在科技日新月异的今天，音频技术也迎来了新的突破。阿里巴巴通义实验室语音团队推出的OmniAudio，正是这样一款引人注目的空间音频生成模型。它能够从360°视频中生成具有沉浸感的空间音频（FOA），为虚拟现实、沉浸式娱乐等领域带来更逼真的音频体验。本文将深入探讨OmniAudio的技术原理、功能特性、应用场景，以及它所代表的未来音频技术发展方向。
OmniAudio：开启空间音频新纪元
传统的音频技术往往难以满足人们对于沉浸式体验的需求，尤其是在虚拟现实等领域，声音的方位感和真实感至关重要。OmniAudio的出现，正是为了解决这一难题。它通过先进的算法和深度学习技术，能够从360°视频中提取声音信息，并将其转化为具有空间感的FOA音频，让用户在体验虚拟现实内容时，能够感受到更加逼真的声音环境。
OmniAudio的核心功能
OmniAudio最核心的功能在于其强大的空间音频生成能力。它能够直接从360°视频生成FOA音频，这种音频格式能够捕捉声音的方向性，实现真实的3D音频再现。与传统的音频技术相比，FOA音频能够提供更加逼真的声音定位感，让用户在体验虚拟现实内容时，能够更加身临其境。具体来说，OmniAudio采用四个通道（W、X、Y、Z）来表示声音，其中W通道负责捕捉整体声压，X、Y、Z通道则分别捕捉前后、左右以及垂直方向的声音信息。这种多通道的设计，使得OmniAudio能够更加精确地还原声音的空间信息，即使在头部旋转时，也能确保声音定位的准确性。
除了强大的空间音频生成能力外，OmniAudio还能够显著提升沉浸式体验。它为虚拟现实和沉浸式娱乐带来了全新的可能性，解决了传统视频到音频生成技术主要生成非空间音频，无法满足沉浸式体验对3D声音定位需求的问题。通过OmniAudio，开发者可以轻松地为虚拟现实内容添加逼真的空间音频，从而提升用户的沉浸感和体验。
OmniAudio的技术原理
OmniAudio之所以能够实现如此强大的功能，离不开其独特的技术原理。它主要采用了自监督的coarse-to-fine流匹配预训练和基于双分支视频表示的有监督微调两种技术。
自监督的coarse-to-fine流匹配预训练
- 数据处理：由于真实FOA数据稀缺，研究团队利用大规模非空间音频资源（如 FreeSound、AudioSet、VGGSound 等），将立体声转换为“伪FOA”格式。具体来说，W通道为左右声道之和，X通道为左右声道之差，Y、Z通道置零。这一步巧妙地利用了现有的非空间音频资源，为模型的训练提供了充足的数据。
- 模型训练：将转换后的“伪FOA”音频送入四通道VAE编码器获得潜在表示，然后以一定概率进行随机时间窗掩码，并将掩码后的潜在序列与完整序列一同作为条件输入至流匹配模型。模型通过最小化掩码前后潜在状态的速度场差异，实现对音频时序和结构的自监督学习。这一阶段使模型掌握了通用音频特征和宏观时域规律，为后续空间音频的精细化提供了基础。通过自监督学习，模型能够从大量的无标注数据中学习到音频的内在规律，从而提高其在空间音频生成方面的性能。
基于双分支视频表示的有监督微调
- 数据利用：仅使用真实的FOA音频数据，继续沿用掩码流匹配的训练框架，但此时模型的全部注意力集中在四通道的空间特性上。这一步利用了真实的FOA音频数据，对模型进行微调，使其更加专注于空间信息的处理。
- 模型强化：通过对真实FOA潜在序列进行更高概率的掩码，强化了对声源方向（W/X/Y/Z四通道之间的互补关系）的表征能力，在解码端提升了对高保真空间音频细节的重建效果。通过强化模型对声源方向的表征能力，可以提高其在空间音频生成方面的准确性和真实感。
