BF:基于双耳线索的移动音频编码研究 陈水仙 武汉大学出版社 9787307123182 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈水仙 著

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出版社： 武汉大学出版社

ISBN：9787307123182

商品编码：29408624321

包装：平装

出版时间：2014-01-01

基本信息

书名:基于双耳线索的移动音频编码研究

定价：26.00元

售价：20.5元

作者:陈水仙

出版社：武汉大学出版社

出版日期：2014-01-01

ISBN：9787307123182

字数：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

编辑推荐

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内容提要

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飞速发展的移动市场对高品质音频业务的需求日 益迫切，移动 环境下音频带宽不足，终端资源有限，传统音频理论 和技术面临新 的挑战。近年来，MPEG、ITU和AVS等国内外标准化组 织积极推 动移动音频理论和技术研究。基于双耳线索的音频编 码因其在低码 率下的音质优势而备受关注，然而，为适应移动环境 苛刻的应用需 求，仍需克服空间参数模型的理论缺陷，突破实变换 域双耳线索表 示的技术瓶颈，解决空间参数码率难以下降、系统复 杂度偏高等问 题。陈水仙编著的这本《基于双耳线索的移动音频编 码研究》开展基于双耳线索的移动音频编码研究，在 双耳线索感知 机理分析、空间感知信息度量、MDCT域双耳线索表示 和空间音频 编码系统结构设计这四个方向上取得了创新性成果。
在双耳线索感知机理分析方向，《基于双耳线索 的移动音频编码研究》针对现有系统只能去除声 道间数据客观冗余的不足，以巴克频带为感知分析单 元，开展了对 双耳线索临界感知JND的分析研究，提出基于感知的 双耳线索参 数表示模型，有效去除了声道问数据的主观冗余信息 ，下降 4.28％～11.78％的空间参数码率，主观测试MUSHRA 得分平均提 高2.6分，客观测试ODG得分平均提高1.1分。
在空间感知信息度量方向，本书针对建立在单耳 听音模型上的 感知熵理论无法度量双耳空间感知信息量的问题，结 合双耳线索的 感知机理，建立了基于双耳线索生理感知的BCPPM模 型来模拟双 耳对空间信息的感知过程，提出基于模型的空间感知 熵SPE的计 算方法，解决了双耳空间感知信息量的度量问题，丰 富和发展了空 间音频编码技术的理论和实践。
在MDCT域双耳线索表示方向，本书针对MDCT实变 换的相 位信息缺失及能量抖动造成双耳线索表示不准确的问 题，采用基函 数“和分离”技术，提出了基于共轭窗函数的MDCT频 谱复数化扩 展方法，并针对新方法引入MDST带来复杂度增加的问 题，提出了 基于转换矩阵稀疏性的MDCT-MDST快速转换算法，同 时利用转换 矩阵的正交性和循环性，将复杂度从O(N*2)下降到O (N)，主观测 试MUSHRA得分平均提高2.07分，客观ODG得分平均提 高 0.4281分。
在空间音频编码系统结构设计方向，本书针对空 间信息和下混 信息分离处理模式导致的系统复杂度高和延时长的问 题，采用滤波 复用和并行处理的技术，提出并行滤波共享的分析综 合ABS编码 结构，去除了空间参数编码与下混声道编码中的冗余 操作，缩短了 5％的系统延时，减少了38％～86％的运算复杂度。
本书在基础理论和关键技术方面的研究成果可望 成为国内移动音频标准的支撑技术，增强我国在高速 成长的全球移动音频产业中 的核心竞争力，为全面参与移动音频编解码领域的国 际竞争和标准 化工作奠定坚实的研究基础。

