苹果发布7项空间音频相关专利

我爱音频网 2023-01-04

苹果正在优先考虑在AirPods Pro，AirPods Max和未来的混合现实耳机的音频系统上提供空间音频。空间音频与动态头部跟踪为用户提供影院般的观影体验，在观影过程中，声音始终围绕着他们。通过内置陀螺仪和加速计，AirPods Max和你的iPhone、iPad、Mac或Apple TV追踪头部的细微运动，并由此将声音固定在设备上。日前，美国专利和商标局发布了一系列苹果公司与空间音频相关的7项专利申请，这些专利详细介绍了头部运动检测、用户姿态检测等。

空间音频创建一个3D虚拟听觉空间，允许佩戴耳机的用户在看电影、玩电子游戏或使用增强现实交互（AR）源设备（如电脑屏幕）时，将声源定位于3D虚拟听觉空间。现有的空间音频平台包括一个头部姿态跟踪器，它使用一个摄像机来跟踪用户的头部姿态。如果源设备是移动设备（如智能手机、平板电脑），则源设备和耳机可以相对自由移动，这可能会对用户的3D空间音频感知产生不利影响。

空间音频应用中的头部运动预测

在这份报告中，苹果的首个空间音频专利申请名为“空间音频头部运动预测应用”。本专利涉及的方法包括：使用一个或多个处理器从源设备和耳机获取运动数据；使用一个或多个处理器获取传输延迟；使用一个或多个处理器估计来自相对源设备的相对运动和耳机运动数据；使用所述一个或多个处理器计算所述相对运动数据的一阶导数；使用所述一个或多个处理器计算所述过滤后的相对运动数据的二阶导数；利用一个或多个处理器，利用相对运动的一阶导数和二阶导数，对在时间延迟上估计的相对运动进行正向预测；使用头部跟踪器，基于前向预测的相对运动数据确定用户的头部姿态；使用一个或多个处理器和头部姿势，在耳机上播放空间音频。

在实施例中，使用一个或多个处理器和头部姿势的渲染，在耳机上播放的空间音频包括：在3D虚拟听觉空间的环境中绘制音频通道，使音频通道的中心通道与源自耳机参考帧并终止于源设备参考帧的轴视向量对齐，其中，中心通道通过旋转环境床的参考框架使中心通道与轴视向量对齐，从而与轴视向量对齐；并指出中心通道指示源设备与耳机之间的相对位置。

下面的苹果专利图1展示了一个用户姿势改变事件的示例；图2显示了一个中心和惯性稳定的3D虚拟听觉空间。

更具体地说，上述专利图1说明了根据实施例的示例用户姿态改变事件。在所示的示例中，用户（#101）正坐在沙发上（#102）查看源设备（#103）上显示的视频内容。用户戴着一个（#104）耳机，它与源设备（#103）无线耦合。耳机包括立体声扬声器，输出由源设备产生的呈现空间音频（如双耳呈现音频）内容。当用户从沙发上站起来，开始手持源设备走路，同时仍在查看源设备上显示的内容时，会发生用户姿势改变事件。

当源设备移动或旋转时，运动传感器检测出运动。IMU的输出在惯性参考系中被处理成旋转和加速度数据。在一实施案例中，源设备输出视频内容，包括但不限于增强现实（AR）、虚拟现实（VR）和沉浸式视频内容。源设备还包括一个音频渲染引擎（例如，双耳渲染引擎），它模拟人类用来定位声音的主要音频线索，包括两耳时差、两耳水平差异和外耳进行的光谱过滤。

为了确保空间音频始终保持“居中”，使用两个惯性测量单元的运动数据来确定一个估计的相对运动（相对位置和姿态）。

苹果的其他六项空间音频专利

空间音频专利#2：“空间音频应用中用于头部姿态跟踪的用户姿态变化检测。”

空间音频专利#3：“用户姿态转换检测和分类。”下面的苹果专利图1是一个用于用户姿态检测和分类的系统框图；图2说明了从坐姿到站姿转换的生物力学。

空间音频专利#4：“空间音频应用中头部姿态跟踪的头——头旋转变换估计。”苹果的专利图3如下图所示的几何估计头耳机旋转变换听觉空间；图9说明了用于头部跟踪的相对运动模型的几何结构。

空间音频专利#5：“用于空间音频应用的头部跟踪相关运动检测。”下面的苹果专利图3是一个系统的框图，该系统使用相关运动来选择运动跟踪状态；图9显示了用于相对姿态跟踪的各种参考框架和符号。

空间音频专利#6：“用于空间音频应用的头部尺寸估计。”下面的苹果专利图1为旋转运动的耳机IMU；图3是估算头部尺寸过程的流程图。

空间音频专利#7：“空间音频复制的双耳房间脉冲响应。”下面的苹果专利图1说明了一种用于呈现空间音频的系统和方法；图2A和图2B为声源和反射的例子。

资讯来源：patentlyapple

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