基于空间听觉的声源定位和三维声再现技术研究

东南大学博士学位论文基于空间听觉的声源定位和三维声再现技术研究姓名：马浩申请学位级别：博士专业：信号与信息处理指导教师：吴镇扬20080902基于空间听觉的声源定位和三维声再现技术研究作者：马浩学位授予单位：东南大学相似文献(7条)1.会议论文周蕙瑜.李晓峰虚拟3D声的结构模型2005头部相关传输函数(HRTF)描述了声波从声源到双耳的传输过程,因为它包含了声源定位的信息,可以虚拟出各种不同的空间听觉效果.又因为它反映了人的生理结构对声波进行综合滤波的结果,可用结构滤波器实现.本文首先综述目前现有的HRTF近似模型,接着描述了HRTF的定义并用CIPIC实验室的测试数据分析方位角和仰角变化对HRTF的影响,重点介绍根据人的生理结构对声波的滤波作用而提出的结构模型,该模型可以实时地实现前半空间不同方位的个性化的HRTF.2.学位论文王卫斌基于HRIR空间特征提取与神经网络的人耳听觉模型及计算机仿真1998在人们的听觉中,除了对声音的强度、音调和音色的感觉外,还有一种空间方位的感觉,这就是人耳的空间听觉能力.人耳对声音的定位机理不仅涉及声波传播的物理过程,它与人类听觉系统的生理、心理因素有着更为密切的关系.根据人耳的声源定位机理建立人耳的空间听觉模型并利用计算机进行仿真一直是心理学、声学、信号信息处理工作乾所致力的课题.研究表明,与头关联的传递函数(Head-RelatedTransferFunction,简称HRTF)或头关联的冲激响应(Head-RdlatdImpulseResponse,简称HRIR)是辨别声源方向的主要因素之一.该文在HRIR声像定位理论和测量数据的基础上,利用信号与信息处理中的特征提取和神经网络方法给出了一个人耳空间听觉模型,并进行了计算机仿真.主要内容包括以下几部分:一、针对HRIR的特性利用小波变换的奇异性检测方法对HRIR测量数据进行消噪处理.实际结果表明该方法在较好保留原信号奇异信息的同时能有效地滤除噪声.二、均衡HRIR响应中的耳道响应分量和测量系统响应分量.三、利用卡亨南—洛也夫变换提取出HRIRs的空间特征,然后采用低维子空间的特征传递函数与相应的权系数重构出测量空间上的HRIRs.四、用冯·麦斯函数为基函数的逼近神经网络逼近离散的HRIR空间特征函数,得到空间特征的连续函数表示,由此建立连续听觉空间上的HRIR模型.五、编写一仿真程序实现虚拟听觉空间的仿真,实现了混响模拟与三维声像显示.3.学位论文张素卿虚拟环绕立体声系统的研究与DSP实现2007本文对虚拟环绕立体声系统的DSP实现进行了研究。主要内容包括：1.介绍了目前环绕立体声技术的发展、虚拟环绕声的原理和分类，以及数字信号处理芯片的发展历史及其应用。2.介绍了虚拟环绕立体声技术的理论基础，即空间听觉的概念与心理听觉的基本规律，基于空间心理听觉的声源定位，以及声反射与混响的概念。3.分析了基于耳机重放的虚拟环绕立体声系统基本原理，详细介绍了系统的实现，这部分的重点是混响滤波器的设计。4.介绍了基于耳机重放的虚拟环绕立体声系统的具体实现，包括基于。PC机的系统测试平台的建立，以及基于DSK5510平台的算法实现，其中包括混响滤波器的软件实现，系统从PC机到DSK5510平台移植时的系统数据传输通道的配置，实时数据交换(RTDX)技术等等。4.期刊论文饶丹.谢菠荪头部转动与中垂面声像定位-科学通报2005,50(2)探讨了头部转动对中垂面低频声像(源)定位的作用.首先指出,头部以两个自由度转动所引起双耳时间差的变化提供了中垂面的声源定位的信息.在此基础上,提出了中垂面上多扬声器重发的低频合成声像定位公式.在两扬声器的情况,定位公式和普通立体声的正弦和正切定理完全相似,实验证实了理论分析的结果.文中结果不但可用到虚拟空间听觉的方面,且可作为头部转动是中垂面低频声源定位的一个因素这个假设的一个定量实验证明.5.学位论文张杰虚拟听觉空间实现中与头相关传递函数的特征分析和高效建模2006空间听觉主要研究人类听觉系统对于声源空间方位辨别的原理，在听觉心理学、计算机虚拟现实等领域都有着广泛的应用。心理声学的研究已经表明，声源产生的直达声波经头部等的绕射后到达双耳，产生耳间时间差(ITD)和耳间声强差(IID)；头、肩以及耳廓等部位的反射、散射、衍射声波会与直达声波在耳道入口干涉产生频谱的改变；此外头部的转动所引起的双耳差线索的改变等也提供了听觉系统用以判断声源方位的重要线索。所有这些特征线索可以用与头相关的传递函数(简称HRq-’Fs)或对应的时域表示HRRs来统一表述。大脑听觉系统利用HRTFs提供的这些线索并和过去的听觉经验相比较，从而判断声源的方位。