廣播電視工程領(lǐng)域中數(shù)字音頻技術(shù)的應(yīng)用與展望

曹鑫

摘 要 在現(xiàn)今電子時(shí)代中的電視媒體已經(jīng)不是單方面的平臺(tái)，它正在以更直接的感官方式來(lái)介入人們的生活。在不久的將來(lái)它可以結(jié)合各個(gè)不同的實(shí)體通路，各種生活所需的物品與精神層面的需求，它都可以提供各種信息與服務(wù)，徹底顛覆平常的生活模式，這是數(shù)字電視的特色。以傳播科技決定理論所強(qiáng)調(diào)的觸覺(jué)感官的描述，新科技應(yīng)該是一種能簡(jiǎn)單且直接式的被使用，如此輕易的取代老舊并且復(fù)雜的舊事物。數(shù)字電視這一波的革命目前方興未艾，然而在科技的演進(jìn)過(guò)程中逐步進(jìn)化到由功能面轉(zhuǎn)而使用界面的階段。文章對(duì)數(shù)字音頻技術(shù)的原理進(jìn)行介紹，并具體分析廣播電視工程領(lǐng)域中數(shù)字音頻技術(shù)的應(yīng)用與展望。

關(guān)鍵詞 廣播電視；數(shù)字音頻技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-0360（2016）19-0039-03

數(shù)字音頻廣播（Digital Audio Broadcasting，DAB）技術(shù)是當(dāng)前最先進(jìn)的一種廣播技術(shù)。

它是繼AM和FM之后的第三代廣播技術(shù)。DAB技術(shù)將抗回波傳輸?shù)男诺谰幋a技術(shù)和信源編碼技術(shù)進(jìn)行了良好的技術(shù)結(jié)合，也因此具有優(yōu)質(zhì)、高效等諸多優(yōu)點(diǎn)。其傳輸性能十分優(yōu)異，可在傳輸?shù)倪^(guò)程中充分消除噪聲及失真問(wèn)題，并及時(shí)修正傳輸中的問(wèn)題和差錯(cuò)；另外，該技術(shù)的發(fā)射功率要求低，也能很好的達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的；同時(shí)，該技術(shù)還支持傳輸系統(tǒng)的同步網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，這在很大程度上也提高了頻譜利用率。而且該技術(shù)既能做到固定接收，也能做到移動(dòng)接收和便攜接收[1]。

1 數(shù)字音頻技術(shù)的原理

數(shù)字電視廣播系統(tǒng)還能完美的與計(jì)算機(jī)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)社會(huì)向融合，并使之能充分利用自身的高容量頻寬優(yōu)勢(shì)。數(shù)字電視廣播能提高便捷的高速頻寬網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)服務(wù)，除此之外電視廣播系統(tǒng)還能為收視用戶(hù)提供實(shí)時(shí)服務(wù)與在線隨選互動(dòng)節(jié)目，這樣不僅保證用戶(hù)能自由選擇電視節(jié)目，還能自己根據(jù)喜好編排個(gè)人節(jié)目單，從而實(shí)現(xiàn)雙向的互動(dòng)交流，為保證節(jié)目符合用戶(hù)需求提供了良好的技術(shù)支持。可預(yù)期將來(lái)各電視臺(tái)將由模擬轉(zhuǎn)為數(shù)字規(guī)格。而模擬電視廣播訊號(hào)強(qiáng)度易隨傳送距離增長(zhǎng)而衰減的問(wèn)題，在廣播系統(tǒng)全面數(shù)字化條件下，已漸漸成為過(guò)去式，無(wú)論你在何方，清晰而穩(wěn)定的數(shù)字收視影像將唾手可得[2]。

