Q260046902 专业做论文西南科技大学毕业设计（论文）题目名称：基于AC3的虚拟环绕声实现年 级：2003级 本科 专科学生学号：20035303学生姓名：黄小宝 指导教师：詹曦学生单位：信息工程学院 技术职称：助教学生专业：通信工程 教师单位：信息工程学院西 南 科 技 大 学 教 务 处 制西南科技大学本科生毕业论文 IV基于AC3的虚拟环绕声实现摘要：Dolby AC3提供的5.1声道音频模式是当前应用得最广泛、声音质量较高、编码效率最高的一种音频编码模式。基于AC3的虚拟环绕声系统能够满足人们在不允许布置多个扬声器的情况对环绕声音质的要求，而且简化了系统，降低了消费；它特别适用于耳机这类只有两个扬声器的设备。本文论述了用软件实现虚拟环绕声的两种途径，即用Matlab和C语言编程来仿真5.1声道虚拟环绕声重放。用Matlab进行虚拟环绕声的仿真是通过对AC3音频文件解码后得到的六个声道信号进行虚拟环绕声滤波处理。C程序设计将多通道虚拟环绕声处理技术与AC3解码程序相结合，实现基于AC3的5.1声道虚拟环绕声重放系统。Matlab和C语言的实现结果通过标准布置的左、右两个扬声器播放，在正确的听音位置进行试听，能够感觉到声音有明显的空间感和立体感，实现结果良好。关键词：虚拟环绕声；Dolby AC3；HRTF；AC3解码器Virtual Reproduction of Surround Sound Based on AC3Abstract : The model of 5.1 channel audio supplied by Dolby AC3 is widely used. The quality of 5.1 channel audio is good, and the coding efficiency of the coding model is the highest at present. The System of the Virtual Reproduction of Surround Sound based on AC3 will be able to meet peoples requirement of the higher quality of surround sound, while it is not allowed to place more speakers due to the limited conditions, and it could simplify the system and reduce the consumption. It is especially fit to the equipments that have only two speakers, such as headphones. This paper discussed the two methods of making virtual surround sound come true, i.e., use Matlab and C language to simulate the virtual reproduction of AC3 5.1 channel surround sound. Because of processing the six channels signal of AC3 by using the virtual surround sound filtering technology, the simulation of the virtual reproduction of surround sound under Matlab comes true. While programming by C language, The System of the Virtual Reproduction of Surround Sound based on AC3 comes true by combining the virtual surround sound filtering technology and AC3 decoder. While the results of Matlab program and C language program be played by two speakers that placed at the standard position, you could feel the feeling of spaciousness and third dimension obviously. So, the result of the implementation is well.Keywords: Virtual Surround Sound,Dolby AC3,HRTF,AC3 decoder目 录第1章 绪 论11.1 课题背景、目的及意义11.1.1 课题背景11.1.2 课题的目的及意义41.2 论文的主要内容和框架4第2章 系统总体设计62.1 系统实现原理62.2 MATLAB仿真实现虚拟环绕声的设计92.3 C语言编程实现基于AC3的虚拟环绕声系统92.4 本章小结10第3章 主要技术简介113.1 DOLBY AC3113.1.1 Dolby AC3的特点、配置和应用113.1.2 Dolby