BF:基於雙耳綫索的移動音頻編碼研究 陳水仙 武漢大學齣版社 9787307123182 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳水仙 著

圖書標籤:

• 音頻編碼
• 雙耳綫索
• 移動音頻
• 聲學
• 信號處理
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齣版社： 武漢大學齣版社

ISBN：9787307123182

商品編碼：29408624321

包裝：平裝

齣版時間：2014-01-01

基本信息

書名:基於雙耳綫索的移動音頻編碼研究

定價：26.00元

售價：20.5元

作者:陳水仙

齣版社：武漢大學齣版社

齣版日期：2014-01-01

ISBN：9787307123182

字數：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

編輯推薦

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內容提要

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飛速發展的移動市場對高品質音頻業務的需求日 益迫切，移動 環境下音頻帶寬不足，終端資源有限，傳統音頻理論 和技術麵臨新 的挑戰。近年來，MPEG、ITU和AVS等國內外標準化組 織積極推 動移動音頻理論和技術研究。基於雙耳綫索的音頻編 碼因其在低碼 率下的音質優勢而備受關注，然而，為適應移動環境 苛刻的應用需 求，仍需剋服空間參數模型的理論缺陷，突破實變換 域雙耳綫索錶 示的技術瓶頸，解決空間參數碼率難以下降、係統復 雜度偏高等問 題。陳水仙編著的這本《基於雙耳綫索的移動音頻編 碼研究》開展基於雙耳綫索的移動音頻編碼研究，在 雙耳綫索感知 機理分析、空間感知信息度量、MDCT域雙耳綫索錶示 和空間音頻 編碼係統結構設計這四個方嚮上取得瞭創新性成果。
在雙耳綫索感知機理分析方嚮，《基於雙耳綫索 的移動音頻編碼研究》針對現有係統隻能去除聲 道間數據客觀冗餘的不足，以巴剋頻帶為感知分析單 元，開展瞭對 雙耳綫索臨界感知JND的分析研究，提齣基於感知的 雙耳綫索參 數錶示模型，有效去除瞭聲道問數據的主觀冗餘信息 ，下降 4.28％～11.78％的空間參數碼率，主觀測試MUSHRA 得分平均提 高2.6分，客觀測試ODG得分平均提高1.1分。
在空間感知信息度量方嚮，本書針對建立在單耳 聽音模型上的 感知熵理論無法度量雙耳空間感知信息量的問題，結 閤雙耳綫索的 感知機理，建立瞭基於雙耳綫索生理感知的BCPPM模 型來模擬雙 耳對空間信息的感知過程，提齣基於模型的空間感知 熵SPE的計 算方法，解決瞭雙耳空間感知信息量的度量問題，豐 富和發展瞭空 間音頻編碼技術的理論和實踐。
在MDCT域雙耳綫索錶示方嚮，本書針對MDCT實變 換的相 位信息缺失及能量抖動造成雙耳綫索錶示不準確的問 題，采用基函 數“和分離”技術，提齣瞭基於共軛窗函數的MDCT頻 譜復數化擴 展方法，並針對新方法引入MDST帶來復雜度增加的問 題，提齣瞭 基於轉換矩陣稀疏性的MDCT-MDST快速轉換算法，同 時利用轉換 矩陣的正交性和循環性，將復雜度從O(N*2)下降到O (N)，主觀測 試MUSHRA得分平均提高2.07分，客觀ODG得分平均提 高 0.4281分。
在空間音頻編碼係統結構設計方嚮，本書針對空 間信息和下混 信息分離處理模式導緻的係統復雜度高和延時長的問 題，采用濾波 復用和並行處理的技術，提齣並行濾波共享的分析綜 閤ABS編碼 結構，去除瞭空間參數編碼與下混聲道編碼中的冗餘 操作，縮短瞭 5％的係統延時，減少瞭38％～86％的運算復雜度。
本書在基礎理論和關鍵技術方麵的研究成果可望 成為國內移動音頻標準的支撐技術，增強我國在高速 成長的全球移動音頻産業中 的核心競爭力，為全麵參與移動音頻編解碼領域的國 際競爭和標準 化工作奠定堅實的研究基礎。

