳間延遲，且內(nèi)插器在聽者頭部位置動態(tài)驅(qū)動下 產(chǎn)生中間脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)。用于個性化測量程序的自動電平調(diào)節(jié)在反饋回到循環(huán)交叉相關(guān)處理器的記錄信號中存在非線性時，通過使用MLS技術(shù) 而進行的脈沖響應(yīng)測量變得不準確。非線性通常由于在麥克風放大器之后的模擬到數(shù)字 轉(zhuǎn)換級處的限幅而出現(xiàn)，或者擴音器變換器或擴音器放大器中的失真由于過驅(qū)動而出 現(xiàn)。這意味著對于穩(wěn)健的MLS個性化房間脈沖響應(yīng)測量方法來說，可能必須在測量期 間控制測量鏈的每一級處的信號電平。在一個實施例中，揭示了在每個個性化測量時期之前使用的MLS電平縮放方法。 一旦確定了適當?shù)腗LS電平，那么就在針對特定房間揚聲器設(shè)置和人主體進行的所有 后續(xù)個性化測量期間使用所得的縮放因數(shù)來設(shè)定MLS音量電平。通過在個性化房間脈 沖響應(yīng)獲取期間使用單個縮放因數(shù)，額外的縮放或耳間電平調(diào)節(jié)在其用于虛擬器引擎之 前是不必要的。圖23說明典型的5通道擴音器MLS個性化設(shè)定。人主體(平面圖)79由五個擴音 器(也是平面圖)圍繞，且位于期望的測量點并面朝前中央擴音器，且在每個耳朵中安 裝有麥克風，所述麥克風的輸出連接到麥克風放大器96。從98輸出的MLS通過與縮放 因數(shù)101相乘而得到縮放4。經(jīng)調(diào)節(jié)的MLS信號103輸入到1對5反向多路復(fù)用器104， 所述反向多路復(fù)用器104的輸出105各自經(jīng)由數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器72和可變增益功率放 大器106而驅(qū)動五個擴音器中的一者。圖23具體說明MLS信號98被路由到前左方擴 音器88。安裝到耳朵的麥克風拾取由擴音器88發(fā)射的MLS聲波，且這些信號被放大 96和數(shù)字化99，且將其峰值振幅進行分析97并與期望的閾值電平100比較。測試以擴音器放大器音量106設(shè)定得足夠高開始，其中所述擴音器放大器音量106高得足以允許由擴音器表示的全標度MLS信號在安裝到耳朵的麥克風處產(chǎn)生一個聲壓電平，所述聲壓電平將導(dǎo)致將達到或超過期望閾值電平IOO的麥克風信號電平。如果有
任何疑問，那么將音量保留在其最大設(shè)定且不被再次調(diào)節(jié)，直到已獲取所有的個性化房 間脈沖響應(yīng)為止。電平測量例行程序以MLS縮放到相對較低的電平(例如，-50dB)開 始。由于從98輸出的MLS在數(shù)字峰值電平(即，OdB)處在內(nèi)部產(chǎn)生，因而這導(dǎo)致MLS 以低于其數(shù)字限幅電平50dB而到達DAC。經(jīng)衰減的MLS被放出到由104選擇的僅一 個擴音器持續(xù)一段時期，所述時期足夠長以允許97處的實時測量可靠地確定峰值電平。 在一個實施例中，使用0.25秒的周期。將97處的此峰值與期望電平IOO比較，且如果 發(fā)現(xiàn)記錄的MLS麥克風信號中的任一者都沒有超過此閾值，那么就略微減小縮放因數(shù) 衰減并重復(fù)測量。
在一個實施例中，以3 dB的步長來減小縮放因數(shù)衰減。以遞增方式升高對擴音器 的MLS驅(qū)動的振幅和測試所得的麥克風拾取電平的這個過程持續(xù)到麥克風信號中的任 一者都超過期望電平為止。 一旦達到了期望的電平，那么就保持縮放因數(shù)IOI以用于實 際個性化測量?？赏ㄟ^選擇替代擴音器來使用104測試而針對所有將經(jīng)受個性化測量的 擴音器重復(fù)所述MLS電平測試。在此情況下，保持每個擴音器的縮放因數(shù)，直到測試 了所有擴音器為止，且保持具有最高衰減的縮放因數(shù)以用于所有后續(xù)個性化測量。
為使得MLS導(dǎo)出的個性化房間脈沖響應(yīng)的信噪比最大化，應(yīng)將期望的電平閾值100 設(shè)定為接近數(shù)字限幅電平。然而通常，將其設(shè)定為略低于限幅以提供誤差容限。而且， 如果MLS聲壓電平令人主體不舒服，或測量鏈具有不充足的增益，而使得存在過驅(qū)動 擴音器或放大器的風險，那么可進一步減小此電平。如果縮放因數(shù)101達到值1.0 (OdB)且測得的MLS電平保持在期望電平100以下， 那么就放棄MLS電平測試。如果測得的麥克風電平不與縮放因數(shù)迭代步驟的電平成比 例地增加，那么也放棄測試。也就是說，如果在每一步驟縮放因數(shù)衰減減小3dB，那么 麥克風信號電平應(yīng)增加3dB。任一麥克風上的固定信號電平通常指示麥克風、擴音器、 放大器和/或其互連所存在的問題。
以上論述己參考特定的步長大小和閾值。將了解，在不脫離本發(fā)明此方面的范圍的 情況下可將較廣范圍的步長大小和閾值應(yīng)用于所述方法。使用直接擴音器連接的個性化測量執(zhí)行個性化房間脈沖響應(yīng)(PRIR)測量要求實時地通過選定的擴音器輸出激勵信號且通過使用安裝到耳朵的麥克風來記錄所得的房間響應(yīng)。 一個實施例使用MLS技術(shù)來進行這些測量，且將此信號選擇性地切換到在典型AV接收器設(shè)計的功率放大級之前的DAC中。在圖26中說明直接存取擴音器信號饋入的配置。多通道音頻輸入76經(jīng)由模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 70輸入，并連接到頭戴耳機虛擬器122輸入和一組雙向數(shù)字開關(guān)132。通常，開關(guān)132被設(shè)定為允許音頻信號121通過而到達數(shù)字到模擬(DAC)轉(zhuǎn)換 器72，并經(jīng)由可變增益功率放大器106驅(qū)動擴音器。這將是正常的操作模式，且允許用 戶選擇通過擴音器或頭戴耳機來收聽音頻。然而，當用戶希望開始個性化測量時，虛擬 器123通過轉(zhuǎn)接開關(guān)132而隔離擴音器，且經(jīng)縮放的數(shù)字MLS信號103替代地被路由 104到所述擴音器中的一者，其中所有其余擴音器饋入的聲音都被減弱。虛擬器可通過 改變MLS路由104來選擇不同的擴音器進行測試。在完成所有MLS測試之后，通常將 開關(guān)132重設(shè)為允許音頻信號121再次通過而到達擴音器。 使用外側(cè)處理器的個性化測量例如當頭戴耳機虛擬器被設(shè)計為單獨的外側(cè)處理器且多通道音頻信號是從傳入的 編碼位流解碼時，某些產(chǎn)品設(shè)計被設(shè)想為不到達所述擴音器信號路徑。在許多情況下， 包括來自虛擬器處理器的可連接到外部線路電平切換系統(tǒng)的單獨輸出，正如將MLS發(fā) 出到選定擴音器所需的那樣，將是成本過高的。盡管可經(jīng)由編碼的數(shù)字位流播放來自 CD或DVD光盤的激勵信號，但這是不方便的，因為一旦光盤播放開始就不容易使其中 斷。這將意味著例如MLS電平調(diào)節(jié)、頭部穩(wěn)定或跳過擴音器測量等簡單任務(wù)由用戶手 動引導(dǎo)或輔助，從而大大增加了個性化過程的難度和持續(xù)時間。這里揭示的是一種方法，其使用工業(yè)標準多通道編碼系統(tǒng)來用最小的額外開銷和成 木提供對AV接收器型設(shè)計中的擴音器的訪問。在圖27中說明此系統(tǒng)。頭戴耳機虛擬器 124容納虛擬器123以及頭戴耳機、頭部跟蹤器和麥克風i/o 72、 73、 96和99、多通道 解碼器114和S/PDIF接收器111和發(fā)射器112。外部DVD播放器82經(jīng)由數(shù)字SPDIF 連接而連接到124，所述信號從DVD播放器發(fā)送110并由虛擬器使用內(nèi)部SPDIF接收 器111接收。此信號被傳遞到內(nèi)部多通道解碼器114，且經(jīng)解碼的音頻信號121被傳遞 到虛擬器核心處理器122。通常，將開關(guān)120定位為允許來自DVD播放器的SPDIF數(shù) 據(jù)直接傳遞到內(nèi)部SPDIF發(fā)射器112并到達AV接收器109。 AV接收器解碼SPDIF數(shù) 據(jù)流，且所得經(jīng)解碼的音頻信號經(jīng)由可變增益功率放大器106輸出到擴音器88。這將是 正常的操作模式，且允許用戶選擇通過擴音器或頭戴耳機來收聽音頻，而不必對設(shè)備間 信號連接做出任何改變。然而，當用戶希望開始個性化測量時，虛擬器123通過轉(zhuǎn)接開關(guān)120而隔離來自DVD播放器的SPDIF信號，且從多通道編碼器119輸出的經(jīng)編碼的MLS位流替代地傳出到AV接收器109。產(chǎn)生的MLS樣本98在其編碼119之前被增益變動4和101。由于在任一個時間僅測量一個音頻通道，因而MLS由虛擬器引導(dǎo)到多通道編碼器中虛擬器希望測量的那個特定輸入通道。所有其它通道的聲音一般將被減弱。這具有的優(yōu)點在于 編碼位分配可將可用的位單獨集中到承載MLS的通道，且因此使編碼系統(tǒng)本身的作用 最小。將MLS編碼的位流實時傳輸?shù)紸V接收器109，在該處使用兼容的多通道解碼器 108將MLS解碼為PCM。PCM音頻從解碼器輸出，且MLS通過而到達期望的激勵擴音器88。同時，人主體 79的安裝到左耳和右耳的麥克風拾取所形成的聲音并使其延遲(86a和86b)到達麥克 風放大器96以供MLS交叉相關(guān)過程97進行處理。所有其它擴音器將保持安靜，因為 其音頻通道的聲音在編碼過程119期間被減弱。所述方法依賴于AV接收器內(nèi)存在兼容 多通道解碼器。目前，可通過使用大量現(xiàn)有的消費者娛樂設(shè)備來解碼通過使用(例如) Dolby Digital、 DTS (參見(例如)第5,978,762號美國專利)或MPEGI方法編碼的音 頻。所述方法將對所有三種類型的編碼有良好作用，但都將對MLS或激勵波形引入某 種失真，從而導(dǎo)致PRIR保真度的略微減小。然而，DTS和MPEG系統(tǒng)可以較高的位速 率操作，且具有前向自適應(yīng)位分配系統(tǒng)，所述前向自適應(yīng)位分配系統(tǒng)可經(jīng)修改以較好地 利用僅有一個音頻通道是活動的事實，且因此可比Dolby系統(tǒng)更少地改變激勵波形。而 且，DTS系統(tǒng)在某些操作模式中提供高達23位量化和完整重構(gòu)，且這可能導(dǎo)致比MPEG 系統(tǒng)甚至更低的激勵失真等級。在圖27中，MLS在其到達激勵擴音器的途中經(jīng)實時產(chǎn)生98、縮放4且接著編碼119。 另一方法是在存儲器中保持編碼MLS數(shù)據(jù)的預(yù)先編碼的塊，其每一者均表示一系列振 幅的不同激勵通道。經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)僅需表示單個MLS塊或較少數(shù)目的塊，因為其在MLS 測量期間可以環(huán)路形式重復(fù)輸出到解碼器。此技術(shù)的益處在于，計算負荷低了很多，因 為所有編碼都是離線完成的。預(yù)先編碼MLS方法的缺點在于，需要相當大的存儲器來 存儲所有預(yù)先編碼的MLS數(shù)據(jù)塊。舉例來說，全位速率DTS (1.536Mbps)編碼的15 位MLS塊對于每個通道和對于每個振振幅將需要大約1兆位的存儲。原始MLS塊不容易由編碼系統(tǒng)提供的編碼幀大小來劃分。舉例來說，二值15位 MLS包含32767個狀態(tài)，而分別從MPEG I、 DTS和Dolby僅得到編碼幀大小的384、 512和1536倍的樣本。當需要以連續(xù)的端到端回路播放經(jīng)編碼的MLS塊時，整數(shù)個編 碼幀恰好覆蓋MLS塊樣本長度。這意味著MLS首先經(jīng)重新采樣以便調(diào)節(jié)其長度，而使 得可被編碼幀劃分。舉例來說，32767個樣本可經(jīng)重新采樣以使其長度增加一個樣本變 為32768,并接著編碼成64個連續(xù)的DTS編碼幀。MLS交叉相關(guān)處理器接著使用此相 同的重新采樣的波形來實現(xiàn)MLS解巻積。避免必須為每個擴音器存儲一系列預(yù)先編碼的MLS振幅的方法是替代地通過在將位流送出到AV接收器之前直接操縱嵌入在位流中的縮放因數(shù)碼來改變與承載激勵音頻
