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生理参数测量与个性化头相关传输函数定制

吴锐兴  
【摘要】:头相关传输函数(HRTFs)是虚拟听觉重放系统的重要数据基础。为了提高虚拟听觉重放系统的效果,行之有效的办法之一是采用个性化的HRTF数据。通过实验测量或数值模拟准确获取个性化HRTF数据通常需要繁琐的流程和较高的成本,在产品应用中并不现实。采用基于已知数据库对个性化HRTF进行定制,并用于虚拟听觉重放的实际应用,是相对可行的办法。但是,已有基于生理参数的个性化HRTF定制研究仍存在不足,例如:在生理参数测量和提取方面没有统一标准,具有完整生理参数的受试者样本较少,测量HRTF的空间采样不完整,已有工作仅针对少数方向上的HRTF数据进行研究,等等。因此,本文对基于生理参数的个性化HRTF定制方法进行系统的研究,包括扫描受试者头部模型,基于扫描模型测量生理参数和计算模拟近场HRTF数据,研究基于生理参数的个性化HRTF定制方法,对定制的HRTF进行主客观的验证和分析。首先,使用便携式激光三维扫描仪采集受试者的头部三维扫描模型。基于头部三维扫描模型,总结和定义一套完整的生理参数,制定生理参数测量流程。在此基础上,建立包含62个受试者完整的头部和耳廓生理参数的数据库。然后,基于这62名受试者的头部三维扫描模型,采用边界元法计算并建立其全空间个性化HRTF数据库,使用主成分分析(PCA)提取个性化HRTF的特征,对HRTF数据进行降维和压缩。进一步地,通过对生理参数之间进行Spearson相关分析,对生理参数与个性化HRTF的PCA权重系数之间进行逐步回归分析,筛选出对个性化HRTF有显著影响的8个关键生理参数。进一步地,研究基于关键生理参数的个性化HRTF定制方法,建立基于广义回归神经网络的个性化HRTF定制模型。最后,通过客观参数分析和心理声学实验,证实该模型可以有效定制全空间个性化HRTF。本文所建立的基于生理参数的个性化HRTF定制方法,可以实现通过少数关键生理参数低成本地定制个性化HRTF,在实际应用中可以有效提高虚拟听觉重放系统的效果,在虚拟现实等应用中有良好的应用前景。


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