CN106131745A - 虚拟现实音频系统及其播放器及虚拟现实音频的产生方法 - Google Patents

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Abstract

一种虚拟现实音频系统及其播放器及虚拟现实音频的产生方法。该虚拟现实音频播放器具有左耳以及右耳扬声器、运动检测模块以及处理器。左耳以及右耳扬声器分别用于播放左耳、右耳声音。运动检测模块收集左耳、右耳扬声器的听者的运动信息。基于该运动检测模块检测到的运动信息、以及一麦克风阵列结构,处理器将多声道音轨转换为左耳以及右耳声音。上述多声道音轨是由组成该麦克风阵列结构的多个麦克风提供。

Description

虚拟现实音频系统及其播放器及虚拟现实音频的产生方法
技术领域
本申请涉及虚拟现实音效系统(virtual reality audio system)。
背景技术
虚拟现实复制一种环境,令使用者模拟位于真实世界或想象世界的各地点、与该世界互动。虚拟现实人工创造感官体验-如,听觉。
虚拟现实音频系统的模拟聚焦于藉由扬声器或耳机为虚拟现实使用者提供真实声音。如何提升声音模拟的拟真度为本领域重要课题。
发明内容
根据本申请一种实施方式所实现的一虚拟现实音频播放器具有左耳、右耳扬声器、运动检测模块以及处理器。左耳以及右耳扬声器分别用于播放左耳、右耳声音。运动检测模块收集左耳、右耳扬声器的听者的运动信息。基于该运动检测模块检测到的运动信息、以及一麦克风阵列结构,处理器将多声道音轨转换为左耳以及右耳声音。上述多声道音轨是由组成该麦克风阵列结构的多个麦克风提供。
根据本申请一种实施方式所实现的一虚拟现实音频系统包括前述虚拟现实音频播放器以及至少三个麦克风。上述至少三个麦克风用于该虚拟现实音频播放器的多声道音轨录制。
根据本申请一种实施方式所实现的一虚拟现实音频产生方法包括:使用左耳以及右耳扬声器分别播放左耳、右耳声音;收集左耳、右耳扬声器的听者的运动信息;并且,基于上述运动信息、以及一麦克风阵列结构,将多声道音轨转换为左耳以及右耳声音,其中,上述多声道音轨是由组成该麦克风阵列结构的多个麦克风所提供。
下文特举实施例,并配合所附图示,详细说明本发明内容。
附图说明
图1图解根据本申请一种实施方式所实现的一虚拟现实音频播放器100;
图2A图解相对垂直轴Z的一旋转角度θ,可藉运动检测模块106检测获得;
图2B图解相对水平轴X的一旋转角度Φ,可藉运动检测模块106检测获得;
图3为流程图,根据本申请一种实施方式图解虚拟现实音频播放器100如何运作;
图4根据本申请一种实施方式图解一虚拟现实音频系统400,具有前述虚拟现实音频播放器100、一麦克风阵列402以及一存储介质404;
图5A图解一正三角形麦克风阵列,在三个端点包括三个麦克风Pa、Pb以及Pc;
图5B为流程图,说明虚拟现实音频播放器100如何根据图5A正三角形麦克风阵列接收的多声道音轨Pa、Pb以及Pc运作; 以及
图6图解一手持装置600,具有三个麦克风Pa、Pb以及Pc(安装在手持装置600上方)。
【符号说明】
100~虚拟现实音频播放器; 102~左耳扬声器;
104~右耳扬声器; 106~运动检测模块;
108~处理器; 400~虚拟现实音频系统;
402~麦克风阵列; 404~存储介质;
600~手持装置; S302…S310~步骤;
d~距离;
Pa、Pb以及Pc~麦克风/多声道音轨;
X、Y以及Z~坐标轴;
θ、Φ~旋转角度。
具体实施方式
以下叙述列举本发明的多种实施例。以下叙述介绍本发明的基本概念,且并非意图限制本发明内容。实际发明范围应依照权利要求书界定。
