一种基于头枕扬声器的车内空间音频输出方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及计算机，特别涉及一种基于头枕扬声器的车内空间音频输出方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、随着汽车智能化水平的提升和座舱体验的持续升级，车内音频系统正由传统的立体声播放向多声道空间音频演进。以对象化音频为代表的沉浸式音频格式将音频内容划分为声床（bed）信号和对象（object）信号，并借助矢量基幅度平移（vbap，vector baseamplitude panning）、头相关传输函数（hrtf，head-related transfer function）等渲染算法，将声源映射至听音者周围的三维空间中。为承载上述内容，目前主流高端车型已配备多声道扬声器系统，常见布局包括5.1（左前fl、右前fr、中置c、左环绕sl、右环绕sr、低频效果lfe）、5.1.4、7.1、7.1.4等，各扬声器按照车内声学设计分别布置于仪表台、车门、后窗台、车顶等位置，能够实现基本的空间音频渲染效果。与此同时，越来越多的高端车型开始在座椅头枕中集成扬声器（即头枕扬声器），部分车型仅在主驾配备，部分车型副驾及其他座位也一并配备，每个座位的一组头枕扬声器通常包含2个独立声道的扬声器单元，分布于乘员头部两侧，与乘员双耳距离极近。

2、参见图1所示，图1为一种车内常规扬声器布局及座椅遮挡问题示意图。以7.1.4布局为例，左前声道扬声器fl、右前声道扬声器fr以及中置声道扬声器c布置于车厢前部的仪表台处，左环绕声道扬声器sl和右环绕声道扬声器sr布置于车厢两侧，左后环绕声道扬声器rl和右后环绕声道扬声器rr布置于车厢后部两侧，左前天空声道扬声器tfl、右前天空声道扬声器tfr、左后天空声道扬声器trl和右后天空声道扬声器trr则布置于车顶的前部和后部，上述扬声器共同构成车内多声道扬声器系统；此外，主驾座位和副驾座位的头枕内还可以分别集成有包含左、右两个独立声道的头枕扬声器。由图1中示出的声波传播路径可以看出，对于主驾座位和副驾座位的乘员而言，环绕声道扬声器、后环绕声道扬声器以及后天空声道扬声器均位于其侧后方或后上方，相应声道的声波在到达乘员双耳之前需经过座椅靠背及头枕所在区域，从而不可避免地受到座椅靠背及头枕的遮挡；而集成于头枕内的头枕扬声器则位于遮挡之外，其声波可直接到达乘员双耳。

3、然而，受限于车内狭小且遮挡严重的听音环境，上述技术在实际应用中仍存在明显不足。对于未配备头枕扬声器的车型，上述遮挡会使环绕声道、后环绕声道及后天空声道产生显著的能量衰减和中高频损失，一方面使空间氛围感明显减弱，另一方面导致位于后方的对象声源方位感模糊甚至发生偏移，难以形成完整、连续的环绕声场；即使车型已配备头枕扬声器，现有方案中头枕扬声器通常仅作为独立声道使用，用于播放导航提示、电话通话等个人化音频内容，与车内其他扬声器彼此独立、各自为政，既未被纳入统一的空间音频渲染体系，也无法对被遮挡的环绕声道形成有效补偿；此外，现有空间音频渲染算法大多针对单独的常规扬声器布局或单独的近场头枕扬声器设计，两类扬声器在增益、时延、频响和相位上的差异及其相对空间位置关系未被纳入统一考量，二者同时发声时容易出现声像分裂、定位偏移和音色染色等问题，头枕扬声器在空间音频方面的增强潜力难以得到充分发挥；同时，现有方案的渲染策略较为固定，缺乏针对全车多人听音、单人专属听音等不同使用场景的灵活切换机制，难以在兼顾各座位听音体验与最大化单一座位沉浸感之间取得平衡。