的經(jīng)編碼的音頻通道相關(guān)的縮放因數(shù)增益。對位流縮放因數(shù)的調(diào)節(jié)將成比例地影響經(jīng)解 碼的激勵波形的振幅而不會損失保真度。此過程將減少每個擴音器將存儲到僅單個塊的 預(yù)先編碼的塊的數(shù)目。此技術(shù)尤其適用于DTS和MPEG編碼的位流，這歸因于其前向自適應(yīng)本性。所述方法中的另一變化涉及在每次擴音器測試之前從其預(yù)先編碼的要素編譯位流。 舉例來說，由于在任何一個時間僅有一個通道是活動的，因而理論上可能僅必須存儲用 于單個編碼的激活音頻通道的位流要素。對于虛擬器希望測試的每個擴音器，將原始編碼的激勵數(shù)據(jù)重新封裝成期望的位流通道槽，從而減弱所有其它通道槽的聲音，且將所述流輸出到AV接收器。此技術(shù)也可利用剛描述的縮放因數(shù)調(diào)節(jié)過程。在全位速率DTS 流格式的情況下，理論上所有通道和所有振幅都可由僅單個1兆位文件表示。盡管MLS是一個可能的激勵信號，但使用工業(yè)標準多通道編碼器或預(yù)先編碼的位 流來將激勵信號承載到遠端解碼器以便簡化對擴音器的訪問的方法同樣適用于其它類 型的激勵波形(例如脈沖和正弦波)。個性化測量期間的頭部穩(wěn)定基于MLS的獲取過程期間的背景噪聲和頭部移動共同導(dǎo)致降低獲得的個性化房間 脈沖響應(yīng)(PRIR)的準確性。背景噪聲直接影響脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)的寬帶信噪比，但因為其 與MLS不相關(guān)，所以其表現(xiàn)為疊加在從交叉相關(guān)過程提取的每個脈沖響應(yīng)上的隨機噪 聲。通過重復(fù)MLS測量并維持脈沖響應(yīng)的移動平均值，隨機噪聲將以脈沖本身速率的 一半建立，從而有利于為每次新測量改進脈沖信噪比。另一方面，導(dǎo)致由每個麥克風俘 獲的MLS波形的時間拖尾效應(yīng)的頭部移動不是隨機的，而是與平均頭部位置相關(guān)的。拖尾效應(yīng)的作用在于減小平均化脈沖的信噪比和改變響應(yīng)，尤其是在高頻區(qū)域中。 這意味著在沒有直接干涉的情況下，任何平均化程度都不會完全恢復(fù)由于頭部移動造成 的高頻信息損失。發(fā)明者進行的實驗指示無意的頭部移動(使用熟悉個性化過程的人主 體)導(dǎo)致麥克風與激勵擴音器之間的路徑長度改變的變化高達大約+/-3 mm，盡管平均 變化將比這低得多。以48 kHz的采樣速率，此轉(zhuǎn)換成采樣周期的約+/-二分之一。實際 上，由沒有經(jīng)驗的主體測得的頭部移動可能大得多。盡管在測量期間可能使用某種形式的頭部支撐件，例如頸部支柱或下頜支撐件，但優(yōu)選進行未經(jīng)支撐的個性化測量，因為這避免了支撐件本身影響測得脈沖響應(yīng)的可能性。通過分析，大多數(shù)頭部移動主要由呼吸和血液循環(huán)的動作引起，且因此具有相對較低的頻率且容易跟蹤。這里揭示的是經(jīng)開發(fā)以在存在頭部移動時改進獲取的脈沖響應(yīng)的準確性的若干替
代方法。第一種涉及識別由頭部移動引起的從左耳和右耳麥克風輸出的實際記錄的MLS 波形變化。此過程的優(yōu)點在于其不需要任何導(dǎo)頻或參考信號來實施所述程序，但其缺點 在于測量變化所必需的處理可能較密集且/或可能需要實時存儲MLS信號并離線進行處 理。通過使用基于時間或頻率的交叉相關(guān)測量并基于MLS逐個塊的方式進行分析，以 在傳入的塊波形之間建立相似性水平。保持被視為彼此相似的塊，以便通過MLS交叉 相關(guān)進行處理。丟棄可接受限制外部的那些塊。相關(guān)測量可使用塊波形的移動平均值， 或者其可使用某種類型的中值測量，或者所有MLS塊可與所有其它塊交叉相關(guān)，且那 些最相似的塊被保留以便轉(zhuǎn)換成脈沖。在此項技術(shù)中巳知的許多替代相關(guān)技術(shù)同樣適用于驅(qū)動此選擇過程。不同于分析 MLS時間波形，另一方法涉及分析從循環(huán)交叉相關(guān)級輸出的所得脈沖響應(yīng)之間的相關(guān) 性，并僅將那些被視為與期望頭部位置相關(guān)聯(lián)的某個標稱脈沖響應(yīng)充分類似的脈沖響應(yīng) 添加到移動平均值。可以與剛才針對MLS波形塊描述的方式類似的方式來實現(xiàn)選擇過 程。舉例來說，對于每一個別脈沖響應(yīng)，可對所有其它脈沖進行交叉相關(guān)測量。此測量 將指示響應(yīng)之間的類似性。同樣，此項技術(shù)中存在許多將適用于此過程的用以測量脈沖 間相似性的方法。將丟棄展現(xiàn)出與所有其它脈沖具有較弱相關(guān)性的脈沖。剩余的脈沖將 被加在一起以形成平均脈沖響應(yīng)。為減少計算負荷，針對每個脈沖響應(yīng)的選定部分(例 如，脈沖響應(yīng)的早期部分)測量交叉相關(guān)性和使用這些簡化的測量來驅(qū)動選定過程，可 能是足夠的。第二方法涉及使用某種形式的頭部跟蹤裝置，其在MLS獲取在進行中時測量頭部 移動?？赏ㄟ^使用與安裝到左耳和右耳的麥克風結(jié)合起作用的安裝到頭部的跟蹤器(例 如，磁性、陀螺儀或光學(xué)型檢測器)來測量頭部移動，或者可通過使用指向主體頭部的 相機來測量頭部移動。這些形式的頭部跟蹤裝置在此項技術(shù)中是眾所周知的。將頭部移 動讀取發(fā)送到MLS處理器97以便驅(qū)動剛才描述的MLS塊或脈沖響應(yīng)選擇程序。通過 與MLS記錄一起記錄頭部跟蹤器數(shù)據(jù)，離線處理也是可能的。第三方法涉及導(dǎo)頻或參考信號的傳輸，所述信號與MLS同時從擴音器輸出，以充當聲學(xué)頭部跟蹤器。導(dǎo)頻可從用于傳遞MLS的同一擴音器處輸出，或者其可從第二擴音器處輸出。尤其是在同一個擴音器用于驅(qū)動MLS與導(dǎo)頻信號兩者時，導(dǎo)頻方法優(yōu)于傳統(tǒng)頭部跟蹤方法的優(yōu)點在于，不需要有關(guān)相對于頭部的MLS擴音器位置的額外信息來估計測得的頭部移動將如何影響左耳和右耳麥克風信號。舉例來說，由擴音器直接驅(qū)動到人主體左邊的MLS將比從主體頭部正前方的擴音器發(fā)出的MLS更不容易受頭部移動的影響。因此，頭部跟蹤分析器可能必須知道MLS信號入射到頭部的角度。因為導(dǎo)頻和MLS來自同一個擴音器，所以頭部移動將對兩種信號具有幾乎相同的作用。導(dǎo)頻方法的另一優(yōu)點在于，不需要任何額外的設(shè)備來測量頭部移動，因為相同的麥 克風同時獲取MLS和導(dǎo)頻信號兩者。因此，在最簡單的形式中，導(dǎo)頻音調(diào)方法允許對 傳入的MLS信號進行極為直接的分析，且在獲取記錄時實時采取適當?shù)膭幼?。圖24說 明導(dǎo)頻音調(diào)實施方案，其中MLS 98經(jīng)低通濾波135、與導(dǎo)頻134求和并輸出103到擴 音器。麥克風輸出86a和86b被放大96，且由于MLS和導(dǎo)頻音調(diào)將一起出現(xiàn)在記錄的 波形中，因而為了分離出MLS和音調(diào)分量，每個麥克風信號分別通過低通135和互補 的高通136濾波器。兩個MLS低通濾波器135的特性通常將匹配。通過對由左耳和右耳麥克風拾取的經(jīng)高通濾波的導(dǎo)頻音調(diào)進行過采樣并分析137其 相對相位或其絕對相位中的個別變化，容易檢測到小到幾分之一毫米的頭部移動。此信 息可用于驅(qū)動涉及MLS波形塊或所得脈沖響應(yīng)的適用性的選擇過程，如上文使用非導(dǎo) 頻音調(diào)方法所述。另外，對導(dǎo)頻音調(diào)的分析也允許嘗試在時間上拉伸或壓縮記錄的MLS 信號以便抵消頭部移動的方法。圖25中針對由左耳麥克風記錄的MLS信號說明此類方 法。可在信號從麥克風到達時實時進行所述過程，或者可在測量期間存儲復(fù)合的MLS 音調(diào)信號以用于稍后在完成記錄時離線進行處理。可通過對從麥克風到達的MLS波形141進行過采樣，并建構(gòu)延遲由參考音調(diào)146 的相位分析確定的可變延遲緩沖器142，來實現(xiàn)改變波形時序。需要高級過采樣141以 便確保拉伸或壓縮MLS時間波形的動作本身不會將相當大的失真水平引入到MLS信號 中，所述失真水平接著將轉(zhuǎn)變?yōu)楹罄m(xù)脈沖響應(yīng)中的誤差。本文描述的可變延遲緩沖器142 技術(shù)在此項技術(shù)中是眾所周知的。為確保經(jīng)過采樣的MLS與左耳和右耳導(dǎo)頻音調(diào)保持 時間對準，對導(dǎo)頻和MLS信號使用相同的過采樣抗混疊濾波器，可能是優(yōu)選的。對過 采樣的導(dǎo)頻音調(diào)相位146的分析用于實施可變緩沖器輸出地址指針145。相對于輸入改 變指針輸出位置的動作導(dǎo)致通過緩沖器142的MLS樣本的通道的有效延遲改變。從緩 沖器讀出的樣本經(jīng)向下采樣143并輸入到標準MLS交叉相關(guān)處理器97以供轉(zhuǎn)換成脈沖 響應(yīng)。MLS波形拉伸-壓縮過程也可使用頭部跟蹤器信號來驅(qū)動過采樣的緩沖器輸出指針 位置。在此情況下，可能必須知道或估計相對于MLS擴音器位置的頭部位置，以便估 計由于跟蹤器裝置所檢測到的頭部移動而會發(fā)生的MLS擴音器與左耳和右耳麥克風之 間的路徑長度的改變。頭戴耳機的均衡個性化過程期望測量從擴音器到安裝到耳朵的麥克風的傳遞函數(shù)。通過所得的
PRIR，可使用此傳遞函數(shù)來對音頻信號進行濾波或虛擬。如果可將這些經(jīng)濾波的音頻信 號轉(zhuǎn)換回成聲音并將其驅(qū)使到耳腔中靠近獲得原始測量的定位麥克風的地方，那么人主 體將感覺到聲音來自擴音器。頭戴耳機是在耳朵附近再現(xiàn)此聲音的方便方法，但所有的 頭戴耳機都展現(xiàn)出其自身的某種額外濾波。也就是說，從頭戴耳機到耳朵的傳遞函數(shù)不 是平坦的，且此額外濾波被補償或均衡以確保虛擬擴音器的保真度盡可能與真實擴音器 的保真度精密匹配。在本發(fā)明的一個實施例中，使用MLS解巻積技術(shù)(如先前結(jié)合PRIR測量所論述)來對頭戴耳機到安裝到耳朵的麥克風的脈沖響應(yīng)進行一次性測量。此脈沖響應(yīng)接著被反 向并用作頭戴耳機均衡濾波器。通過對存在于具有此均衡濾波器的虛擬器的輸出端處的 頭戴耳機音頻信號進行巻積，可有效消除或均衡頭戴耳機-耳朵傳遞函數(shù)的作用，且信號 將以平坦的響應(yīng)到達麥克風拾取點。優(yōu)選地單獨針對每個耳朵計算反向濾波器，但平均 化左耳和右耳響應(yīng)也是可能的。 一旦算出了反向濾波器，就可將其建構(gòu)為位于沿著虛擬 器信號鏈任何地方(例如，在輸出端處)的單獨的實時均衡濾波器?；蛘咂淇捎糜陬A(yù)先 加強由PRIR內(nèi)插器使用的經(jīng)時間對準的PRIR數(shù)據(jù)組，即其一次性地用于在虛擬器初 始化期間對PRIR進行濾波。圖22說明安裝到耳朵的麥克風87的放置以及頭戴耳機80在人主體79上的配合。 其適用于兩個耳朵。以與用于個性化測量相同的方式且在大致相同的位置將麥克風安裝 在耳道209中。的確，為確保最高準確性，優(yōu)選的是在完成個性化測量之后左耳與右耳 麥克風均保留在耳朵中，且頭戴耳機均衡測量隨后立即進行。圖22展示麥克風電纜86 必須經(jīng)過頭戴耳機墊80a下面，且為了維持良好的頭戴耳機與頭部之間的密封，這些電 纜應(yīng)為柔性的且具有較輕重量。頭戴耳機變換器213經(jīng)由頭戴耳機電纜78由MLS信號 驅(qū)動。圖35說明個性化電路應(yīng)用于頭戴耳機MLS均衡測量。MLS產(chǎn)生98、增益范圍變動101和4、麥克風放大96、數(shù)字化99、交叉相關(guān)97和脈沖平均化過程與用于個性化測量的那些過程相同。然而，經(jīng)縮放的MLS信號103并不驅(qū)動擴音器，而是被重定向到立體聲頭戴耳機輸出電路72，以便驅(qū)動頭戴耳機變換器。針對左耳和右耳頭戴耳機變換器單獨地進行MLS測量，以避免在同時進行時在其間發(fā)生串音的可能性。所述說明展示麥克風安裝在左耳87a和右耳87b中的人主體79。麥克風信號86a和86b分別連接到麥克風放大器96。主體還佩戴立體聲頭戴耳機，其中經(jīng)由電纜78a從左邊頭戴耳機輸出80a處驅(qū)動左耳變換器，且經(jīng)由電纜78b從右邊輸出處驅(qū)動右邊變換器。在一個實施例中，用于獲取頭戴耳機-麥克風脈沖響應(yīng)的程序如下。首先，通過使用
針對個性化測量描述的相同迭代方法對由麥克風拾取的信號的振幅進行分析，來確定發(fā) 送到頭戴耳機的MLS信號的增益101。針對左耳和右耳電路單獨測量增益，且保持最低 增益縮放因數(shù)101且將其用于MLS測量兩者。這確保了左耳與右耳脈沖響應(yīng)之間的振 幅差得以保持。然而，左耳或右耳頭戴耳機變換器或頭戴耳機驅(qū)動增益的任何差異都將 降低此測量的準確性。接著開始MLS測試，以左耳開始，隨后是右耳。MLS被輸出到 頭戴耳機變換器，并由各自的麥克風實時拾取。如同個性化程序一樣，可存儲經(jīng)數(shù)字化 的麥克風信號99以用于稍后處理，或者交叉相關(guān)和脈沖平均化可實時進行一一依據(jù)可 用的處理能力而定。 一旦完成，那么左脈沖響應(yīng)與右脈沖響應(yīng)就被時間對準并轉(zhuǎn)移117 到虛擬器122以供反向。時間對準確保頭戴耳機變換器到耳朵的路徑長度對于頭部兩側(cè) 是對稱的。對準過程可遵循針對PRIR描述的同一種方法。
可使用此項技術(shù)中眾所周知的若干濾波器反向技術(shù)來反向頭戴耳機-耳朵脈沖響應(yīng)。 最直接的方法而且是實施例中使用的方法將脈沖轉(zhuǎn)換成頻域，去除相位信息，反向模數(shù) 頻率分量的振幅，并接著轉(zhuǎn)換回時域，從而獲得線性相位反向脈沖響應(yīng)。通常，原始響 應(yīng)將被平滑或以某些頻率抖動，以減弱反向計算期間較強極點和零點的作用。盡管經(jīng)常 對單獨的脈沖響應(yīng)進行反向過程，但重要的是確保正確地反向兩個脈沖響應(yīng)之間的相對 增益。這由于頻譜平滑動作而變復(fù)雜，且可能必須重新校準較低頻率振幅以確保針對關(guān) 注的頻率保持左-右反向平衡。
