淺析數(shù)字音頻技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域中的應(yīng)用

彭梓棋

（廣州廣晟數(shù)碼技術(shù)有限公司）

淺析數(shù)字音頻技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域中的應(yīng)用

彭梓棋

（廣州廣晟數(shù)碼技術(shù)有限公司）

對(duì)于信息時(shí)代來(lái)說(shuō)，數(shù)字技術(shù)是保證其發(fā)展的重要基礎(chǔ)，所有的信息技術(shù)都是依靠數(shù)字技術(shù)所生存和發(fā)展的。數(shù)字音頻技術(shù)在我國(guó)的廣播電視工程中應(yīng)用廣泛，其通過(guò)數(shù)字技術(shù)能夠?qū)σ纛l信號(hào)進(jìn)行有效控制，而且還能夠保證音頻質(zhì)量，提高廣播電視的節(jié)目質(zhì)量。對(duì)此，本文將對(duì)數(shù)字音頻技術(shù)的原理和具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)探究。

數(shù)字音頻技術(shù)；廣播電視領(lǐng)域；應(yīng)用

1 引言

在廣播電視行業(yè)，數(shù)字音頻技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，是提高節(jié)目質(zhì)量的關(guān)鍵，有利于降低各檔節(jié)目的故障發(fā)生率。因此，對(duì)數(shù)字音頻技術(shù)應(yīng)用理論和應(yīng)用方法進(jìn)行深入研究，有利于提高廣播電視數(shù)字化水平。

2 數(shù)字音頻技術(shù)原理

將模擬過(guò)程中所產(chǎn)生的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)需要實(shí)施模擬信號(hào)數(shù)字化過(guò)程，專(zhuān)業(yè)中被稱(chēng)為模/數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）。應(yīng)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程，在目前較為常見(jiàn)的是脈沖編碼調(diào)制（PCM）技術(shù)，它不僅能夠?qū)?shù)據(jù)壓縮而直接進(jìn)行量化傳輸，因此為了產(chǎn)生諸如數(shù)字音頻這樣的數(shù)字電信號(hào)，必須經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的三大階段：采樣—量化—編碼。

首先，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換應(yīng)該被視為是模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化到數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)，其中涵蓋了濾波、采樣保持與編碼三個(gè)過(guò)程，如圖1所示。

圖1 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)化的過(guò)程示意圖

2.1 采樣

采樣指的是將時(shí)間軸上的連續(xù)電信號(hào)每隔一段時(shí)間抽取一個(gè)信號(hào)幅度樣本，然后通過(guò)連續(xù)模擬量用單獨(dú)的離散點(diǎn)來(lái)表示，這一過(guò)程也被稱(chēng)為是時(shí)間離散上的脈沖序列。每一秒采樣的次數(shù)在該技術(shù)中都被稱(chēng)為采樣頻率，用fs來(lái)表示。在樣本之間的時(shí)間間隔則被稱(chēng)為取樣周期，用T表示，一般情況下，T=1/fs。比如，CD音頻的采樣頻率通常為44.1kHz，這一數(shù)字表示它每秒的采樣次數(shù)是44100次。另外，常用的采樣頻率還包括了 8kHz，37.8kHz，48kHz等。

2.2 量化

在采樣后要進(jìn)行量化，它是度量采樣后對(duì)離散信號(hào)幅度的處理過(guò)程。度量結(jié)果會(huì)用二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示，它的量化精度代表了度量時(shí)的分級(jí)多少。量化過(guò)程中會(huì)將采集到的數(shù)據(jù)全部送到A/D轉(zhuǎn)換器中并編碼為數(shù)字，其中，每個(gè)數(shù)字都代表了一次采樣所獲取的聲音信號(hào)瞬間值。在量化過(guò)程中，要將脈沖序列幅度劃分為各個(gè)層次的量化級(jí)，并把落入同一級(jí)的樣本值歸為一類(lèi)，逐一給出量化值。量化級(jí)別越多，量化的誤差也就越小，聲音質(zhì)量就越好。而在量化過(guò)程中，量化級(jí)所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位數(shù)被稱(chēng)為量化位數(shù)。量化位數(shù)是每個(gè)采樣點(diǎn)都可以表示的數(shù)據(jù)范圍，所以它也被稱(chēng)為采樣位數(shù)，可以理解量化位數(shù)的大小決定了模擬信號(hào)數(shù)字化后聲音的動(dòng)態(tài)范圍。

