TWI687919B - 音頻訊號處理方法、音頻定位系統以及非暫態電腦可讀取媒體 - Google Patents

音頻訊號處理方法、音頻定位系統以及非暫態電腦可讀取媒體 Download PDF

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Abstract

一種音頻訊號處理方法、音頻定位系統以及非暫態電腦可讀取媒體，音頻訊號處理方法包含：判斷是否選擇第一頭部相關傳遞函數以將第一頭部相關傳遞函數應用在與第一目標對應的音頻定位模組；如果第一頭部相關傳遞函數未被選擇，則載入第二目標的複數個參數；根據第二目標的參數修改第二頭部相關傳遞函數；以及將第二頭部相關傳遞函數應用在與第一目標對應的音頻定位模組以產生音頻訊號。

Description

音頻訊號處理方法、音頻定位系統以及非暫態電腦可讀取媒體
本案是有關於一種處理方法，且特別是有關於一種用於模擬不同角色聽力的訊號處理方法。
在現今虛擬實境(virtual reality,VR)環境中，虛擬使用者可以是非人類的物種，例如小精靈、巨人、動物等。一般而言，三維音頻定位技術利用頭部相關傳遞函數(HRTF)以模擬虛擬使用者的聽力。頭部相關傳遞函數是用來模擬耳朵從三維空間中一個點接收到聲音的方式，然而，頭部相關傳遞函數通常用來模擬人類的聽力，但如果虛擬使用者是非人類的物種時，頭部相關傳遞函數將無法模擬虛擬使用者的真實聽力，因此玩家將無法在虛擬實境的環境中擁有最好的體驗。
依據本揭示文件之第一實施態樣，其揭示一種音頻訊號處理方法，音頻訊號處理方法包含：判斷是否選擇第一頭部相關傳遞函數以將第一頭部相關傳遞函數應用在與第一目標對應的音頻定位模組；如果第一頭部相關傳遞函數未被選擇，則載入第二目標的複數個參數；根據第二目標的參數修改第二頭部相關傳遞函數；以及將第二頭部相關傳遞函數應用在與第一目標對應的音頻定位模組以產生音頻訊號。
依據本揭示文件之第二實施態樣，其揭示一種音頻定位系統，音頻定位系統包含音頻輸出模組、處理器以及非暫態電腦可讀取媒體。處理器與音頻輸出模組連接，非暫態電腦可讀取媒體包含至少一指令程序，由處理器執行至少一指令程序以實行音頻訊號處理方法，其包含：判斷是否選擇第一頭部相關傳遞函數以將第一頭部相關傳遞函數應用在與第一目標對應的音頻定位模組；如果第一頭部相關傳遞函數未被選擇，則載入第二目標的複數個參數；根據第二目標的參數修改第二頭部相關傳遞函數；以及將第二頭部相關傳遞函數應用在與第一目標對應的音頻定位模組以產生音頻訊號。
依據本揭示文件之第三實施態樣，其揭示一種非暫態電腦可讀取媒體，非暫態電腦可讀取媒體包含至少一指令程序，由處理器執行至少一指令程序以實行音頻訊號處理方法，其包含：判斷是否選擇第一頭部相關傳遞函數以將第 一頭部相關傳遞函數應用在與第一目標對應的音頻定位模組；如果第一頭部相關傳遞函數未被選擇，則載入第二目標的複數個參數；根據第二目標的參數修改第二頭部相關傳遞函數；以及將第二頭部相關傳遞函數應用在與第一目標對應的音頻定位模組以產生音頻訊號。
根據上述實施態樣，音頻信號處理方法能夠根據角色的參數修改頭部相關傳遞函數的參數，根據修改後的頭部相關傳遞函數修改音頻訊號並且輸出音頻訊號，因此，頭部相關傳遞函數能夠根據不同虛擬使用者的參數修改，達到根據不同虛擬使用者調整音頻訊號的功效。
100‧‧‧音頻定位系統
110‧‧‧音頻輸出模組
120‧‧‧處理器
130‧‧‧儲存單元
200‧‧‧音頻訊號處理方法
OBJ1、OBJ2、OBJ3、OBJ4‧‧‧目標
D1、D2、D3、D4、D5‧‧‧距離
S1、S2、S3、S4、S5、S6‧‧‧聲源
T1、T2、T3、T4‧‧‧時間
M1、M2‧‧‧傳輸介質
S210~S250、S241~S242‧‧‧步驟