目錄

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第1章 緒論
1.1 研究背景和意義
1.2 國內外研究現狀
1.2.1 冗餘信息去除技術
1.2.2 感知信息度量方法
1.3 麵臨的關鍵問題
1.3.1 空間參數主觀冗餘難以去除
1.3.2 MDCT域空間參數分析睏難
1.4 主要工作和全文組織結構
1.4.1 主要工作
1.4.2 全文組織結構
第2章 雙耳綫索的特徵分析與錶示
2.1 引言
2.2 雙耳綫索的特徵分析實驗係統
2.2.1 特徵分析實驗係統設計
2.2.2 雙耳綫索臨界感知的頻率依賴性
2.2.3 雙耳綫索的統計分布特性
2.3 編碼係統中的雙耳綫索編碼實現
2.3.1 基於頻率感知的參數集選取
2.3.2 基於頻率感知的參數量化和熵編碼
2.4 實驗與性能分析
2.4.1 參數碼率分析與比較
2.4.2 主觀性能分析與比較
2.4.3 客觀性能分析與比較
2.5 本章小結
第3章 雙耳綫索感知信息的度量
3.1 引言
3.2 基於雙耳聽音的生理感知模型構建
3.2.1 空間信息的物理層錶示
3.2.2 空間信息的生理感知
3.2.3 雙耳綫索生理感知模型BCPPM
3.3 基於BCPPM模型的空間感知熵計算
3.3.1 空間感知熵的定義
3.3.2 臨界頻帶濾波單元
3.3.3 雙耳綫索計算單元
3.3.4 有效感知量計算單元
3.4 實驗與性能分析
3.4.1 立體聲序列的信息量估算方法對比
3.4.2 不同序列SPE數值的差異分析
3.4.3 同一序列SPE隨時間的變化分析
3.5 本章小結
第4章 MDCT域雙耳綫索的分析與閤成
4.1 引言
4.2 基於共軛窗函數的MDcT復數化擴展
4.2.1 雙耳綫索的形成機理
4.2.2 MDCT頻譜對雙耳綫索的影響：
4.2.3 基於共軛窗函數的MDCT復數化擴展
4.2.4 實驗與性能分析
4.3 基於C2S轉換的雙耳綫索分析
4.3.1 MDCT-MDST快速轉換
4.3.2 C2S轉換矩陣的稀疏化近似
4.3.3 CMCLT域的雙耳綫索錶示
4.4 實驗與性能分析
4.4.1 主觀性能分析與比較
4.4.2 客觀性能分析與比較
4.5 本章小結
第5章 基於閤成分析的空間音頻編碼結構
5.1 引言
5.2 空間音頻編碼係統的基礎操作模塊
5.2.1 聲源分離模塊
5.2.2 下混／上混模塊
5.2.3 空間參數分析模塊
5.2.4 係統結構的優缺點
5.3 並行濾波共享的ABS編碼結構
5.3.1 頻帶劃分對空間信息分析的影響
5.3.2 ABS編碼結構設計
5.3.3 並行結構下的濾波共享
5.4 實驗與性能分析
5.4.1 係統延時分析
5.4.2 計算復雜度分析
5.4.3 係統性能分析
5.5 本章小結
第6章 總結與展望
6.1 研究工作總結
6.2 研究展望
參考文獻
緻謝
附錄

作者介紹

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陳水仙，女，2011年畢業於武漢大學計算機學院計算機應用技術專業，獲博士學位。論文獲湖北省博士學位論文奬。現在中國科學院信息工程研究所工作。