目录

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第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 冗余信息去除技术
1.2.2 感知信息度量方法
1.3 面临的关键问题
1.3.1 空间参数主观冗余难以去除
1.3.2 MDCT域空间参数分析困难
1.4 主要工作和全文组织结构
1.4.1 主要工作
1.4.2 全文组织结构
第2章 双耳线索的特征分析与表示
2.1 引言
2.2 双耳线索的特征分析实验系统
2.2.1 特征分析实验系统设计
2.2.2 双耳线索临界感知的频率依赖性
2.2.3 双耳线索的统计分布特性
2.3 编码系统中的双耳线索编码实现
2.3.1 基于频率感知的参数集选取
2.3.2 基于频率感知的参数量化和熵编码
2.4 实验与性能分析
2.4.1 参数码率分析与比较
2.4.2 主观性能分析与比较
2.4.3 客观性能分析与比较
2.5 本章小结
第3章 双耳线索感知信息的度量
3.1 引言
3.2 基于双耳听音的生理感知模型构建
3.2.1 空间信息的物理层表示
3.2.2 空间信息的生理感知
3.2.3 双耳线索生理感知模型BCPPM
3.3 基于BCPPM模型的空间感知熵计算
3.3.1 空间感知熵的定义
3.3.2 临界频带滤波单元
3.3.3 双耳线索计算单元
3.3.4 有效感知量计算单元
3.4 实验与性能分析
3.4.1 立体声序列的信息量估算方法对比
3.4.2 不同序列SPE数值的差异分析
3.4.3 同一序列SPE随时间的变化分析
3.5 本章小结
第4章 MDCT域双耳线索的分析与合成
4.1 引言
4.2 基于共轭窗函数的MDcT复数化扩展
4.2.1 双耳线索的形成机理
4.2.2 MDCT频谱对双耳线索的影响：
4.2.3 基于共轭窗函数的MDCT复数化扩展
4.2.4 实验与性能分析
4.3 基于C2S转换的双耳线索分析
4.3.1 MDCT-MDST快速转换
4.3.2 C2S转换矩阵的稀疏化近似
4.3.3 CMCLT域的双耳线索表示
4.4 实验与性能分析
4.4.1 主观性能分析与比较
4.4.2 客观性能分析与比较
4.5 本章小结
第5章 基于合成分析的空间音频编码结构
5.1 引言
5.2 空间音频编码系统的基础操作模块
5.2.1 声源分离模块
5.2.2 下混／上混模块
5.2.3 空间参数分析模块
5.2.4 系统结构的优缺点
5.3 并行滤波共享的ABS编码结构
5.3.1 频带划分对空间信息分析的影响
5.3.2 ABS编码结构设计
5.3.3 并行结构下的滤波共享
5.4 实验与性能分析
5.4.1 系统延时分析
5.4.2 计算复杂度分析
5.4.3 系统性能分析
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 研究工作总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
附录

作者介绍

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陈水仙，女，2011年毕业于武汉大学计算机学院计算机应用技术专业，获博士学位。论文获湖北省博士学位论文奖。现在中国科学院信息工程研究所工作。