- 双分支结合：完成自监督预训练后，将模型与双分支视频编码器结合。针对输入的360°全景视频，使用冻结的MetaCLIP-Huge图像编码器提取全局特征；同时，从同一视频中裁取FOV局部视角，同样通过该编码器获取局部细节表征。全局特征经最大池化后作为Transformer的全局条件，局部特征经时间上采样后与音频潜在序列逐元素相加，作为逐步生成过程中的局部条件。通过双分支视频编码器，模型能够同时获取视频的全局信息和局部细节，从而更好地理解视频内容，并生成与之匹配的空间音频。
- 微调与输出：在保持预训练初始化参数大致走向的前提下，高效微调条件流场，从噪声中精准地“雕刻”出符合视觉指示的FOA潜在轨迹。微调完成后，在推理阶段只需采样学得的速度场，再经VAE解码器恢复波形，就能输出与360°视频高度对齐、具备精确方向感的四通道空间音频。通过微调和优化，模型能够生成与视频内容高度匹配、具有精确方向感的空间音频，从而为用户带来更加逼真的沉浸式体验。
OmniAudio的应用场景
OmniAudio的应用场景非常广泛，涵盖了虚拟现实、沉浸式娱乐、智能语音助手、机器人和自动驾驶等多个领域。
- 虚拟现实（VR）和沉浸式体验：OmniAudio 能为 VR 内容生成与视觉场景高度匹配的空间音频，增强用户的沉浸感。在虚拟现实游戏中，用户可以通过OmniAudio听到逼真的脚步声、风声、枪声等，从而更加身临其境地体验游戏内容。在虚拟现实旅游中，用户可以通过OmniAudio听到逼真的鸟鸣声、海浪声、人群声等，从而更加真实地感受到旅游目的地的氛围。
- 360°视频配乐：为360°全景视频自动生成沉浸式音效，使观众在观看视频时能获得更真实的听觉体验。传统的360°视频往往缺乏空间音频，使得用户的沉浸感大打折扣。通过OmniAudio，可以为360°视频自动生成沉浸式音效，让观众在观看视频时，能够感受到更加逼真的声音环境，从而提升观看体验。
- 智能语音助手：集成到智能家居设备中，如智能音箱、智能家电等，实现语音控制和交互。用户可以通过语音指令控制家电的开关、调节温度、查询信息等。通过OmniAudio，智能语音助手可以更加准确地识别用户的语音指令，并提供更加自然、流畅的语音反馈，从而提升用户的使用体验。
- 机器人和自动驾驶领域：OmniAudio 可以应用于机器人和自动驾驶领域，为这些系统提供更准确的声音定位和环境感知。在机器人领域，OmniAudio可以帮助机器人更好地识别和定位声音，从而实现更加智能的人机交互。在自动驾驶领域，OmniAudio可以帮助自动驾驶系统更好地感知周围环境，例如识别警笛声、喇叭声等，从而提高驾驶安全性。
OmniAudio：未来音频技术的新方向
OmniAudio的出现，不仅是一款强大的空间音频生成模型，更代表了未来音频技术的发展方向。随着虚拟现实、沉浸式娱乐等领域的不断发展，人们对于音频体验的需求也越来越高。传统的音频技术已经难以满足这些需求，而OmniAudio则通过先进的算法和深度学习技术，为我们带来了全新的音频体验。
可以预见，随着OmniAudio等空间音频技术的不断发展，未来的音频体验将更加逼真、沉浸。人们将能够在虚拟现实游戏中感受到更加真实的声音环境，在360°视频中获得更加身临其境的听觉体验，在智能家居中享受到更加自然、流畅的语音交互。OmniAudio，正在开启空间音频的新纪元，引领我们走向更加美好的未来。
总而言之，OmniAudio作为阿里巴巴通义实验室语音团队的创新成果，凭借其卓越的空间音频生成能力、广泛的应用场景以及前瞻性的技术理念，正在深刻地改变着我们对于音频体验的认知。它不仅为虚拟现实、沉浸式娱乐等领域带来了全新的可能性，也为智能语音助手、机器人和自动驾驶等领域提供了更加强大的技术支持。相信在不久的将来，OmniAudio将会在更多的领域得到应用，为我们带来更加美好的生活体验。
