基於雙耳綫索的移動音頻編碼研究 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳水仙 著

圖書標籤:

• 雙耳音頻
• 空間音頻
• 移動編碼
• 音頻編碼
• 聲學
• 信號處理
• 虛擬現實
• 人機交互
• 感知計算
• 音頻技術

店鋪： 墨林閣圖書專營店

齣版社： 武漢大學齣版社

ISBN：9787307123182

商品編碼：29742337786

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

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：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

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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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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《感知聲學導航：空間音頻信息融閤與編碼的新範式》 概述 本書深入探討瞭人類感知聲學信息、尤其是在三維空間中對聲音方嚮、距離和環境的辨識機製，並在此基礎上，提齣瞭一種全新的移動音頻編碼範式——感知聲學導航。這一範式超越瞭傳統音頻編碼器對原始聲學信號的忠實還原，轉而將重點放在瞭如何高效、準確地傳遞與人類聽覺感知係統深度關聯的空間聲學信息。通過模擬人耳的雙耳聽覺機製，並融閤多模態的聲學綫索，本書旨在構建一種能夠讓接收端設備（如智能手機、VR/AR頭顯、智能耳機等）在迴放時，最大程度地喚起聽者對原始聲源空間位置和聲學環境的沉浸式感知。 第一部分：感知聲學基礎 第一章：人類雙耳聽覺的奧秘 1.1 聽覺係統的三維感知能力： 詳細解析人耳在水平麵和垂直麵定位聲音的生理基礎，包括內耳的毛細胞如何將聲波轉化為神經信號。 1.2 雙耳信號的差異： 1.2.1 interaural Time Difference (ITD) - 聽時差： 闡述ITD在聲音水平麵定位中的關鍵作用，包括其與聲源方位角的數學關係，以及在不同頻率下的生理響應差異（低頻為主，高頻受限）。探討ITD在大腦中的神經處理通路。 1.2.2 Interaural Level Difference (ILD) - 聽強差： 分析ILD在聲音水平麵定位中的補充作用，尤其在高頻段，解釋頭影效應（Head Shadow Effect）如何産生ILD，以及ILD與聲源方位的量化關係。 1.2.3 Head-Related Transfer Function (HRTF) - 頭部相關傳遞函數： 深入介紹HRTF作為描述聲音從聲源到達雙耳過程中，頭部、耳廓等身體結構對聲波頻譜和振幅的影響。詳細解析HRTF的幅度譜和相位譜信息如何編碼垂直方嚮的聲音定位綫索（如高度、前後）。探討HRTF的個體差異性以及對空間音頻感知的影響。 1.3 聲源距離的感知： 1.3.1 絕對距離感知綫索： 分析聲音響度衰減（Inverse Square Law）、頻譜變化（高頻成分的衰減）、以及對熟悉聲源的先驗知識在距離判斷中的作用。 1.3.2 相對距離感知綫索： 討論聲音反射（混響）的豐富度和時間衰減特性，以及它們如何幫助聽者判斷聲音在空間中的遠近。 1.4 聲學環境的感知： 1.4.1 混響（Reverberation）的構成： 詳細分解混響的早期反射（Early Reflections）和晚期混響（Late Reverberation）部分，以及它們各自對空間感、房間大小和材料特性的指示作用。 1.4.2 混響參數的感知： 分析混響時間（RT60）、早期反射能量、擴散度等參數如何被聽覺係統解讀，進而形成對聲學環境的感知。 1.5 聽覺場景分析（Auditory Scene Analysis - ASA）： 介紹 Bregman 提齣的 ASA 理論，以及大腦如何通過分組（Grouping）、分離（Separation）和溯源（Source Segregation）等機製，從復雜的混閤聲場中識彆齣獨立的聲源及其空間信息。 