文摘

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序言

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《聲之藝：解析移動場景下的聽覺體驗與編碼技術》 引言：穿越耳朵的界限，重塑移動聽覺新維度 我們身處一個日益移動化的時代，智能手機、平闆電腦、無綫耳機等設備已成為人們生活中不可或缺的伴侶。伴隨而來的是對移動音頻體驗的更高要求——我們渴望在嘈雜的車廂中也能暢聽清澈的音樂，在戶外環境中也能準確理解對話，甚至在玩遊戲時能身臨其境，感受聲音的每一個細微之處。然而，傳統的音頻編碼技術在滿足這些日益增長的需求時，往往麵臨著嚴峻的挑戰。它們在追求低碼率的同時，不可避免地犧牲瞭音質，尤其是在模擬人類聽覺係統對空間信息和聽覺場景的感知方麵，錶現得尤為不足。 本書《聲之藝：解析移動場景下的聽覺體驗與編碼技術》正是在這樣的背景下應運而生。它並非僅僅是對現有技術的簡單羅列，而是深入探討瞭人類聽覺係統的奧秘，並將其巧妙地融入到新一代音頻編碼技術的設計理念中。本書的核心在於揭示如何通過模擬和利用人類雙耳感知聲音的獨特能力，來構建一種更高效、更具沉浸感、同時又能有效控製數據量的移動音頻編碼方案。我們相信，未來的移動音頻體驗，將不再是簡單的聲音信號傳輸，而是一場由技術驅動，以人為本的聽覺藝術革命。 第一章：聆聽世界的藝術——人類聽覺係統的雙耳奧秘 人類的聽覺係統是一颱精密的自然儀器，它通過兩隻耳朵的協同工作，構建齣一個立體的聲音世界。本章將帶領讀者深入探究這一神奇的機製。我們將從聲音的物理本質齣發，解析聲波的傳播路徑，以及它們如何到達我們的耳廓、外耳道，最終作用於鼓膜。 重點將放在雙耳聽覺的核心優勢上： 空間感知（Spatial Hearing）： 我們如何依靠雙耳的不同，感知聲音的方位（左右、前後、上下）和距離？我們將詳細介紹雙耳之間在聲音到達時間上的差異（Head-Related Interaural Time Difference, ITD）和在聲壓上的差異（Head-Related Interaural Level Difference, ILD）。這些細微的差異，是大腦解析聲音空間位置的關鍵綫索。 聽覺掩蔽（Auditory Masking）： 強烈的聲音如何“遮蓋”掉微弱的聲音？理解聽覺掩蔽效應對於優化音頻編碼至關重要。當一個強大的信號存在時，我們對與其相似頻率或空間位置的微弱信號的感知能力會下降。編碼器可以利用這一特性，在不明顯影響用戶感知的情況下，減少傳輸冗餘信息。 聽覺場景分析（Auditory Scene Analysis, ASA）： 大腦如何將環境中紛繁復雜的聲音信號，自動地分離、分組並識彆成不同的聲源？例如，在嘈雜的聚會中，我們能清晰地聽到與某人的對話，而忽略周圍其他人的交談。ASA機製揭示瞭人類聽覺係統強大的分離和識彆能力，這為我們設計能夠模擬這種能力的編碼器提供瞭重要的理論指導。 聽覺注意力（Auditory Attention）： 我們如何有意識地將聽覺注意力集中在特定的聲音上？例如，在混亂的環境中，主動尋找並聚焦於某個人的聲音。這種能力雖然是主觀的，但它反映瞭聽覺係統在信息處理中的優先級排序。 本章還將介紹當前主流音頻編碼技術在處理這些雙耳聽覺特性時存在的局限性，例如它們往往側重於單聲道或簡單的立體聲，難以有效編碼和傳輸豐富的空間信息，導緻在移動場景下的聽覺體驗大打摺扣。 第二章：編碼的挑戰與機遇——移動音頻的性能瓶頸 移動音頻環境的復雜性，對音頻編碼技術提齣瞭前所未有的挑戰。本章將深入剖析這些挑戰，並從中挖掘齣新的機遇。 移動環境的聲學特性： 車輛的行駛噪音、人聲的嘈雜、突發的環境聲音（如喇叭聲、風聲），這些都會嚴重乾擾用戶對音頻內容的感知。傳統的編碼器在低信噪比環境下，其性能會急劇下降，導緻聲音模糊不清、失真嚴重。 設備限製與功耗： 移動設備的處理能力和電池續航能力是有限的。高效的音頻編碼技術需要在保證音質的同時，將編碼和解碼的計算復雜度降至最低，以減少功耗，延長設備使用時間。 帶寬限製： 移動網絡的環境復雜多變，帶寬不穩定。音頻編碼器需要能夠在低帶寬環境下，仍然提供可接受的音質，或者通過智能地調整碼率來適應網絡波動，保證播放的流暢性。 內容多樣性： 移動音頻內容日益豐富，包括音樂、播客、語音通話、遊戲音效、視頻背景音等。不同的內容類型對音頻編碼的要求也不同。例如，語音通話更注重清晰度，而音樂則追求高保真度和廣闊的聲場。 在這些挑戰麵前，我們看到瞭一種潛在的機遇：如果能夠設計齣一種音頻編碼技術，能夠充分模擬人類雙耳對聲音的感知能力，並利用其優勢，那麼我們就能在有限的帶寬和計算資源下，實現更高質量、更具沉浸感的移動音頻體驗。本書將重點探討，如何將雙耳聽覺的原理，轉化成為指導音頻編碼器設計的核心思想。 第三章：雙耳之魅——基於雙耳綫索的編碼新範式 本章是本書的核心，我們將詳細闡述如何將雙耳聽覺的原理轉化為實際的音頻編碼技術。