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種音頻定位系統的方塊示意圖；第2圖係根據本案之一些實施例所繪示之音頻訊號處理方法的流程圖；第3圖係根據本案之一些實施例所繪示之步驟S240的流程圖；第4A圖及第4B圖係根據本案之一些實施例所繪示之虛擬使用者的頭部外形的示意圖；第5A圖及第5B圖係根據本案之一些實施例所繪示之虛擬使用者的頭部外形的示意圖；以及 第6A圖及第6B圖係根據本案之一些實施例所繪示之目標與聲源之間的關係的示意圖。
以下將以圖式及詳細說明闡述本揭露之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本揭露之較佳實施例後，當可由本揭露所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本揭露之精神與範圍。
應當理解，在本文的描述和其後的所有專利範圍中，當一個元件被稱為被“電連接”或“電耦合”到另一個元件時，它可以被直接連接或耦合到另一個元件，或者可能存在插入元件。相比之下，當一個元件被稱為“直接連接”或“直接耦合”到另一個元件時，則不存在插入元件。此外，電連接”或“連接”還可以指兩個或多個元件之間的互操作或相互作用。
應當理解，在本文的描述和其後的所有專利範圍中，雖然使用“第一”，“第二”，...等詞彙描述不同元件，但是這些元件不應該被這些術語所限制。這些詞彙只限於用來辨別單一元件。例如，一第一元件也可被稱為第二元件，類似地，一第二元件也可被稱為第一元件，而不脫離實施例的範圍。
應當理解，在本文的描述和其後的所有專利範圍中，在本文中所使用的用詞“包含”，“包括”，“具有”，“含有”等等，均為開放性的用語，即意指“包含但 不限於”。
應當理解，在本文的描述和其後的所有專利範圍中，所使用的“及/或”包含相關列舉項目中一或多個項目的任意一個以及其所有組合。
應當理解，在本文的描述和其後的所有專利範圍中，關於本文中所使用的方向用語，例如：上、下、左、右、前、後等，僅是參考附加附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制揭露。
應當理解，在本文的描述和其後的所有專利範圍中，除非另有說明，使用的所有術語(包括技術和科學術語)與本揭露所屬領域技術人員所理解的具有相同含義。進一步可以明瞭，除非這裡明確地說明，這些術語，例如在常用字典中所定義的術語，應該被解釋為具有與其在相關領域背景下的含義相一致的含義，而不應被理想化地或過於正式地解釋。
請參閱第1圖。第1圖係根據本案之一些實施例所繪示之一種音頻定位系統100的示意圖。如第1圖所繪示，音頻定位系統100包含音頻輸出模組110、處理器120以及儲存單元130。音頻輸出模組110可以實施為耳機或音響，處理器120可以實施為中央處理單元、控制電路及/或圖形處理單元，儲存單元130可以實施為記憶體、硬碟、隨身碟、記憶卡等，音頻定位系統100可以實施為頭戴式裝置(head-mounted device，HMD)。
處理器120與音頻輸出模組110以及儲存單元 130電性連接。音頻輸出模組110用以輸出音頻訊號，儲存單元130用以儲存非暫態電腦可讀取媒體，頭戴式裝置用以執行音頻定位模組以及顯示虛擬環境。請參閱第2圖，第2圖係根據本案之一些實施例所繪示之音頻訊號處理方法200的流程圖。於此實施例中，處理器120用以執行音頻訊號處理方法200，並且音頻訊號處理方法200可根據虛擬使用者的目標參數來修改頭部相關傳遞函數的參數以及音頻輸出模組110輸出修改後的音頻訊號。