由于針對用于驅(qū)送出MLS的所述類型的頭戴耳機和佩戴所述頭戴耳機的特定個人 而優(yōu)化反向濾波器，因而系數(shù)通常將與記錄頭戴耳機制造和模型以及測試中所涉及的人 的某種類型的信息一起存儲。另外，由于麥克風的位置可能已經(jīng)用于個性化測量時期中， 因而也可存儲涉及此關(guān)聯(lián)的信息以供稍后檢索。擴音器的均衡由于本發(fā)明的實施例中已建立一種用于測量擴音器與麥克風之間的傳遞函數(shù)和用 于反向此類傳遞函數(shù)的設(shè)備，因而此實施例的有用擴展是提供一種構(gòu)件以測量真實擴音 器的頻率響應(yīng)，產(chǎn)生反向濾波器，且接著使用這些濾波器來均衡虛擬擴音器信號，以使 得其表觀保真度可經(jīng)改進而優(yōu)于真實擴音器。通過均衡虛擬擴音器，頭戴耳機系統(tǒng)不再試圖與真實擴音器的聲音保真度匹配，而是試圖對保真度進行改進且同時保持其相對于聽者的空間性。當(例如)擴音器具有低質(zhì)量且需要改進其頻率范圍時，此過程是有用的?？蓪⑺鼍夥椒▋H應(yīng)用于那些被懷疑正在執(zhí)行的擴音器，或者可將其例行地應(yīng)用于所有虛擬擴音器。可以與個性化PRIR的方式幾乎相同的方式來測量擴音器到麥克風的傳遞函數(shù)。在
此應(yīng)用中，僅使用一個麥克風，且此麥克風未安裝在耳朵中，而是定位在靠近聽者看電 影或聽音樂時頭部將占據(jù)的地方的自由空間中。通常會將麥克風固定到某種形式的安裝 到支座的吊桿臂，以使得其可在進行MLS測量時固定在頭部高度。按照個性化方法，MLS測量過程首先選擇將接收MLS信號的擴音器。其接著再次 以與個性化方法相同的方式來建立對輸出到此擴音器的MLS信號進行適當縮放的必要 縮放因數(shù)，并繼續(xù)獲取脈沖響應(yīng)。在PRIR的情況下，擴展的房間混響響應(yīng)尾跡與直接 脈沖一起保持，并用于巻積音頻信號。然而，在此情況下，僅有脈沖響應(yīng)的直接部分用 于計算反向濾波器。所述直接部分通常覆蓋脈沖開始之后約1到10ms的時間周期，且 表示入射聲波的在任何顯著房間反射之前到達麥克風的那部分。因此，原始MLS導(dǎo)出 的脈沖響應(yīng)被截斷并接著應(yīng)用于針對頭戴耳機均衡程序描述的反向程序。如同頭戴耳機 均衡一樣，可能需要平滑頻率響應(yīng)以減弱較強極點或零點的作用。同樣，如同頭戴耳機 情況一樣，應(yīng)特別謹慎以確保虛擬擴音器間平衡不會由反向過程改變，且可能必須在最 后確定反向濾波器之前重新校準這些值?？舍槍γ恳粋€別擴音器計算虛擬擴音器均衡濾波器，或者許多擴音器的某個平均值 可用于所有虛擬擴音器或其任意組合。可通過在到虛擬器的輸入處或在虛擬器輸出處使 用實時濾波器或通過與那些虛擬擴音器相關(guān)聯(lián)的時間對準PRIR (結(jié)合任何期望的頭戴 耳機均衡)的一次性預(yù)先加強來實施虛擬擴音器均衡濾波。次頻帶虛擬頭戴耳機虛擬過程的實施例的一個特征是用個性化房間脈沖響應(yīng)(PRIR)對表示真 實擴音器信號饋入的傳入音頻信號進行的濾波或巻積。對于將被虛擬的每個擴音器，可 能必須將相應(yīng)輸入信號與左耳和右耳PRIR兩者進行巻積，從而給出左耳和右耳立體聲 頭戴耳機饋入。舉例來說，在許多應(yīng)用中，6擴音器頭戴耳機虛擬器將同時且實時運行 12個巻積過程。典型的起居室展現(xiàn)約0.3秒的混響時間。這意味著理想地以48 kHz的 采樣頻率，每個PRIR將包含至少14000個樣本。對于實施簡單時域非遞歸濾波(FIR) 的6擴音器系統(tǒng)，每秒的巻積相乘/累積運算的次數(shù)為每秒14000*48000*2*6次或80.64 億次運算。此計算要求是當今已知的所有低成本數(shù)字信號處理器不能滿足的，且因此可能必須設(shè)計一種用于實施實時虛擬巻積處理的更有效方法。此項技術(shù)中存在許多種此類基于FFT巻積原理的實施方案，例如Gardner W.G.的"Efficient convolution without input-outputdelay" (J.Audio Eng. Soc，第43巻第3號，1995年3月)中所描述。FFT巻積的缺點之一在于，由于所涉及的高頻分辨率的緣故，對所述過程存在隱含的等待時間或延遲。尤
其是在需要跟蹤聽者頭部運動，且需要任何改變以修改巻積器所使用的PRIR數(shù)據(jù)以使 得虛擬聲音源可經(jīng)退旋以抵消此頭部移動時，較大等待時間通常是不良的。根據(jù)定義， 如果巻積過程具有高等待時間，那么相同的等待時間將出現(xiàn)在退旋自適應(yīng)回路中，且可 導(dǎo)致聽者移動其頭部與虛擬擴音器位置被校正之間的顯著時滯。這里揭示的是使用次頻帶濾波器組來實施頻域次頻帶巻積器的有效巻積方法。次頻 帶濾波器組是此項技術(shù)中眾所周知的，且將不再詳細論述其實施方案。所述方法導(dǎo)致顯 著減少計算負荷且同時保持高水平信號保真度和低處理等待時間。中間等級的次頻帶濾 波器組展現(xiàn)通常約為10ms的相對較低的等待時間，但因此展現(xiàn)較低的頻率分辨率。次頻帶濾波器組的低頻率分辨率表示次頻帶間泄漏，且在傳統(tǒng)的臨界采樣設(shè)計中，這導(dǎo)致 高度依賴于混疊消除來維持信號保真度。然而，根據(jù)定義，次頻帶巻積可能導(dǎo)致次頻帶 之間較大的振幅移位，其經(jīng)常引起重疊區(qū)域中混疊消除的完全破壞且伴隨其的還有合成 濾波器組的重構(gòu)性質(zhì)的有害改變。但通過使用稱為過釆樣次頻帶濾波器組的一類濾波器組可減輕混疊問題，所述濾波 器組避免了在重疊附近折疊信號泄漏。過采樣濾波器組展現(xiàn)出一些缺點。首先根據(jù)定義， 次頻帶采樣速率高于臨界采樣情況，且因此計算負荷成比例地較高。其次，較高的采樣速率意味著次頻帶PRIR文件也將含有成比例的更多樣本。因此，與臨界采樣的對應(yīng)部 分相比，次頻帶巻積計算將以過采樣因數(shù)的二次方來增加。過采樣次頻帶濾波器組理論 在此項技術(shù)中也是眾所周知的(參見(例如)Vaidyanatham, P.P.的"Multirate systems and filter banks", Signal processing series, Prentice Hall, 1992年1月)，且僅將論述特定用 于理解巻積方法的那些細節(jié)。次頻帶虛擬是巻積或濾波借以在濾波器組次頻帶內(nèi)獨立操作的過程。在一個實施例中，實現(xiàn)此過程的步驟包括1) PRIR樣本通過次頻帶分析濾波器組作為一次性處理，從而給出一組較小的次頻帶P證；2) 通過使用同一分析濾波器組將音頻信號分裂成若干次頻帶；3) 使用每個次頻帶PRIR來對相應(yīng)的音頻次頻帶信號進行濾波；4) 通過使用合成濾波器組將經(jīng)濾波的音頻次頻帶信號重構(gòu)回到時域中。 依據(jù)濾波器組中所使用的次頻帶的數(shù)目而定，次頻帶巻積具有顯著較低的計算負荷。舉例來說，2頻帶臨界采樣濾波器組將48kHz采樣音頻信號分裂成兩個次頻帶，每個次頻帶為24kHz采樣。使用同一濾波器組來將14000樣本的PRIR分裂成兩個次頻帶PRIR ，每個次頻帶具有7000個樣本。通過使用以上實例，計算負荷現(xiàn)為7000*24000*2*2*6次或40.32億次運算，即減小到1/4。因此，對于臨界采樣的濾波器組 來說，減小因數(shù)簡單地等于次頻帶的數(shù)目。對于過采樣濾波器組來說，與臨界采樣的次 頻帶巻積相比，次頻帶巻積增益減小了過采樣比率的二次方，即對于2x過采樣來說， 僅8個和8個以上頻帶的濾波器組對簡單的時域巻積提供減小。過采樣濾波器組不限于 整數(shù)過采樣因數(shù)，且通?？墒褂眉s為1.4x的過采樣因數(shù)來產(chǎn)生高信號保真度，即對2x 濾波器組產(chǎn)生大約2.0的計算改進。非整數(shù)過采樣的益處不僅僅限于計算負荷。較低的過采樣速率也減小了次頻帶PRIR 文件的大小，且這又減小了 PRIR內(nèi)插計算負荷。經(jīng)常通過使用實數(shù)-復(fù)數(shù)-實數(shù)信號流 來實施非整數(shù)過采樣濾波器組的最有效實施方案，意味著次頻帶信號將與實數(shù)相對而為 復(fù)數(shù)的(實數(shù)和虛數(shù))。在這些情況下，使用復(fù)數(shù)巻積來實施次頻帶PRIR濾波，其需要 復(fù)數(shù)乘法和加法，與實數(shù)算術(shù)相比，在某些數(shù)字信號處理器結(jié)構(gòu)中可能不能有效實施所 述復(fù)數(shù)乘法和加法。此類非整數(shù)過采樣濾波器組在此項技術(shù)中是眾所周知的(參見(例 如)Cvetkovi Z., Vetterli M.的"Oversampled filter banks", IEEE Trans. Signal Processing, 第46巻第5號，1245-55 ( 1998年5月))。圖19中說明次頻帶虛擬的方法。首先，通過使用分析濾波器組26將PRIR數(shù)據(jù)文 件分裂成若干次頻帶，且存儲31個別次頻帶PRIR文件28以供次頻帶巻積器30使用。 接著，通過使用類似的分析濾波器組26來分裂輸入音頻信號，且次頻帶音頻信號進入 次頻帶巻積器30，所述次頻帶巻積器30用所有音頻次頻帶的各自次頻帶PRIR來對所 有音頻次頻帶進行濾波。接著通過使用合成濾波器組27來重構(gòu)次頻帶巻積器輸出29， 以輸出全頻帶時域虛擬音頻信號。此項技術(shù)中存在的原型低通濾波器經(jīng)設(shè)計以控制次頻帶通帶、過渡帶和阻帶響應(yīng)， 以使得重構(gòu)振幅紋波最小化，且在臨界采樣濾波器組的情況下，混疊消除最大化?；?上其被設(shè)計為在次頻帶重疊頻率處展現(xiàn)3dB衰減。因此，分析和合成濾波器組合以保留 從通帶向下6dB的過渡頻率。通過求和，次頻帶重疊區(qū)域加到0dB，從而使最終信號在 其整個通帶內(nèi)不含紋波。然而，在合成濾波器組之前將一個次頻帶與另一次頻帶巻積的 動作導(dǎo)致具有3dB峰值的重疊紋波，這是由于音頻信號已有效地通過所述原型三次而不 是兩次。圖14a說明通常在重構(gòu)時發(fā)生于任意兩個相鄰次頻帶之間的紋波160的實例。重疊或過渡頻率158與最大衰減一致，且依據(jù)原型濾波器的規(guī)格而定，其將為大約-3dB。在過渡的任一側(cè)157和159，紋波對稱地減小到0dB。通常，這些點之間的帶寬大約為200-300 Hz。舉例來說，圖14b說明可能存在于已通過8頻帶次頻帶巻積器的重構(gòu)音頻
信號中的所得紋波。本文揭示用以去除此紋波160并恢復(fù)平坦響應(yīng)160a的若干方法。首先，由于紋波 純粹是振幅失真，因而可通過將重構(gòu)信號通過頻率響應(yīng)為紋波的反向的FIR濾波器來均 衡所述紋波。相同的反向濾波器可用于預(yù)先加強濾波器組之前的輸入信號或PRIR本身。 第二，用于分裂PRIR文件的分析原型濾波器可經(jīng)修改以將過渡衰減減小到OdB。第三， 可針對給出6dB的組合衰減的音頻與PRIR濾波器組兩者設(shè)計具有2dB的過渡衰減的原 型濾波器。第四，可在巻積級之前或之后使用具有適當?shù)姆聪蝽憫?yīng)的次頻帶FIR濾波器 來對次頻帶信號本身進行濾波。重新設(shè)計原型濾波器可能是優(yōu)選的，因為可避免整個系 統(tǒng)等待時間的增加。將了解，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可用許多方法來均 衡紋波失真。圖36說明將基本次頻帶虛擬器與形成單個個性化頭部跟蹤虛擬通道所需的PRIR內(nèi) 插和可變延遲緩沖相組合所必需的步驟。將音頻信號輸入到分析濾波器組26，所述濾波 器組26將所述信號分裂成若干次頻帶信號。次頻帶信號進入兩個單獨的次頻帶巻積過 程， 一個用于左耳頭戴耳機信號35且另一個用于右耳頭戴耳機信號36。每個巻積過程 以類似的方式起作用。將進入左耳巻積器塊36的次頻帶信號施加到個別次頻帶巻積器 34，所述次頻帶巻積器34實質(zhì)上用所述次頻帶音頻信號的各自左耳次頻帶時間對準 PRIR文件16來對所述次頻帶音頻信號進行濾波，所述PRIR文件16由頭部跟蹤器角度 信息10、 11和12所驅(qū)動的內(nèi)部次頻帶PRIR內(nèi)插器選擇。次頻帶巻積器34的輸出進入合成濾波器組27，且被重組回全頻帶時域左耳信號。 對于右耳次頻帶巻積36來說，除了右耳次頻帶時間對準PRIR 16用于巻積單獨的次頻 帶音頻信號之外，過程是相同的。虛擬的左耳和右耳信號接著通過可變延遲緩沖器17， 針對由頭部跟蹤器指示的特定頭部定向，動態(tài)調(diào)節(jié)可變延遲緩沖器17的路徑長度以模 擬對于和與PRIR數(shù)據(jù)組相關(guān)聯(lián)的虛擬擴音器一致的真實聲音源而會存在的耳間時間延 遲。圖16使用針對三個橫向頭部位置測得的PRIR作為實例來更詳細地說明次頻帶內(nèi)插 塊16的工作過程。在9中通過對頭部跟蹤器角度信息10、參考頭部定向12和虛擬擴音 器偏移量11的分析而產(chǎn)生內(nèi)插系數(shù)6、 7和8。針對每個次頻帶PRIR存在單獨的內(nèi)插 塊15,其運算與圖15的運算相同，不同之處只是所述PRIR數(shù)據(jù)在次頻帶域中。所有 的內(nèi)插塊15 (圖16)使用相同的內(nèi)插系數(shù)，且內(nèi)插的次頻帶PRIR數(shù)據(jù)被輸出14到次 頻帶巻積器。圖38說明如何擴展圖36的方法以包括更多的虛擬擴音器通道。為清楚起見，將次