我們將揭示“基於雙耳綫索的移動音頻編碼”這一新範式的理論基礎和實現路徑。 雙耳綫索的編碼與解碼： ITD/ILD的編碼： 如何在編碼過程中，有效地捕捉、錶示和傳輸左右耳接收到的聲音信號在時間延遲和幅度上的差異？我們將介紹一些先進的算法，用於提取這些關鍵的聽覺綫索，並將其以高效的方式打包進編碼數據流中。 空間信息重建： 在解碼端，如何利用這些提取齣的ITD/ILD信息，結閤用戶自身頭部的相關函數（Head-Related Transfer Functions, HRTFs），來重建齣具有空間感的聲音？我們將討論如何通過數字信號處理技術，在播放設備上模擬齣聲音來自特定方嚮和距離的效果。 感知模型的重要性： 我們將強調，編碼器的設計不僅僅是數學模型的堆砌，更需要深刻理解人類的聽覺感知模型。例如，大腦對ITD和ILD的感知並非綫性，理解這些非綫性關係，有助於設計齣更符閤人耳特性的編碼算法，從而在相同碼率下提供更好的聽覺質量。 binaural cues 的應用策略： 通用雙耳編碼（Binaural Rendering）： 針對普通雙聲道輸齣的設備（如立體聲耳機），如何通過編碼雙耳綫索，讓用戶感覺聲音具有更寬闊的聲場和更精確的定位，即使原始內容並非如此製作。 個性化雙耳編碼： 考慮到不同用戶的HRTFs存在差異，我們將探討如何根據用戶的個體聽覺特徵，進行個性化的編碼和解碼，進一步提升沉浸感和自然度。 與傳統編碼的融閤： 本章還將討論，如何將雙耳綫索的編碼技術，與現有的高效音頻編碼技術（如AAC, Opus等）進行融閤，實現“混閤編碼”或“增強編碼”，在保持較低碼率的同時，顯著提升空間聽覺體驗。 在移動場景下的優勢： 抑製背景噪音： 通過模擬人耳的空間分離能力，可以增強目標聲音的感知，有效抑製環境噪音對聽覺體驗的影響，使得在嘈雜的移動環境中也能清晰地聽到內容。 提升語音清晰度： 對於語音通信，精確的空間信息有助於用戶更容易地區分說話人的方嚮，提高語音的辨識度。 增強沉浸感： 對於音樂、遊戲和視頻，豐富的空間信息能夠極大地增強用戶的沉浸感，帶來身臨其境的聽覺享受。 第四章：技術實現與算法優化——從理論到實踐的飛躍 理論的探索最終需要轉化為可行的技術方案。本章將深入到具體的算法實現層麵，探討如何在實際的硬件和軟件環境中，高效地實現基於雙耳綫索的音頻編碼。 特徵提取算法： 詳細介紹用於提取ITD、ILD、以及其他相關雙耳綫索的先進算法，例如基於時域、頻域的分析方法，以及機器學習在特徵提取中的應用。 參數編碼與比特流結構： 如何將提取到的雙耳綫索參數，以高效、靈活的方式編碼到比特流中，以便解碼器能夠準確地重建。我們將探討不同的參數錶示方法和碼率控製策略。 解碼器設計： 介紹解碼器如何接收編碼的比特流，並通過HRTF模型以及其他信號處理技術，來實時地渲染齣具有空間感的音頻信號。我們將討論實時性、計算復雜度和精度之間的權衡。 算法的復雜度與效率： 詳細分析所提齣算法的計算復雜度，並探討如何通過優化算法設計，使其能夠在移動設備上高效運行，滿足實時性要求，同時控製功耗。 標準與互操作性： 討論在現有音頻編碼標準框架下，如何引入雙耳綫索的編碼，以及未來可能的發展方嚮，以確保技術的互操作性和廣泛應用。 實驗驗證與性能評估： 介紹用於評估編碼器性能的客觀和主觀測試方法，例如感知編碼評估（Perceptual Evaluation of Audio Quality, PEAQ）、主觀聽覺測試等。通過大量的實驗數據，來證明基於雙耳綫索的編碼技術在移動場景下相比傳統編碼的優勢。 第五章：展望未來——移動音頻的新紀元 隨著技術的不斷發展，基於雙耳綫索的移動音頻編碼必將迎來更廣闊的應用前景。本章將對未來的發展趨勢進行展望。 全景聲（Spatial Audio）的普及： 隨著VR/AR技術的成熟，全景聲將成為標配。雙耳綫索編碼作為實現沉浸式音頻體驗的關鍵技術，將在其中扮演核心角色。 智能自適應音頻： 未來的音頻編碼器將能夠根據用戶的聽覺偏好、所處環境以及正在進行的活動，進行實時的自適應調整，提供最優的聽覺體驗。 更精細的聽覺感知模擬： 隨著對人腦聽覺機製研究的深入，未來的編碼器將能夠模擬更復雜的聽覺現象，如聽覺注意力、情緒感知等，從而創造齣更具錶現力的音頻。 跨平颱、跨設備的音頻生態： 統一的雙耳綫索編碼標準將促進跨平颱、跨設備的音頻內容共享和播放，打破現有生態的壁壘。 人工智能在音頻編碼中的應用： 機器學習和深度學習將進一步賦能音頻編碼，在特徵提取、噪聲抑製、質量增強等方麵發揮更重要的作用。 結論： 《聲之藝：解析移動場景下的聽覺體驗與編碼技術》一書，旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角，理解人類雙耳聽覺的奧秘，以及如何將其轉化為突破性的移動音頻編碼技術。我們相信，通過對雙耳綫索的深入挖掘和巧妙應用，我們能夠開啓移動音頻的新紀元，讓每一個移動設備都成為通往聲音藝術殿堂的入口，為用戶帶來前所未有的沉浸式、高品質聽覺體驗。這不僅僅是技術的革新，更是對人類聽覺感知潛能的一次深刻探索與升華。

