數字音頻技術在公共廣播中的應用
2019/5/15 11:50:21
聲音是人類接受信息的重要媒體，作爲傳遞信息的一種(zhǒng)方式，聲音廣播占有重要位置。目前的聲音廣播有兩(liǎng)種(zhǒng):調幅廣播和調頻廣播。從聽衆對(duì)廣播的期望來看，這(zhè)兩(liǎng)種(zhǒng)廣播方式有以下的不足:
1.聲音質量不滿足要求。
随著(zhe)生活質量的不斷提高，人們希望廣播的聲音質量能(néng)達到CD的水平，而目前的聲音廣播質量在頻帶寬度、動态範圍和幹擾電平等方面(miàn)都(dōu)達不到這(zhè)樣(yàng)的要求。
2.廣播業務單一。
随著(zhe)對(duì)各種(zhǒng)信息的需要，人們期望通過(guò)廣播接受數據業務，盡管目前調頻廣播中可以傳送數據(無線數據廣播RDS)，但它傳送數據的容量和質量不能(néng)滿足要求。
3.接收質量不能(néng)保證，特别是在移動接收的情況。
爲了克服這(zhè)些缺點，大幅度地提高聲音廣播的聲音質量、接收質量和增加數據業務，隻能(néng)是廣播系統的數字化，即需要大力發(fā)展數字音頻技術在廣播中的應用。
系統的基本組成(chéng)和關鍵技術
它與數字通信系統的組成(chéng)非常相似，也可以說(shuō)，數字音頻廣播是一點對(duì)多點的數字通信系統。
數字音頻廣播的關鍵技術主要有三個方面(miàn)，數字音頻信号的壓縮編碼，高速數據信号的無線傳輸和組網技術。
1.數字音頻信号的壓縮編碼
將(jiāng)音頻信号用線性PCM進(jìn)行數字化後(hòu)，其碼率約爲700kbit/S。例如CD的抽樣(yàng)率爲44.1kHz，每抽樣(yàng)用16bit字長(cháng)表示，其碼率爲705.6kbit/S，一路立體聲信号的碼率達到1411.2kbit/S。這(zhè)樣(yàng)高的碼率在傳輸時(shí)需要很寬的頻帶，在存儲時(shí)需要很大的存儲容量，這(zhè)將(jiāng)大大限制數字化音頻的應用，也很難實現數字音頻廣播。爲了解決這(zhè)個問題，需要采用壓縮編碼技術，在基本保證接近CD音質的情況下，有效地降低碼率。
應用在數字廣播(包括數字電視和數字音頻廣播)中的音頻壓縮編碼技術有多種(zhǒng)，它們都(dōu)是基于人耳感覺特性來實現降低碼率的目的。在這(zhè)些編碼方案中，利用了人耳的頻率、時(shí)間遮蔽效應和對(duì)聲音的定位特性。頻率遮蔽效應是當頻率接近、強度有明顯區别的兩(liǎng)個信号同時(shí)出現時(shí)，人耳隻能(néng)感覺強度高的信号，而強度低的信号將(jiāng)被(bèi)遮蔽;時(shí)間遮蔽效應是當一個強度比較弱的信号出現在強度比它強的信号之前或之後(hòu)的一個時(shí)間區間内時(shí)，比較弱的信号將(jiāng)被(bèi)遮蔽，顯然被(bèi)遮敝的信号不需要傳送，從而降低了碼率；人耳對(duì)聲源定位時(shí)，對(duì)低頻信号方向(xiàng)性不敏感，對(duì)高頻信号的方向(xiàng)主要是從對(duì)包絡的感覺判斷，這(zhè)些特性被(bèi)用于降低立體聲編碼的碼率。當然，這(zhè)樣(yàng)處理損失了原始音頻信号中的一部分，但因爲這(zhè)部分是感覺不到的或者是很不敏感的，因此它基本上不會(huì)影響聲音的質量，從而既保證了音質，又降低了碼率。應用在數字音頻廣播中的壓縮編碼方案主要有MPEG-1/2中的LayerⅡ、、和MPEG AAC等，使一路立體聲的碼率降低到192-96kbit/S，并且有可能(néng)繼續降低，大大減少了對(duì)傳輸帶寬和存儲容量的要求，應該說(shuō)壓縮編碼技術的發(fā)展是數字音頻廣播得以實現的基礎。
2.高速數據信号的無線傳輸
聲音廣播可以通過(guò)有線信道(dào)和無線信道(dào)傳輸，但主要是通過(guò)電磁波在空間的傳播將(jiāng)信号傳送給接收機，而空間信道(dào)的傳播特性遠不如電纜、光纖、衛星信道(dào)穩定，特别是在城市環境中和移動接收情況下，由于多徑傳播所形成(chéng)的頻率選擇性衰落和延時(shí)擴展，以及建築物遮擋所形成(chéng)的陰影效應，使接收質量受到嚴重影響，而廣播系統經(jīng)常工作在這(zhè)樣(yàng)的環境中。爲保證廣播質量，必須提高在城市環境中和移動接收情況中信号的傳輸質量，數字音頻廣播系統中的信道(dào)編碼和調制部分的設計主要是解決這(zhè)方面(miàn)的問題。目前多數數字音頻廣播系統采用糾錯編碼、正交頻分複用(OFDM)和時(shí)間、頻率交織的組合，OFDM是一種(zhǒng)高頻譜利用率的頻分複用技術，它將(jiāng)高速串行數據變換成(chéng)多路并行數據傳輸，有利于抗頻率選擇性衰落和延時(shí)擴展，并且它可以用IFFT和FFT實現，使發(fā)送和接收設備簡化。實驗表明，所采用的傳輸系統可以滿足在移動、便攜和固定工作條件下對(duì)廣播節目的可靠傳輸。
3.組網技術
随著(zhe)廣播事(shì)業的發(fā)展，頻率資源日益緊張，在發(fā)展數字音頻廣播系統時(shí)必須考慮節省頻率資源和不與己經(jīng)工作的廣播電台産生矛盾。目前提出的廣播系統中，主要采用兩(liǎng)種(zhǒng)方法:一種(zhǒng)是單頻組網，即整個廣播網絡使用相同的載波頻率，多路節目載荷在該載波上，而不需要不同的覆蓋區域分配不同的載波頻率，從而節省了頻率資源，Eureka-l47數字音頻廣播系統是這(zhè)種(zhǒng)方案的代表;另外一種(zhǒng)方法是與當前正在使用的廣播電台使用相同載波頗率，依靠頻率分隔和調制方式的不同，同時(shí)廣播模拟和數字兩(liǎng)種(zhǒng)節目，美國(guó)的KDSPA數字音頻廣播系統是這(zhè)種(zhǒng)方案的代表。
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