2.3 編碼

A/D數(shù)模轉(zhuǎn)化經(jīng)歷了編碼后，其電信號(hào)才會(huì)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。它通過(guò)一定格式將離散數(shù)字信號(hào)記錄下來(lái)，并在數(shù)據(jù)中配合同步及糾錯(cuò)功能來(lái)控制信號(hào)，最后轉(zhuǎn)化為數(shù)字編碼脈沖，這一過(guò)程就是編碼過(guò)程。編碼也有一定的格式標(biāo)準(zhǔn)，比如二進(jìn)制編碼，利用二進(jìn)制編碼所編制而成的脈沖串其頻率應(yīng)該與采樣頻率和量化比特?cái)?shù)乘積相等，所以其被稱(chēng)為傳輸數(shù)字信號(hào)的數(shù)碼率。采樣頻率越高，量比特率數(shù)就越大，數(shù)碼率也就越高，所需要的傳輸帶寬就越寬，故數(shù)碼率的計(jì)算公式應(yīng)該如下：

數(shù)碼率（bps）=量化位數(shù)（bit）×采樣頻率（Hz）×聲道數(shù)（bit/s）

3 數(shù)字化音頻技術(shù)在廣播電視工程當(dāng)中的主要優(yōu)勢(shì)

3.1 擴(kuò)展音頻軌道

在高新科技發(fā)展下，數(shù)字音頻技術(shù)在廣播電視中有三大主要應(yīng)用，包括錄制音頻、節(jié)目管理和數(shù)字音頻播出音頻。數(shù)字音頻技術(shù)的應(yīng)用使廣播電視音頻軌道得到有效地?cái)U(kuò)展，它可以大大提高音樂(lè)、語(yǔ)言類(lèi)節(jié)目的音質(zhì)，利用音頻軌道的先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行64軌硬盤(pán)錄音；而且針對(duì)在錄制中出現(xiàn)的偏差還可以通過(guò)補(bǔ)錄或搬軌進(jìn)行修補(bǔ)；同時(shí)，還可以進(jìn)行音頻擴(kuò)音軌道操作，有效提高電視音質(zhì)、畫(huà)面等廣播質(zhì)量，達(dá)到使用者對(duì)先進(jìn)技術(shù)使用的要求。

3.2 音頻剪輯精準(zhǔn)

數(shù)字音頻技術(shù)在廣播電視工程中具有精準(zhǔn)的音頻剪輯功能，可以在高解像度電腦屏幕下對(duì)數(shù)字音頻進(jìn)行精準(zhǔn)編輯，使用先進(jìn)的波形技術(shù)將待修整文件中的聲音顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。剪輯師可對(duì)其進(jìn)行便捷、有效的音頻剪輯，利用這種清晰的剪輯方式可有效提高音頻的精準(zhǔn)度，提高電視節(jié)目廣播中音頻播放效率，提升用戶(hù)使用的滿(mǎn)意度。

3.3 存儲(chǔ)信息

在廣播電視工程中應(yīng)用數(shù)字音頻技術(shù)比較先進(jìn)的一點(diǎn)就是其具備數(shù)字化技術(shù)，與傳統(tǒng)的音頻技術(shù)相比，具有高效的儲(chǔ)存信息功能；同時(shí)，還可以共享資源。這個(gè)技術(shù)特點(diǎn)和電腦數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的特點(diǎn)相同，可以為用戶(hù)提供音頻信息儲(chǔ)存功能，并在較短時(shí)間內(nèi)查找到要應(yīng)用的信息，有效實(shí)現(xiàn)了信息儲(chǔ)存的特點(diǎn)，同時(shí)推動(dòng)了廣播電視工程高新技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展。