頻帶信號路徑組合為單個粗實線28，且未展示頭部跟蹤信號路徑。將每個音頻信號分裂 成若干次頻帶26，且相應(yīng)的次頻帶信號通過左耳和右耳巻積器35和36，左耳和右耳巻 積器35和36的輸出被重組27為全頻帶信號并傳遞到可變延遲緩沖器17以影響適當?shù)?耳間延遲。用于所有左耳和右耳信號的緩沖器輸出40經(jīng)單獨求和5以分別產(chǎn)生左耳和 右耳頭戴耳機信號。圖37說明圖36的實施方案的變化，其中可變延遲緩沖器23建構(gòu)在合成濾波器組 27之前的每個次頻帶中。在圖18中說明此次頻帶可變延遲緩沖器23。每個次頻帶信號 進入其自身的單獨過采樣延遲處理器17a，所述過采樣延遲處理器17a的操作與圖17所 說明的相同。次頻帶與全頻帶延遲緩沖器實施方案之間僅有的差異在于，對于相同的性 能，可以濾波器組次頻帶的抽選因數(shù)來減少過采樣因數(shù)。舉例來說，如果次頻帶采樣速 率為輸入音頻采樣速率的1/4，那么可變緩沖器的過采樣速率可減少到1/4。這也導(dǎo)致過 采樣FIR和延遲緩沖器大小的類似減小。圖18還展示應(yīng)用于所有次頻帶延遲緩沖器的 共用輸出緩沖器地址20，其反映出同一音頻信號內(nèi)的所有次頻帶應(yīng)展現(xiàn)相同延遲的事 實。在次頻帶域中建構(gòu)可變延遲緩沖器的情況下，如圖37，可通過對次頻帶域中的左耳 和右耳信號求和并接著通過針對每一者僅使用單個合成級來重構(gòu)這些信號，可具有實施 方案效率的某些改進。圖39說明此類方法。同樣為清楚起見，用單個粗實線28和29 表示次頻帶信號路徑，且未展示頭部跟蹤器信息路徑。將每個輸入信號分裂26成若干 次頻帶28，且每一個別次頻帶經(jīng)巻積并施加到次頻帶可變延遲緩沖器37和38。從各自 緩沖器輸出的所有通道的左耳和右耳次頻帶信號在其使用合成濾波器組27重構(gòu)回全頻 帶信號之前在次頻帶加法器39處求和。左耳和右耳次頻帶加法器39根據(jù)以下等式對來 自每個虛擬音頻通道的個別次頻帶進行運算subL[i] = subL1[i] + subu[i] + subLn[i] (等式32)subR[i] = subiu[i] + subR2[i] + .... subRn[i] (等式33)對于1=1到濾波器組次頻帶的數(shù)目且r^虛擬音頻通道的數(shù)目，其中subjji]表示第i 個左耳次頻帶，且subR[i]表示第i個右耳次頻帶。圖40說明一種實施方案，其中用戶A和用戶B均希望收聽相同的虛擬音頻信號， 但使用其自身的PRIR和頭部跟蹤信號。同樣，為清楚起見而去除了這些信號。在此情 況下，產(chǎn)生了計算節(jié)省，因為相同的音頻次頻帶信號28可用于用戶的左耳和右耳巻積 處理器37和38兩者，且此節(jié)省可用于任意數(shù)目的用戶。在先前各部分中已描述了頭戴耳機和擴音器均衡濾波的方法。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員
將了解，此類方法同樣可應(yīng)用于利用剛才論述的次頻帶巻積方法的虛擬器實施方案。 利用次頻帶混響時間的變化本文揭示的次頻帶虛擬方法的顯著益處是能夠利用PRIR混響時間與頻率的背離，以使得可在巻積計算負荷、PRIR內(nèi)插計算負荷和PRIR存儲空間要求中獲得進一步節(jié)省。 舉例來說，典型的房間脈沖響應(yīng)將經(jīng)常展現(xiàn)混響時間隨頻率上升而下降。如果在此情況 下將PRIR分裂成若干頻率次頻帶，那么每個次頻帶PRIR的有效長度會在較高的次頻 帶中下降。舉例來說，4頻帶臨界采樣濾波器組將14000個樣本PRIR分裂成4個次頻 帶PRIR，每個次頻帶PRIR具有3500個樣本。然而，這假定整個次頻帶上的PRIR混響 時間為相同的。在48kHz的采樣速率下，3500、 2625、 1750和875 (其中3500是針對 最低頻率次頻帶的)的PRIR長度可為更典型的，反映出高頻聲音更容易被收聽房間環(huán) 境吸收的事實。因此，更一般來說，可確定任一次頻帶的有效混響時間，且?guī)喎e和PRIR 長度經(jīng)調(diào)節(jié)以僅覆蓋此時間周期。由于混響時間與測得的PRIR有關(guān)，因而其僅需要在 初始化頭戴耳機系統(tǒng)時計算一次。 利用次頻帶信號掩蔽閾值可通過確定將聽不見的那些次頻帶或在巻積之后將由鄰近次頻帶信號掩蔽的那些 次頻帶來減少巻積過程中涉及的次頻帶的實際數(shù)目。感知噪聲或信號掩蔽的理論在此項 技術(shù)中是眾所周知的，且涉及識別信號頻譜中不能被人主體感覺到的部分，所述部分不 能被感覺到是因為頻譜的所述那些部分的信號電平低于可聽度閾值，或因為頻譜的那些 部分由于較高信號電平和/或鄰近頻率的本性的緣故而不能被聽見。舉例來說，通過應(yīng)用 某種可聽度閾值曲線可確定，不管輸入信號的電平如何，16kHz以上的次頻帶是聽不見 的。在此情況下，此頻率以上的所有次頻帶將從次頻帶巻積過程中永久丟棄。相關(guān)聯(lián)的 次頻帶PRIR也可從存儲器中刪除。更一般來說，可以逐個幀的方式估計經(jīng)巻積的次頻 帶上的掩蔽閾值，且在分析幀的持續(xù)時間中將減弱被認為落在閾值以下的那些次頻帶的 聲音，或較強地縮減其混響時間。這意味著完全動態(tài)的掩蔽閾值計算將導(dǎo)致將在幀與幀 之間變化的計算負荷。然而，由于在典型的應(yīng)用中巻積處理將同時在許多音頻通道上運 行，因而將可能使此變化平滑。如果期望維持固定的計算負荷，那么可對活動次頻帶的 數(shù)目或任意或所有音頻通道上的總巻積分支長度強加某些限制。舉例來說，以下限制可 證明為在感知上可接受的。首先，使所有通道上的巻積中涉及的次頻帶的數(shù)目固定在最大水平，以使得掩蔽閾值將僅偶爾選擇較大數(shù)目的次頻帶。可對低頻次頻帶設(shè)置優(yōu)先權(quán)，以使得由超過次頻帶限制導(dǎo)致的頻帶限制效應(yīng)將限于高頻區(qū)域。另外，可將優(yōu)先權(quán)給予某些音頻通道，且高頻帶限制效應(yīng)限于被視為較不重要的那些通道。而且，將巻積分支的總數(shù)目固定為使得掩蔽閾值將僅偶爾選擇混響時間組合而超過 此限制的一系列次頻帶。如同之前，可對低頻次頻帶和/或特定音頻通道設(shè)置優(yōu)先權(quán)，以 使得高頻混響時間僅在低優(yōu)先權(quán)音頻通道中減小。利用信號或擴音器帶寬中的變化對于帶寬沒有與其采樣速率成比例地縮放的音頻通道或擴音器，可永久降低參與巻 積過程的次頻帶的數(shù)目以與應(yīng)用的帶寬匹配。舉例來說，許多家庭影院娛樂系統(tǒng)中共有 的低音炮通道具有從約120Hz下降的操作帶寬。低音炮擴音器本身也是如此。因此，通 過僅允許含有任何有意義的信號的那些次頻帶參與次頻帶巻積過程來限制巻積過程的 帶寬以與音頻通道的帶寬匹配，可實現(xiàn)相當大的節(jié)省。改變頻率-混響時間特性為使頭戴耳機虛擬器的真實性最大化，需要保持原始PRIR的頻率-混響時間特性。 然而，通過限制巻積器用以對次頻帶音頻進行濾波的次頻帶PRIR樣本的數(shù)目來限制任 一次頻帶中的混響時間，可改變此特性?？赡軆H需要此干涉來限制任一特定頻率處巻積 器的復(fù)雜性(如論述)，或者如果期望實際減少某些頻率下虛擬擴音器的感知混響時間， 那么可更主動地應(yīng)用此干涉。用巻積復(fù)雜性換取虛擬準確度個性化房間脈沖響應(yīng)包含三個主要部分。第一部分是脈沖開始，其記錄脈沖波在從 擴音器移出經(jīng)過安裝到耳朵的麥克風時的初始通道。通常，第一部分將延伸超過初始脈 沖開始約5到10ms。開始之后的是脈沖中已跳出收聽房間邊界的早期反射的記錄。對 于典型的收聽房間，此覆蓋約50ms的時間間隔。第三部分是后期反射或房間混響的記 錄，且通常持續(xù)200到300ms，這取決于環(huán)境的混響時間而定。如果PRIR的混響部分充分散開，也就是說，感覺聲音相等地來自所有方向，那么 所有獲取的PRIR的后期反射(混響)部分將是類似的。由于混響部分表示整個脈沖響 應(yīng)的最大部分，因此可通過將這些部分和相應(yīng)巻積合并成單個過程來獲得顯著的節(jié)省。 圖50說明原始的時間對準PRIR246的分解。脈沖開始和早期反射242和后期反射243 (或混響)展示為由虛線241分離。初始和早期反射系數(shù)244形成用于主信號巻積器的 PRIR。后期反射(或混響)系數(shù)245用于巻積合并的信號?？蓪⒃缙谙禂?shù)部分247歸零， 以便維持原始的時間延遲，或可將其整個去除并使用固定的延遲緩沖器來恢復(fù)延遲。舉例來說，圖49說明通過使用經(jīng)修改的PRIR來虛擬兩個輸入信號的系統(tǒng)。為清楚起見，未展示頭部跟蹤信號。針對左耳37和右耳38信號使用次頻帶28巻積和可變時
間延遲過程來虛擬兩個音頻通道IN 1和IN 2。經(jīng)巻積并延遲的此頻帶信號被求和39并 轉(zhuǎn)換回時域27，從而獲得左耳和右耳頭戴耳機信號。左37和右38過程內(nèi)使用的PRIR 已被截斷以僅包括開始和早期反射244 (圖50)，且因此展現(xiàn)明顯較低的計算負荷。37 和38內(nèi)的頭部跟蹤次頻帶PRIR內(nèi)插以正常方式運算，且還由于其減小的長度而計算量 較不密集。用于兩個輸入通道(CH1和CH2)的PRIR 245 (圖50)的混響部分被加在 一起，且經(jīng)電平調(diào)節(jié)并載入次頻帶巻積器35和36。這些級與37和38的級不同之處在 于沒有可變延遲處理。對來自兩個輸入通道28的次頻帶信號求和39,并將合并的信號 240施加到左耳35和右耳36次頻帶巻積器。從35和36輸出的次頻帶在轉(zhuǎn)換27回時域 之前與其各自的左耳和右耳次頻帶39求和。頭部跟蹤耳間延遲處理對于35和36的混響通道是無效的且不被使用。這是因為合 并的音頻信號不再從單個虛擬擴音器發(fā)出，意味著對于例如這些信號的復(fù)合信號來說， 沒有一個延遲值將可能是最佳的。巻積器級35和36—般使用由頭部跟蹤器驅(qū)動的內(nèi)插 混響PRIR。通過鎖定內(nèi)插過程并將合并的信號與僅一個固定的混響PRIR (例如，表示 標稱觀看頭部定向的PRIR)進行巻積，進一步簡化是可能的。在圖49的實例中，PRIR的初始和早期反射部分可能通常表示原始PRIR的僅20%， 且所說明的兩個通道巻積實施方案可能實現(xiàn)大約30%的計算節(jié)省。很明顯，利用合并的 混響路徑的通道越多，節(jié)省也就越大。舉例來說，五通道實施方案可能使巻積處理復(fù)雜 性降低60%。預(yù)先虛擬技術(shù)在正常操作模式中，所述系統(tǒng)的實施例通過使用從每個虛擬擴音器專有的若干預(yù)定 PRIR內(nèi)插的脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)來實時巻積輸入音頻信號。內(nèi)插過程和巻積過程一起連續(xù)運 行，并使用頭部跟蹤裝置來計算適當?shù)膬?nèi)插系數(shù)和緩沖器延遲，以使得在存在聽者頭部 移動時虛擬聲音源表現(xiàn)為固定的。此操作模式的顯著缺點在于，從虛擬器輸出的立體聲 頭戴耳機信號與聽者的實時頭部位置有關(guān)，且僅在所述特定時刻有意義。因此，頭戴耳 機信號本身一般不能被存儲(或記錄)并在以后某個時間重放，因為聽者的頭部移動不 可能與在記錄期間發(fā)生的那些頭部移動匹配。而且，由于內(nèi)插和差分延遲不能回顧性地 施加到頭戴耳機信號，因而聽者的頭部移動將不會退旋虛擬圖像。然而，預(yù)先記錄的虛 擬或預(yù)先虛擬的概念將提供播放中計算負荷的顯著減少，因為密集的巻積過程僅會發(fā)生 在記錄期間且將無需在播放期間進行重復(fù)。對于具有有限播放處理能力且存在虛擬過程 離線運行機會的應(yīng)用，以及對于替代地在聽者頭部跟蹤器裝置控制下實時處理的預(yù)先虛 擬(或雙耳)信號，此過程將為有益的。 例如在圖44中說明預(yù)先虛擬過程的基礎(chǔ)。單個音頻信號41與三個左耳時間對準 PRIR 42、 43和44以及三個右耳時間對準PRIR 45、 46和47巻積34。在此實例中，三 個左耳和右耳PRIR對應(yīng)于針對三個不同頭部定向A、 B和C而個性化的單個擴音器。 圖29中展示所述個性化定向的說明。用于頭部位置A、 B和C的左耳PRIR每一者巻積 輸入信號41以分別產(chǎn)生三個單獨的虛擬信號48、 49和50。另外，通過使用右耳PRIR 而針對右耳產(chǎn)生三個單獨的虛擬信號。此實例中的六個虛擬信號現(xiàn)表示針對三個聽者頭 部定向A、 B和C的用于頭戴耳機的左耳和右耳饋入?？蓪⑦@些信號傳輸?shù)讲シ叛b置， 或可將其進行存儲以在以后時間51播放。在此情況下，此中間虛擬級的計算負荷與等 效內(nèi)插型式高3倍，因為使用所有三個頭部位置的PRIR來巻積信號，而并非僅使用單 個內(nèi)插PRIR。然而，在虛擬信號正被存儲的情況下，可能不一定要實時進行此過程。為使用戶收聽輸入音頻信號41的虛擬型式，可能必須將三個左耳虛擬信號52、 53 和54施加到內(nèi)插器56,所述內(nèi)插器56的內(nèi)插系數(shù)是以與常規(guī)PRIR內(nèi)插運算10幾乎 相同的方式基于聽者頭部角度IO來計算的。在此情況下，內(nèi)插系數(shù)用于在每個采樣周 期輸出三個輸入信號的線性組合。右耳虛擬信號也通過使用相同的過程來進行內(nèi)插10。 對于此實例，如果頭部位置A的虛擬信號樣本為xl(n)，虛擬頭部位置B的信號樣本為 x2(n)且虛擬頭部位置C的信號樣本為x3(n)，那么內(nèi)插樣本流x(n)由下式給定 x(n) = a*xl (n)+b*x2(n)+c*x3(n);對于第n個采樣周期 (等式34) 其中a、 b和c是內(nèi)插系數(shù)，其值根據(jù)等式2、 3和4依據(jù)頭部跟蹤器角度而變化。 接著將左耳內(nèi)插輸出56施加到可變延遲緩沖器17，其根據(jù)聽者頭部角度而改變緩 沖器的路徑長度。內(nèi)插的右耳信號也通過可變延遲緩沖器，且左耳與右耳緩沖器之間的 延遲差動態(tài)地適合于頭部角度變化，以使得其與當頭戴耳機信號實際上來自與虛擬擴音 器重合的真實擴音器時將存在的耳間延遲匹配。這些方法與早先部分中描述的那些方法 是全部相同的。內(nèi)插器和可變延遲緩沖器兩者可利用用于產(chǎn)生虛擬信號的PRIR專有的 個性化測量頭部角度信息，從而允許其動態(tài)計算恰當?shù)膬?nèi)插器系數(shù)和緩沖器延遲(如頭 部跟蹤器指示)。此系統(tǒng)的一個益處在于，內(nèi)插和可變延遲過程展現(xiàn)出的計算負荷比虛擬巻積級34 所需的計算負荷低得多。圖44說明針對三個頭部位置而虛擬的單個音頻信號41。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可容易地擴展此過程以覆蓋更多的頭部位置和更多數(shù)目的虛擬音頻通道。而且，可本地存儲預(yù)先虛擬的信號51 (圖44)，或者可將其存儲在某個遠端位置，且用戶可將這些信號與其它相關(guān)聯(lián)的媒體流(例如電影或視頻)同步播放。圖45說明所述過程的擴展，借此六個虛擬信號經(jīng)編碼57并輸出59到作為中間級