第二章：現代空間音頻技術迴顧與挑戰 2.1 傳統音頻編碼器（PCM, MP3, AAC, Opus等）： 簡述其核心技術，即基於信號保真度的壓縮原理，以及它們在空間音頻處理上的局限性。 2.2 早期空間音頻技術（立體聲、環繞聲）： 分析其編碼方式（如Dolby Digital, DTS）和播放限製，以及它們在構建沉浸式聽覺體驗方麵的不足。 2.3 對象式音頻（Object-Based Audio）： 介紹其概念，將聲音內容視為可獨立控製的對象（如對話、音樂、特效），並為每個對象附加空間元數據（如三維坐標、指嚮性），允許播放端根據自身揚聲器布局動態渲染。 2.4 基於HRTF的空間化（HRTF-based Spatialization）： 闡述如何通過預先采集或仿真HRTF，在信號處理層麵模擬聲源的空間位置。分析其優缺點，例如高度依賴HRTF的準確性、以及如何處理動態運動。 2.5 虛擬現實/增強現實（VR/AR）中的空間音頻： 探討VR/AR設備對空間音頻提齣的更高要求，包括低延遲、高精度定位、以及對動態頭部運動的實時響應。 2.6 當前技術瓶頸： 2.6.1 編碼效率與感知質量的權衡： 現有技術在保證空間感知質量的同時，往往需要較高的比特率。 2.6.2 個體差異與普適性： HRTF的高度個體化特性使得通用的HRTF難以滿足所有用戶的感知需求。 2.6.3 動態場景的實時處理： 復雜、動態的聲學環境以及快速變化的聲源位置，對實時編碼和渲染的計算能力提齣挑戰。 2.6.4 移動設備的限製： 移動設備在計算能力、功耗和存儲空間上的限製，對復雜空間音頻算法的部署構成阻礙。 第二部分：感知聲學導航編碼範式 第三章：核心原理：以感知為導嚮的特徵提取 3.1 解構聲學場景： 3.1.1 聲源特徵分解： 提齣一種新的聲源特徵提取方法，不僅包括傳統的時域、頻域信息，更側重於提取與空間感知相關的關鍵特徵。例如，從原始音頻信號中分離齣與ITD、ILD、HRTF幅度譜和相位譜相關的統計量和模式。 3.1.2 聲學環境特徵提取： 針對混響特性，提齣一種基於感知參數的特徵提取方法。不再僅僅關注RT60等宏觀參數，而是提取早期反射的時空分布、擴散度等更精細的描述符，以及它們如何影響聲源的感知。 3.2 雙耳綫索的顯式編碼： 3.2.1 ITD/ILD參數化模型： 基於聽覺生理學模型，提齣一種能夠高效參數化ITD和ILD的編碼方案。通過少量參數即可描述聲源在水平麵上的相對位置，並能適應動態變化。 3.2.2 HRTF特徵的緊湊錶示： 針對HRTF的復雜性，研究如何提取其關鍵感知特徵，並采用低比特率的編碼方式進行錶示。例如，利用主成分分析（PCA）、或基於神經網絡的低維特徵映射，將HRTF的頻譜和相位信息進行壓縮，同時保留對垂直方嚮定位至關重要的信息。 3.3 融閤多模態聲學綫索： 3.3.1 協同增效： 探討如何將ITD、ILD、HRTF特徵、以及聲學環境特徵進行融閤，實現信息協同增效。例如，當ITD/ILD信息模糊時，HRTF特徵可以提供更準確的垂直定位信息；反之亦然。 3.3.2 魯棒性提升： 分析融閤後的特徵如何提高對噪聲、混響和其他聲學乾擾的魯棒性，使得在復雜環境中也能保持良好的空間感知。 3.4 感知模型驅動的特徵選擇： 深入研究不同頻段、不同聲學條件下，哪些雙耳綫索對空間感知貢獻最大，並據此優化特徵提取和編碼的優先級，實現計算資源的有效分配。 第四章：感知聲學導航編碼器設計 4.1 編碼框架： 4.1.1 模塊化設計： 提齣一種分層、模塊化的編碼器架構。頂層負責全局聲學場景的分析，底層負責具體聲源的特徵提取和編碼。 4.1.2 動態適應性： 編碼器能夠根據輸入音頻信號的動態特性（如聲源運動、環境變化），實時調整特徵提取和編碼策略，保證編碼效率和感知質量的動態平衡。 4.2 特徵編碼與壓縮： 4.2.1 參數化編碼： 對於ITD、ILD等參數化特徵，采用低比特率的編碼方式，如矢量量化（VQ）、霍夫曼編碼（Huffman Coding）或算術編碼（Arithmetic Coding）。 4.2.2 變換域編碼： 對於HRTF頻譜特徵，可采用類似於DCT（離散餘弦變換）或MDCT（改進離散餘弦變換）的變換，並在變換域進行量化和熵編碼。 4.2.3 預測編碼： 利用相鄰幀或相鄰聲源之間的相關性，引入預測編碼技術，減少冗餘信息，提高編碼效率。 4.3 環境信息編碼： 4.3.1 聲學環境參數編碼： 針對混響特性，提齣一種高效的環境參數編碼方法，例如，使用少量參數描述混響的早期反射包絡和晚期混響的衰減率、擴散度等。 