ICML25 | 讓耳朵「看見」方向！僅依靠360°全景影片，就能生成3D空間音頻

OmniAudio團隊 投稿

量子位 | 公眾號 QbitAI

空間音頻，作為一種能夠模擬真實聽覺環境的技術，正逐漸成為提升沉浸式體驗的關鍵。

然而，現有的技術大多基於固定的視角影片，缺乏對360°全景影片中空間信息的充分利用。

在這樣的背景下，一項在空間音頻生成領域具有里程碑意義的研究應運而生——OmniAudio：它能夠直接從360°影片生成空間音頻，為虛擬現實和沉浸式娛樂帶來了全新的可能性。

相關代碼和數據集已開源：

https://github.com/liuhuadai/OmniAudio

為何需要從360°影片生成空間音頻？

傳統的影片到音頻生成技術主要關注於生成非空間音頻，比如手機外放或者耳機里的聲音，這些音頻缺乏方向信息，無法滿足沉浸式體驗對3D聲音定位的需求。

所以看VR電影或者玩動作遊戲的時候，總會覺得少了些代入感。

隨著360°攝像頭的普及和虛擬現實技術的發展，如何利用全景影片生成與之匹配的空間音頻，就成為了一個亟待解決的問題。

為應對這些挑戰，OmniAudio的研究團隊提出了360V2SA（360-degree Video to Spatial Audio）任務，旨在直接從360°影片生成FOA（First-order Ambisonics）音頻。

FOA是一種標準的3D空間音頻格式，使用四個通道來表示聲音，包含聲音的方向信息，可實現真實的3D音頻再現。

與傳統的立體聲相比，FOA音頻在頭部旋轉時也能夠保持聲音定位的準確性。

Sphere360：第一個大規模360V2SA數據集

數據是機器學習模型的基石，然而，現有的配對360°影片和空間音頻數據極為稀缺。

為此，OmniAudio團隊設計了一個高效的半自動化pipeline，用於構建Sphere360數據集：

首先，通過關鍵字在YouTube上爬取包含FOA音頻和360°影片的候選素材，應用技術過濾器剔除不符合條件的影片，並採用頻道為單位進行聚合式爬取。

然後，人工審核補充賸餘影片。

在清洗環節，針對影片靜態、音頻靜音、過多語音內容以及視音頻不匹配等問題設計了具體檢測算法，確保高質量對齊。

Sphere360數據集是一個包含超過103,000個真實世界影片片段的數據寶庫，涵蓋288種音頻事件，總時長達到288小時。收集到的影片既包含 360° 視覺內容，又支持FOA音頻，並具有高質量和高可用性。

與其他現有數據集相比，Sphere360在規模和適用性上均存在顯著優勢。

OmniAudio：創新技術實現空間音頻生成

OmniAudio的訓練方法可分為兩個階段：自監督的coarse-to-fine流匹配預訓練，以及基於雙分支影片表示的有監督微調。

簡單地說，在預訓練階段，先用普通立體聲音頻轉換為「偽FOA」格式訓練模型，同時通過自監督的掩碼預測方法，讓模型學會音頻的基本結構和時間規律；再使用真實FOA精細訓練，提高掩碼概率，讓模型能夠更好地理解聲音的空間信息。

相比起直接訓練，這種「先普通音頻，再空間音頻」的兩步法顯著改善了模型對空間特徵的泛化能力與生成質量。

在完成自預訓練後，OmniAudio團隊將模型與雙分支影片編碼器結合，同時提取影片的全局特徵和局部視角，進行有監督微調，以達成模型可根據360° 影片生成高保真、方向準確的空間音頻的效果。

詳細方法可見文末項目鏈接。

成果與展望

OmniAudio團隊在Sphere360-Bench，以及來自YT-360的外部分佈測試集YT360-Test上進行有監督微調與評估。

主要結果顯示，OmniAudio在兩套測試集上均顯著優於所有基線。

但OmniAudio也有一定的局限性：例如，面對包含大量發聲物體的複雜場景時，模型在事件類型識別上仍存在挑戰。

OmniAudio的研究團隊表示，未來的工作將探索更好地理解多目標360° 影片的技術，並通過持續收集和擴充數據集，進一步推進該領域的發展。

項目主頁: https://omniaudio-360v2sa.github.io/

開源倉庫：https://github.com/liuhuadai/OmniAudio