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
技術領域：
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：
隨著數(shù)字信號處理技術的發(fā)展以及人們對音效的不斷追求，音頻的真實感越來越受到人們的重視，人們希望通過器件重現(xiàn)目標聲場，讓聆聽者可以通過這個虛擬的聲場來真實地感受到目標聲場的聲音信息，使聲音效果接近真實的環(huán)境。因此音頻重發(fā)系統(tǒng)廣泛應用在虛擬現(xiàn)實世界的技術當中，以及許多關于可聽化技術的科學研究。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采集，音頻重發(fā)是通過揚聲器進行聲場再現(xiàn)。傳統(tǒng)的音頻錄制方式都是在兩個8字型傳聲器技術的基礎上發(fā)展起來的，例如在英國專利公開說明書(專利號為 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信息有限，不能營造出與目標聲場類似的重發(fā)聲場。后來人們又提出聲全息系統(tǒng)(Holophony) 和波場合成系統(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需要大量的揚聲器和DSP處理通路，不易于實現(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聲器等硬件設備， 也不易于實現(xiàn)。另一種可以營造目標聲場的系統(tǒng)是Ambisonic系統(tǒng)，該系統(tǒng)在理論上是使聲場被一系列球諧函數(shù)分解和重構(gòu)。球諧函數(shù)是用于空間聲場分解的函數(shù)，用它可以營造聲場特性，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)揚聲器陣列的中心可以重構(gòu)出精確的聲場。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Soundfield公司制造出型號為STS250的可用于實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個傳聲器錄制聲場，對空間音頻進行采樣，但是，采樣所得的空間信息的精細程度仍然不夠，聲場的空間分割程度不夠細致，音頻重發(fā)時由此得到的重構(gòu)聲場精度不高。在重發(fā)端揚聲器的布線復雜， 配置高，例如杜比5. 1,7. 1，聲場再現(xiàn)時必須按聲場重構(gòu)的原理，將揚聲器排列在整個聽域空間，否則就會使營造的目標聲場失真，而且揚聲器的分布結(jié)構(gòu)非常繁瑣，在重發(fā)時只是把聲源虛擬出方向性，并不一定就是真實的聲源方向。因此，上述Ambisonic系統(tǒng)不適用于大型會議及大型展覽會等開放場合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術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)能獲取聲場高階信息的球形傳聲器陣列錄制聲場，通過一組線型揚聲器SP-i排列的線型揚聲器陣列重發(fā)再現(xiàn)原始的聲場環(huán)境。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用下列技術方案，
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虛擬儀器存儲后，再通過串行接口傳送給預處理模塊；
上述預處理模塊，該模塊包括AD轉(zhuǎn)換器、計算機和DSP處理器，AD轉(zhuǎn)換器用于對從錄制模塊傳來的音頻數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲在計算機上，計算機通過 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，該模塊安裝在預處理模塊上，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議將預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)絡將數(shù)據(jù)包向發(fā)送模塊進行遠程傳輸；
上述接收模塊，該模塊安裝在編解碼模塊上，接收網(wǎng)絡傳來的發(fā)送模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)包， 對數(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)進行實時轉(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、線型揚聲器陣列，同步單元、乘法器單元，D/A轉(zhuǎn)換器單元、線型揚聲器陣列依次連接，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)，通過線型揚聲器陣列以波束的形式營造目標聲場，再現(xiàn)原始聲場環(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)，提高聲場的空間分割程度；通過發(fā)送模塊和接收模塊能支持數(shù)據(jù)的遠程傳輸，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性；通過陣列重發(fā)模塊的一組線型揚聲器SP-i以波束輸出的形式營造目標聲場，再現(xiàn)原始聲場環(huán)境，適用于大型會議及大型展覽會等開放場合，市場應用范圍廣闊。


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。
