OmniAudio：阿里通义开源的空间音频生成框架

一、OmniAudio是什么？

OmniAudio是由阿里通义实验室语音团队开发的开源空间音频生成框架，其核心目标是通过AI技术直接从360°全景视频生成一阶Ambisonics（FOA）格式的3D空间音频。这一技术突破了传统视频到音频生成仅支持单声道或立体声的局限，首次实现了对声音方向性的精准建模，使虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等沉浸式场景中的听觉体验与视觉内容高度同步。

与常规音频生成模型不同，OmniAudio专注于解决两大技术痛点：

1. 空间信息缺失：传统技术生成的音频无法反映声源在三维空间中的位置变化；

2. 全景视频利用率低：固定视角视频无法提供360°环境中的完整视觉上下文。
   通过创新的两阶段训练方法和自建的大规模数据集，OmniAudio实现了音频质量与空间定位精度的双重突破。

二、功能特色

1. 真实的空间音频重建

• 生成的FOA音频包含W（声压）、X（前后）、Y（左右）、Z（垂直）四通道数据，能精确模拟声源方向。例如，在VR音乐会场景中，用户头部转动时，乐器声的方位感仍能保持稳定。

• 支持动态声场模拟，如移动的火车声由远及近时，X/Y通道的强度变化与视频画面完全同步。

2. 全景视觉-音频对齐

• 通过双分支视频编码器分别提取360°视频的全局场景特征和局部视角细节，确保生成的音频与视觉内容在时空上严格匹配。例如，视频中左侧爆炸的画面必然对应X/Y通道的左侧声场强化。

3. 高效的数据处理能力

• 基于自研的Sphere360数据集（包含10.3万条高质量360°视频-FOA音频对，总时长288小时），覆盖288种音频事件类型，如自然声、机械声、人声等。数据清洗采用多算法联合验证（如ImageBind检测音视频一致性），错误率低于0.5%。

4. 轻量化推理与兼容性

• 模型支持PyTorch Lightning框架，可在NVIDIA A100 GPU上高效微调，单次推理延迟控制在200ms以内。

• 开源代码提供Gradio交互界面，用户可通过拖拽视频或刷选运动路径自定义声场轨迹。

三、技术细节

1. 模型架构

• 全局分支：使用MetaCLIP-Huge提取360°视频的整体场景特征（如光照、空间布局）；

• 局部分支：从视频中裁剪FOV（视场角）片段，编码局部动态细节（如物体运动轨迹）。

• 双模态编码器：

• 流匹配生成器：基于扩散模型改进，通过预测速度场从噪声中逐步重建FOA音频的潜在表示，支持掩码训练以增强鲁棒性。

2. 训练流程

• 第一阶段（自监督预训练）：
  利用非空间音频（如VGGSound数据集）转换为伪FOA格式（W=左+右，X=左-右，Y/Z=0），训练模型学习通用音频特征。采用随机时间窗掩码（掩码概率p=0.62，最小跨度l=0.62秒）迫使模型掌握时序规律。

• 第二阶段（有监督微调）：
  仅使用真实FOA数据，提高掩码概率至p=0.8，强化模型对声源方向（W/X/Y/Z通道关系）的建模能力。

3. 关键优化

• 伪FOA转换：解决真实FOA数据稀缺问题，预训练阶段数据量扩大10倍；

• 双分支条件融合：全局特征经最大池化后作为Transformer条件，局部特征与音频潜在序列逐元素相加，实现细粒度控制。

四、应用场景

1. 虚拟现实与游戏

• 为VR游戏生成动态3D音效，如玩家转身时敌人脚步声的方位变化；

• 影视制作中自动匹配360°视频的环绕声场，降低后期制作成本。

2. 智能驾驶与机器人

• 车载系统通过360°摄像头实时生成环境声场，辅助驾驶员识别盲区危险（如救护车鸣笛方向）；

• 服务机器人结合空间音频提升人机交互的自然性。

3. 远程协作与教育

• 在线会议系统支持空间音频传输，还原参会者的真实位置感；

• 历史遗址VR导览中，同步生成与古建筑场景匹配的环境声（如钟声、人群嘈杂声）。

4. 无障碍技术

• 为视障者提供基于空间音频的环境导航，如通过声音提示障碍物方位。

五、相关链接

• 项目主页：https://omniaudio-360v2sa.github.io/

• 代码与数据集：https://github.com/liuhuadai/OmniAudio

• 技术论文：https://arxiv.org/abs/2504.14906

总结

OmniAudio通过创新的两阶段训练框架与大规模Sphere360数据集，首次实现了从360°视频到FOA空间音频的高保真生成，其技术价值体现在空间定位精度（ΔAngular误差仅1.27°）、视听对齐质量（MOS-AF评分87.85）及跨场景泛化能力（覆盖288类音频事件）。这一开源项目不仅为沉浸式体验提供了关键技术支撑，更推动了多模态感知领域的算法进步。