請繼續參閱第1圖及第2圖。如第2圖之實施例所示，音頻訊號處理方法200首先執行步驟S210，判斷是否選擇第一頭部相關傳遞函數以將其應用在與第一目標對應的音頻定位模組，如果選擇第一頭部相關傳遞函數，音頻訊號處理方法200接著執行步驟S220，根據第一目標的參數修改第一頭部相關傳遞函數，並將第一頭部相關傳遞函數應用至音頻定位模組。於此實施例中，頭戴式裝置的感測器用以偵測第一目標的參數，以及第一目標的參數能夠應用至第一頭部相關傳遞函數，舉例而言，第一目標的參數可以理解為使用者的頭圍。
接著，音頻訊號處理方法200執行步驟S230，當第一頭部相關傳遞函數未被選擇時，載入第二目標的參數。於此實施例中，第二目標的參數包含音響度、音色、聲源的能量差及/或聲源的時間差。聲源的能量差及/或聲源的時間差是分別朝向第二目標的右側和左側所發射。角色模擬參數集可以包含第二目標的材質及外觀，舉例而言，不同的 物種具有不同的耳朵形狀以及不同的耳朵位置，像是貓耳和人耳的耳朵形狀及位置皆不同，貓耳係位於頭部的上方，而人類的耳朵係位於頭部的兩側。再者，不同的目標會有不同的材質，像是機器人和人類的組成材質也不同。
接著，音頻訊號處理方法200執行步驟S240，根據第二目標的參數修改第二頭部相關傳遞函數。步驟S240包含步驟S241~S242，並請參閱第3圖、第4A圖及第4B圖，第3圖係根據本案之一些實施例所繪示之步驟S240的流程圖，第4A圖及第4B圖係根據本案之一些實施例所繪示之虛擬使用者的頭部外形的示意圖。如第4A圖所示，目標OBJ1的頭部為預設的頭部，在一般情況下，預設的頭部為人類的頭部。在虛擬實境的環境中，使用者可允許將他/她的虛擬使用者改變為不同的身份或外觀。舉例而言，使用者可以轉換成另外的人物、女神、另位的動物、車輛、雕像、飛機、機器人等。每一個身份或外觀可以以不同的震幅或品質接收來自音源S1的聲音。
接著，音頻訊號處理方法200執行步驟S241根據該第二目標的尺寸或形狀調整音響度或音色，分別朝向第二目標的右側和左側發射的聲源的時間差或能量差。舉例而言，虛擬使用者可以具有非人類的外觀，如第4B圖所示，使用者可以轉換成巨人。在第4B圖中，目標OBJ2的頭部為巨人的頭部，目標OBJ2的兩耳之間的距離D2大於目標OBJ1的兩耳之間的距離D1。
如第4A圖及第4B圖所示，假設目標OBJ1與聲 源S1之間的距離與目標OBJ2與聲源S2之間的距離相同，目標OBJ2的頭部與耳朵的尺寸與目標OBJ1不同。由於目標OBJ2的兩耳之間的距離D2大於目標OBJ1的兩耳之間的距離D1，因此目標OBJ2的兩耳之間的時間差會大於目標OBJ1的兩耳之間的時間差。因此，當聲源S2發出音頻訊號時，音頻訊號的左側聲道應該需要被延遲(例如延遲2秒)。由上述可知，右耳聽到由音源S1發出的聲音的時間T1應該會相似於左耳聽到由音源S1發出的聲音的時間T2；而因為目標OBJ2的頭部尺寸的因素，右耳聽到由音源S2發出的聲音的時間T3應該會早於左耳聽到由音源S2發出的聲音的時間T4。
再者，音頻訊號處理方法200可以調整第二頭部相關傳遞函數的參數的時間配置，時間配置可以包含兩耳通道間的時間差、兩耳通道的延遲時間。巨人可以在一段延遲時間後接收到聲音，於此實施例中，目標OBJ1為預設的頭部(例如，人類的頭部)，因此目標OBJ1的耳朵能夠在正常的時間內接收到聲音。相對而言，目標OBJ2為巨人的頭部，當目標OBJ2的耳朵接收到聲音時，可以被延遲(例如，延遲2秒)。時間配置可以根據虛擬使用者的外觀修改(例如，延遲或提早)，關於時間配置的設計可以被配置為適應不同的虛擬使用者，當使用者將不同的虛擬使用者從目標OBJ1改變為目標OBJ2，將會有不同的目標參數並且需要根據目標參數調整頭部相關傳遞函數的參數。
接著，請參閱第5A圖及第5B圖，第5A圖及第 5B圖係根據本案之一些實施例所繪示之虛擬使用者的頭部外形的示意圖。如第5A及第5B圖所示，目標OBJ1的頭部為預設的頭部，目標OBJ3的頭部為大象的頭部，目標OBJ3的兩耳之間的距離D3大於目標OBJ1的兩耳之間的距離D1。於此實施例中，假設聲源S3的音響度與聲源S4的音響度相同，由於目標OBJ1的耳朵與頭部的尺寸小於目標OBJ3的耳朵與頭部的尺寸，由目標OBJ1所聽到的音響度將會小於目標OBJ3所聽到的音響度。