的存儲裝置60。獲得輸入音頻樣本41、產(chǎn)生不同的虛擬信號、對其進行編碼和接著將 其存儲60的過程持續(xù)到所有輸入音頻樣本都已被處理為止。這可能是或者可能不是實 時的。用于產(chǎn)生虛擬信號的PRIR專有的個性化測量頭部角度信息也包括在經(jīng)編碼的流中。某段時間之后，聽者希望收聽虛擬聲軌，且保持在存儲裝置60中的虛擬數(shù)據(jù)流動 61到解碼器58，所述解碼器58提取個性化測量頭部角度信息并實時重構(gòu)六個虛擬音頻 流。在重構(gòu)時將左耳和右耳信號施加到其各自的內(nèi)插器56，所述內(nèi)插器56的輸出通過 可變延遲緩沖器17以重新產(chǎn)生虛擬耳間延遲。在此實例中，通過使用處理緩沖器輸出 的濾波器級來實施頭戴耳機均衡，且這些濾波器的輸出用于驅(qū)動立體聲頭戴耳機。同樣， 此系統(tǒng)的益處在于，與解碼、內(nèi)插、緩沖和均衡相關(guān)聯(lián)的處理負荷與虛擬過程相比是較 小的。在圖44和45的實例中，預(yù)先虛擬過程導(dǎo)致待傳輸或存儲的音頻流的數(shù)目增加6倍。 更一般來說，流的數(shù)目等于待虛擬的擴音器的數(shù)目乘以內(nèi)插器所使用的個性化頭部測量 數(shù)目的兩倍。減小此傳輸?shù)奈凰俾驶驅(qū)⒈３衷诖鎯ρb置60中的數(shù)據(jù)文件大小的一種方 法是使用某種形式的音頻位速率壓縮或編碼器57內(nèi)的音頻編碼。那么互補的音頻解碼 過程將駐存在解碼過程58中以重構(gòu)音頻流。當今存在的高質(zhì)量音頻編碼系統(tǒng)可以低至 12: 1的壓縮比率操作而不會有可聞失真。這意味著預(yù)先虛擬的編碼流的存儲要求將可 有利地與原始未壓縮音頻信號的存儲要求相比。然而，對于此應(yīng)用，由于進入編碼級57 的各種虛擬信號之間的高度相關(guān)性的緣故，甚至更大的壓縮效率也是可能的。如果在非時間對準的預(yù)先虛擬信號之間內(nèi)插被視為可接受的，那么可從根本上簡化 圖44和45中說明的過程。此簡化的含義在于，在播放級處完全丟棄了可變延遲處理，允許在編碼之前求和左耳與右耳信號群組，從而減少了當一個以上擴音器待虛擬時將存 儲或傳輸?shù)浇獯a側(cè)的信號的數(shù)目。在圖47中說明此簡化。將兩個通道的音頻應(yīng)用于預(yù)先虛擬過程55和56,使用單獨 的擴音器PRIR虛擬每個音頻通道。用于巻積音頻信號的PRIR數(shù)據(jù)未經(jīng)時間對準，但 保留了原始PRIR數(shù)據(jù)中所存在的耳間時間延遲。將三個頭部位置的預(yù)先虛擬信號與第 二音頻通道的那些信號求和，并使這些信號傳遞通過到達左耳和右耳內(nèi)插器56，所述內(nèi) 插器56的輸出直接驅(qū)動頭戴耳機。傳遞到播放側(cè)51的預(yù)先虛擬信號的數(shù)目現(xiàn)為固定的 且等于PRIR頭部位置數(shù)目的兩倍，從而大體上減少建構(gòu)圖45所說明的系統(tǒng)將需要的音 頻編碼壓縮要求。圖47說明對2個音頻通道和3個PRIR頭部位置的應(yīng)用。將了解，這可容易地經(jīng)擴
展以使用兩個或兩個以上PRIR頭部位置來覆蓋任意數(shù)目的音頻通道。此簡化的主要缺 點在于，由于沒有時間對準PRIR，因而內(nèi)插過程產(chǎn)生了顯著的梳形濾波效應(yīng)，所述梳 形濾波效應(yīng)往往會在聽者頭部在PRIR測量點之間移動時衰減頭戴耳機音頻信號中的某 些較高頻率。然而，由于用戶可能花費大多數(shù)時間收聽虛擬擴音器聲音且其頭部定位在靠近參考定向的地方，因而一般用戶可能不會感覺到此假象較為明顯。為清楚起見，在 圖47中未展示頭戴耳機均衡，但將了解，其可包括在PRIR內(nèi)或在預(yù)先虛擬處理期間，或者可在播放期間對解碼信號或?qū)︻^戴耳機輸出本身進行濾波。圖47的個性化預(yù)先虛擬方法可進一步擴展以涵蓋用于產(chǎn)生左耳和右耳(雙耳)頭 戴耳機信號的不同方法。所述方法在其最廣泛的形式中描述了產(chǎn)生許多個性化雙耳信號 的技術(shù)，每一信號代表相同的虛擬擴音器配置但是針對個性化數(shù)據(jù)所從屬的個人的不同 頭部定向?？梢阅撤N方式來處理這些信號，(例如)以輔助傳輸或存儲，但最終在播放 期間，在頭部跟蹤器控制下，從這些相同組的信號中導(dǎo)出發(fā)送到頭戴耳機的雙耳信號。 在其最基本的配置中，代表兩個聽者頭部位置的兩組雙耳信號將用于實時產(chǎn)生驅(qū)動頭戴 耳機并使用聽者頭部跟蹤器作為確定恰當組合的構(gòu)件的單個雙耳信號。再次，在不脫離 本發(fā)明范圍的情況下，可在所述過程的各個級處執(zhí)行頭戴耳機均衡。圖46中說明預(yù)先虛擬方法的一種最終變化。遠程服務(wù)器64含有安全音頻67，所述 安全音頻67可被下載66到客戶存儲裝置60以通過便攜式音頻播放器222進行播放。 預(yù)先虛擬可采用圖45中所說明的形式，因為安全音頻本身在客戶設(shè)備中被下載并預(yù)先 虛擬。然而，為避免盜版問題，可能需要強制客戶將其PRIR文件63上載65到遠程服 務(wù)器，且需要服務(wù)器預(yù)先虛擬音頻68，編碼虛擬音頻57，并接著將流66下載到客戶本 身的存儲裝置60。按照早先的解釋，接著可使保持在存儲裝置中的編碼數(shù)據(jù)流到解碼器 以通過客戶的頭戴耳機進行播放。也可將頭戴耳機均衡上載到服務(wù)器且并入到預(yù)先虛擬 處理中，或者可按照圖46由播放器實施62。預(yù)先虛擬和播放技術(shù)可利用圖45中示范的 方法，或者其可使用圖47的簡化方法(或如論述的其一般形式)。此方法的優(yōu)點僅在于，通過將音頻與其PRIR巻積的動作已有效地對由客戶下載的 音頻進行個性化。音頻較不可能被盜版，因為所述虛擬將可能對于測量PRIR所針對的 個人以外的聽者來說是稍微無效的。此外，PRIR巻積過程難以反向，且在安全多通道 音頻的情況下，個別通道實際上不可能與頭戴耳機信號分離。圖46說明便攜式播放器的使用。然而，將了解，將PRIR數(shù)據(jù)上載到遠程音頻位置且接著下載個性化虛擬(雙耳)音頻的原理可應(yīng)用于許多類型的消費者娛樂播放平臺。還將了解，虛擬音頻可與其它類型的媒體信息(例如電影或視頻數(shù)據(jù))相關(guān)聯(lián)，且這些
信號將通常與虛擬音頻播放同步，從而實現(xiàn)完全的圖片-聲音同步。舉例來說，如果應(yīng)用 是計算機上的DVD視頻播放，那么電影聲軌將從DVD光盤中讀取、預(yù)先虛擬并接著存 儲回計算機本身的硬盤驅(qū)動器。預(yù)先虛擬通常將離線執(zhí)行。為了看電影，計算機用戶開 始電影，且并非收聽解碼的DVD聲軌，而是在與圖像同步的適當位置播放(使用頭部 跟蹤器來模擬耳間延遲17和/或以正常方法進行內(nèi)插56)預(yù)先虛擬的音頻?？赏ㄟ^使用 上載的PRIR來在遠程服務(wù)器上實現(xiàn)預(yù)先虛擬DVD聲軌，如圖46中說明。
預(yù)先虛擬方法的描述參考了 (例如)3點PRIR測量范圍。將了解，可容易地將所 論述的方法擴展為適應(yīng)更少或更多的PRIR頭部定向。這同樣適用于輸入音頻通道的數(shù) 目。此外，正常實時虛擬方法的許多特征(例如針對落在測量范圍以外的頭部移動修改 虛擬器輸出的那些特征)可同樣適用于預(yù)先虛擬的播放系統(tǒng)。預(yù)先虛擬的揭示內(nèi)容已集 中在將巻積過程與內(nèi)插和可變延遲處理分離的原理，以便說明所述方法。所屬領(lǐng)域的技 術(shù)人員將了解，使用有效的虛擬技術(shù)(例如本文揭示的次頻帶巻積方法或例如FFT巻積 的其它方法)將導(dǎo)致改進的編碼和解碼實施方案。舉例來說，經(jīng)巻積的次頻帶音頻信號 或FFT系數(shù)本身展現(xiàn)出的某些冗余性可由音頻編碼技術(shù)更好地利用以改進其位速率壓 縮效率。而且，所提出的用以減少次頻帶巻積過程的計算負荷的許多方法也可應(yīng)用于編 碼過程。舉例來說，落在感知掩蔽閾值以下且視需要從巻積過程去除的次頻帶也可從針 對所述幀的編碼過程中刪除，從而減少需要量化和編碼的次頻帶信號的數(shù)目，進而導(dǎo)致 位速率的降低。
網(wǎng)絡(luò)連接的實時個性化虛擬應(yīng)用
已設(shè)想出其中使用個性化頭部跟蹤虛擬的許多新應(yīng)用。 一種此類一般應(yīng)用是網(wǎng)絡(luò)連 接的實時個性化虛擬，借此巻積過程在可利用用于各種網(wǎng)絡(luò)連接參與者的PRIR數(shù)據(jù)組 的遠程網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器上運行。此類系統(tǒng)形成虛擬電話會議、因特網(wǎng)遠程教育虛擬教室 和互動網(wǎng)絡(luò)連接游戲系統(tǒng)的核心。在圖48中說明通用網(wǎng)絡(luò)連接虛擬器。舉例來說，三 個遠程用戶A、 B和C經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)227而連接到虛擬器網(wǎng)絡(luò)集線器226，并希望以三向會 議類型呼叫來進行通信。虛擬的目的在于促使遠程方的語音從本地參與者頭戴耳機發(fā) 出，以使得其表現(xiàn)為來自相對于其參考頭部定向的不同方向。舉例來說， 一種選擇將是 使遠程方之一的語音來自虛擬左前方擴音器，且另一者的語音來自虛擬右前方擴音器。 每個參與者頭部位置由頭部跟蹤器監(jiān)視，且這些角度連續(xù)向上流到服務(wù)器，以便在存在 頭部移動時退旋虛擬方。
每個參與者79佩戴立體聲耳機80，所述立體聲耳機80的音頻信號從服務(wù)器226向下流出。頭部跟蹤器81跟蹤用戶頭部移動，且此信號向上路由到服務(wù)器以控制與所述用戶相關(guān)聯(lián)的虛擬器235、耳間延遲和PRIR內(nèi)插236。每個頭戴耳機還安裝有懸掛式麥 克風228以允許每個用戶數(shù)字化229語音信號向上傳遞到服務(wù)器234。每個語音信號可 用作對其它參與者的虛擬器的輸入。以此方式，每個用戶僅聽到其它參與者的語音作為 虛擬源——其本身的語音被本地饋入以提供置信信號。在開始會議之前，每個參與者79將表示針對若干頭部角度測得的虛擬擴音器或點 源的PRIR文件(236、 237和238)上載到服務(wù)器。此數(shù)據(jù)可與從家庭娛樂系統(tǒng)獲取的 數(shù)據(jù)相同，或者其可具體針對應(yīng)用而產(chǎn)生。舉例來說，其包括的擴音器位置可能比娛樂 目的通常所需的擴音器位置更多。每個用戶被分配服務(wù)器中的獨立虛擬器235，其個別 PRIR文件和頭部跟蹤器控制信號239與所述虛擬器235相關(guān)聯(lián)。每個虛擬器的左耳和 右耳輸出233通過其頭戴耳機80實時流回到每一個別參與者。明顯地，圖48可經(jīng)擴展 以適應(yīng)任意數(shù)目的參與者。在網(wǎng)絡(luò)中存在較大傳輸延遲(等待時間)的情況下，通過允許在網(wǎng)絡(luò)上聽者更容易 訪問(即，上游和下游延遲較低)的某個位置處進行頭部跟蹤PRIR內(nèi)插和路徑長度處 理，可改進頭部跟蹤響應(yīng)時間。新的位置可為網(wǎng)絡(luò)上的另一服務(wù)器，或者其可隨聽者定 位。這意味著在預(yù)先虛擬的信號傳輸?shù)酱渭壩恢枚皇亲蠖陀叶纛l的情況下將采用 圖44、 45和47中所說明的類型的預(yù)先虛擬方法。當參與者數(shù)目較小時，電話會議應(yīng)用的進一步簡化是可能的。在此情況下，可使每 個參與者語音信號更經(jīng)濟地通過網(wǎng)絡(luò)廣播到所有其它參與者。以此方式，整個虛擬器恢復(fù)到標準家庭娛樂設(shè)置，其中每個傳入的語音信號僅為對隨每個參與者而定位的虛擬器 設(shè)備的輸入。在此情況下，網(wǎng)絡(luò)連接的虛擬器或PRIR上載都是不需要的。 使用數(shù)字信號處理器(DSP)的實時實施方案在以48 kHz采樣速率運行的多通道家庭娛樂應(yīng)用內(nèi)使用的頭戴耳機虛擬器的六通 道型式的實時實施方案(圖1)構(gòu)造在單個數(shù)字信號處理器(DSP)芯片周圍。此實施 方案將MLS個性化例行程序和虛擬化例行程序并入單個程序中。所述實施方案能夠在 圖26、 27和28所示的模式中操作，且提供額外的第六輸入70和擴音器輸出72。在圖 41中說明DSP核心和輔助硬件。DSP芯片123處理執(zhí)行PRIR測量、頭戴耳機均衡、頭 部跟蹤器解碼、實時虛擬和所有其它相關(guān)聯(lián)過程所必需的所有數(shù)字信號處理。為清楚起 見，圖41將各個數(shù)字i/o信號展示為分離的路徑。