專利名稱：一種基于高階錄制方式的3d音頻重發(fā)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種基于高階錄制方式的3D音頻重發(fā)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展以及人們對(duì)音效的不斷追求，音頻的真實(shí)感越來越受到人們的重視，人們希望通過器件重現(xiàn)目標(biāo)聲場(chǎng)，讓聆聽者可以通過這個(gè)虛擬的聲場(chǎng)來真實(shí)地感受到目標(biāo)聲場(chǎng)的聲音信息，使聲音效果接近真實(shí)的環(huán)境。因此音頻重發(fā)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在虛擬現(xiàn)實(shí)世界的技術(shù)當(dāng)中，以及許多關(guān)于可聽化技術(shù)的科學(xué)研究。音頻重發(fā)系統(tǒng)主要包括兩部分，分別是音頻錄制和音頻重發(fā)，其中音頻錄制為傳聲器的聲場(chǎng)采集，音頻重發(fā)是通過揚(yáng)聲器進(jìn)行聲場(chǎng)再現(xiàn)。傳統(tǒng)的音頻錄制方式都是在兩個(gè)8字型傳聲器技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，例如在英國(guó)專利公開說明書(專利號(hào)為 394325) ^ffTSft^^^^^^CBlumlein, A. Improvements in and relating to Sound-transmission Sound recording and Sound reproducing Systems[P]. British Patent Application 394325. 1931.)。但是，這種音頻重發(fā)系統(tǒng)中傳聲器采集的聲場(chǎng)信息有限，不能營(yíng)造出與目標(biāo)聲場(chǎng)類似的重發(fā)聲場(chǎng)。后來人們又提出聲全息系統(tǒng)(Holophony) 和波場(chǎng)合成系統(tǒng)(WFS)，前者具有寬闊的可聽區(qū)域，適合于多人共用的聲重發(fā)要求，但受空間采樣定理的限制，Holophony需要大量的揚(yáng)聲器和DSP處理通路，不易于實(shí)現(xiàn)；后者主要用于水平面式的重發(fā)用途，同樣受空間采樣定理的限制而需要大量的揚(yáng)聲器等硬件設(shè)備， 也不易于實(shí)現(xiàn)。另一種可以營(yíng)造目標(biāo)聲場(chǎng)的系統(tǒng)是Ambisonic系統(tǒng)，該系統(tǒng)在理論上是使聲場(chǎng)被一系列球諧函數(shù)分解和重構(gòu)。球諧函數(shù)是用于空間聲場(chǎng)分解的函數(shù)，用它可以營(yíng)造聲場(chǎng)特性，球諧函數(shù)在空間上有相同的中心。這樣，Ambisonic系統(tǒng)不受空間采樣定理的約束， 不管其階數(shù)如何，在Ambisonic系統(tǒng)揚(yáng)聲器陣列的中心可以重構(gòu)出精確的聲場(chǎng)。Michael Gerzon (Michael A. Gerzon, Periphony with height sound reproduction[J]. In AES Journal, volume 21，pages 2 - 10. AES, 1973)最早提出了 1 階的 Ambisonic 系統(tǒng)。根據(jù)1階Ambisonic系統(tǒng)的原理，英國(guó)Soundfield公司制造出型號(hào)為STS250的可用于實(shí)際錄音的符合以上要求的傳聲器。該Ambisonic系統(tǒng)采用具有空間分布的4個(gè)傳聲器錄制聲場(chǎng)，對(duì)空間音頻進(jìn)行采樣，但是，采樣所得的空間信息的精細(xì)程度仍然不夠，聲場(chǎng)的空間分割程度不夠細(xì)致，音頻重發(fā)時(shí)由此得到的重構(gòu)聲場(chǎng)精度不高。在重發(fā)端揚(yáng)聲器的布線復(fù)雜， 配置高，例如杜比5. 1,7. 1，聲場(chǎng)再現(xiàn)時(shí)必須按聲場(chǎng)重構(gòu)的原理，將揚(yáng)聲器排列在整個(gè)聽域空間，否則就會(huì)使?fàn)I造的目標(biāo)聲場(chǎng)失真，而且揚(yáng)聲器的分布結(jié)構(gòu)非常繁瑣，在重發(fā)時(shí)只是把聲源虛擬出方向性，并不一定就是真實(shí)的聲源方向。因此，上述Ambisonic系統(tǒng)不適用于大型會(huì)議及大型展覽會(huì)等開放場(chǎng)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于高階錄制方式的3D音頻重發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能獲取聲場(chǎng)高階信息的球形傳聲器陣列錄制聲場(chǎng)，通過一組線型揚(yáng)聲器SP-i排列的線型揚(yáng)聲器陣列重發(fā)再現(xiàn)原始的聲場(chǎng)環(huán)境。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下列技術(shù)方案，