文摘

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序言

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《声之艺：解析移动场景下的听觉体验与编码技术》 引言：穿越耳朵的界限，重塑移动听觉新维度 我们身处一个日益移动化的时代，智能手机、平板电脑、无线耳机等设备已成为人们生活中不可或缺的伴侣。伴随而来的是对移动音频体验的更高要求——我们渴望在嘈杂的车厢中也能畅听清澈的音乐，在户外环境中也能准确理解对话，甚至在玩游戏时能身临其境，感受声音的每一个细微之处。然而，传统的音频编码技术在满足这些日益增长的需求时，往往面临着严峻的挑战。它们在追求低码率的同时，不可避免地牺牲了音质，尤其是在模拟人类听觉系统对空间信息和听觉场景的感知方面，表现得尤为不足。 本书《声之艺：解析移动场景下的听觉体验与编码技术》正是在这样的背景下应运而生。它并非仅仅是对现有技术的简单罗列，而是深入探讨了人类听觉系统的奥秘，并将其巧妙地融入到新一代音频编码技术的设计理念中。本书的核心在于揭示如何通过模拟和利用人类双耳感知声音的独特能力，来构建一种更高效、更具沉浸感、同时又能有效控制数据量的移动音频编码方案。我们相信，未来的移动音频体验，将不再是简单的声音信号传输，而是一场由技术驱动，以人为本的听觉艺术革命。 第一章：聆听世界的艺术——人类听觉系统的双耳奥秘 人类的听觉系统是一台精密的自然仪器，它通过两只耳朵的协同工作，构建出一个立体的声音世界。本章将带领读者深入探究这一神奇的机制。我们将从声音的物理本质出发，解析声波的传播路径，以及它们如何到达我们的耳廓、外耳道，最终作用于鼓膜。 重点将放在双耳听觉的核心优势上： 空间感知（Spatial Hearing）： 我们如何依靠双耳的不同，感知声音的方位（左右、前后、上下）和距离？我们将详细介绍双耳之间在声音到达时间上的差异（Head-Related Interaural Time Difference, ITD）和在声压上的差异（Head-Related Interaural Level Difference, ILD）。这些细微的差异，是大脑解析声音空间位置的关键线索。 听觉掩蔽（Auditory Masking）： 强烈的声音如何“遮盖”掉微弱的声音？理解听觉掩蔽效应对于优化音频编码至关重要。当一个强大的信号存在时，我们对与其相似频率或空间位置的微弱信号的感知能力会下降。编码器可以利用这一特性，在不明显影响用户感知的情况下，减少传输冗余信息。 听觉场景分析（Auditory Scene Analysis, ASA）： 大脑如何将环境中纷繁复杂的声音信号，自动地分离、分组并识别成不同的声源？例如，在嘈杂的聚会中，我们能清晰地听到与某人的对话，而忽略周围其他人的交谈。ASA机制揭示了人类听觉系统强大的分离和识别能力，这为我们设计能够模拟这种能力的编码器提供了重要的理论指导。 听觉注意力（Auditory Attention）： 我们如何有意识地将听觉注意力集中在特定的声音上？例如，在混乱的环境中，主动寻找并聚焦于某个人的声音。这种能力虽然是主观的，但它反映了听觉系统在信息处理中的优先级排序。 本章还将介绍当前主流音频编码技术在处理这些双耳听觉特性时存在的局限性，例如它们往往侧重于单声道或简单的立体声，难以有效编码和传输丰富的空间信息，导致在移动场景下的听觉体验大打折扣。 第二章：编码的挑战与机遇——移动音频的性能瓶颈 移动音频环境的复杂性，对音频编码技术提出了前所未有的挑战。本章将深入剖析这些挑战，并从中挖掘出新的机遇。 移动环境的声学特性： 车辆的行驶噪音、人声的嘈杂、突发的环境声音（如喇叭声、风声），这些都会严重干扰用户对音频内容的感知。传统的编码器在低信噪比环境下，其性能会急剧下降，导致声音模糊不清、失真严重。 设备限制与功耗： 移动设备的处理能力和电池续航能力是有限的。高效的音频编码技术需要在保证音质的同时，将编码和解码的计算复杂度降至最低，以减少功耗，延长设备使用时间。 带宽限制： 移动网络的环境复杂多变，带宽不稳定。音频编码器需要能够在低带宽环境下，仍然提供可接受的音质，或者通过智能地调整码率来适应网络波动，保证播放的流畅性。 内容多样性： 移动音频内容日益丰富，包括音乐、播客、语音通话、游戏音效、视频背景音等。不同的内容类型对音频编码的要求也不同。例如，语音通话更注重清晰度，而音乐则追求高保真度和广阔的声场。 在这些挑战面前，我们看到了一种潜在的机遇：如果能够设计出一种音频编码技术，能够充分模拟人类双耳对声音的感知能力，并利用其优势，那么我们就能在有限的带宽和计算资源下，实现更高质量、更具沉浸感的移动音频体验。本书将重点探讨，如何将双耳听觉的原理，转化成为指导音频编码器设计的核心思想。 第三章：双耳之魅——基于双耳线索的编码新范式 本章是本书的核心，我们将详细阐述如何将双耳听觉的原理转化为实际的音频编码技术。我们将揭示“基于双耳线索的移动音频编码”这一新范式的理论基础和实现路径。 双耳线索的编码与解码： ITD/ILD的编码： 如何在编码过程中，有效地捕捉、表示和传输左右耳接收到的声音信号在时间延迟和幅度上的差异？我们将介绍一些先进的算法，用于提取这些关键的听觉线索，并将其以高效的方式打包进编码数据流中。 空间信息重建： 在解码端，如何利用这些提取出的ITD/ILD信息，结合用户自身头部的相关函数（Head-Related Transfer Functions, HRTFs），来重建出具有空间感的声音？我们将讨论如何通过数字信号处理技术，在播放设备上模拟出声音来自特定方向和距离的效果。 感知模型的重要性： 我们将强调，编码器的设计不仅仅是数学模型的堆砌，更需要深刻理解人类的听觉感知模型。例如，大脑对ITD和ILD的感知并非线性，理解这些非线性关系，有助于设计出更符合人耳特性的编码算法，从而在相同码率下提供更好的听觉质量。 