4.3.2 動態環境更新： 編碼器可以周期性地更新環境信息，或者根據聲源的運動來推斷環境的變化，並將這些信息打包發送給解碼器。 4.4 元數據生成與集成： 4.4.1 空間元數據： 除瞭音頻信號本身，編碼器還會生成包含空間定位信息（如聲源方嚮、距離）、以及聲學環境參數的元數據。 4.4.2 統一封裝： 提齣一種靈活的元數據封裝格式，能夠兼容現有的音頻容器（如MP4, MKV），並支持未來的擴展。 第五章：感知聲學導航解碼器與渲染 5.1 解碼流程： 5.1.1 元數據解析： 解碼器首先解析接收到的空間元數據和音頻數據。 5.1.2 特徵重構： 根據編碼的參數和特徵，在接收端重構齣ITD、ILD、HRTF以及環境信息。 5.1.3 聲源閤成與空間化： 5.1.3.1 基於參數的空間化： 利用重構齣的ITD、ILD參數，對音頻信號進行左右耳信號的增益和延時調整，模擬聲源的水平方嚮。 5.1.3.2 基於HRTF的再渲染： 利用重構齣的HRTF特徵，對原始單聲道或雙聲道信號進行濾波，模擬聲源的垂直方嚮和更精細的空間位置。 5.1.3.3 環境仿真： 利用重構齣的聲學環境參數，對空間化後的聲源信號進行混響處理，模擬其在特定環境中的傳播效果。 5.2 動態渲染與個性化： 5.2.1 實時頭部追蹤集成： 解碼器與頭部追蹤係統（如IMU、攝像頭）集成，根據用戶頭部的實時姿態，動態調整空間化和渲染過程，實現聲源位置與頭部運動的同步。 5.2.2 個體化HRTF庫： 探討如何建立一個可擴展的個體化HRTF數據庫。用戶可以通過簡單的校準（如聽聲辨位、或使用自適應算法）生成符閤自身耳部結構的HRTF，並將其應用於解碼渲染，極大提升感知準確性。 5.2.3 適應性播放設備： 解碼器能夠根據不同的播放設備（耳機、揚聲器陣列）和揚聲器布局，智能地調整渲染策略，提供最優的空間音頻體驗。 5.3 感知質量評估： 5.3.1 客觀與主觀評估方法： 介紹評估空間音頻感知質量的客觀指標（如空間定位準確度、沉浸感得分）和主觀聽音測試方法（如MUSHRA測試）。 5.3.2 針對感知聲學導航的評估： 設計專門的評估方案，用於衡量感知聲學導航編碼器在不同信噪比、混響度、聲源動態變化等場景下的錶現，以及在個體化HRTF應用後的效果。 第三部分：應用與展望 第六章：感知聲學導航的應用前景 6.1 移動設備與可穿戴設備： 為智能手機、智能手錶、無綫耳機等設備提供更具沉浸感和方嚮感的音頻體驗，應用於導航提示、遊戲、音樂欣賞等。 6.2 虛擬現實與增強現實： 極大地增強VR/AR內容的真實感和臨場感，使虛擬聲景與現實環境的融閤更加自然。 6.3 遠程通信與協作： 在視頻會議、多人在綫遊戲中，提供更精準的聲源定位，幫助用戶快速判斷語音信息來源，提升溝通效率。 6.4 聽覺輔助與無障礙設計： 為聽力障礙人士提供更直觀的聲音方嚮信息，改善其對周圍環境的感知能力。 6.5 智能傢居與環境感知： 利用空間音頻技術，提升智能音箱、智能傢居設備的交互體驗，使設備的聲音提示更加自然、易於定位。 第七章：未來研究方嚮與挑戰 7.1 更高效、更魯棒的特徵提取與編碼算法： 持續研究如何進一步降低編碼比特率，同時提升在極端聲學條件下的魯棒性。 7.2 普適性與個體化的平衡： 探索更先進的個體化HRTF建模技術，並開發能夠從少量數據中快速自適應生成HRTF的算法。 7.3 AI驅動的聲學場景理解與渲染： 利用深度學習技術，實現對復雜聲學場景的更深層次理解，並驅動更智能、更逼真的音頻渲染。 7.4 低延遲、低功耗的實時處理： 針對移動端和嵌入式設備的資源限製，開發高效的硬件加速和軟件優化方案。 7.5 標準化與互操作性： 推動感知聲學導航技術成為行業標準，促進不同設備和平颱之間的互聯互通。 7.6 感知聲學導航與視覺信息的融閤： 探討如何將空間音頻信息與視覺信息進行多模態融閤，創造更全麵、更具沉浸感的交互體驗。 結論 《感知聲學導航：空間音頻信息融閤與編碼的新範式》一書，不僅是對現有空間音頻技術的理論梳理和技術迴顧，更重要的是，它提齣瞭一種全新的、以人為本的音頻編碼理念。通過深入挖掘人耳感知聲學信息的內在規律，並將其轉化為編碼器設計的核心驅動力，本書為未來移動音頻編碼的發展指明瞭一個極具潛力的方嚮。本書的理論創新與實踐探索，有望為我們帶來前所未有的沉浸式聽覺體驗，並深刻影響我們與數字世界的互動方式。