一種基于高階錄制方式的3D音頻重發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括錄制模塊、預(yù)處理模塊、發(fā)送模塊、接收模塊、編解碼模塊和陣列重發(fā)模塊，錄制模塊、預(yù)處理模塊、發(fā)送模塊、接收模塊、 編解碼模塊、陣列重發(fā)模塊6依次連接，其特征在于
上述錄制模塊，該模塊包括高階球形傳聲器陣列、NI的虛擬儀器，NI的虛擬儀器包含數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和Iabview軟件，其中，高階球形傳聲器陣列用于采集音頻數(shù)據(jù)，采集的音頻數(shù)據(jù)經(jīng)NI虛擬儀器存儲(chǔ)后，再通過串行接口傳送給預(yù)處理模塊；
上述預(yù)處理模塊，該模塊包括AD轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)和DSP處理器，AD轉(zhuǎn)換器用于對(duì)從錄制模塊傳來的音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)通過 JTAG接口與DSP處理器相連，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過算法處理形成音頻分類數(shù)據(jù)；
上述發(fā)送模塊，該模塊安裝在預(yù)處理模塊上，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議將預(yù)處理模塊處理后獲得的音頻分類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成各類數(shù)據(jù)包，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)包向發(fā)送模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸；
上述接收模塊，該模塊安裝在編解碼模塊上，接收網(wǎng)絡(luò)傳來的發(fā)送模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)包， 對(duì)數(shù)據(jù)包做逆向轉(zhuǎn)換得到音頻分類數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)送編解碼模塊；
上述編解碼模塊，該模塊用于對(duì)音頻分類數(shù)據(jù)的編解碼，將接收模塊傳來的音頻分類數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，傳送到陣列重發(fā)模塊；
上述陣列重發(fā)模塊，該模塊包括同步單元、乘法器單元、D/A轉(zhuǎn)換器單元、線型揚(yáng)聲器陣列，同步單元、乘法器單元，D/A轉(zhuǎn)換器單元、線型揚(yáng)聲器陣列依次連接，同步單元采用并行傳輸方式接收編解碼模塊傳來的音頻分類數(shù)據(jù)，通過線型揚(yáng)聲器陣列以波束的形式營(yíng)造目標(biāo)聲場(chǎng)，再現(xiàn)原始聲場(chǎng)環(huán)境。本發(fā)明的一種基于高階錄制方式的3D音頻重發(fā)系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有的有益效果是該系統(tǒng)通過錄制模塊采用的高階球形傳聲器陣列和NI的虛擬儀器采集數(shù)據(jù)，提高聲場(chǎng)的空間分割程度；通過發(fā)送模塊和接收模塊能支持?jǐn)?shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性；通過陣列重發(fā)模塊的一組線型揚(yáng)聲器SP-i以波束輸出的形式營(yíng)造目標(biāo)聲場(chǎng)，再現(xiàn)原始聲場(chǎng)環(huán)境，適用于大型會(huì)議及大型展覽會(huì)等開放場(chǎng)合，市場(chǎng)應(yīng)用范圍廣闊。


圖1為本發(fā)明的一種基于高階錄制方式的3D音頻重發(fā)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的錄制模塊1的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明的高階球形傳聲器陣列11的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明的預(yù)處理模塊2的示意圖； 圖5為本發(fā)明的陣列重發(fā)模塊6的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將對(duì)本發(fā)明的3D音頻重發(fā)系統(tǒng)作進(jìn)一步的說明。參閱圖1，本發(fā)明的一種基于高階錄制方式的3D音頻重發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括錄制模塊1、預(yù)處理模塊2、發(fā)送模塊3、接收模塊4、編解碼模塊5和陣列重發(fā)模塊6，錄制模塊
41、預(yù)處理模塊2、發(fā)送模塊3、接收模塊4、編解碼模塊5、陣列重發(fā)模塊6依次連接，其中