binaural cues 的应用策略： 通用双耳编码（Binaural Rendering）： 针对普通双声道输出的设备（如立体声耳机），如何通过编码双耳线索，让用户感觉声音具有更宽阔的声场和更精确的定位，即使原始内容并非如此制作。 个性化双耳编码： 考虑到不同用户的HRTFs存在差异，我们将探讨如何根据用户的个体听觉特征，进行个性化的编码和解码，进一步提升沉浸感和自然度。 与传统编码的融合： 本章还将讨论，如何将双耳线索的编码技术，与现有的高效音频编码技术（如AAC, Opus等）进行融合，实现“混合编码”或“增强编码”，在保持较低码率的同时，显著提升空间听觉体验。 在移动场景下的优势： 抑制背景噪音： 通过模拟人耳的空间分离能力，可以增强目标声音的感知，有效抑制环境噪音对听觉体验的影响，使得在嘈杂的移动环境中也能清晰地听到内容。 提升语音清晰度： 对于语音通信，精确的空间信息有助于用户更容易地区分说话人的方向，提高语音的辨识度。 增强沉浸感： 对于音乐、游戏和视频，丰富的空间信息能够极大地增强用户的沉浸感，带来身临其境的听觉享受。 第四章：技术实现与算法优化——从理论到实践的飞跃 理论的探索最终需要转化为可行的技术方案。本章将深入到具体的算法实现层面，探讨如何在实际的硬件和软件环境中，高效地实现基于双耳线索的音频编码。 特征提取算法： 详细介绍用于提取ITD、ILD、以及其他相关双耳线索的先进算法，例如基于时域、频域的分析方法，以及机器学习在特征提取中的应用。 参数编码与比特流结构： 如何将提取到的双耳线索参数，以高效、灵活的方式编码到比特流中，以便解码器能够准确地重建。我们将探讨不同的参数表示方法和码率控制策略。 解码器设计： 介绍解码器如何接收编码的比特流，并通过HRTF模型以及其他信号处理技术，来实时地渲染出具有空间感的音频信号。我们将讨论实时性、计算复杂度和精度之间的权衡。 算法的复杂度与效率： 详细分析所提出算法的计算复杂度，并探讨如何通过优化算法设计，使其能够在移动设备上高效运行，满足实时性要求，同时控制功耗。 标准与互操作性： 讨论在现有音频编码标准框架下，如何引入双耳线索的编码，以及未来可能的发展方向，以确保技术的互操作性和广泛应用。 实验验证与性能评估： 介绍用于评估编码器性能的客观和主观测试方法，例如感知编码评估（Perceptual Evaluation of Audio Quality, PEAQ）、主观听觉测试等。通过大量的实验数据，来证明基于双耳线索的编码技术在移动场景下相比传统编码的优势。 第五章：展望未来——移动音频的新纪元 随着技术的不断发展，基于双耳线索的移动音频编码必将迎来更广阔的应用前景。本章将对未来的发展趋势进行展望。 全景声（Spatial Audio）的普及： 随着VR/AR技术的成熟，全景声将成为标配。双耳线索编码作为实现沉浸式音频体验的关键技术，将在其中扮演核心角色。 智能自适应音频： 未来的音频编码器将能够根据用户的听觉偏好、所处环境以及正在进行的活动，进行实时的自适应调整，提供最优的听觉体验。 更精细的听觉感知模拟： 随着对人脑听觉机制研究的深入，未来的编码器将能够模拟更复杂的听觉现象，如听觉注意力、情绪感知等，从而创造出更具表现力的音频。 跨平台、跨设备的音频生态： 统一的双耳线索编码标准将促进跨平台、跨设备的音频内容共享和播放，打破现有生态的壁垒。 人工智能在音频编码中的应用： 机器学习和深度学习将进一步赋能音频编码，在特征提取、噪声抑制、质量增强等方面发挥更重要的作用。 结论： 《声之艺：解析移动场景下的听觉体验与编码技术》一书，旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解人类双耳听觉的奥秘，以及如何将其转化为突破性的移动音频编码技术。我们相信，通过对双耳线索的深入挖掘和巧妙应用，我们能够开启移动音频的新纪元，让每一个移动设备都成为通往声音艺术殿堂的入口，为用户带来前所未有的沉浸式、高品质听觉体验。这不仅仅是技术的革新，更是对人类听觉感知潜能的一次深刻探索与升华。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的期待，很大程度上源于其“双耳线索”这一核心概念。我一直觉得，人类最自然的听觉体验，就是我们用两只耳朵感知世界的方式。从声音的到达时间差（ITD）到强度差（ILD），再到头部相关传递函数（HRTF）所带来的复杂头部效应，这些“双耳线索”共同构建了我们对声音方向、距离甚至情感的判断。然而，在传统的音频编码中，往往更侧重于保留声音的细节和保真度，而对空间信息的传递和还原却相对不足。特别是对于移动音频，受限于设备性能、带宽和功耗，实现高质量的空间音频编码更是难上加难。这本书的书名精准地抓住了这一痛点，并提出“基于双耳线索”的解决方案，这让我感到非常兴奋。我希望这本书能够详细阐述如何利用双耳线索来优化音频编码的效率，如何在压缩过程中尽可能多地保留甚至增强声音的空间感，以及在解码端如何有效地重现这些空间信息，从而在智能手机、耳机等移动设备上带来更具沉浸感的听觉体验。这不仅仅是技术上的革新，更是对我们如何感知和享受声音的一种重新定义。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对音频技术充满好奇心的普通读者，我之所以对这本书产生浓厚兴趣，源于其“移动音频编码”这个方向。我们生活的时代，移动设备已经成为信息获取和娱乐消费的主要载体，而音频作为一种重要的信息传播和情感连接方式，其在移动端的表现尤为关键。过去，我们或许习惯了手机外放的单薄声音，或者是有线耳机传来的相对平淡的音质。但随着技术的发展，我们越来越渴望在通勤路上、运动过程中，甚至是居家休息时，都能享受到媲美专业音响系统的听觉盛宴。而“移动音频编码”正是实现这一目标的关键环节。这本书以“BF”为前缀，似乎暗示着一种特定的编码方法或框架，这让我很好奇它究竟是何种技术创新。它能否在保持较低码率的同时，显著提升移动音频的音质和空间感？它又将如何解决移动设备在处理复杂音频信息时面临的计算和功耗瓶颈？我对这些问题的答案充满期待，希望能在这本书中找到清晰的解答，并对移动音频技术的未来发展有一个更直观的认识。