由此可见，空间听觉的研究以及虚拟听觉空间的实现中，HRTFs的有关声源方位特征线索的准确、高效的模型有着极其重要的作用，本文即主要针对该问题开展了广泛和深入的研究工作。第一章综述了声源定位研究在整个虚拟现实技术中的地位和作用；并对该课题的研究情况，特别是与HRTFs相关的心理声学的实验和结论，进行了回顾。在分析了该课．题研究状况的基础上，提出了本文主要的研究内容。第二章详细介绍了本文仿真实验采用的HRTFs的KEMAR数据包和CIPIC数据包，包括其测试方法、测试对象的人体结构参数等。同时，观察有关联的方位之间的HRTFs的变化规律，简单分析了其定位的基本原理。第三章通过对CIPIC数据包提供的HRTFs数据和相应的头、耳等人体测量参数进行统计回归分析，定性地判断和定量地近似了人体测量参数与空间听觉线索ITD,max以及HRTFs等的影响。第四章应用改进的遗传算法对HRTFs进行了空间听觉零极点以及共用声学极点的零极点模型(CAPZ)的构建，得到了优于Prony,．Yule-Walker等传统处理方法的结果。第五章和章六章基于对HRTFs数据分布特征的分析和判断，采用小波变换的非线性缩减策略对HRTFs进行了空间听觉逼近模型的构建，并分析比较了HRIRs的非正交基追踪逼近与其PCA模型、小波基、最优小波包基以及局部余弦基等不同的自适应建模效果。第七章综述性地指出了虚拟听觉空间的缺陷和改进途径，并提出今后可以继续研究的几个方向。6.期刊论文高下.王锦玲.袁军.王枫.黄维国自幼无耳廓的成年雪貂的水平和垂直方向相对声音定位-第四军医大学学报2002,23(4)目的测试比较正常成年和无耳廓成年雪貂在水平面和正中矢状平面内对声音的定位能力.方法在特殊设计的隔音测试仓内,连接有计算机控制的测听系统,雪貂事先训练建立声音与给水的条件反射后再用于具体的定位实验,在水平面和垂直面我们比较了围绕正中0°和离水平面45°两侧的声源定位.分别用500,100和40ms时程的持续噪音,其强度是由强到弱.结果在水平面正常成年雪貂和无耳廓雪貂的声音定位能力评分没有明显差别.但是在正中矢状平面内两组动物的表现都要差,无耳廓雪貂的定位能力更要差于正常雪貂(P0.05),对长时噪音的定位有适应改善能力.说明自幼切除耳廓消弱了动物在垂直平面内依赖于频谱选择特性的部分声音定位能力.结论外耳的频谱选择特性对水平面空间听觉定位精确率影响不大,但对于矢状垂直面空间听觉定位却非常重要.7.学位论文苑克鑫小鼠初级听皮层神经元对声源方位角的表征2006声源定位对于哺乳动物的生存是非常重要的。听皮层是哺乳动物听觉系统中最高级的听觉中心，对声音信息的处理是必需的。一直以来，听皮层是否以及怎样表征听觉空间是人们非常关心的问题，并在很多动物上进行了研究。小鼠是研究听觉中枢机制很好的实验动物，它具有小而光滑的听觉皮层区，有利于对其表征各种声音参数进行直接分析。本文采用胞外电生理记录技术，在体(invivo)研究了小鼠初级听皮层对声源方位角信息的表征。br　　哺乳动物初级听皮层的方位角敏感性，人们尚未很好了解，并且关于初级听皮层是否在空间听觉中起作用一直存在争论。在小鼠初级听皮层中，笔者使用单细胞记录技术首次证实听皮层神经元方位角调谐函数具有多样性，并且多数神经元具有很显著的最佳方位角。本文的发现与在猫，雪貂和猴上得到的结果是不同的.这意味着小鼠的初级听皮层对听觉空间有一定程度上的表征。br　　行为-损伤实验表明，初级听皮层(A1)对于编码声音位置来说是必需的，但是还没有证据能够说明初级听皮层神经元之间在空间敏感性方面有显著的、质的区别。用单个神经元胞外记录技术和短纯音刺激，本文测定了在自由声场条件下小鼠初级听皮层神经元的方位角调谐特性，并通过计算不同刺激方位特异的神经脉冲发放数，表示该神经元的方位角敏感性。发现多数A1神经元有显著的最佳方位角(bestazimuth，BA)，并且沿着垂直于A1表面的单次穿刺分离出的大多数神经元，它们的BA分布表现出与特征频率(characteristicfrequency，CF)分布相似的柱状组构。A1神经元的优势方位角范围(preferredazimuthrange，PAR)分布，表现出分层的趋势。位于听皮层第III和第IV层神经元的PARs显著地窄于第I，II，V和VI层听觉神经元的PAR。例如，第III和第IV层中的大多数神经元都是锐方位角调谐。本文的发现暗示，小鼠的A1神经元具有编码声源方位角信息的能力，并且这种能力与神经元的特征频率没有对应关系。本文链接：授权使用：中国传媒大学(中国传媒大学)，授权号：5683f570-146b-4c9f-a04e-9ea60159effe下载时间：2011年3月14日