3.4 廣播系統(tǒng)

數(shù)字音頻技術(shù)在廣播電視工程中的廣播系統(tǒng)上具有無(wú)線傳輸、壓縮編碼數(shù)字和運(yùn)用組網(wǎng)等功能，壓縮編碼技術(shù)可以利用人耳對(duì)音頻信號(hào)的接收能力科學(xué)優(yōu)化音頻碼率，改善人耳對(duì)較弱信號(hào)辨別較弱的不足，提高用戶(hù)對(duì)廣播音頻的辨識(shí)，從而有效改進(jìn)廣播電視工程中存在的不足。利用廣播系統(tǒng)技術(shù)可以提高廣播電視工程滿(mǎn)足用戶(hù)的優(yōu)質(zhì)效率，促使廣播電視的長(zhǎng)期穩(wěn)步發(fā)展。

4 數(shù)字音頻嵌入技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方式

如圖2所示，音頻嵌入技術(shù)的整體框架應(yīng)該包含四大部分：①基于HD-SDI技術(shù)的信號(hào)接收、標(biāo)志檢測(cè)與串并轉(zhuǎn)換；②AES串行數(shù)據(jù)接口，它實(shí)現(xiàn)了將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為AES格式；③對(duì)AES數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存；④將AES數(shù)據(jù)格式化并嵌入到視頻圖像數(shù)據(jù)包中。

圖2 音頻嵌入技術(shù)實(shí)現(xiàn)框架示意圖

在圖2中，音頻嵌入模塊是整個(gè)廣播電視數(shù)字音頻技術(shù)中最為核心的一部分，但實(shí)際上它的技術(shù)要求并不困難，只需要將模塊根據(jù)接受模塊所提供的視頻時(shí)序信息，比如EAV、行數(shù)等相互作用，就能為音頻數(shù)字信號(hào)找到嵌入位置并嵌入。在這一系列流程中，音頻嵌入模塊要與音頻緩沖區(qū)交互作用才能實(shí)現(xiàn)音頻嵌入目的，它將緩沖區(qū)中需要嵌入的音頻信息全部提取出來(lái)，這降低了音頻嵌入技術(shù)的工作量。

如圖3，在Audio_mux模塊中，時(shí)序信息找到了正確的嵌入位置，并根據(jù)所檢測(cè)到的EAV信息對(duì)音頻緩沖區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，看其是否己有輸出請(qǐng)求信號(hào)。如果存在，則需要返回一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，并根據(jù)接收音頻緩沖區(qū)中4個(gè)聲道的音頻信號(hào)進(jìn)行音頻信號(hào)解碼，將它們格式化為一個(gè)音頻數(shù)據(jù)包的響應(yīng)字節(jié)。待到嵌入時(shí)序出現(xiàn)后，就將這些字節(jié)以音頻信號(hào)數(shù)據(jù)包的順序再次嵌入到并行視頻中，完成音頻嵌入技術(shù)流程。