實際的硬件使用可編程邏輯多路復(fù)用 器，所述可編程邏輯多路復(fù)用器使DSP能夠在中斷或DMA控制下讀取和寫入外部解碼 器114、 ADC 99、 DAC 92和72、 SPDIF發(fā)射器112、 SPDIF接收器111和頭部跟蹤器UART73。此外，DSP通過多路復(fù)用的外部總線訪問RAM 125、自引導(dǎo)ROM126和微 控制器127，且這在需要時也可在DMA控制下操作。DSP塊123是圖26、 27和28所共有，且這些說明提供在芯片本身內(nèi)實施為DSP 例行程序的主信號處理塊的概述。DSP可經(jīng)配置以在兩種PRIR測量模式中操作。模式A)經(jīng)設(shè)計以用于其中直接訪問擴音器是不實際的應(yīng)用，如圖27所說明。在 此模式中，輸入音頻信號121 (圖41)可從位流經(jīng)由SPDIF接收器111輸入的本地多通 道解碼器114導(dǎo)出，或者其可從本地多通道ADC 70直接輸入。使用工業(yè)標準多通道編 碼器來編碼個性化測量MLS信號，且將其經(jīng)由SPDIF發(fā)射器112輸出。隨后使用標準 AV接收器109 (圖27)來解碼MLS位流，并將其引導(dǎo)到期望的擴音器。模式B)經(jīng)設(shè)計以用于其中直接訪問擴音器是可能的應(yīng)用，如圖26所說明。如同 模式A，輸入音頻信號121 (圖41)可從位流經(jīng)由SPDIF接收器111輸入的本地多通道 解碼器114導(dǎo)出，或者其可從本地多通道ADC 70直接輸入。然而，個性化測量MLS 信號被直接輸出到多通道DAC 72。圖43描述根據(jù)本發(fā)明實施例的個性化例行程序的步驟和規(guī)格。圖42類似地描述虛 擬化例行程序的那些步驟和規(guī)格。DSP例行程序根據(jù)功能而分開，且通常針對沒有任何 先前獲取的個性化數(shù)據(jù)可用的用戶在上電之后按如下次序運行。1) 獲取每個擴音器和每個頭部位置的PRIR2) 獲取雙耳的頭戴耳機-麥克風傳遞函數(shù)，并產(chǎn)生均衡濾波器3) 產(chǎn)生內(nèi)插和耳間時間延遲函數(shù)，并時間對準PRIR4) 使用頭戴耳機均衡濾波器預(yù)先加強時間對準的PRIR5) 產(chǎn)生次頻帶PRIR6) 建立頭部參考角度7) 計算任何虛擬擴音器偏移量8) 運行虛擬器使用DSP的實時擴音器MLS測量個性化房間脈沖響應(yīng)測量例行程序使用包含32767個狀態(tài)且能夠測量多達32767個 樣本的脈沖響應(yīng)的15位二進制MLS。以48kHz的音頻采樣速率，此MLS可測量約0.68 秒的環(huán)境混響時間內(nèi)的脈沖響應(yīng)，而不會有顯著的循環(huán)巻積混疊。在房間的混響時間可 能超過0.68秒的情況下可使用較高的MLS次序。圖29中所說明的三點PRIR測量方法 在實時DSP平臺中實施。因此，當獲取PRIR時未考慮頭部俯仰和傾側(cè)。MLS測量過程 期間的頭部移動也被忽略，且因此假定人主體的頭部在測試的持續(xù)時間內(nèi)保持得相當靜 止。 為便于模式A操作，對32768個樣本重新采樣所述32767序列，且緊接塊的連續(xù)流 使用以1536kbps運行的5.1ch DTS相干聲學(xué)編碼器進行編碼，其中啟用了最佳重構(gòu)模式。 對MLS編碼器幀對準進行調(diào)節(jié)，以便確保原始MLS窗口準確對應(yīng)于512個樣本的64 個解碼幀的MLS窗口 ，以使得DTS位流可以環(huán)路形式播放而不會造成解碼器輸出處的 幀間不連續(xù)性。 一旦實現(xiàn)對準，就從最終DTS位流中提取64個幀，其包含1048576個 位或32768個立體聲SPDIF 16位有效負載字。針對包括低音炮的六個通道中的每一者 (其中到達編碼器的其它輸入信號的聲音被減弱)產(chǎn)生位流。對每個活動通道產(chǎn)生十個 位流，覆蓋從-27dB開始以3dB步長上升到OdB的MLS振幅范圍。所有60個編碼的 MLS序列被離線編碼，且位流預(yù)先存儲在緊湊型快閃130(圖41)中并在每次系統(tǒng)初始 化時被上載到系統(tǒng)RAM125，其中啟用模式A。在個性化過程期間，所有非必要的例行程序被暫停，且傳入的左耳和右耳麥克風樣 本由循環(huán)巻積例行程序以逐個樣本的方式直接處理。個性化測量通過首先確定促使麥克 風記錄超過-9dB閾值所必需的MLS振幅而開始。這將對每個擴音器單獨進行測試，且 具有最低振幅的MLS將用于所有后續(xù)PRIR測量。接著，恰當?shù)奈涣饕原h(huán)路形式流出到 SPDIF發(fā)射器，且將經(jīng)數(shù)字化的麥克風信號99循環(huán)地與原始重新采樣的MLS進行巻積。 此過程持續(xù)32個MLS幀周期——在48kHz采樣速率下大約22秒。對于完全的5.1ch 擴音器設(shè)置，通常使用以下程序來進行測試。人主體面朝屏幕中央并保持其頭部穩(wěn)定，且1. 循環(huán)左擴音器MLS位流并測量左耳和右耳PRIR，2. 循環(huán)右擴音器MLS位流并測量左耳和右耳PRIR，3. 循環(huán)中央擴音器MLS位流并測量左耳和右耳PRIR，4. 循環(huán)左環(huán)繞擴音器MLS位流并測量左耳和右耳PRIR,5. 循環(huán)右環(huán)繞擴音器MLS位流并測量左耳和右耳PRIR，且6. 循環(huán)低音炮MLS位流并測量左耳和右耳PRIR。 人主體面朝左擴音器并保持其頭部穩(wěn)定，且1. 循環(huán)左擴音器MLS位流并測量左耳和右耳PRIR，2. 循環(huán)右擴音器MLS位流并測量左耳和右耳PRIR，3. 循環(huán)中央擴音器MLS位流并測量左耳和右耳PRIR，4. 循環(huán)左環(huán)繞擴音器MLS位流并測量左耳和右耳PRIR，5. 循環(huán)右環(huán)繞擴音器MLS位流并測量左耳和右耳PRIR，且6. 循環(huán)低音炮MLS位流并測量左耳和右耳PRIR。
人主體面朝右擴音器并保持其頭部穩(wěn)定，且1. 循環(huán)左擴音器MLS位流并測量左耳和右耳PRIR，2. 循環(huán)右擴音器MLS位流并測量左耳和右耳PRIR，3. 循環(huán)中央擴音器MLS位流并測量左耳和右耳PRIR,4. 循環(huán)左環(huán)繞擴音器MLS位流并測量左耳和右耳PRIR，5. 循環(huán)右環(huán)繞擴音器MLS位流并測量左耳和右耳PRIR，且6. 循環(huán)低音炮MLS位流并測量左耳和右耳PRIR。對于模式B操作32，經(jīng)縮放的32767個樣本MLS在測試72下(圖41)直接輸出 到擴音器。如同模式B，在測試開始之前首先縮放MLS的振幅。MLS本身作為32767 位序列預(yù)先存儲在緊湊型快閃130 (圖41)中，并在上電時上載到DSP。針對待測的每 個擴音器且針對每個期望的個性化頭部定向進行MLS測量。人主體面朝屏幕中央并保持其頭部穩(wěn)定，且1. 將MLS驅(qū)送出左擴音器并測量左耳和右耳PRIR，2. 將MLS驅(qū)送出右擴音器并測量左耳和右耳PRIR，3. 將MLS驅(qū)送出中央擴音器并測量左耳和右耳PRIR，4. 將MLS驅(qū)送出左環(huán)繞擴音器并測量左耳和右耳PRIR，5. 將MLS驅(qū)送出右環(huán)繞擴音器并測量左耳和右耳PRIR，且6. 將MLS驅(qū)送出低音炮并測量左耳和右耳PRIR。 人主體面朝左擴音器并保持其頭部穩(wěn)定，且1. 將MLS驅(qū)送出左擴音器并測量左耳和右耳PRIR，2. 將MLS驅(qū)送出右擴音器并測量左耳和右耳PRIR，3. 將MLS驅(qū)送出中央擴音器并測量左耳和右耳PRIR，4. 將MLS驅(qū)送出左環(huán)繞擴音器并測量左耳和右耳PRIR，5. 將MLS驅(qū)送出右環(huán)繞擴音器并測量左耳和右耳PRIR，且6. 將MLS驅(qū)送出低音炮并測量左耳和右耳PRIR。 人主體面朝右擴音器并保持其頭部穩(wěn)定，且1. 將MLS驅(qū)送出左擴音器并測量左耳和右耳PRIR，2. 將MLS驅(qū)送出右擴音器并測量左耳和右耳PRIR，3. 將MLS驅(qū)送出中央擴音器并測量左耳和右耳PRIR，4. 將MLS驅(qū)送出左環(huán)繞擴音器并測量左耳和右耳PRIR，5. 將MLS驅(qū)送出右環(huán)繞擴音器并測量左耳和右耳PRIR，且 6.將MLS驅(qū)送出低音炮并測量左耳和右耳PRIR。對于A或B模式，5.1ch個性化測量均導(dǎo)致18個左-右PRIR對(每對具有32768 個樣本)，且這些既保持在臨時存儲器116 (圖26和27)中用于進一步處理，又存儲回 緊湊型快閃。因此，用戶在未來任意時間點都可檢索這些測量數(shù)據(jù)而不必重復(fù)PRIR測量。使用DSP的實時頭戴耳機MLS測量對于模式A和B兩者，使用直接MLS (模式B)來執(zhí)行頭戴耳機均衡測量。除了 經(jīng)縮放的MLS經(jīng)由頭戴耳機DAC而不是擴音器DAC輸出到頭戴耳機之外，MLS頭戴 耳機測量例行程序與擴音器測試相同。根據(jù)以下步驟使用32個平均化去巻積MLS幀來 單獨產(chǎn)生頭戴耳機每一側(cè)的響應(yīng)1. 將MLS驅(qū)送出左耳頭戴耳機變換器并測量左耳PRIR，且2. 將MLS驅(qū)送出右耳頭戴耳機變換器并測量右耳PRIR。左耳和右耳脈沖響應(yīng)與最近的樣本時間對準并被截斷，以使得從脈沖開始的僅前 128個樣本得以保留。接著，使用本文描述的方法來反向每個128樣本脈沖。在反向期 間，將高于16125Hz的計算頻率設(shè)定為單位增益，并相對于0與750Hz之間的平均水平 將極點和零點限幅到+/-12￡18。將所得的左通道和右通道128分支對稱脈沖響應(yīng)存儲回緊 湊型快閃130 (圖41)。PRIR數(shù)據(jù)的準備在圖43中說明實時虛擬化例行程序中使用的PRIR數(shù)據(jù)的準備。在PRIR測量完成 時，每個擴音器和三個橫向頭部定向中的每個定向的原始左耳和右耳PRIR保持在存儲 器116中。首先，對最近的樣本測量225針對所有十八個左耳和右耳PRIR對的耳間時 間位移，并臨時存儲所述值以供頭部跟蹤器處理器9和24使用。接著，按照本文描述 的方法針對最近的樣本來時間對準225所述PRIR對。經(jīng)時間對準的PRIR每一者與頭 戴耳機均衡濾波器62巻積，并使用2x過采樣分析濾波器組分裂成十六個次頻帶26，所 述過采樣分析濾波器組的原型低通濾波器滑移已被略微擴展以確保單位增益被維持直 到重疊點，如本文論述。將每個PRIR分裂成若干次頻帶的動作導(dǎo)致16個次頻帶PRIR文件，其每一者具有4096個樣本。將次頻帶PRIR文件截斷223，以便優(yōu)化隨后巻積過程的計算負荷。對于除低音炮以外的所有音頻通道，每個PRIR的次頻帶1到10經(jīng)剪裁以僅包括前1500個樣本(給出大約0.25s的混響時間)，次頻帶11到14經(jīng)剪裁以僅包括前32個樣本，且次頻帶15和16被完全刪除，且因此頭戴耳機音頻中不存在高于21kHz的頻率。對于低 音炮通道，次頻帶l經(jīng)剪裁以僅包括前1500個樣本，且所有其它次頻帶被刪除且不包 括在低音炮巻積計算中。 一旦被剪裁，接著就將次頻帶PRIR數(shù)據(jù)載入224到其各自次 頻帶PRIR內(nèi)插處理器16存儲器中，以供圖42的實時虛擬過程使用。在此DSP實施方案中使用PRIR內(nèi)插公式(等式8-14)。這要求知道分別對應(yīng)于觀 看頭部角度176、 177和178 (圖29)的三個PRIR測量頭部角度9 L、 6 C禾Q 0 R。所述 實施方案假定前中央擴音器181與參考頭部角度eref完全對準。這允許通過分析在中央 擴音器作為MLS激勵源時針對三個頭部位置中每個位置的左耳與右耳PRIR對之間的耳 間時間延遲，使用等式l來計算eL、 eC和9R。在此情況下，最大絕對延遲固定在24 個樣本。使用等式23-25來估計每個虛擬擴音器的耳間路徑長度公式，且結(jié)合任何虛擬偏移 量調(diào)節(jié)，使用等式31來計算每個差分路徑長度。使用與提供0.25度角分辨率的4位線 性內(nèi)插組合的32點單象限査找表來在軟件中構(gòu)造正弦函數(shù)。即使當聽者頭部移動到 PRIR測量角度范圍之外時，也繼續(xù)路徑長度計算。作為選擇，PRIR內(nèi)插和路徑長度公式產(chǎn)生例行程序能夠訪問與PRIR頭部角度有關(guān) 的信息，且擴音器位置經(jīng)由鍵盤129 (圖41)手動輸入到虛擬器中。動態(tài)頭部跟蹤計算頭部跟蹤器實施方案是基于安裝到頭戴耳機的3軸磁性傳感器設(shè)計，其在存在聽者 頭部傾斜時利用2軸傾斜加速度計來退旋磁性讀取。為避免干擾，靜電頭戴耳機用于再 現(xiàn)虛擬信號。由板上微控制器以120Hz的更新速率進行磁性和傾斜測量及方向計算。使 用以9600 bit/s波特率傳輸?shù)暮唵萎惒酱懈袷絹硎孤犝哳^部偏轉(zhuǎn)、俯仰和傾側(cè)角度流 到虛擬器。位流包含同步數(shù)據(jù)、可選命令和三個頭部定向。頭部角度通過利用使用Q2 二進制格式的+A180度格式進行編碼，且因此在任意軸線上提供0.25度的基本分辨率。 因此，傳輸兩個字節(jié)以概述每個頭部角度。頭部跟蹤器串行流連接到外側(cè)UART73 (圖 41)，且每個字節(jié)被解碼并經(jīng)由中斷服務(wù)例行程序傳遞到DSP123。頭部跟蹤器更新速率 自由運行(大約120Hz)，且不與虛擬器的音頻采樣速率的更新速率同步。在每次頭部 跟蹤器中斷時，DSP讀取UART總線并檢查同步字節(jié)的存在。