4、由上可见，如何克服座椅靠背遮挡对后部声道的不利影响，恢复车内空间音频的空间氛围感和声源方位感，是一项亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于头枕扬声器的车内空间音频输出方法、装置、设备及介质，能够克服座椅靠背遮挡对后部声道的不利影响，恢复车内空间音频的空间氛围感和声源方位感。其具体方案如下：

2、第一方面，本技术提供了一种基于头枕扬声器的车内空间音频输出方法，包括：

3、获取车内扬声器布局信息；所述车内扬声器布局信息包括车内多声道扬声器系统中各声道扬声器的位置信息以及头枕扬声器的位置信息；所述车内多声道扬声器系统包括分别设置于车内不同位置的前声道扬声器、中置声道扬声器、前天空声道扬声器、环绕声道扬声器、后环绕声道扬声器和后天空声道扬声器中的多个；所述头枕扬声器为集成于座椅头枕内、且包含分布于乘员头部两侧的两个独立声道的扬声器组；

4、根据所述车内扬声器布局信息确定所述头枕扬声器所在座位与所述环绕声道扬声器、所述后环绕声道扬声器以及所述后天空声道扬声器之间的相对空间位置关系，并基于所述相对空间位置关系计算待补偿声道到所述头枕扬声器所在座位的空间补偿参数；所述待补偿声道包括环绕声道、后环绕声道和后天空声道；所述空间补偿参数包括增益参数、延时参数、均衡参数和全通滤波参数；

5、获取车内乘员信息，并基于所述车内乘员信息在全车模式和头枕模式中确定当前渲染模式；

6、按照与所述当前渲染模式对应的处理方式，利用所述空间补偿参数对待渲染空间音频信号中与所述待补偿声道对应的声道信号进行处理，以生成所述头枕扬声器的音频信号，并对所述待渲染空间音频信号进行空间音频渲染，以得到与所述车内多声道扬声器系统对应的多声道扬声器渲染信号；

7、将所述头枕扬声器的音频信号与所述多声道扬声器渲染信号同步输出，以对由座椅靠背遮挡造成的所述待补偿声道的声音衰减进行补偿。

8、可选的，所述基于所述相对空间位置关系计算待补偿声道到所述头枕扬声器所在座位的空间补偿参数，包括：

9、根据所述头枕扬声器所在座位到所述环绕声道扬声器、所述后环绕声道扬声器以及所述后天空声道扬声器的距离以及座椅靠背对所述待补偿声道的遮挡程度，计算所述增益参数；

10、根据所述待补偿声道到所述头枕扬声器所在座位的声波传播路径差计算所述延时参数，以对齐所述头枕扬声器与所述环绕声道扬声器、所述后环绕声道扬声器以及所述后天空声道扬声器到达乘员耳朵的时间差；

11、根据座椅靠背对不同频段的吸收特性和反射特性计算所述均衡参数，以补偿由座椅靠背遮挡导致的频率响应畸变；

12、根据由多径反射和座椅靠背遮挡导致的相位失真计算所述全通滤波参数，以在不改变幅度响应的条件下对所述待补偿声道的相位响应进行调整。

13、可选的，所述确定当前渲染模式，包括：

14、通过预设乘员检测传感器获取车内乘员信息；所述预设乘员检测传感器包括座椅压力传感器和/或摄像头；

15、若所述车内乘员信息表征车内多个座位均有乘员，则将全车模式确定为当前渲染模式；

16、若所述车内乘员信息表征车内仅主驾座位有乘员或仅副驾座位有乘员，则将头枕模式确定为当前渲染模式，并将有乘员的主驾座位或副驾座位确定为所述头枕扬声器所在座位；

17、若接收到用户输入的模式选择指令，则将与所述模式选择指令对应的渲染模式确定为当前渲染模式。

18、可选的，所述按照与所述当前渲染模式对应的处理方式，利用所述空间补偿参数对待渲染空间音频信号中与所述待补偿声道对应的声道信号进行处理，以生成所述头枕扬声器的音频信号，并对所述待渲染空间音频信号进行空间音频渲染，以得到与所述车内多声道扬声器系统对应的多声道扬声器渲染信号，包括：

