OmniAudio：空间音频生成技术的革新
在虚拟现实（VR）和沉浸式娱乐领域，音频体验的真实性至关重要。阿里巴巴通义实验室语音团队推出的OmniAudio，正是一项旨在提升音频沉浸感的创新技术。它能够从360°视频中生成空间音频（FOA），为用户带来更为逼真的听觉体验。本文将深入探讨OmniAudio的功能、技术原理及其应用场景，以期全面了解这项技术的价值与潜力。
OmniAudio的核心功能
OmniAudio最核心的功能在于生成空间音频。不同于传统的音频技术，OmniAudio能够直接从360°视频生成FOA音频，这是一种标准的3D空间音频格式，可以捕捉声音的方向性，从而实现真实的3D音频再现。FOA音频采用四个通道（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。这种设计确保了在头部旋转时，声音定位的准确性得以保持，为用户提供更为自然的听觉体验。
空间音频的生成，对于提升沉浸式体验具有重要意义。传统的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声音定位的需求。而OmniAudio的出现，为虚拟现实和沉浸式娱乐带来了全新的可能性，让用户在VR环境中能够感受到更加逼真的声音效果，从而增强整体的沉浸感。
OmniAudio的技术原理
OmniAudio的技术原理主要包括两个阶段：自监督的coarse-to-fine流匹配预训练，以及基于双分支视频表示的有监督微调。这两个阶段相互配合，共同实现了从360°视频生成高质量空间音频的目标。
自监督的coarse-to-fine流匹配预训练
由于真实的FOA数据稀缺，研究团队首先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。这种处理方式虽然简单，但为后续的模型训练奠定了基础。
在模型训练阶段，转换后的“伪FOA”音频被送入四通道VAE编码器，以获得潜在表示。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。
基于双分支视频表示的有监督微调
在自监督预训练的基础上，研究团队仅使用真实的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，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。
为了更好地结合视觉信息，研究团队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。
最后，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。
OmniAudio的应用场景
OmniAudio的应用场景十分广泛，涵盖了虚拟现实、沉浸式体验、智能语音助手以及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能够为VR内容生成与视觉场景高度匹配的空间音频，从而增强用户的沉浸感。例如，在VR游戏中，玩家可以清晰地听到敌人的脚步声从哪个方向传来，从而更好地判断敌人的位置。
360°视频配乐：OmniAudio可以为360°全景视频自动生成沉浸式音效，使观众在观看视频时能够获得更真实的听觉体验。例如，在观看一段海滩的360°视频时，观众可以清晰地听到海浪的声音从四面八方传来，仿佛身临其境。
智能语音助手：OmniAudio可以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。通过OmniAudio，智能语音助手可以更准确地识别用户的语音指令，并根据用户的语音指令控制家电的开关、调节温度、查询信息等。
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。例如，在自动驾驶汽车中，OmniAudio可以帮助汽车识别周围车辆的声音，从而更好地判断交通状况。
OmniAudio的未来展望
OmniAudio作为一项新兴的空间音频生成技术，具有广阔的应用前景。随着虚拟现实、沉浸式体验等领域的不断发展，OmniAudio有望在这些领域发挥更大的作用。未来，我们可以期待OmniAudio在以下几个方面取得更大的突破：
更高的音频质量：进一步提升生成的空间音频的质量，使其更加逼真、自然。
更强的实时性：实现实时生成空间音频，从而更好地满足VR、游戏等领域的需求。
更广泛的应用场景：将OmniAudio应用于更多的领域，如教育、医疗等，从而为人们的生活带来更多的便利。
结论
OmniAudio是阿里巴巴通义实验室语音团队推出的一项创新技术，它能够从360°视频中生成空间音频，为用户带来更为逼真的听觉体验。OmniAudio的技术原理主要包括自监督的coarse-to-fine流匹配预训练，以及基于双分支视频表示的有监督微调。OmniAudio的应用场景十分广泛，涵盖了虚拟现实、沉浸式体验、智能语音助手以及机器人和自动驾驶等多个领域。随着技术的不断发展，OmniAudio有望在未来发挥更大的作用，为人们的生活带来更多的便利。