評分☆☆☆☆☆

這本書的參考文獻部分做得非常紮實，看得齣作者在資料搜集和梳理上花費瞭巨大的心血。翻閱書末的引用列錶，我能感受到作者在整個研究過程中所秉持的嚴謹求實的治學態度。它不僅僅羅列瞭現有的重要文獻，更重要的是，作者似乎在構建自己的理論框架時，能精準地指齣不同學派觀點之間的聯係與差異，從而確立瞭本書研究的獨特視角和價值所在。對於希望深入探究某一細分領域的研究人員來說，這套詳實的參考資料本身就是一份寶貴的導覽圖，指引著未來的研究方嚮和可以藉鑒的成熟方法。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本著作的過程中，我發現作者在邏輯構建上的功力令人嘆服。每一個章節的銜接都自然流暢，仿佛一條精心編織的絲帶，將看似分散的知識點完美地串聯起來，形成瞭一個完整而有機的知識體係。作者似乎對聽覺感知領域有著非常深刻的理解，能夠清晰地把握住核心的科學原理，並用一種層層遞進的方式進行闡述。初讀時可能會覺得某些概念有些抽象，但隨著閱讀的深入，作者總能及時地提供恰當的比喻或實例，幫助讀者搭建起理解的階梯。這種循序漸進的敘事方式，極大地降低瞭專業知識的學習門檻，讓即便是初涉該領域的讀者也能逐步掌握其精髓。

評分☆☆☆☆☆

從整體的學術貢獻來看，這本書無疑為該研究領域注入瞭新的活力。作者不僅對現有理論進行瞭係統化的梳理和整閤，更在關鍵的理論模型和實驗驗證部分展現瞭具有原創性的見解。閱讀完此書，我清晰地感受到自己對相關技術棧的認識得到瞭顯著的提升和深化，不再是零散的知識點堆砌，而是形成瞭一套結構化、可應用的知識體係。對於任何一位緻力於在該領域進行前沿探索的專業人士而言，這本書都應該被視為案頭必備的參考讀物，它提供瞭一個可靠的基石，足以支撐起更高階的創新與突破。

評分☆☆☆☆☆

我特彆欣賞作者在行文風格上展現齣的那種沉穩而富有洞察力的筆觸。行文用詞精準，沒有絲毫的冗餘或故作高深的晦澀錶達，所有的論述都建立在堅實的數學基礎和實驗驗證之上。它不像某些技術書籍那樣冷冰冰地羅列公式和結果，而是巧妙地融入瞭一種對“人”的關注，即技術最終是為瞭服務於人類的感官體驗。這種將硬核技術與人文關懷相結閤的敘事角度，讓閱讀過程充滿瞭啓發性，促使讀者不僅思考“如何實現”，更會深思“為何如此設計”。這種深層次的思辨，遠超齣一本純粹技術手冊的範疇。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和設計給我留下瞭非常深刻的印象，封麵設計大膽而富有現代感，色彩的搭配和圖案的運用都透露齣一種嚴謹又不失創新的學術氣息。紙張的質感也相當好，閱讀起來非常舒適，即使長時間翻閱，手指也不會感到疲憊。排版布局清晰明瞭，字體選擇恰到好處，使得大段的文字內容不至於顯得擁擠，而是有一種呼吸感。特彆值得一提的是，書中引用的圖錶和示意圖，製作得極為精美和精確，綫條流暢，色彩層次分明，對於理解復雜的理論概念起到瞭關鍵的輔助作用。整體而言，這是一本在視覺體驗上達到瞭很高水準的學術專著，讓人在獲取知識的同時，也享受到瞭閱讀的愉悅。