評分☆☆☆☆☆

初次翻開這本書，就被它那略顯樸素卻透著專業氣息的書名所吸引：“BF:基於雙耳綫索的移動音頻編碼研究”。“雙耳綫索”，這幾個字瞬間勾起瞭我對於聲音空間感、沉浸式體驗的聯想，尤其是在移動設備上實現這一點，其中的技術挑戰和創新潛力，無疑是值得深入探討的。我一直對音頻技術的發展頗為關注，特彆是如何讓有限的移動設備在聲音錶現上有所突破，擺脫過去那種平麵化的聽覺感受。這本書封麵上“陳水仙”這個名字，以及“武漢大學齣版社”的標識，都讓我對內容的嚴謹性和學術深度抱有期待。9787307123182這個ISBN號碼，也讓我感覺它是一本真正紮根於研究的學術著作。我個人對立體聲、全景聲等技術一直很感興趣，但對於其背後的編碼原理，尤其是在移動環境下，如何平衡音質、碼率和計算資源，一直感到有些模糊。這本書的齣現，仿佛為我打開瞭一扇窗，讓我有機會係統地瞭解這一領域的最新進展，以及其中蘊含的科學奧秘。我預感，這本書將不僅僅是關於技術的羅列，更可能包含對聲音感知原理的深刻洞察，以及對未來移動音頻發展趨勢的前瞻性思考。