图1图解根据本申请一种实施方式所实现的一虚拟现实音频播放器100。虚拟现实音频播放器100包括一左耳扬声器102、一右耳扬声器104、一运动检测模块106以及一处理器108。左耳扬声器102以及右耳扬声器104分别用于播放左耳声音Sl以及右耳声音Sr。运动检测模块106收集左耳扬声器102以及右耳扬声器104的听者(即虚拟现实使用者)的运动信息motion。基于运动检测模块106检测到的运动信息motion、以及一麦克风阵列结构,处理器108将多声道音轨S1、S2…Sn转换为左耳声音Sl以及右耳声音Sr。多声道音轨S1、S2…Sn由组成该麦克风阵列结构的麦克风M1、M2…Mn提供。处理器108可根据方程式Sl(S1,S2…Sn,motion)计算左耳声音Sl、且根据方程式Sr(S1,S2…Sn,motion)计算右耳声音Sr。藉由方程式Sl(S1,S2…Sn,motion)以及Sr(S1,S2…Sn,motion),左耳声音Sl以及右耳声音Sr的生成考虑了虚拟现实使用者的运动信息motion以及收集多声道音轨S1、S2…Sn的麦克风M1、M2…Mn的麦克风阵列结构。
在一种实施方式中,处理器108产生左耳声音Sl以及右耳声音Sr以便模拟虚拟现实使用者的左耳以及右耳感知差异。在另一种实施方式中,处理器108产生左耳声音Sl以及右耳声音Sr以便模拟多普勒效应(Doppler Effect)。在其他实施方式中,处理器108产生左耳声音Sl以及右耳声音Sr以便模拟左、右耳感知差异以及多普勒效应。
为了模拟左、右耳感知差异或/和多普勒效应,运动检测模块106可检测虚拟现实使用者相对垂直轴或/和水平轴的旋转。图2A图解相对垂直轴Z的一旋转角度θ,可藉运动检测模块106检测获得。图2B图解相对水平轴X的一旋转角度Φ,可藉运动检测模块106检测获得。在一些实施例中,运动检测模块106更检测虚拟现实使用者活动的加速度,作为运动信息motion。虚拟现实使用者的运动信息(例如,运动检测模块106检测到的旋转角度θ或/和旋转角度Φ或/和加速度)可被持续地收集,以显示虚拟现实使用者位置、并显示虚拟现实使用者在虚拟环境(对应真实世界或想象世界)中如何活动,据此,左耳声音Sl以及右耳声音Sr各自有对应多声道音轨S1、S2…Sn的权重参数,且分开作权重参数调整获得。
此段落公开虚拟现实使用者的感知差异模拟。当运动检测模块106检测到的运动信息motion显示原先在虚拟现实环境中面向前方的虚拟现实使用者转向虚拟现实环境的右侧或左侧,处理器108逐步调降右耳声道音轨的权重参数、且逐步提升左耳声道音轨的权重参数以产生右耳声音Sr,并逐步调降左耳声道音轨的权重参数、且逐步提升右耳声道音轨的权重参数以产生左耳声音Sl。所述右耳声道音轨是多声道音轨S1、S2…Sn其中之一,对应虚拟现实环境的右侧。所述左耳声道音轨是多声道音轨S1、S2…Sn其中之一,对应虚拟现实环境的左侧。
本段落讨论多普勒效应的模拟。运动检测模块106检测到的运动信息motion显示虚拟现实使用者逐渐接近虚拟现实环境中的一音源时,处理器108可逐步提高左耳声音Sl以及右耳声音Sr的频率。此外,运动检测模块106检测到的运动信息motion显示虚拟现实使用者逐渐远离虚拟现实环境中的该音源时,处理器108可逐步降低左耳声音Sl以及右耳声音Sr的频率。
图3为流程图,根据本申请一种实施方式图解虚拟现实音频播放器100如何运作。步骤S302,虚拟现实使用者的运动信息由运动检测模块106收集,检测内容包括相对垂直轴Z的旋转角度θ、相对水平轴X的旋转角度Φ、以及虚拟现实使用者的加速度。步骤S304,基于麦克风阵列M1、M2…Mn的结构以及虚拟现实使用者的转向(例如,旋转角度θ以及Φ),处理器108转换多声道音轨S1、S2…Sn为左耳声音Sl’以及右耳声音Sr’。左耳声音Sl’以及右耳声音Sr’的产生考虑了虚拟现实使用者的左、右耳感知差异。除了麦克风阵列M1、M2…Mn的结构以及旋转角度θ以及Φ,处理器108更在步骤S306考虑了虚拟现实使用者的加速度,以分别转换左耳以及右耳声音Sl’以及Sr’为Sl以及Sr,以便模拟多普勒效应。