19、若所述当前渲染模式为全车模式，则采用预设扬声器渲染算法对所述待渲染空间音频信号进行空间音频渲染，以得到与所述车内多声道扬声器系统对应的多声道扬声器渲染信号；所述预设扬声器渲染算法包括矢量基幅度平移算法；

20、利用所述空间补偿参数，对所述待渲染空间音频信号中与所述待补偿声道对应的声道信号依次进行增益处理、延时处理、均衡处理和全通滤波处理，以生成配备有所述头枕扬声器的座位所对应的头枕扬声器的音频信号；所述配备有所述头枕扬声器的座位包括主驾座位和/或副驾座位。

21、可选的，所述按照与所述当前渲染模式对应的处理方式，利用所述空间补偿参数对待渲染空间音频信号中与所述待补偿声道对应的声道信号进行处理，以生成所述头枕扬声器的音频信号，包括：

22、若所述当前渲染模式为头枕模式，则对所述待渲染空间音频信号进行信号类型区分，以得到声床信号和对象信号；

23、对所述声床信号中与所述待补偿声道对应的声床信号进行头相关传输函数处理，并利用所述空间补偿参数对头相关传输函数处理后的声床信号进行处理，以得到目标声床信号，并将所述目标声床信号输出至所述头枕扬声器的两个独立声道；

24、利用所述头枕扬声器替代所述环绕声道扬声器、所述后环绕声道扬声器以及所述后天空声道扬声器，以组成与所述头枕扬声器所在座位对应的座位专属扬声器组；

25、基于所述座位专属扬声器组，利用扬声器渲染算法对所述对象信号进行渲染，以得到所述头枕扬声器的对象渲染信号；所述头枕扬声器的音频信号包括所述目标声床信号和所述对象渲染信号。

26、可选的，所述座位专属扬声器组由所述头枕扬声器的两个独立声道以及未被座椅靠背遮挡的所述前声道扬声器、所述中置声道扬声器和所述前天空声道扬声器中的一个或多个共同组成，以使所述头枕扬声器所在座位的乘员获得完整的多声道空间音频覆盖。

27、可选的，所述利用扬声器渲染算法对所述对象信号进行渲染，以得到所述头枕扬声器的对象渲染信号，包括：

28、获取所述对象信号的三维空间位置信息；

29、根据所述三维空间位置信息以及所述座位专属扬声器组的布局，利用矢量基幅度平移算法或头相关传输函数双耳渲染算法将所述对象信号渲染至所述头枕扬声器的两个独立声道，以得到所述头枕扬声器的对象渲染信号。

30、第二方面，本技术提供了一种基于头枕扬声器的车内空间音频输出装置，包括：

31、布局信息获取模块，用于获取车内扬声器布局信息；所述车内扬声器布局信息包括车内多声道扬声器系统中各声道扬声器的位置信息以及头枕扬声器的位置信息；所述车内多声道扬声器系统包括分别设置于车内不同位置的前声道扬声器、中置声道扬声器、前天空声道扬声器、环绕声道扬声器、后环绕声道扬声器和后天空声道扬声器中的多个；所述头枕扬声器为集成于座椅头枕内、且包含分布于乘员头部两侧的两个独立声道的扬声器组；

32、补偿参数计算模块，用于根据所述车内扬声器布局信息确定所述头枕扬声器所在座位与所述环绕声道扬声器、所述后环绕声道扬声器以及所述后天空声道扬声器之间的相对空间位置关系，并基于所述相对空间位置关系计算待补偿声道到所述头枕扬声器所在座位的空间补偿参数；所述待补偿声道包括环绕声道、后环绕声道和后天空声道；所述空间补偿参数包括增益参数、延时参数、均衡参数和全通滤波参数；

