生理参数测量与个性化头相关传输函数定制

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1、硕士学位论文生理参数测量与个性化头相关传输函数定制国家自然科学基金项目(11104082,11574090)作者姓名吴锐兴学科专业声学指导教师余光正教授所在学院物理与光电学院论文提交日期2018年6月MeasurementofAnthropometricParametersandIndividualizationofHead-relatedTransferFunctionADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WuRuixingSupervisor：

2、Prof.YuGuangzhengSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TN192学校代号：10561学号：201520122481华南理工大学硕士学位论文生理参数测量与个性化头相关传输函数定制作者姓名：吴锐兴指导教师姓名、职称：余光正教授申请学位级别：理学硕士学科专业名称：声学研究方向：电声学和双耳听觉论文提交日期：2018年6月7日论文答辩日期：2018年5月27日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：王杰委员：谢菠

3、荪，卢义刚，谢志文，余光正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

4、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

5、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

6、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。关键词：头相关传输函数；生理参数；个性化；广义回归神经网络IAbstractHead-relatedtransferfunctions(HRTFs)areessentialforvirtualauditorydisplaysystem.Oneoftheeffectivewaytoenhancetheperformanceofvirtua

7、lauditorydisplaysystemisemployingtheindividualizedHRTFs.ThereisdifficultyinpracticetoobtainaccurateindividualizedHRTFsbyexperimentornumericalsimulationsinceitisbothtimeconsumingandcostly.RelativelyfeasibleapproachisthatindividualizationofHRTFsbasedonanthropom

8、etricparameters.However,therearestilldeficienciesinindividualizationofHRTFbasedonanthropometricparameters,suchaslackofstandardonanthropometricparametersmeasurement,insufficientsubjectwith