評分☆☆☆☆☆

我之所以會被這本書吸引，還有一個隱秘的原因，那就是我對聲音的“沉浸感”有著一種近乎偏執的追求。從小到大，我沉迷於電影中的環繞聲效，迷戀於音樂會現場的立體音場，總覺得聲音不僅僅是耳朵聽到的信息，更是能夠包裹、塑造我們空間感知的一種力量。而“雙耳綫索”恰恰是構建這種沉浸感的關鍵。然而，在移動設備日益普及的今天，我們卻常常被限製在有限的聽覺體驗中。這本書以“BF”為起點，深入研究“基於雙耳綫索的移動音頻編碼”，這讓我看到瞭突破這一限製的希望。我希望能在這本書中，不僅僅看到技術層麵的描述，更能感受到作者對於聲音藝術和用戶體驗的深刻理解。我期待它能夠解答我心中長久以來的疑問：如何讓小小的手機、平闆電腦，也能播放齣令人身臨其境的音頻？它是否能為我打開一扇通往更廣闊聽覺世界的大門，讓我重新審視和體驗聲音的無限可能。

評分☆☆☆☆☆

吸引我拿起這本書的，還有其“陳水仙”這位作者的名字，以及“武漢大學齣版社”的背書。武漢大學作為國內頂尖的理工科院校，其齣版社齣版的學術著作，往往具有較高的學術水準和嚴謹的研究方法。這讓我相信，這本書不僅僅是停留在概念層麵，而是有紮實的理論基礎和深入的實驗驗證。我個人對科學研究的嚴謹性非常看重，尤其是在技術前沿領域，缺乏深入的理論支撐很容易導緻研究的空泛和脫離實際。這本書的作者，想必在雙耳綫索和音頻編碼領域有著深厚的積纍和獨到的見解。我希望能夠在這本書中，看到清晰的研究脈絡，瞭解到作者是如何從理論齣發，一步步構建起他的編碼模型，又是如何通過實驗來驗證其有效性的。這種從基礎到實踐的完整研究過程，對於我理解這項技術是如何從無到有，是如何解決實際問題，具有非常重要的啓示意義。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對音頻技術充滿好奇心的普通讀者，我之所以對這本書産生濃厚興趣，源於其“移動音頻編碼”這個方嚮。我們生活的時代，移動設備已經成為信息獲取和娛樂消費的主要載體，而音頻作為一種重要的信息傳播和情感連接方式，其在移動端的錶現尤為關鍵。過去，我們或許習慣瞭手機外放的單薄聲音，或者是有綫耳機傳來的相對平淡的音質。但隨著技術的發展，我們越來越渴望在通勤路上、運動過程中，甚至是居傢休息時，都能享受到媲美專業音響係統的聽覺盛宴。而“移動音頻編碼”正是實現這一目標的關鍵環節。這本書以“BF”為前綴，似乎暗示著一種特定的編碼方法或框架，這讓我很好奇它究竟是何種技術創新。它能否在保持較低碼率的同時，顯著提升移動音頻的音質和空間感？它又將如何解決移動設備在處理復雜音頻信息時麵臨的計算和功耗瓶頸？我對這些問題的答案充滿期待，希望能在這本書中找到清晰的解答，並對移動音頻技術的未來發展有一個更直觀的認識。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的期待，很大程度上源於其“雙耳綫索”這一核心概念。我一直覺得，人類最自然的聽覺體驗，就是我們用兩隻耳朵感知世界的方式。從聲音的到達時間差（ITD）到強度差（ILD），再到頭部相關傳遞函數（HRTF）所帶來的復雜頭部效應，這些“雙耳綫索”共同構建瞭我們對聲音方嚮、距離甚至情感的判斷。然而，在傳統的音頻編碼中，往往更側重於保留聲音的細節和保真度，而對空間信息的傳遞和還原卻相對不足。特彆是對於移動音頻，受限於設備性能、帶寬和功耗，實現高質量的空間音頻編碼更是難上加難。這本書的書名精準地抓住瞭這一痛點，並提齣“基於雙耳綫索”的解決方案，這讓我感到非常興奮。我希望這本書能夠詳細闡述如何利用雙耳綫索來優化音頻編碼的效率，如何在壓縮過程中盡可能多地保留甚至增強聲音的空間感，以及在解碼端如何有效地重現這些空間信息，從而在智能手機、耳機等移動設備上帶來更具沉浸感的聽覺體驗。這不僅僅是技術上的革新，更是對我們如何感知和享受聲音的一種重新定義。