如圖2、所示，所述的錄制模塊1包括高階球形傳聲器陣列11、NI的虛擬儀器12，NI的虛擬儀器12包含數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)121和Iabview軟件122，高階球形傳聲器陣列11用于采集音頻數(shù)據(jù)，音頻數(shù)據(jù)經(jīng)NI虛擬儀器存儲(chǔ)12后，再通過串行接口傳送給預(yù)處理模塊2，所述的高階球形傳聲器陣列11由25個(gè)傳聲器MC-i組成，其中，i=l至12，按等距離方式分布于剛性球球殼上，傳聲器距離取10cm，球陣的階數(shù)為3階。如圖3所示，圖中，小圓點(diǎn)表示傳聲器MC-i，相鄰小圓點(diǎn)之間的距離為10cm。在NI的虛擬儀器12的擴(kuò)展槽上開辟25個(gè)采集通道NIX-i，其中，i=l至25，每一個(gè)通道分別連接一個(gè)傳聲器，采集音頻數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)121采樣，設(shè)置采樣率為45kHz，由Iabview軟件122讀取并在線存儲(chǔ)，將存儲(chǔ)的音頻數(shù)據(jù)通過串行接口傳輸給預(yù)處理模塊2。如圖4所示，所述的預(yù)處理模塊2包括A/D轉(zhuǎn)換器21、計(jì)算機(jī)22和DSP處理器23， 由錄制模塊1傳輸過來的音頻數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換器21進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后通過USB接口將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)22上，計(jì)算機(jī)22通過JTAG接口與DSP處理器23相連，將音頻數(shù)據(jù)從計(jì)算機(jī)22下載到DSP處理器23，在DSP處理器23中通過算法處理對(duì)音頻進(jìn)行分類，形成音頻分類數(shù)據(jù)，音頻分類數(shù)據(jù)包括語音類、背景類、噪聲類和聲源方位類。所述的發(fā)送模塊3，該模塊安裝在預(yù)處理模塊2上，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議將預(yù)處理模塊2處理后獲得的音頻分類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成各類數(shù)據(jù)包，然后經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)包向發(fā)送模塊2 進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。所述的接收模塊4，該模塊安裝在編解碼模塊5上，收到網(wǎng)絡(luò)傳來的發(fā)送模塊3發(fā)送的數(shù)據(jù)包，對(duì)數(shù)據(jù)包做逆向轉(zhuǎn)換得到音頻分類數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)送編解碼模塊5，接收模塊4起到數(shù)據(jù)緩存的作用，在網(wǎng)絡(luò)堵塞時(shí)，防止數(shù)據(jù)包的丟失，在發(fā)送模塊3和接收模塊4上分別設(shè)置IP地址等通信參數(shù)，連接通信的雙方。所述的編解碼模塊5，該模塊用于對(duì)音頻分類數(shù)據(jù)的編解碼，將接收預(yù)處理模塊2 傳來的音頻分類數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，采用空間參數(shù)編碼技術(shù)壓縮音頻數(shù)據(jù)、提取空間參數(shù)， 并行傳送到陣列重發(fā)模塊5。
參考圖5，所述的陣列重發(fā)模塊6，該模塊包括一組同步單元61、一組乘法器單元62，一組D/A轉(zhuǎn)換器單元63、一組線型揚(yáng)聲器陣列64，一組同步單元61、一組乘法器單元62，一組 D/A轉(zhuǎn)換器單元63、一組線型揚(yáng)聲器陣列64分別依次連接，音頻數(shù)據(jù)從編解碼模塊5并行傳輸至一組同步單元61，一組同步單元61采用并行傳輸方式接收編解碼模塊5傳來的音頻分類數(shù)據(jù)并做同步處理，使音頻分類數(shù)據(jù)同步播放。一組同步單元61設(shè)置一個(gè)緩存單元 611，通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)612相連，把音頻數(shù)據(jù)短暫存儲(chǔ)后供計(jì)算機(jī)612實(shí)時(shí)下載并保存。 一組乘法器單元62分別由12個(gè)乘法器MU-i組成，其中，i=l至12，乘法器MU-i用于將音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)，進(jìn)行功率放大。一組D/A轉(zhuǎn)換器單元63分別由12個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器D/A-i組成，其中，i=l至12，D/A轉(zhuǎn)換器D/A-i用于將數(shù)字電信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬電信號(hào)供線型揚(yáng)聲器陣列64重發(fā)，一組乘法器MU-i與一組D/A轉(zhuǎn)換器D/A-i依次對(duì)應(yīng)連接。一組線型揚(yáng)聲器陣列64分別由12個(gè)RenkuS-HeinzPN102LA揚(yáng)聲器SP_i組成，其中，i=l至12， 揚(yáng)聲器SP-i之間的距離為30cm，一組揚(yáng)聲器SP-i為線型排列，一組揚(yáng)聲器SP-i與一組D/ A轉(zhuǎn)換器D/A-i依次對(duì)應(yīng)連接。一組線型揚(yáng)聲器SP-i以波束輸出的形式營(yíng)造目標(biāo)聲場(chǎng)，再現(xiàn)原始聲場(chǎng)環(huán)境。