AC3的编码原理123.1.3 Dolby AC3的解码原理133.2 头相关传输函数133.2.1 HRTF的定义143.2.2 HRTF数据的获取153.3 本章小结17第4章 MATLAB编程实现虚拟环绕声的设计184.1 MATLAB的特点184.2 系统设计184.2.1 从AC3文件中分离出5.1独立声道数据194.2.2 程序设计224.3 结论分析234.4 本章小结24第5章 C语言编程实现基于AC3的虚拟环绕声系统255.1 VC+6.0软件介绍255.2 程序设计背景255.2.1 解码原理255.2.2 MDCT和IMDCT285.3 程序设计305.3.1 子函数IMDCT305.3.2 子函数Downmix355.4 结论分析365.5 本章小结37结 论38致 谢40参考文献41附录1 MATLAB实现虚拟环绕声重放的程序42附录2 基于AC3的虚拟环绕声实现的C程序46 子函数程序IMDCT46 子函数程序Downmix53 主程序decode55西南科技大学本科生毕业论文第1章 绪 论1.1 课题背景、目的及意义1.1.1 课题背景1. AC3的发展背景自1976年杜比环绕声（Dolby stereo optical,4ch）首次应用于电影后，已成为最受欢迎的多声道立体声系统之一，用于家庭的杜比环绕声（Dolby Surround,3ch,1982）和杜比定向逻辑环绕声（Dolby Surround Pro Logic,4ch,1987），更能让你在家中享受电影院的环绕声效果。1992年杜比公司又开发了最新一代的杜比数码环绕声系统（Dolby Digital）并应用于电影，该系统基于先进的感觉编码（perceptual coding）和数字压缩编码技术，即杜比AC3。其优良的特点使之在1995年被选作DVD播放机的标准多声道音频格式（在NTSC制电视的国家）及多项其它系统的标准音频格式。杜比数码环绕声系统有六个完全独立的声道，全频带的左L、右R、中置C、左环绕LR、右环绕RS，再加上一个20120Hz的超重低音的声道LFE（以0.1声道计），故又称作5.1声道。在杜比AC3规格中超重低音的音量比其它全频带声道大10dB，可得到震撼力非凡的低频效果。杜比AC3原理上是它将每一声道的音频根据人耳听觉特性划分为许多最优的狭窄频段，利用音响心理学“听觉掩蔽效应”，删除人耳所听不到或可忽略的部分，并采用数字信号压缩编码。同时，利用狭窄频段的划分使部分频段噪声在编码时可被几乎全部滤除，使其余噪声的频谱靠近在信号频谱附近，而这些噪声可被信号所抑制。因此杜比AC3系统实际上是一种具选择性及强抑噪的系统。它可以将5.1通路的环绕声信息压缩到384kb/s（或320kb/s）。不难理解杜比AC3的特点：以较低的码率支持全音频多声道，并具优良的回放音质和效果12。2. 虚拟环绕声的发展34环绕声是近年出现的一大类新的系统。它们的基础是听觉传输技术，通过头相关传输函数（HRTF，也就是声源到双耳的传输函数）来实现声场空间信息的传输、重发或模拟。而称为虚拟环绕声的系统有以下的三类。(1) 听觉传输立体声系统这是真正的虚拟环绕声系统。它根据听觉传输技术的原理，利用假头进行检拾，或利用信号处理的方法模拟出声源到双耳的传输。所得到的两路信号经放大、记录和传输等过程后，再经耳机进行重发，也可以经过串声抵消网络后由扬声器进行重发。这种方法相当于用电声学的方法把倾听者的听觉器官转移到原声场中去，从而得到原声场的空间信息。它的突出优点是声像逼真、自然，且只需要两个独立的传输信号就有可能重发三维空间的声像，这些优点是多通路系统所没有的。但是，与多通路系统不同，这种系统实现的并不是空间一定的区域的声场的传输与重发，而是通过传输和重发双耳（空间上两点）声信号来实现声场空间信息的传输与重发的。系统的这种特点使它存在着内在的缺陷： 由于真实听觉中，倾听者头部不自觉的微小转动以及耳壳对声波的散射作用所引起的梳状滤波效应对区分前后镜像位置和中垂面的声源有重大的作用，但是耳壳效应仅在高频（f56kHz）才起作用。而在听觉传输系统中，通常也只考虑了耳壳的作用，并没有考虑原声场中倾听者头部的转动。因而在重发时，特别是中低频的情况，经常会出现前后镜像位置的声像倒置的情况。因此系统所传输的双耳信号并没有完全地包含原声场的空间信息。为了克服这缺陷，国外也提出了一种采用四耳的假头作为检拾体系，或采用传感器对重发时倾听者头部的位置进行跟踪的方法，但这相当于增加了系统的独立传输信号，且并不是所有场合都适用。 由于HRTF是与声源到双耳的相对位置有关（特别是高频），而在扬声器重发中，交叉串声抵消网络的传输特性是取决于扬声器到双耳的HRTF。因而严格来说对一定的抵消网络，只能在一个特定的听音位置上有效。倾听者偏离理想的听音位置将会导致严重的声像失真（这在高频的情况尤为严重）。所以系统的听音区域较窄。针对这缺点，国外也提出了用多个扬声器或前方两个相距很近的扬声器（称为立体声偶极子）重发听觉传输信号的方法，但这只能起到部分改善的作用。值得指出的是，上述的缺陷有一定的共通性，在所有涉及到听觉传输原理（HRTF）的系统中都存在。而由于存在上述缺陷，目前听觉传输系统较少独立地用在要求有较大的听音区域的声重发，如家庭影院等。它主要用在计算机虚拟现实，厅堂音质听觉化等科学研究中。(2) 3D “准”虚拟环绕声系统这类系统的代表是SRS，Spat