遵循認可的同步樣式的字 節(jié)用于更新保留在DSP中的頭部定向角度，且視需要標記頭部跟蹤器命令。頭部跟蹤器命令功能之一是要求DSP采樣當前頭部偏轉(zhuǎn)角度并將此角度復(fù)制到內(nèi)部存儲的參考頭部定向6ref。此命令由安裝在頭部跟蹤器單元上的微型開關(guān)觸發(fā)，所述頭部跟蹤器單元本身安裝在頭戴耳機頭帶上。在此實施方案中，通過要求聽者將頭戴耳 DSP接著使用此頭部偏轉(zhuǎn)角度作為參考?？稍谌魏螘r刻通過簡單按下開關(guān)來作出參考角 度的改變。以200Hz的虛擬器幀速率(240個輸入樣本⑨F『48kHz)計算次頻帶內(nèi)插系數(shù)和可 變延遲路徑長度更新。針對音頻通道中的每一者獨立計算唯一的一組內(nèi)插系數(shù)，以允許 以逐個擴音器的方式進行虛擬偏移量調(diào)節(jié)(e v x)。所得的次頻帶內(nèi)插系數(shù)直接用于針 對每個音頻通道16 (圖16)產(chǎn)生一組內(nèi)插的次頻帶PRIR。然而，路徑長度更新不直接用于驅(qū)動過采樣緩沖器地址20 (圖18)，而是替代地用 于更新一組"期望路徑長度"變量。實際路徑長度每24個輸入樣本進行更新，且使用A 函數(shù)進行增量調(diào)節(jié)，以使得其適于期望路徑長度值的方向。這意味著響應(yīng)于頭部跟蹤器 偏轉(zhuǎn)角度的改變而以2kHz的速率有效調(diào)節(jié)所有虛擬擴音器路徑長度。使用A更新的目 的是確保可變緩沖器路徑長度不會以較大步長變化，且因此避免了由于聽者頭部角度突 然變化而將可聞假象引入音頻信號中的可能性。對于個性化范圍的范疇以外的頭部偏轉(zhuǎn)角度，內(nèi)插系數(shù)計算在其最左邊或右邊位置 處飽和。通常，虛擬器忽略頭部跟蹤器俯仰和傾側(cè)角度，因為這些角度不包括在PRIR 測量范圍內(nèi)。然而，當俯仰角度超過大約+/-65度(+/-卯度為水平的)時，虛擬器將接 入擴音器信號(若可用)132 (圖28)。這為聽者移去頭戴耳機并將其放平且繼續(xù)通過擴 音器收聽音頻提供了便利方式。實時5.1chDSP虛擬器圖42說明根據(jù)本發(fā)明實施例的經(jīng)實施以虛擬單個輸入音頻通道的一組例行程序。 針對通道的其余部分復(fù)制所有函數(shù)，且對其左耳和右耳頭戴耳機信號求和以形成復(fù)合立 體聲頭戴耳機輸出。以48kHz的采樣速率實時數(shù)字化70模擬音頻輸入信號，且使用中 斷服務(wù)例行程序而將其載入到240樣本緩沖器71。在填充此緩沖器時，DSP調(diào)用DMA 例行程序，所述DMA例行程序既將輸入樣本復(fù)制到內(nèi)部臨時緩沖器，又用來自一對臨 時輸出緩沖器的新近虛擬的音頻重新裝載左通道和右通道輸出緩沖器71。此DMA每240 個輸入樣本發(fā)生一次，且因此虛擬器幀速率以200Hz運行。使用2x過采樣480分支分析濾波器組將240個新近獲取的輸入樣本分裂成16個次頻帶26。用于此分析濾波器組和合成濾波器組的原型低通濾波器以正常方式設(shè)計，即重疊點大約在通帶以下3dB。接著，使用左耳和右耳次頻帶巻積器30將每個次頻帶中的30個樣本與由內(nèi)插例行程序產(chǎn)生并使用最新內(nèi)插系數(shù)的相關(guān)次頻帶PRIR樣本16進行巻積。使用互補的16頻帶次頻帶480分支合成濾波器組27將經(jīng)巻積的左耳和右耳樣本每一者重構(gòu)回240個樣本波形。接著，所述240個經(jīng)重構(gòu)的左耳和右耳樣本通過可變延遲緩沖器17，以實現(xiàn)適合于虛擬擴音器的耳間時間延遲。可變緩沖器實施方案使用500x 過采樣結(jié)構(gòu)，并利用32000分支抗混疊濾波器。因此，每個緩沖器單獨地能夠以低至樣本的1/500的步長使輸入樣本流延遲多達32 個樣本。如先前描述，每24個輸入樣本周期或每0.5ms來更新延遲，且因此可變延遲 在每個240輸入樣本周期中被更新10次。從每個通道虛擬器的左耳和右耳可變延遲緩 沖器輸出的240個樣本經(jīng)求和5并載入臨時輸出樣本緩沖器，以準備在下一 DMA輸入/ 輸出例行程序上轉(zhuǎn)移到輸出緩沖器71。通過使用中斷服務(wù)例行程序以48kHz的速率將 左耳和右耳輸出樣本實時轉(zhuǎn)移到DAC 72。所得的模擬信號經(jīng)緩沖并輸出到聽者佩戴的 頭戴耳機。變化和替代實施例盡管已在本發(fā)明的整個具體實施方式
中展示和描述了本發(fā)明的若干說明性實施例， 但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將可作出許多變化和替代實施例?？稍诓幻撾x本發(fā)明的精神和范 圍的情況下，預(yù)期和進行此類變化和替代實施例。舉例來說，所述描述參考了建立播放期間聽者頭部移動范圍的個性化測量過程。理 論上，需要兩個或兩個以上測量點以便有利于內(nèi)插。實際上，許多實例己說明三點和五 點PRIR測量范圍的使用。以此方式測量每個擴音器響應(yīng)的優(yōu)點在于，只要頭部移動在 測量范圍內(nèi)，退旋頭部移動的PRIR內(nèi)插總是使用正用于投射虛擬擴音器的真實擴音器 專有的PRIR數(shù)據(jù)。換句話說，虛擬擴音器通常將與真實擴音器的體驗幾乎完全匹配， 因為其使用所述擴音器專有的PRIR數(shù)據(jù)。此方法的一個偏離是針對每個擴音器僅測量 一組PRIR，即人主體僅采用一個固定的頭部位置，并針對構(gòu)成其娛樂系統(tǒng)的每個擴音 器獲取左耳和右耳PRIR。通常，在進行測量之前人主體將面朝屏幕中央或某個其它理想的收聽定向。在此情 形下，通過使用與正被虛擬的擴音器無關(guān)的內(nèi)插PRIR數(shù)據(jù)組來對頭部跟蹤器檢測到的 任何偏離此參考頭部定向的頭部移動進行退旋。然而，耳間路徑長度計算可保持準確， 因為其可從各種擴音器PRIR數(shù)據(jù)導(dǎo)出或以正常方式手動地輸入到虛擬器本身。在用于 使虛擬器范圍延伸超過測量范圍的方法之一中已在某種程度上論述了在相鄰擴音器 PRIR之間進行內(nèi)插的過程(參見題為"落在測得范圍以外的頭部移動"部分)。圖34b說明對于超過+/-30度測量范圍的頭部旋轉(zhuǎn)而對左前方擴音器的內(nèi)插要求。在此實例中，假定每個擴音器代表完整60度頭部轉(zhuǎn)動，且僅當存在不足的覆蓋時，對相鄰的擴音器PRIR進行內(nèi)插以分別填充間隙203、 207、 205 (圖34b)。在僅測量一組PRIR的方法中，擴音器之間的每個區(qū)域都采用相鄰的擴音器內(nèi)插。
以下描述說明使用圖34所示的相同擴音器設(shè)置的過程。同樣，在此描述中，將在 整個360度頭部轉(zhuǎn)動范圍中虛擬左前方擴音器。以聽者觀看中央擴音器(0度)開始， 所有PRIR內(nèi)插器都使用從真實擴音器直接測得的那些響應(yīng)。在聽者頭部逆時針朝向左 擴音器位置轉(zhuǎn)動時，用于左前方虛擬擴音器的PRIR內(nèi)插器開始向巻積器輸出與中央和 左擴音器位置之間的聽者頭部角度成比例的左擴音器與中央擴音器PRIR的線性組合。當聽者頭部定向到達左擴音器位置(-30度)時，完全由中央擴音器PRIR進行虛擬 左擴音器巻積。當頭部繼續(xù)在逆時針方向上轉(zhuǎn)動(-30到-60度)時，內(nèi)插器向巻積器輸 出中央與右擴音器PRIR的線性組合。從-60至U-150度，內(nèi)插器使用右方和右環(huán)繞PRIR。 從-150到+90度，使用右環(huán)繞和左環(huán)繞PRIR。最后在從+90到0度逆時針移動時，內(nèi)插 器使用左環(huán)繞和左方PRIR。此描述說明在360度頭部轉(zhuǎn)動期間使虛擬左前方擴音器穩(wěn) 定所必需的內(nèi)插組合。通過檢査特定擴音器配置的幾何形狀和可用的PRIR數(shù)據(jù)組，可 容易導(dǎo)出用于其它虛擬擴音器的PRIR組合。將了解，針對僅單個頭部定向測得的PRIR可同樣應(yīng)用于本文論述的預(yù)先虛擬方法。 在這些情況下，雙耳信號的范圍不限于PRIR頭部定向的范圍，且因此用戶確定期望的 頭部移動范圍，產(chǎn)生覆蓋所述范圍的恰當?shù)膬?nèi)插擴音器PRIR，并對每一者運行虛擬。 接著將頭部移動限制發(fā)送到播放裝置以便適當?shù)卦O(shè)置內(nèi)插器范圍。若需要，還發(fā)送路徑 長度數(shù)據(jù)，以便當聽者頭部在內(nèi)插器限制之間移動時產(chǎn)生耳間路徑長度。出于說明目的已呈現(xiàn)本發(fā)明實施例的上述描述；不希望此描述為詳盡的或?qū)⒈景l(fā)明 限于所揭示的精確形式。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可了解，根據(jù)上述教示，許多修改和變化 是可能的。因此，希望本發(fā)明的范圍并不是由此詳細描述限定，而是由所附權(quán)利要求書 來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于在一對頭戴耳機中對一組擴音器進行個性化虛擬的音頻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含音頻輸入接口，用于接收擴音器輸入信號；揚聲器輸出接口，用于用音頻信號來驅(qū)動一組擴音器中的每一者；頭戴耳機輸出接口，用于用音頻信號來驅(qū)動一對頭戴耳機；麥克風輸入接口，用于接收來自一個或一個以上可定位在靠近聽者每個耳朵處的麥克風的響應(yīng)信號；頭部跟蹤系統(tǒng)，用于檢測聽者頭部的定向；激勵信號發(fā)生器，其耦合到所述揚聲器輸出接口，其中當所述音頻系統(tǒng)在個性化測量模式中時，所述激勵信號發(fā)生器經(jīng)配置以將激勵信號提供到所述揚聲器輸出接口，以驅(qū)動所述擴音器中的一者或一者以上以便在靠近聽者每個耳朵的位置處產(chǎn)生音頻響應(yīng)；測量模塊，其耦合到所述麥克風輸入接口以接收來自所述麥克風輸入接口的信號以獲得所述音頻響應(yīng)，所述測量模塊經(jīng)配置成產(chǎn)生與每一音頻響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的響應(yīng)函數(shù)，每一響應(yīng)函數(shù)與特定擴音器以及所述聽者的特定耳朵和頭部定向相關(guān)聯(lián)；和虛擬器，其耦合到所述頭戴耳機輸出接口，其中當所述音頻系統(tǒng)在正常模式中時，所述虛擬器經(jīng)配置以通過使用一組響應(yīng)函數(shù)來對所述擴音器輸入信號進行變換，并將所述經(jīng)變換的擴音器輸入信號提供到所述頭戴耳機輸出接口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包含激勵信號發(fā)生器，其耦合到所述頭戴耳機輸出接口，其中當所述音頻系統(tǒng)在個性 化頭戴耳機均衡測量模式中時，所述激勵信號發(fā)生器經(jīng)配置以將激勵信號提供到所 述頭戴耳機輸出接口，以驅(qū)動所述頭戴耳機以便在靠近所述聽者的每個耳朵的位置 處產(chǎn)生音頻響應(yīng)，所述測量模塊經(jīng)配置以響應(yīng)于所述音頻響應(yīng)來計算響應(yīng)函數(shù)以用 于均衡所述頭戴耳機。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述揚聲器輸出接口包含多通道編碼位流輸出， 且使用多通道音頻編碼方法來編碼所述激勵信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其進一步包含-存儲器，用于將每一響應(yīng)函數(shù)存儲為一組濾波系數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述擴音器輸入信號包含各自對應(yīng)于一擴音器的 多個通道，且所述虛擬器通過以下方式來對所述擴音器輸入信號進行變換基于所 述聽者的頭部定向確定一組響應(yīng)函數(shù)，使用左耳和右耳響應(yīng)函數(shù)來對每一通道進行 變換，且對所述左耳變換通道和所述右耳變換通道分別求和，以獲得用于所述頭戴 耳機輸出接口的雙通道變換擴音器輸入信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述虛擬器通過選擇多組預(yù)定響應(yīng)函數(shù)并基于所 述聽者的頭部定向和與所述預(yù)定響應(yīng)函數(shù)相關(guān)聯(lián)的頭部定向?qū)λ鲞x定組的預(yù)定 響應(yīng)函數(shù)進行內(nèi)插來確定所述組響應(yīng)函數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述虛擬器通過對與特定擴音器以及所述聽者的特定耳朵和頭部定向相關(guān)聯(lián)的所述響應(yīng)函數(shù)中的每一者進行內(nèi)插來對兩組或兩組 以上預(yù)定響應(yīng)函數(shù)進行內(nèi)插。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述響應(yīng)函數(shù)為脈沖函數(shù)，且所述虛擬器通過以 下方式來對兩個或兩個以上響應(yīng)函數(shù)進行內(nèi)插測量每一脈沖函數(shù)的時間延遲，從每一脈沖函數(shù)去除所述時間延遲，對所得脈沖函數(shù)進行平均化，且將所述去除的延 遲重新并入到所述平均化的脈沖函數(shù)中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中通過根據(jù)所述聽者的經(jīng)跟蹤頭部定向和與每一脈沖函數(shù)相關(guān)聯(lián)的定向?qū)λ雒}沖函數(shù)進行加權(quán)來對所述脈沖函數(shù)進行平均化。