數(shù)字音頻技術(shù)在公共廣播中的應(yīng)用

  聲音是人類接受信息的重要媒體，作為傳遞信息的一種方式，聲音廣播占有重要位置。目前的聲音廣播有兩種：調(diào)幅廣播和調(diào)頻廣播。從聽眾對(duì)廣播的期望來看，這兩種廣播方式有以下的不足：

  1.聲音質(zhì)量不滿足要求。

  隨著生活質(zhì)量的不斷提高，人們希望廣播的聲音質(zhì)量能達(dá)到CD的水平，而目前的聲音廣播質(zhì)量在頻帶寬度、動(dòng)態(tài)范圍和干擾電平等方面都達(dá)不到這樣的要求。

  2.廣播業(yè)務(wù)單一。

  隨著對(duì)各種信息的需要，人們期望通過廣播接受數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，盡管目前調(diào)頻廣播中可以傳送數(shù)據(jù)(無線數(shù)據(jù)廣播RDS)，但它傳送數(shù)據(jù)的容量和質(zhì)量不能滿足要求。

  3.接收質(zhì)量不能保證，特別是在移動(dòng)接收的情況。

  為了克服這些缺點(diǎn)，大幅度地提高聲音廣播的聲音質(zhì)量、接收質(zhì)量和增加數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，只能是廣播系統(tǒng)的數(shù)字化，即需要大力發(fā)展數(shù)字音頻技術(shù)在廣播中的應(yīng)用。

  系統(tǒng)的基本組成和關(guān)鍵技術(shù)

  它與數(shù)字通信系統(tǒng)的組成非常相似，也可以說，數(shù)字音頻廣播是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信系統(tǒng)。

  數(shù)字音頻廣播的關(guān)鍵技術(shù)主要有三個(gè)方面，數(shù)字音頻信號(hào)的壓縮編碼，高速數(shù)據(jù)信號(hào)的無線傳輸和組網(wǎng)技術(shù)。

  1.數(shù)字音頻信號(hào)的壓縮編碼

  將音頻信號(hào)用線性PCM進(jìn)行數(shù)字化后，其碼率約為700kbit/S。例如CD的抽樣率為44.1kHz，每抽樣用16bit字長表示，其碼率為705.6kbit/S，一路立體聲信號(hào)的碼率達(dá)到1411.2kbit/S。這樣高的碼率在傳輸時(shí)需要很寬的頻帶，在存儲(chǔ)時(shí)需要很大的存儲(chǔ)容量，這將大大限制數(shù)字化音頻的應(yīng)用，也很難實(shí)現(xiàn)數(shù)字音頻廣播。為了解決這個(gè)問題，需要采用壓縮編碼技術(shù)，在基本保證接近CD音質(zhì)的情況下，有效地降低碼率。

  應(yīng)用在數(shù)字廣播(包括數(shù)字電視和數(shù)字音頻廣播)中的音頻壓縮編碼技術(shù)有多種，它們都是基于人耳感覺特性來實(shí)現(xiàn)降低碼率的目的。在這些編碼方案中，利用了人耳的頻率、時(shí)間遮蔽效應(yīng)和對(duì)聲音的定位特性。頻率遮蔽效應(yīng)是當(dāng)頻率接近、強(qiáng)度有明顯區(qū)別的兩個(gè)信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，人耳只能感覺強(qiáng)度高的信號(hào)，而強(qiáng)度低的信號(hào)將被遮蔽;時(shí)間遮蔽效應(yīng)是當(dāng)一個(gè)強(qiáng)度比較弱的信號(hào)出現(xiàn)在強(qiáng)度比它強(qiáng)的信號(hào)之前或之后的一個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)時(shí)，比較弱的信號(hào)將被遮蔽，顯然被遮敝的信號(hào)不需要傳送，從而降低了碼率；人耳對(duì)聲源定位時(shí)，對(duì)低頻信號(hào)方向性不敏感，對(duì)高頻信號(hào)的方向主要是從對(duì)包絡(luò)的感覺判斷，這些特性被用于降低立體聲編碼的碼率。當(dāng)然，這樣處理損失了原始音頻信號(hào)中的一部分，但因?yàn)檫@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(zhì)量，從而既保證了音質(zhì)，又降低了碼率。應(yīng)用在數(shù)字音頻廣播中的壓縮編碼方案主要有MPEG-1/2中的LayerⅡ、、和MPEGAAC等，使一路立體聲的碼率降低到192-96kbit/S，并且有可能繼續(xù)降低，大大減少了對(duì)傳輸帶寬和存儲(chǔ)容量的要求，應(yīng)該說壓縮編碼技術(shù)的發(fā)展是數(shù)字音頻廣播得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

  2.高速數(shù)據(jù)信號(hào)的無線傳輸

  聲音廣播可以通過有線信道和無線信道傳輸，但主要是通過電磁波在空間的傳播將信號(hào)傳送給接收機(jī)，而空間信道的傳播特性遠(yuǎn)不如電纜、光纖、衛(wèi)星信道穩(wěn)定，特別是在城市環(huán)境中和移動(dòng)接收情況下，由于多徑傳播所形成的頻率選擇性衰落和延時(shí)擴(kuò)展，以及建筑物遮擋所形成的陰影效應(yīng)，使接收質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，而廣播系統(tǒng)經(jīng)常工作在這樣的環(huán)境中。為保證廣播質(zhì)量，必須提高在城市環(huán)境中和移動(dòng)接收情況中信號(hào)的傳輸質(zhì)量，數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)中的信道編碼和調(diào)制部分的設(shè)計(jì)主要是解決這方面的問題。目前多數(shù)數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)采用糾錯(cuò)編碼、正交頻分復(fù)用(OFDM)和時(shí)間、頻率交織的組合，OFDM是一種高頻譜利用率的頻分復(fù)用技術(shù)，它將高速串行數(shù)據(jù)變換成多路并行數(shù)據(jù)傳輸，有利于抗頻率選擇性衰落和延時(shí)擴(kuò)展，并且它可以用IFFT和FFT實(shí)現(xiàn)，使發(fā)送和接收設(shè)備簡(jiǎn)化。實(shí)驗(yàn)表明，所采用的傳輸系統(tǒng)可以滿足在移動(dòng)、便攜和固定工作條件下對(duì)廣播節(jié)目的可靠傳輸。

  3.組網(wǎng)技術(shù)

  隨著廣播事業(yè)的發(fā)展，頻率資源日益緊張，在發(fā)展數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)時(shí)必須考慮節(jié)省頻率資源和不與己經(jīng)工作的廣播電臺(tái)產(chǎn)生矛盾。目前提出的廣播系統(tǒng)中，主要采用兩種方法：一種是單頻組網(wǎng)，即整個(gè)廣播網(wǎng)絡(luò)使用相同的載波頻率，多路節(jié)目載荷在該載波上，而不需要不同的覆蓋區(qū)域分配不同的載波頻率，從而節(jié)省了頻率資源，Eureka-l47數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)是這種方案的代表;另外一種方法是與當(dāng)前正在使用的廣播電臺(tái)使用相同載波頗率，依靠頻率分隔和調(diào)制方式的不同，同時(shí)廣播模擬和數(shù)字兩種節(jié)目，美國的IBOC數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)是這種方案的代表。

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