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立体声编码器（Stereophonic Coder）的核心功能是将独立的左声道（L）和右声道（R）信号转换为可高效传输或存储的复合信号，同时保留空间声场信息。其设计基础源于人类听觉系统的双耳定位机制——大脑通过两耳接收声波的时间差（ITD）、强度差（ILD）和相位差（IPD）判断声源方位。例如，左侧声源到达左耳的时间比右耳早0.6ms，声压级高6-12dB，这种差异被编码器量化为空间参数（ILD、ITD、IPD），与音频内容共同封装为立体声复合信号。现代编码器还需解决声道间冗余问题，研究发现左右声道在低频段相关性常达90%以上，高频段因声波散射相关性降至40%-70%，这直接影响了编码策略的选择。
根据空间信息处理方式，立体声编码技术可分为三类，各具独特的物理模型与适用场景：
通过矩阵运算生成和信号（Mid = L + R）与差信号（Side = L - R）。和信号承载单声道兼容内容，差信号记录声道差异。当左右声道相关性＞0.8时，差信号能量显著低于和信号，数据压缩率可提升30%以上。此技术广泛用于CD母带制作（如FLAC无损压缩），但声道独立性强的场景（如古典乐现场录音）易导致差信号动态范围过大，反而增加码率。
基于人耳对＞2kHz高频声波相位不敏感的特性，仅保留单声道信号的高频频谱，辅以声道能量比参数ILD。解码时通过ILD控制左右声道增益重建声像。IS可将高频数据量减少50%，但低频应用会引发声像漂移与梳状滤波失真，故仅限MP3等有损编码的高频段使用。
将立体声信号降维为单声道下混信号（Downmix）和空间参数包（ILD、ITD、IPD、IC）。空间参数以极低码率（0.8-2 kbps）描述声场特征，实现10：1高压缩比。例如AAC+标准中，PS技术使64kbps立体声码率接近128kbps传统编码音质，成为移动流媒体的主流方案。
| 类型 | 码率效率 | 适用场景 | 空间还原度 |
|---|---|---|---|
| MS编码 | 中（依赖相关性） | 录音室母带、无损压缩 | 原始波形级 |
| IS编码 | 高（仅高频参数化） | MP3/网络流媒体 | 声像位置准确，音色单薄 |
| PS编码 | 极高（全频带参数化） | AAC+/AC4低码率传输 | 声场连续，细节稍逊 |
立体声编码器的物理实现依赖三类硬件接口协同：
数据传输接口：I2S协议负责传输原始PCM信号（采样率44.1-192kHz，位深16-24bit）；TDM协议支持多声道同步传输，适用于环绕声编码；PDM接口直接连接MEMS麦克风阵列，实现数字麦克风原生立体声采集。
控制接口：I²C总线配置编码器寄存器（如设置MS/PS模式、调整下混系数），SPI接口用于高速更新动态参数。
时钟同步：主时钟（MCLK）稳定度需达±1ppm，避免采样时钟漂移引发ITD参数失真。例如WM8978编解码器采用PLL锁相环技术，使MCLK抖动低于50ps，确保相位精度。
在信号处理流程中，音频帧（典型长度20ms）经带通滤波分割为32个子带，各子带独立计算ILD/IPD参数。ITD参数通过互相关函数获取，窗函数长度影响精度与延迟——5ms窗ITD误差≤10μs，但算法延迟增加15ms。
环境噪声与混响会导致空间参数跳变，引发解码端声像抖动。创新算法通过时域滤波与特征分析提升鲁棒性：
参数平滑技术：当前帧ILD与前帧差异＞6dB时，启用相关性检测。若频域相关系数＞0.7，则采用加权平均（α=0.2）；否则复用前帧参数避免突变。
抗混响机制：计算信号峰均比（PARR），若＞8dB（指示强直达声），优先采用当前帧ITD；若＜3dB（指示扩散声场），则切换至历史参数模式。
元数据封装：GY/T363标准定义分层元数据结构，节目层存储全局声场信息（如3D声像范围），对象层记录动态参数（如移动声源轨迹），通过CRC校验保障传输完整性。
不同场景需针对性选择编码策略：
广播传输：调频立体声广播采用导频制编码，将差信号调制到38kHz副载波，兼容单声道接收机。现代数字广播（如DAB+）改用PS编码，64kbps码率实现CD级听感。
音乐流媒体：Spotify的“极高音质”模式采用MS+PS混合编码，对主奏乐器保留波形精度（MS模式），背景声场参数化（PS模式），在96kbps码率下还原声像定位。
车载音响：基于驾驶座偏置特性，采用非对称编码：左声道量化位深24bit，右声道降至20bit，节省带宽同时保障驾驶员听音清晰度。
立体声编码技术正向智能化与沉浸式演进：
AI参数预测：神经网络通过训练数据学习声场映射规则，如输入单声道语音，输出ILD/ITD概率分布，减少实时计算量30%。
三维声扩展：元数据新增高度通道参数（如垂直ILD），支持Ambisonics B格式编码，实现耳机三维渲染。GY/T363标准已定义垂直声场角度的量化规则。
低功耗集成：WM8978等芯片集成DSP核与编码硬件，PS编码功耗降至12mW，适用于TWS耳机实时立体声传输。
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