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述虛擬器通過選擇存儲在存儲器中的一組預(yù)定 的預(yù)先內(nèi)插的響應(yīng)函數(shù)來確定所述組響應(yīng)函數(shù)，所述選定組與最匹配所述聽者的經(jīng) 跟蹤頭部定向的頭部定向相關(guān)聯(lián)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述虛擬器進一步經(jīng)配置以調(diào)節(jié)所述響應(yīng)函數(shù)中 的一者或一者以上以改變所述相應(yīng)擴音器的感知距離。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中通過識別所述響應(yīng)函數(shù)的直接部分和混響部分 并相對于所述混響部分改變所述直接部分的振幅和位置來調(diào)節(jié)響應(yīng)函數(shù)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述虛擬器進一步經(jīng)配置以應(yīng)用反向傳遞函數(shù)， 以補償所述頭戴耳機對從其輸出的信號的影響。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述虛擬器進一步經(jīng)配置以對所述擴音器輸入信 號應(yīng)用反向傳遞函數(shù)和理想?yún)⒖紓鬟f函數(shù)，所述反向傳遞函數(shù)經(jīng)設(shè)計以補償所述擴 音器對從其輸出的信號的影B向，且所述理想?yún)⒖紓鬟f函數(shù)經(jīng)設(shè)計以產(chǎn)生使得一組擴音器具有改進保真度的效果。
15. —種用于對用于頭戴耳機的虛擬環(huán)繞聲系統(tǒng)進行個性化的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含頭部跟蹤系統(tǒng)，其確定聽者的頭部定向； 用于將激勵信號施加到一組擴音器的構(gòu)件；和用于在有限數(shù)目的聽者頭部定向上獲取針對每個耳朵和每一擴音器的個性化房 間脈沖響應(yīng)的構(gòu)件。
16. —種用于在一對頭戴耳機中對一組擴音器進行個性化虛擬的音頻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包 含音頻輸入接口，用于接收擴音器輸入信號； 頭戴耳機輸出接口，用于用音頻信號來驅(qū)動一對頭戴耳機； 頭部跟蹤系統(tǒng)，用于檢測聽者頭部的定向；響應(yīng)函數(shù)接口，用于基于所述聽者的頭部定向來讀取一組或一組以上預(yù)定的個性 化響應(yīng)函數(shù)，每一預(yù)定的個性化響應(yīng)函數(shù)指示針對特定頭部定向從特定擴音器到所 述聽者的特定耳朵的變換；和虛擬器，其耦合到所述頭戴耳機輸出接口，其中所述虛擬器經(jīng)配置以通過使用由 所述響應(yīng)函數(shù)接口讀取的所述個性化響應(yīng)函數(shù)來變換所述擴音器輸入信號，并將所 得虛擬音頻信號提供到所述頭戴耳機輸出接口。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述響應(yīng)函數(shù)接口從外部存儲器讀取響應(yīng)函數(shù)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述虛擬器通過以下操作來對所述擴音器輸入 信號進行變換基于由所述響應(yīng)函數(shù)接口讀取的所述個性化響應(yīng)函數(shù)來估計用于所述聽者的頭 部定向的一組響應(yīng)函數(shù)；通過使用所述估計的響應(yīng)函數(shù)來對所述擴音器輸入信號進行變換；和 組合所述經(jīng)變換的擴音器輸入信號以產(chǎn)生所述虛擬音頻信號。
19. 一種用于在家庭環(huán)境中為聽者個性化音頻虛擬系統(tǒng)的方法，所述方法包含提供定位在收聽位置周圍的一組擴音器，所述組擴音器將定向聲音提供到所述收 聽位置；將麥克風固定在聽者頭部的耳朵附近，所述聽者位于所述收聽位置； 針對若干頭部定向中的每一者，用一個或一個以上激勵信號驅(qū)動所述擴音器以產(chǎn) 生所述聽者的耳朵對每一擴音器的音頻響應(yīng)； 用所述麥克風記錄所述音頻響應(yīng)；和針對每一記錄的音頻響應(yīng)產(chǎn)生響應(yīng)函數(shù)，每一響應(yīng)函數(shù)指示所述相應(yīng)激勵信號針 對特定頭部定向的從特定擴音器到所述聽者的特定耳朵的變換。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其進一步包含- 跟蹤所述聽者頭部的定向。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其進一步包含將麥克風固定到所述聽者的每個耳朵；和同時記錄所述聽者的每個耳朵對特定擴音器的所述音頻響應(yīng)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其進一步包含將每一響應(yīng)函數(shù)存儲在存儲器中作為一組濾波系數(shù)；和 將每一響應(yīng)函數(shù)與頭部定向和擴音器相關(guān)聯(lián)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其進一步包含將一對頭戴耳機放置在所述聽者的頭部上；用一個或一個以上激勵信號來驅(qū)動所述頭戴耳機以產(chǎn)生針對所述聽者的每個耳 朵的頭戴耳機音頻響應(yīng)，所述頭戴耳機音頻響應(yīng)對于所述頭戴耳機和所述聽者是特 定的；用所述麥克風記錄所述頭戴耳機音頻響應(yīng)；和針對每一記錄的頭戴耳機音頻響應(yīng)產(chǎn)生頭戴耳機響應(yīng)函數(shù)，每一頭戴耳機響應(yīng)函 數(shù)可用于產(chǎn)生反向傳遞函數(shù)，以補償所述頭戴耳機對從其輸出的信號的影響。
24. —種用于為聽者將一組擴音器虛擬成一對頭戴耳機的方法，所述方法包含接收用于所述組擴音器的音頻信號； 跟蹤所述聽者的頭部定向；基于多個預(yù)定的個性化響應(yīng)函數(shù)估計用于所述聽者的所述頭部定向的一組響應(yīng) 函數(shù)，每一預(yù)定的個性化響應(yīng)函數(shù)指示針對特定頭部定向從特定擴音器到所述聽者 的特定耳朵的變換；使用所述估計的響應(yīng)函數(shù)來變換所述接收的音頻信號；組合所述經(jīng)變換的音頻信號以產(chǎn)生用于所述頭戴耳機的虛擬音頻信號和 將所述虛擬音頻信號提供到所述頭戴耳機。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其進一步包含將每一響應(yīng)函數(shù)存儲為一組濾波系數(shù)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中估計所述響應(yīng)函數(shù)包含基于所述經(jīng)跟蹤的頭部定向選擇兩組或兩組以上預(yù)定的個性化響應(yīng)函數(shù)；和 針對特定頭部定向?qū)εc特定擴音器和所述聽者的特定耳朵中的每一者相關(guān)聯(lián)的 所述預(yù)定個性化響應(yīng)函數(shù)進行內(nèi)插。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述預(yù)定的個性化響應(yīng)函數(shù)為脈沖函數(shù)，且其 中對兩個或兩個以上預(yù)定的個性化響應(yīng)函數(shù)進行內(nèi)插包含 測量每一脈沖函數(shù)的時間延遲； 從每一脈沖函數(shù)中去除所述時間延遲；對所得的脈沖函數(shù)進行平均化；和將所述去除的延遲重新并入到所述平均化的脈沖函數(shù)中。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中對所得脈沖函數(shù)進行平均化包含根據(jù)所述經(jīng)跟 蹤的頭部定向和與每一脈沖函數(shù)相關(guān)聯(lián)的定向?qū)λ雒}沖函數(shù)進行加權(quán)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中估計所述響應(yīng)函數(shù)包含選擇存儲在存儲器中的一組預(yù)定的預(yù)先內(nèi)插的響應(yīng)函數(shù)，所述選定組與最匹配所 述經(jīng)跟蹤的頭部定向的頭部定向相關(guān)聯(lián)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述接收的音頻信號包含與所述擴音器中的每 一者相關(guān)聯(lián)的通道，且對所述接收的音頻信號進行變換包含使用與左耳和右耳相關(guān) 聯(lián)的估計響應(yīng)函數(shù)對所述接收的音頻信號的每一通道進行變換。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中組合所述經(jīng)變換的音頻信號包含對所述左耳變 換通道和所述右耳變換通道分別求和，以獲得適合于所述頭戴耳機的雙通道變換音 頻信號。
32. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其進一步包含調(diào)節(jié)所述估計的響應(yīng)函數(shù)中的一者或一者以上，以改變所述相應(yīng)擴音器的感知距 離。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)包含識別所述估計的響應(yīng)函數(shù)的直接部分和混響部分；和 相對于所述混響部分改變所述直接部分的振幅和位置。
34. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其進一步包含應(yīng)用反向傳遞函數(shù)以補償所述頭戴耳機對從其輸出的信號的影響。
35. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其進一步包含將反向傳遞函數(shù)應(yīng)用于所述接收的音頻信號，所述反向傳遞函數(shù)經(jīng)設(shè)計以補償所 述擴音器對從其輸出的信號的影響；和將理想?yún)⒖紓鬟f函數(shù)應(yīng)用于所述接收的音頻信號，所述理想?yún)⒖紓鬟f函數(shù)經(jīng)設(shè)計 以產(chǎn)生使得一組擴音器具有改進保真度的效果。
36. —種用于為聽者將一組擴音器虛擬成一對頭戴耳機的方法，所述方法包含接收用于所述組擴音器的音頻信號；使用針對多個聽者頭部定向的預(yù)定個性化響應(yīng)函數(shù)將所述音頻信號變換為多組 預(yù)先虛擬的音頻信號；跟蹤所述聽者的頭部定向；基于所述組預(yù)先虛擬音頻信號中的一組或一組以上和所述聽者的經(jīng)跟蹤頭部定向來產(chǎn)生一組經(jīng)變換的音頻信號；基于所述聽者的經(jīng)跟蹤頭部定向延遲所述產(chǎn)生的變換音頻信號； 組合所述經(jīng)延遲的所產(chǎn)生變換音頻信號以產(chǎn)生用于所述頭戴耳機的虛擬音頻信號；和將所述虛擬音頻信號提供到所述頭戴耳機。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中產(chǎn)生所述組經(jīng)變換的音頻信號包含基于所述聽 者的經(jīng)跟蹤頭部定向來對所述組預(yù)先虛擬音頻信號中的一組或一組以上進行內(nèi)插。
38. —種用于為聽者將一組擴音器虛擬成一對頭戴耳機的方法，所述方法包含接收用于所述組擴音器的音頻信號；使用針對多個聽者頭部定向的預(yù)定個性化響應(yīng)函數(shù)將所述音頻信號變換為多組 預(yù)先虛擬的音頻信號；組合所述預(yù)先虛擬的音頻信號以針對所述聽者頭部定向中的每一者產(chǎn)生用于所 述頭戴耳機的虛擬音頻信號；跟蹤所述聽者的頭部定向；基于所述聽者的經(jīng)跟蹤頭部定向產(chǎn)生從所述組合的預(yù)先虛擬音頻信號導(dǎo)出的單 個頭戴耳機信號；和將所述導(dǎo)出的虛擬音頻信號提供到所述頭戴耳機。
全文摘要
聽者可通過頭戴耳機以難以與真實擴音器體驗相區(qū)分的真實度來體驗虛擬擴音器的聲音。在有限數(shù)目的聽者頭部位置上針對若干擴音器聲音源獲取若干組個性化房間脈沖響應(yīng)(PRIR)。所述PRIR接著被用于將用于所述擴音器的音頻信號變換成用于所述頭戴耳機的虛擬輸出。通過使所述變換基于聽者頭部位置，所述系統(tǒng)可調(diào)節(jié)所述變換，以使得所述虛擬擴音器表現(xiàn)為不會隨著聽者移動頭部而移動。
文檔編號H04S3/00GK101133679SQ200580033741
公開日2008年2月27日 申請日期2005年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月1日
發(fā)明者史蒂芬·麥爾康·史密斯 申請人:史密斯研究公司