接著，如第5A圖及第5B圖所示，由於目標OBJ1的耳朵與頭部的尺寸小於目標OBJ3的耳朵與頭部的尺寸，並且目標OBJ1的耳腔也小於目標OBJ3的耳腔，因此目標OBJ3聽到的音色將會低於目標OBJ1聽到的音色，即便聲源S3發出的頻率與聲源S4發出的頻率相似。再者，目標OBJ3的兩耳之間的距離D3大於目標OBJ1的兩耳之間的距離D1，因此目標OBJ3兩耳之間的時間差或能量差會大於目標OBJ1兩耳之間的時間差或能量差。由於兩耳之間的時間差或能量差會根據頭部的尺寸改變，因此右側聲道與左側聲道之間的時間差或能量差也必須調整。在此實施例中，當聲源S3發出音頻訊號後，右側聲道與左側聲道並不需要延遲，但當聲源S4發出音頻訊號後，左側聲道則需要被延遲(例如，延遲2秒)。
虛擬使用者並不限於大象型態，在令一實施例中，使用者的虛擬使用者可以轉換成蝙蝠，目標(圖未示)係為蝙蝠的頭部，蝙蝠是對超聲波的頻率更敏感。在此實施例 中，由聲源S1產生的聲音信號將通過頻率轉換器的轉換，其可以將超聲波轉換為聲音，在這種情況下，使用者在虛擬環境中就可以聽到蝙蝠聽到的聲音頻率。
接著，音頻訊號處理方法200執行步驟S242根據在第二目標和聲源之間的傳輸介質調整第二頭部相關傳遞函數的參數(例如，音色及/或響度)。請參考第6A圖及第6B圖，第6A圖及第6B圖係根據本案之一些實施例所繪示之目標與聲源之間的關係的示意圖。如第6A圖及第6B圖所示，假設目標OBJ1與聲源S5之間的距離D4與目標OBJ4與聲源S6之間的距離D5相同。如第6A圖所示的實施例，聲源S5在傳輸介質M1中廣播音頻訊號，目標OBJ1通過傳輸介質M1從聲源S5收集音頻訊號。如第6B圖所示的實施例，聲源S6在傳輸介質M2中廣播音頻訊號，目標OBJ4通過傳輸介質M2從聲源S6收集音頻訊號。在此情況下，傳輸介質M1可以實施為充滿空氣的環境，傳輸介質M2可以實施為充滿水的環境。於另一實施例中，傳輸介質M1及M2也可以由目標具有在聲源S5及S6和目標OBJ1及OBJ4之間的特殊材質(例如，金屬、塑膠、及/或任何混合材質)來實現。
接著，假設目標OBJ4的聽力與目標OBJ1的聽力相似，聲源S6發出音頻訊號並且穿透傳輸介質M1，當目標OBJ4接收到音頻訊號時，即使聲源S5的音響度與聲源S6的音響度相同，目標OBJ4聽到的音色還是會不同於目標OBJ1聽到的音色。因此，處理器120係用來根據傳輸介質M1及M2調整目標OBJ1及OBJ4聽到的音色。
接著，音頻訊號處理方法200執行步驟S250將第二頭部相關傳遞函數應用在與第一目標對應的音頻定位模組以產生音頻訊號。於此實施例中，音頻定位模組能夠被第二頭部相關傳遞函數調整，調整後的音頻定位模組用來調整音頻訊號，接著，音頻輸出模組110用以輸出修改後的音頻訊號。
在此實施例中，頭戴式裝置能夠在虛擬實境系統中顯示不同的虛擬使用者，值得注意的是，虛擬使用者也可以是非人類。因此，頭部相關傳遞函數由虛擬使用者的目標參數修改，並且虛擬使用者的音頻定位模組係由修改後的頭部相關傳遞函數決定，如果其他的虛擬使用者載入，頭部相關傳遞函數將會由新的虛擬使用者的目標參數重新調整。換句話說，由相同的聲源發出的音頻訊號，會因為虛擬使用者的不同可能會導致使用者聽覺上的差異。
根據前述的實施例，音頻信號處理方法能夠根據角色的參數修改頭部相關傳遞函數的參數，根據修改後的頭部相關傳遞函數修改音頻訊號並且輸出音頻訊號，因此，頭部相關傳遞函數能夠根據不同虛擬使用者的參數修改，達到根據不同虛擬使用者調整音頻訊號的功效。