具體實施例方式以下將對本發(fā)明的3D音頻重發(fā)系統(tǒng)作進一步的說明。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12后，再通過串行接口傳送給預處理模塊2，所述的高階球形傳聲器陣列11由25個傳聲器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，小圓點表示傳聲器MC-i，相鄰小圓點之間的距離為10cm。在NI的虛擬儀器12的擴展槽上開辟25個采集通道NIX-i，其中，i=l至25，每一個通道分別連接一個傳聲器，采集音頻數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)121采樣，設置采樣率為45kHz，由Iabview軟件122讀取并在線存儲，將存儲的音頻數(shù)據(jù)通過串行接口傳輸給預處理模塊2。如圖4所示，所述的預處理模塊2包括A/D轉(zhuǎn)換器21、計算機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進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后通過USB接口將數(shù)據(jù)存儲在計算機22上，計算機22通過JTAG接口與DSP處理器23相連，將音頻數(shù)據(jù)從計算機22下載到DSP處理器23，在DSP處理器23中通過算法處理對音頻進行分類，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，該模塊安裝在預處理模塊2上，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議將預處理模塊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)絡將數(shù)據(jù)包向發(fā)送模塊2 進行遠程傳輸。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)絡傳來的發(fā)送模塊3發(fā)送的數(shù)據(jù)包，對數(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)絡堵塞時，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，該模塊用于對音頻分類數(shù)據(jù)的編解碼，將接收預處理模塊2 傳來的音頻分類數(shù)據(jù)進行實時轉(zhuǎn)換，采用空間參數(shù)編碼技術壓縮音頻數(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設置一個緩存單元 611，通過數(shù)據(jù)線與計算機612相連，把音頻數(shù)據(jù)短暫存儲后供計算機612實時下載并保存。 一組乘法器單元62分別由12個乘法器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，進行功率放大。一組D/A轉(zhuǎn)換器單元63分別由12個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)字電信號轉(zhuǎn)化成模擬電信號供線型揚聲器陣列64重發(fā)，一組乘法器MU-i與一組D/A轉(zhuǎn)換器D/A-i依次對應連接。一組線型揚聲器陣列64分別由12個RenkuS-HeinzPN102LA揚聲器SP_i組成，其中，i=l至12， 揚聲器SP-i之間的距離為30cm，一組揚聲器SP-i為線型排列，一組揚聲器SP-i與一組D/ A轉(zhuǎn)換器D/A-i依次對應連接。一組線型揚聲器SP-i以波束輸出的形式營造目標聲場，再現(xiàn)原始聲場環(huán)境。
權利要求
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 存儲后，再通過串行接口傳送給預處理模塊O)；上述預處理模塊⑵，該模塊包括AD轉(zhuǎn)換器、計算機02)和DSP處理器03)，AD 轉(zhuǎn)換器用于對從錄制模塊(1)傳來的音頻數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲在計算機0 上，計算機通過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)，該模塊安裝在預處理模塊( 上，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議將預處理模塊( 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)絡將數(shù)據(jù)包向發(fā)送模塊(2)進行遠程傳輸；上述接收模塊G)，該模塊安裝在編解碼模塊( 上，接收網(wǎng)絡傳來的發(fā)送模塊(3)發(fā)送的數(shù)據(jù)包，對數(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)進行實時轉(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)，通過線型揚聲器陣列(64)以波束的形式營造目標聲場，再現(xiàn)原始聲場環(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；預處理模塊，該模塊包括AD轉(zhuǎn)換器、計算機和DSP處理器；上述發(fā)送模塊，該模塊安裝在預處理模塊上；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、線型揚聲器陣列。該系統(tǒng)通過錄制模塊采集高階聲場信息，提高聲場的空間分割程度；通過發(fā)送模塊和接收模塊提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性；通過陣列重發(fā)模塊以波束形式營造目標聲場，能再現(xiàn)原始聲場環(huán)境。
文檔編號H04S3/00GK102231868SQ20111012794
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權日2011年5月18日
發(fā)明者周光榮, 湯永清, 王振強, 鐘強, 黃青華 申請人:上海大學