例如,运动信息motion显示虚拟现实使用者逐渐接近虚拟现实环境中的一音源时,处理器108可将左耳声音Sl’以及右耳声音Sr’的频率逐步提升以产生左耳声音Sl以及右耳声音Sr;运动信息motion显示虚拟现实使用者逐渐远离虚拟现实环境中的该音源时,处理器108可将左耳声音Sl’以及右耳声音Sr’的频率逐步降低以产生左耳声音Sl以及右耳声音Sr。步骤S308,左耳扬声器102播放左耳声音Sl,且右耳扬声器104播放右耳声音Sr。步骤S310检查虚拟现实使用者是否变换其动作(自运动信息motion(例如,运动检测模块106检测到的虚拟现实使用者的旋转角度θ以及Φ以及加速度)观察)。若虚拟现实使用者的动作发生变化,步骤S302再次执行,以确认新的旋转角度θ以及Φ以及新的加速度,继而根据新的运动信息motion进行步骤S304至S308。若虚拟现实使用者并未改变其动作,流程停留在步骤S308。在其他实施方式中,虚拟现实使用者的旋转角度θ以及Φ以及加速度(即,运动参数)可能非全数考虑于左耳声音Sl以及右耳声音Sr的产生过程中。简化版本允许在左耳声音Sl以及右耳声音Sr的产生过程中仅考虑部分的运动参数。运动检测模块106可包括重力传感器(G sensor)、罗盘以及加速度器,但并不限定于此。
图4根据本申请一种实施方式图解一虚拟现实音频系统400,具有前述虚拟现实音频播放器100、一麦克风阵列402以及一存储介质404。麦克风阵列402具有至少三个麦克风,用于虚拟现实音频播放器100所需的多声道音轨的录制。存储介质402存储录制的多声道音轨,由虚拟现实音频播放器100读取。
图5A图解一正三角形麦克风阵列,在三个端点包括三个麦克风Pa、Pb以及Pc。麦克风Pa、Pb以及Pc接收的三个音轨同样命名为Pa、Pb以及Pc。任两个麦克风之间的距离为d,可设计为343(m/s)/(2*fc(Hz))。对应16KHz的空间混迭(space aliasing of 16KHz,即fc=16KHz),两麦克风距离d可为1cm(求自343(m/s)/(2*16K(Hz)))。麦克风Pa在虚拟现实世界中视为前麦克风,轴Y指向前方。
图5B为流程图,说明虚拟现实音频播放器100如何根据图5A正三角形麦克风阵列接收的多声道音轨Pa、Pb以及Pc运作。步骤S502检测虚拟现实使用者相对垂直轴Z的旋转角度θ。步骤S504,处理器108对应检测到的旋转角度θ计算出权重系数A、B以及C,并计算A*Pa-B*Pb+C*Pc作为左耳声音Sl、A*Pa+B*Pb-C*Pc作为右耳声音Sr。步骤S506,左耳扬声器102播放左耳声音Sl、且右耳扬声器104播放右耳声音Sr。步骤S508检查旋转角度θ是否变化。若旋转角度θ有变化,步骤S502再次执行,确认新的旋转角度θ,继而根据此新的旋转角度θ进行步骤S504至S506。若虚拟现实使用者没有变化其旋转角度θ,流程停留在步骤S506。一种实施方式中,音轨Pb可视为右耳音轨,音轨Pc可视为左耳音轨。若原先面向前方的虚拟现实使用者相对轴Z转向右侧或左侧,权重参数B以及C可能削减。
图6图解一手持装置600,具有三个麦克风Pa、Pb以及Pc(安装在手持装置600上方)。
虽然本发明已以优选实施例公开如上,然其并非用以限定本发明,本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,当可做些许更动与润饰,因此本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (16)

1.一种虚拟现实音频播放器,包括:
左耳扬声器以及右耳扬声器,分别播放左耳声音以及右耳声音;
运动检测模块,收集上述左耳扬声器以及右耳扬声器的听者的运动信息;以及
处理器,基于该运动检测模块检测到的上述运动信息、以及麦克风阵列结构,将多声道音轨转换为上述左耳声音以及右耳声音,
