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Prof. Heidi Krömker

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INHALTE

Themen für Abschluss- und Projektarbeiten

Diplomarbeit, Masterarbeit

Fachgebiet(e): EMT

Thema Nr.: 2019/16, erstellt am: 08.03.2019

Entwicklung einer Methode zur Abschätzung des zukünftigen Bewegungsverhaltens in einer positionsdynamischen Binauralsyntheseanwendung [Development of a method for estimating near-future user movements in a position-dynamic binaural synthesis application]

[english description below]

Mit Hilfe einer positionsdynamischen Binauralsynthese ist es möglich eine reale akustische Umgebung mit zusätzlichen virtuellen auditorischen Objekten anzureichern (auditory augmented reality). Der Hörer kann sich dabei frei im realen Raum bewegen. Das Ziel ist es dem Hörer einen Höreindruck zu verschaffen, bei dem er die virtuellen Audioobjekte als plausibel in der realen Umgebung wahrnimmt. Mit Hilfe dieser Technik lassen sich nahezu beliebige Schallquellpositionen und Räume physikalisch korrekt simulieren. Für jede Relation zwischen abzubildender Schallquelle und Hörerposition bedarf es akustischer Übertragungsfunktionen. Die Vielzahl an Kombinationen bei einem sich bewegendem Hörer lässt die Anzahl dieser Übertragungsfunktionen schnell sehr groß werden, welches eine Herausforderung bei der Speicherung und Bereitstellung der Übertragungsfunktionen für die Synthese darstellt. Dahingegen müssen aber aufgrund des mehr oder weniger kontinuierlichen Bewegens des Hörers im Raum nicht für alle möglichen Raumpositionen Übertragungsfunktionen zur selben Zeit bereitgestellt werden. Hieraus ergeben sich Möglichkeiten der Optimierung.

Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Entwicklung einer Methode zur Vorhersage eines Bereiches um die aktuelle Hörerposition herum, in welcher sich der Hörer in einer nahen Zukunft befinden könnte. Die Abschätzung dieses Bereiches kann auf Basis von Verhaltensmessungen, wie beispielsweise Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung erfolgen. Hierzu wurden in einer vorangegangenen Masterarbeit verschiedene Möglichkeiten untersucht und Auswertemethoden entwickelt, auf welche zurückgegriffen werden kann. Der so vorhergesagte Bewegungsbereich soll in die bestehende positionsdynamischen Binauralsynthese so integriert werden, dass das System weniger Übertragungsfunktionen zu einem Zeitpunkt im Speicher halten muss und bei einem sich bewegendem Hörer lediglich wenige neue Übertragungsfunktionen nachgeladen werden.

Zur Umsetzung dieses Themas sind folgende Teilaufgaben zu bearbeiten:

  • Einarbeitung in die vorhandene positionsdynamischen Binauralsynthese,
  • Einarbeitung und Anwendung einer vorhandenen Bewegungs- und Verhaltensmessung,
  • Entwicklung einer Methode zur Vorhersage eines Bewegungsbereiches um die aktuelle Abhörposition des Hörers,
  • Einbindung der entwickelten Methode in das vorhandene positionsdynamischen Binauralsynthesesystem,
  • Validierung der entwickelten Methode.

Räumlichkeiten, Wiedergabesysteme, Verfahren zur Binauralsynthese und Bewegungs-/Verhaltensmessung stehen am Institut für Medientechnik der TU Ilmenau bereit.

Voraussetzungen für die Bearbeitung des Themas sind:

  • Interesse an Audiosignalverarbeitung,
  • Eigenständige Arbeitsweise und Einbringen von eigenen Idee und Ansätzen,
  • Multidisziplinäres Denken und Arbeiten,
  • Sicherer Umgang mit Python.

Das Ergebnis der Arbeit ist die Entwicklung und Validierung einer Methode zur Vorhersage eines Bewegungsbereiches um die aktuelle Abhörposition und die Einbindung in eine positions-dynamischen Binauralsyntheseanwendung.

--- english description ---

With the help of a position-dynamic binaural synthesis it is possible to enrich a real acoustic environment with additional virtual auditory objects (auditory augmented reality). The listener can move freely in real space. The aim is to give the listener an auditory impression by perceiving the virtual audio objects as plausible in the real environment. With the help of this technology, almost any sound source position and room can be simulated physically correct. Acoustic transfer functions are required for each relation between the sound source to be reproduced and the listener position. The large number of combinations with a moving listener quickly makes the number of these transfer functions very large, which poses a challenge when it comes to storing and providing the transfer functions for synthesis. On the other hand, due to the more or less continuous movement of the listener in the room, it is not necessary to provide transfer functions for all possible room positions at the same time. This results in possibilities for optimization.

The aim of this master thesis is to develop a method for predicting an area around the current listener position in which the listener might be in a near future. The estimation of this range can be based on behavioral measurements such as speed and direction of movement. In a previous master thesis, various possibilities were investigated and evaluation methods developed which can be used. The predicted range of motion is to be integrated into the existing position-dynamic binaural synthesis in such a way that the system has to hold fewer transfer functions in memory at a time and only a few new transfer functions are reloaded when the listener is moving.

In order to implement this topic, the following subtasks have to be processed:

  • Introduction to the existing position-dynamic binaural synthesis,
  • Training and application of an existing movement and behavior measurement,
  • Development of a method for predicting a range of motion around the listener's current listening position,
  • Integration of the developed method into the existing position-dynamic binaural synthesis system,
  • Validation of the developed method.

Premises, playback systems, procedures for binaural synthesis and motion/behavior measurement are available at the Institute of Media Technology at the TU Ilmenau.

Prerequisites for working on the topic are:

  • Interest in audio signal processing,
  • Independent working method and contribution of own ideas and approaches,
  • Multidisciplinary thinking and working,
  • Safe handling of Python.

The result of the work is the development and validation of a method for predicting a range of motion around the current listening position and the integration into a position-dynamic binaural synthesis application.

verantwortlicher Hochschullehrer:

Karlheinz Brandenburg

Kontakt:

Stephan Werner

Betreuer:

Stephan Werner
Thomas Koellmer
Florian Klein

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