圖3 音頻數(shù)字信號(hào)包嵌入信號(hào)示意圖

5 數(shù)字音頻技術(shù)在廣播電視工程中的具體應(yīng)用

5.1 數(shù)字音頻技術(shù)在廣播數(shù)字調(diào)音臺(tái)中的應(yīng)用

在當(dāng)前的廣播電視工程發(fā)展中，數(shù)字調(diào)音臺(tái)是一個(gè)非常重要的內(nèi)容，其能夠通過(guò)數(shù)字音頻技術(shù)的處理功能對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)控，從而增加音頻信號(hào)的質(zhì)量。通過(guò)數(shù)字音頻技術(shù)的應(yīng)用，能夠在保留原有調(diào)音臺(tái)功能的基礎(chǔ)上對(duì)信號(hào)中的干擾信號(hào)進(jìn)行處理，從而使音頻更加清晰，消除其中的噪音。另外，數(shù)字音頻技術(shù)中還具有能夠切換矩陣的功能，這對(duì)音頻的切換來(lái)說(shuō)更加簡(jiǎn)單。在調(diào)音臺(tái)中加入數(shù)字技術(shù)之后，其能夠?qū)Ω鞣N音頻信號(hào)進(jìn)行處理，使其適應(yīng)的環(huán)境更多。通過(guò)數(shù)字技術(shù)的處理，能夠使得各種廣播電視節(jié)目的剪輯和制作更加簡(jiǎn)便，滿(mǎn)足了廣播電視中不同節(jié)目播放的音頻調(diào)整需求。結(jié)合了數(shù)字技術(shù)的調(diào)音臺(tái)功能更加強(qiáng)大，且對(duì)于各種音頻信息的處理能力更強(qiáng)，同時(shí)，其新增的一些功能使其具有更加豐富的處理功能，且通路增加了許多，這大大增強(qiáng)了音頻的質(zhì)量。除此以外，數(shù)字技術(shù)的集成度更高，減小了調(diào)音臺(tái)的體積，使其能夠更加方便的進(jìn)行使用。

5.2 數(shù)字音頻嵌入技術(shù)在廣播電視工程中的應(yīng)用

當(dāng)所有節(jié)目在進(jìn)行主要處理當(dāng)中，并且能夠進(jìn)行與之相關(guān)的相對(duì)傳輸以及加強(qiáng)制作的方式和方法，通常所采用的都是數(shù)字音頻的嵌入技術(shù)與數(shù)字分量進(jìn)行串行的一個(gè)主要接口，從而來(lái)進(jìn)行制作一些數(shù)字化的電視節(jié)目。一些數(shù)字音頻的嵌入技術(shù)與數(shù)字分量串行接口的去深入理解的一個(gè)最大關(guān)鍵，就是指在廣大數(shù)字化節(jié)目當(dāng)中通過(guò)廣播電視工程的主要現(xiàn)場(chǎng)并能夠從直播的體制中心進(jìn)行相應(yīng)的搭建，構(gòu)想，以及所設(shè)想的重點(diǎn)解決的主要方案。由于經(jīng)過(guò)事先所模擬的信號(hào)只有通過(guò)必須全部符合以下的方法及所進(jìn)行的相對(duì)分量也各有不同，因此才會(huì)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的進(jìn)行數(shù)字拾取之后，從而進(jìn)行一些相關(guān)數(shù)據(jù)的相對(duì)傳輸方式通常也會(huì)出現(xiàn)一些相對(duì)的串行以及并行的重點(diǎn)區(qū)分，但是它卻具有極其相同的一個(gè)共性，也就是它們所擁有的共同部位。

6 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了數(shù)字音頻的特點(diǎn)與發(fā)展，并且對(duì)數(shù)字技術(shù)對(duì)現(xiàn)代新媒體的推動(dòng)作用以及數(shù)字化音頻在廣播電視工程中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)分析。與傳統(tǒng)的模擬音頻相比，數(shù)字化的運(yùn)用對(duì)音頻的編輯處理和特效處理有著重要作用，數(shù)字化的技術(shù)使聲音更精確更悅耳，可以使數(shù)字化技術(shù)更好的服務(wù)于我國(guó)廣播電視的各項(xiàng)工作，同時(shí)還能夠帶動(dòng)新媒體的發(fā)展。

[1]黨明群.數(shù)字音頻技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)科技博覽，2015（23）：206.

[2]劉源.試論數(shù)字音頻技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].魅力中國(guó)，2014（18）：138.

[3]陳帥.數(shù)字音頻技術(shù)在廣電視中的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用發(fā)展[J].數(shù)碼影像時(shí)代，2015（08）：40～41.

TN912.3

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1004-7344（2016）10-0281-02

2016-3-15

彭梓棋（1985-），女，碩士，主要從事音頻技術(shù)工作。