另外，上述例示包含依序的示範步驟，但該些步驟不必依所顯示的順序被執行。以不同順序執行該些步驟皆在本揭示內容的考量範圍內。在本揭示內容之實施例的精神與範圍內，可視情況增加、取代、變更順序及/或省略該些步驟。
雖然本案已以實施方式揭示如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧音頻定位系統
110‧‧‧音頻輸出模組
120‧‧‧處理器
130‧‧‧儲存單元

Claims (10)

  1. 一種音頻訊號處理方法，包含：藉由一處理器判斷是否選擇一第一頭部相關傳遞函數以將該第一頭部相關傳遞函數應用在與一第一目標對應的一音頻定位模組；如果該第一頭部相關傳遞函數未被選擇，則藉由該處理器載入一第二目標的複數個參數；藉由該處理器根據該第二目標的該些參數修改一第二頭部相關傳遞函數；以及藉由該處理器將該第二頭部相關傳遞函數應用在與該第一目標對應的該音頻定位模組以產生一音頻訊號。
  2. 如請求項1所述的音頻訊號處理方法，其中，該第二目標的該些參數包含一音響度、一音色、分別朝向該第二目標的一右側和一左側發射的一聲源的一能量差及/或朝向該右側和該左側的一時間配置。
  3. 如請求項2所述的音頻訊號處理方法，其中，該時間配置包含分別朝向該第二目標的該右側和該左側發射的該聲源的一時間差。
  4. 如請求項3所述的音頻訊號處理方法，其中，藉由根據該第二目標的該些參數修改該第二頭部相關傳遞函數的參數，更包含： 根據該第二目標的尺寸或形狀調整該音響度或該音色，分別朝向該第二目標的該右側和該左側發射的該聲源的該時間差或該能量差。
  5. 如請求項1所述的音頻訊號處理方法，更包含：根據在該第二目標和一聲源之間的一傳輸介質調整該第二頭部相關傳遞函數的參數。
  6. 如請求項1所述的音頻訊號處理方法，其中，該第二目標的該些參數包含一虛擬使用者的一角色模擬參數集。
  7. 如請求項1所述的音頻訊號處理方法，更包含：藉由一頭戴式裝置的複數個感測器偵測該第一頭部相關傳遞函數的參數。
  8. 一種音頻定位系統，包含：一音頻輸出模組；一處理器，與該音頻輸出模組連接；以及一非暫態電腦可讀取媒體包含至少一指令程序，由該處理器執行該至少一指令程序以實行一音頻訊號處理方法，其包含： 藉由一處理器判斷是否選擇一第一頭部相關傳遞函數以將該第一頭部相關傳遞函數應用在與一第一目標對應的一音頻定位模組；如果該第一頭部相關傳遞函數未被選擇，則藉由該處理器載入一第二目標的複數個參數；藉由該處理器根據該第二目標的該些參數修改一第二頭部相關傳遞函數；以及藉由該處理器將該第二頭部相關傳遞函數應用在與該第一目標對應的該音頻定位模組以產生一音頻訊號。
  9. 如請求項8所述的音頻定位系統，其中，該第二目標的該些參數包含一音響度、一音色、分別朝向該第二目標的一右側和一左側發射的一聲源的一能量差及/或朝向該右側和該左側的一時間配置；其中，該時間配置包含分別朝向該第二目標的該右側和該左側發射的該聲源的一時間差；其中，根據在該第二目標和一聲源之間的一傳輸介質調整該第二頭部相關傳遞函數的參數；其中，該第二目標的該些參數包含一虛擬使用者的一角色模擬參數集。
  10. 一種非暫態電腦可讀取媒體包含至少一指令程序，由該處理器執行該至少一指令程序以實行一音頻訊號處理方法，其包含：藉由一處理器判斷是否選擇一第一頭部相關傳遞函 數以將該第一頭部相關傳遞函數應用在與一第一目標對應的一音頻定位模組；如果該第一頭部相關傳遞函數未被選擇，則藉由該處理器載入一第二目標的複數個參數；藉由該處理器根據該第二目標的該些參數修改一第二頭部相關傳遞函數；以及藉由該處理器將該第二頭部相關傳遞函數應用在與該第一目標對應的該音頻定位模組以產生一音頻訊號。
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