评分☆☆☆☆☆

我之所以会被这本书吸引，还有一个隐秘的原因，那就是我对声音的“沉浸感”有着一种近乎偏执的追求。从小到大，我沉迷于电影中的环绕声效，迷恋于音乐会现场的立体音场，总觉得声音不仅仅是耳朵听到的信息，更是能够包裹、塑造我们空间感知的一种力量。而“双耳线索”恰恰是构建这种沉浸感的关键。然而，在移动设备日益普及的今天，我们却常常被限制在有限的听觉体验中。这本书以“BF”为起点，深入研究“基于双耳线索的移动音频编码”，这让我看到了突破这一限制的希望。我希望能在这本书中，不仅仅看到技术层面的描述，更能感受到作者对于声音艺术和用户体验的深刻理解。我期待它能够解答我心中长久以来的疑问：如何让小小的手机、平板电脑，也能播放出令人身临其境的音频？它是否能为我打开一扇通往更广阔听觉世界的大门，让我重新审视和体验声音的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

初次翻开这本书，就被它那略显朴素却透着专业气息的书名所吸引：“BF:基于双耳线索的移动音频编码研究”。“双耳线索”，这几个字瞬间勾起了我对于声音空间感、沉浸式体验的联想，尤其是在移动设备上实现这一点，其中的技术挑战和创新潜力，无疑是值得深入探讨的。我一直对音频技术的发展颇为关注，特别是如何让有限的移动设备在声音表现上有所突破，摆脱过去那种平面化的听觉感受。这本书封面上“陈水仙”这个名字，以及“武汉大学出版社”的标识，都让我对内容的严谨性和学术深度抱有期待。9787307123182这个ISBN号码，也让我感觉它是一本真正扎根于研究的学术著作。我个人对立体声、全景声等技术一直很感兴趣，但对于其背后的编码原理，尤其是在移动环境下，如何平衡音质、码率和计算资源，一直感到有些模糊。这本书的出现，仿佛为我打开了一扇窗，让我有机会系统地了解这一领域的最新进展，以及其中蕴含的科学奥秘。我预感，这本书将不仅仅是关于技术的罗列，更可能包含对声音感知原理的深刻洞察，以及对未来移动音频发展趋势的前瞻性思考。

评分☆☆☆☆☆

吸引我拿起这本书的，还有其“陈水仙”这位作者的名字，以及“武汉大学出版社”的背书。武汉大学作为国内顶尖的理工科院校，其出版社出版的学术著作，往往具有较高的学术水准和严谨的研究方法。这让我相信，这本书不仅仅是停留在概念层面，而是有扎实的理论基础和深入的实验验证。我个人对科学研究的严谨性非常看重，尤其是在技术前沿领域，缺乏深入的理论支撑很容易导致研究的空泛和脱离实际。这本书的作者，想必在双耳线索和音频编码领域有着深厚的积累和独到的见解。我希望能够在这本书中，看到清晰的研究脉络，了解到作者是如何从理论出发，一步步构建起他的编码模型，又是如何通过实验来验证其有效性的。这种从基础到实践的完整研究过程，对于我理解这项技术是如何从无到有，是如何解决实际问题，具有非常重要的启示意义。