虚拟听觉空间和虚拟环绕声技术的研究及其DSP实现

摘要

虚拟现实技术利用计算机技术等高科技手段构造出虚拟环境，使人获得与现实一样的感觉。虚拟听觉空间就是在虚拟环境中加入与视觉并行的三维虚拟声音，使收听者在模拟环境中收听到的声信号逼近在真实环境声场中收听到的声信号。在人的听觉感受中，除了声强、音调和音色外，还包括对声音空间特性的感觉，这就是人耳的空间听觉能力。长期以来，人们从听觉生理学、听觉心理学和声学的角度对空间听觉进行了深入的研究并取得了一定的成果。随着计算机技术和信息产业的迅猛发展，空间听觉的应用也越来越广泛。在空间听觉的研究和实现中，与头部相关联的冲激响应(H R1R)以及与头部相关联的传递函数(HRTF)占有十分重要的地位。本文运用空间听觉理论实现虚拟空间听觉和虚拟环绕声系统。 论文的内容主要包括： 1． 介绍加州大学Davis分校的CIPIC(Center forlmage Processing and Integrated Computing)接口实验室对HRTF的测量方法，坐标分布，简要介绍了HRTF的幅度和相位特性。 2． 分析了虚拟听觉空间和虚拟环绕声系统的原理，指出这两个系统的缺陷和改进途径，详细阐述为实现计算机仿真系统的实时性所使用的快速卷积算法和多缓冲区技术，并且对Doppler Effect的不同实现方法进行了比较。 3． 提出了虚拟听觉空间和虚拟环绕声系统在DSP5416平台上的实现算法，具体包括：存储器分配，程序定点化，混合编程，流水线等，着重分析了利用主元分析PCA对HRIR数据进行压缩和使用实时数据交换(RTDX)技术。 4． 展望了虚拟听觉空间和虚拟环绕声系统，提出在个人化、混响和均衡等方面的设想。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1空间听觉

1.2听觉系统与听觉定位机理

1.3虚拟听觉空间(VAS)的应用

1.4环绕声技术的发展

1.4.1模拟环绕声系统

1.4.2多通路声级差环绕声系统

1.4.3虚拟环绕声系统

1.5本文的组织

第二章 HRIR的测量和分析

2.1 HRIR的测量

2.2 HRIR数据集

2.3 HRIR的分析

2.3.1 HRIR的特性

2.3.2 HRTF的观察特征与声音定位的联系

2.3.3 HRTF的个体化差异

2.4本章小结

第三章 虚拟听觉空间技术及其计算机仿真

3.1虚拟听觉空间的基本原理

3.2虚拟听觉空间系统的实现

3.2.1虚拟听觉空间仿真软件的流程

3.2.2分段卷积

3.2.3多缓冲区实现实时播放

3.2.4距离因素

3.2.5多声源系统

3.2.6模块化处理

3.2.7系统不足

3.2.8系统的改进措施

3.3多普勒效应(Doppler Effect)的实现

3.3.1傅立叶变换方法

3.3.2傅立叶变换的变异方法

3.3.3通过调制的方法实现多普勒效应

3.4本章小结

第四章 虚拟环绕立体声技术及其计算机仿真

4.1环绕声技术的原理

4.1.1多通路环绕声技术

4.1.2虚拟环绕声技术

4.2虚拟环绕声技术的实现

4.3虚拟环绕声技术的几点说明

4.3.1单声道声源的虚拟环绕声实现

4.3.2扬声器情况下虚拟听觉的实现

4.3.3另一种虚拟环绕声的实现方法

4.4虚拟环绕声的缺陷

4.5本章小结

第五章 虚拟听觉空间及虚拟环绕声的DSP实现

5.1 DSP实现平台

5.1.1硬件平台

5.1.2软件平台

5.2 DSP的内部存储器

5.3系统的实现流程及定点化

5.3.1系统的输入与输出

5.3.2 HRIR的重采样

5.3.3程序的定点化

5.4 C语言和汇编语言的混合编程

5.4.1混合编程中变量和函数命名规则

5.4.2混合编程中函数调用规则

5.4.3混合编程中堆栈的使用

5.4.4混合编程中的流水线

5.5运用主元分析法压缩数据

5.5.1正交变换的原理

5.5.2主元分析法

5.5.3主元分析法的压缩过程和结果

5.6 RTDX技术的应用

5.7本章小结

第六章 总结和展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加项目和取得的成果