其中上述多声道音轨是由组成该麦克风阵列结构的多个麦克风提供。
2.如权利要求1所述的虚拟现实音频播放器,其中:
该处理器产生上述左耳声音以及右耳声音以便模拟该听者左耳以及右耳的感知差异。
3.如权利要求2所述的虚拟现实音频播放器,其中:
该运动检测模块检测到的上述运动信息显示原先在虚拟现实环境中面向前方的该听者正转向该虚拟现实环境的右侧或左侧时,该处理器递减右耳声道音轨的权重参数并递增左耳声道音轨的权重参数以产生该右耳声音,并递减该左耳声道音轨的权重参数并递增该右耳声道音轨的权重参数以产生该左耳声音;
该右耳声道音轨为上述多声道音轨中对应该虚拟现实环境的右侧者;以及
该左耳声道音轨为上述多声道音轨中对应该虚拟现实环境的左侧者。
4.如权利要求3所述的虚拟现实音频播放器,其中:
该运动检测模块检测该听者相对该虚拟现实环境中垂直轴的旋转角度为上述运动信息。
5.如权利要求1所述的虚拟现实音频播放器,其中:
该处理器产生上述左耳声音以及右耳声音以便模拟多普勒效应。
6.如权利要求5所述的虚拟现实音频播放器,其中:
该运动检测模块检测到的上述运动信息显示该听者正在接近虚拟现实环境的音源时,该处理器递升该左耳声音以及该右耳声音的频率;以及
该运动检测模块检测到的上述运动信息显示该听者正在远离该虚拟现实环境的该音源时,该处理器递减该左耳声音以及该右耳声音的频率。
7.如权利要求6所述的虚拟现实音频播放器,其中:
该运动检测模块检测该听者相对该虚拟现实环境中垂直轴的旋转角度、该听者相对该虚拟现实环境中水平轴的旋转角度、以及该听者的加速度以便形成上述运动信息。
8.一种虚拟现实音频系统,包括:
如权利要求1所述的虚拟现实音效播放器;以及
为该虚拟现实音频播放器录制上述多声道音轨的至少三个麦克风。
9.如权利要求8所述的虚拟现实音频系统,还包括:
存储介质,存储上述多声道音轨,供该虚拟现实播放器读取。
10.一种虚拟现实音频产生方法,包括:
使用左耳扬声器以及右耳扬声器分别播放左耳声音以及右耳声音;
收集上述左耳扬声器以及右耳扬声器的听者的运动信息;以及
基于上述运动信息、以及麦克风阵列结构,将多声道音轨转换为上述左耳声音以及右耳声音,
其中上述多声道音轨是由组成该麦克风阵列结构的多个麦克风提供。
11.如权利要求10所述的虚拟现实音频产生方法,其中:
产生上述左耳声音以及右耳声音以便模拟该听者左耳以及右耳的感知差异。
12.如权利要求11所述的虚拟现实音频产生方法,其中:
当上述运动信息显示原先在虚拟现实环境中面向前方的该听者正转向该虚拟现实环境的右侧或左侧时,递减右耳声道音轨的权重参数、并递增左耳声道音轨的权重参数以产生该右耳声音,并递减该左耳声道音轨的权重参数并递增该右耳声道音轨的权重参数以产生该左耳声音;
该右耳声道音轨为上述多声道音轨中对应该虚拟现实环境的右侧者;以及
该左耳声道音轨为上述多声道音轨中对应该虚拟现实环境的左侧者。
13.如权利要求12所述的虚拟现实音频产生方法,其中:
该听者相对该虚拟现实环境中垂直轴的旋转角度经检测为上述运动信息。
14.如权利要求10所述的虚拟现实音频产生方法,其中:
产生上述左耳声音以及右耳声音以便模拟多普勒效应。
15.如权利要求14所述的虚拟现实音频产生方法,其中:
当上述运动信息显示该听者正在接近虚拟现实环境的音源时,递升该左耳声音以及该右耳声音的频率;以及
当上述运动信息显示该听者正在远离该虚拟现实环境的该音源时,递减该左耳声音以及该右耳声音的频率。
16.如权利要求15所述的虚拟现实音频产生方法,其中:
该听者相对该虚拟现实环境中垂直轴的旋转角度、该听者相对该虚拟现实环境中水平轴的旋转角度、以及该听者的加速度经检测以便形成上述运动信息。
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