33、渲染模式确定模块，用于获取车内乘员信息，并基于所述车内乘员信息在全车模式和头枕模式中确定当前渲染模式；

34、信号渲染模块，用于按照与所述当前渲染模式对应的处理方式，利用所述空间补偿参数对待渲染空间音频信号中与所述待补偿声道对应的声道信号进行处理，以生成所述头枕扬声器的音频信号，并对所述待渲染空间音频信号进行空间音频渲染，以得到与所述车内多声道扬声器系统对应的多声道扬声器渲染信号；

35、音频输出模块，用于将所述头枕扬声器的音频信号与所述多声道扬声器渲染信号同步输出，以对由座椅靠背遮挡造成的所述待补偿声道的声音衰减进行补偿。

36、第三方面，本技术提供了一种电子设备，包括：

37、存储器，用于保存计算机程序；

38、处理器，用于执行所述计算机程序，以实现前述的基于头枕扬声器的车内空间音频输出方法。

39、第四方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的基于头枕扬声器的车内空间音频输出方法。

40、本技术提供了一种基于头枕扬声器的车内空间音频输出方法，首先获取车内扬声器布局信息；所述车内扬声器布局信息包括车内多声道扬声器系统中各声道扬声器的位置信息以及头枕扬声器的位置信息；所述车内多声道扬声器系统包括分别设置于车内不同位置的前声道扬声器、中置声道扬声器、前天空声道扬声器、环绕声道扬声器、后环绕声道扬声器和后天空声道扬声器中的多个；所述头枕扬声器为集成于座椅头枕内、且包含分布于乘员头部两侧的两个独立声道的扬声器组；然后根据所述车内扬声器布局信息确定所述头枕扬声器所在座位与所述环绕声道扬声器、所述后环绕声道扬声器以及所述后天空声道扬声器之间的相对空间位置关系，并基于所述相对空间位置关系计算待补偿声道到所述头枕扬声器所在座位的空间补偿参数；所述待补偿声道包括环绕声道、后环绕声道和后天空声道；所述空间补偿参数包括增益参数、延时参数、均衡参数和全通滤波参数；随后获取车内乘员信息，并基于所述车内乘员信息在全车模式和头枕模式中确定当前渲染模式；接着按照与所述当前渲染模式对应的处理方式，利用所述空间补偿参数对待渲染空间音频信号中与所述待补偿声道对应的声道信号进行处理，以生成所述头枕扬声器的音频信号，并对所述待渲染空间音频信号进行空间音频渲染，以得到与所述车内多声道扬声器系统对应的多声道扬声器渲染信号；最后将所述头枕扬声器的音频信号与所述多声道扬声器渲染信号同步输出，以对由座椅靠背遮挡造成的所述待补偿声道的声音衰减进行补偿。

41、由上可见，本技术通过获取车内扬声器布局信息并确定头枕扬声器所在座位与环绕、后环绕及后天空扬声器之间的相对空间位置关系，计算包含增益、延时、均衡和全通滤波四类参数的空间补偿参数，同时根据车内乘员信息在全车模式和头枕模式中确定当前渲染模式，并按照对应模式利用所述空间补偿参数对待渲染空间音频信号中与待补偿声道对应的声道信号进行处理以生成头枕扬声器的音频信号，同时对待渲染空间音频信号进行常规空间音频渲染以得到多声道扬声器渲染信号，最终将头枕扬声器音频信号与多声道扬声器渲染信号同步输出，从而能够针对不同座位乘员情况灵活适配渲染策略，既在全车模式下兼顾各座位听音体验、有效弥补因座椅靠背遮挡导致的环绕声道和后环绕声道声音衰减，又在头枕模式下通过头枕扬声器替代被遮挡的环绕、后环绕和后天空扬声器并结合前部扬声器组成座位专属渲染扬声器组，显著增强后部声源的方位感和空间氛围感，充分发挥头枕扬声器与车内其他扬声器的协同配合作用，全面提升车内空间音频的沉浸式体验。从而能够克服座椅靠背遮挡对后部声道的不利影响，恢复车内空间音频的空间氛围感和声源方位感。