權(quán)利要求
1. 一種基于高階錄制方式的3D音頻重發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括錄制模塊(1)、預(yù)處理模塊 ⑵、發(fā)送模塊⑶、接收模塊⑷、編解碼模塊(5)和陣列重發(fā)模塊(6)，錄制模塊⑴、預(yù)處理模塊O)、發(fā)送模塊(3)、接收模塊G)、編解碼模塊(5)、陣列重發(fā)模塊(6)依次連接，其特征在于上述錄制模塊(1)，該模塊包括高階球形傳聲器陣列(11)、NI的虛擬儀器(1 ，NI的虛擬儀器(1 包含數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(121)和Iabview軟件(122)，其中，高階球形傳聲器陣列(11)用于采集音頻數(shù)據(jù)，采集的音頻數(shù)據(jù)經(jīng)NI虛擬儀器(1 存儲(chǔ)后，再通過串行接口傳送給預(yù)處理模塊O)；上述預(yù)處理模塊⑵，該模塊包括AD轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)02)和DSP處理器03)，AD 轉(zhuǎn)換器用于對(duì)從錄制模塊(1)傳來的音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)0 上，計(jì)算機(jī)通過JTAG接口與DSP處理器相連，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過算法處理形成音頻分類數(shù)據(jù)；上述發(fā)送模塊(3)，該模塊安裝在預(yù)處理模塊( 上，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議將預(yù)處理模塊( 處理后獲得的音頻分類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成各類數(shù)據(jù)包，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)包向發(fā)送模塊(2)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸；上述接收模塊G)，該模塊安裝在編解碼模塊( 上，接收網(wǎng)絡(luò)傳來的發(fā)送模塊(3)發(fā)送的數(shù)據(jù)包，對(duì)數(shù)據(jù)包做逆向轉(zhuǎn)換得到音頻分類數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)送編解碼模塊(5)；上述編解碼模塊(5)，該模塊用于對(duì)音頻分類數(shù)據(jù)的編解碼，將接收模塊(4)傳來的音頻分類數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，傳送到陣列重發(fā)模塊㈩)；上述陣列重發(fā)模塊(6)，該模塊包括同步單元(61)、乘法器單元(6》、D/A轉(zhuǎn)換器單元 (63)、線型揚(yáng)聲器陣列(64)，同步單元(61)、乘法器單元(62)，D/A轉(zhuǎn)換器單元(63)、線型揚(yáng)聲器陣列(64)依次連接，同步單元(61)采用并行傳輸方式接收編解碼模塊( 傳來的音頻分類數(shù)據(jù)，通過線型揚(yáng)聲器陣列(64)以波束的形式營(yíng)造目標(biāo)聲場(chǎng)，再現(xiàn)原始聲場(chǎng)環(huán)境。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于高階錄制方式的3D音頻重發(fā)系統(tǒng)，它包括錄制模塊，該模塊包括高階球形傳聲器陣列、NI的虛擬儀器，NI的虛擬儀器包含數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和labview軟件；預(yù)處理模塊，該模塊包括AD轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)和DSP處理器；上述發(fā)送模塊，該模塊安裝在預(yù)處理模塊上；上述接收模塊，該模塊安裝在編解碼模塊上；編解碼模塊；陣列重發(fā)模塊，該模塊包括同步單元、乘法器單元、D/A轉(zhuǎn)換器單元、線型揚(yáng)聲器陣列。該系統(tǒng)通過錄制模塊采集高階聲場(chǎng)信息，提高聲場(chǎng)的空間分割程度；通過發(fā)送模塊和接收模塊提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性；通過陣列重發(fā)模塊以波束形式營(yíng)造目標(biāo)聲場(chǎng)，能再現(xiàn)原始聲場(chǎng)環(huán)境。
文檔編號(hào)H04S3/00GK102231868SQ20111012794
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者周光榮, 湯永清, 王振強(qiáng), 鐘強(qiáng), 黃青華 申請(qǐng)人:上海大學(xué)