1.1 以聽(tīng)覺(jué)域度為基礎(chǔ)對(duì)可聞信號(hào)實(shí)施編碼工作

從頻率方面來(lái)看，人耳對(duì)聲音的振動(dòng)是有一定反應(yīng)范圍的，通常人耳能接收約為20 Hz～20 kHz范圍內(nèi)的振動(dòng)頻率。而從聲壓級(jí)范圍來(lái)看，則需要用聽(tīng)閾曲線進(jìn)行描述，通常在一條聲壓級(jí)曲線之下所對(duì)應(yīng)頻率的信號(hào)，人耳就無(wú)法感知。因此，就可以根據(jù)頻率及聲壓級(jí)來(lái)劃定音頻范圍，并可將類(lèi)似的不被人耳所接收的信號(hào)去除掉，從而減少音頻的數(shù)據(jù)率[3]。

1.2 可只對(duì)幅度強(qiáng)的掩蔽信號(hào)實(shí)施編碼工作

在安靜的環(huán)境下人耳能輕易的分辨聲音，但在吵鬧的環(huán)境中卻無(wú)法做到這一點(diǎn)。這是因?yàn)橛须s音的干擾而致使人耳不能輕易接收到自己所希望聽(tīng)到的聲音。這種因雜音存在而導(dǎo)致另一個(gè)聲音需要提高音量才能被接收的現(xiàn)象，就是被稱(chēng)之為聽(tīng)覺(jué)掩蔽效應(yīng)的東西。在圖形中，雖然B、C兩信號(hào)在聽(tīng)閾曲線的范圍之內(nèi)，常理來(lái)說(shuō)人耳是可以聽(tīng)到B、C兩信號(hào)的，但因?yàn)锳信號(hào)的前向掩蔽作用，C信號(hào)被淹沒(méi)，之后B信號(hào)也被淹沒(méi)，這時(shí)，人耳就只能聽(tīng)到A信號(hào)了。這就要求在數(shù)字音頻技術(shù)的處理過(guò)程中將類(lèi)似的B、C信號(hào)去除，以保證音頻數(shù)據(jù)率的減少[4]。

1.3 因?qū)υ肼暤牧炕?，無(wú)需對(duì)全部原始信號(hào)進(jìn)行編碼

與人耳的聽(tīng)閾曲線類(lèi)似，數(shù)字信號(hào)也可對(duì)聲音進(jìn)行量化處理，其對(duì)噪聲的判斷更加準(zhǔn)確直接。也因此在信號(hào)的處理過(guò)程中，無(wú)需對(duì)A、B信號(hào)進(jìn)行全部幅度的編碼，而只需要對(duì)信號(hào)與造成的差值進(jìn)行相應(yīng)的編碼處理就能達(dá)到很好的降噪效果。這樣一來(lái)，在實(shí)際的編碼過(guò)程中就能大大減少量化幅度，這就能從根本上減少數(shù)據(jù)率的產(chǎn)生。等響曲線說(shuō)明了聽(tīng)覺(jué)對(duì)響度的一些特點(diǎn)：響度級(jí)與聲強(qiáng)有關(guān)，聲強(qiáng)增加，響度級(jí)也會(huì)相應(yīng)增加。響度級(jí)與聲音的頻率有關(guān)，頻率不同時(shí)，即使聲壓級(jí)一樣，響度級(jí)也會(huì)不同。隨方值的增大，等響度曲線隨頻率的變化減小。需要注意的是：對(duì)于400 Hz到4 kHz的聲音，響度級(jí)方值和聲壓級(jí)dB值相差不大，有時(shí)就以dB值代替方值。此外，由等響度曲線可看出，20H。聲音聲壓級(jí)必須達(dá)到70 dB才能聽(tīng)到，因此，對(duì)包含低音的節(jié)目進(jìn)行調(diào)音時(shí)監(jiān)聽(tīng)音量通常都要達(dá)到70到90 dB[5]。

1.4 優(yōu)化、編碼工作可充分利用子帶分割來(lái)完成

傳統(tǒng)編碼過(guò)程中，其操作對(duì)象往往包含了整個(gè)頻帶，以達(dá)到減少數(shù)據(jù)率的目的。而新的數(shù)字音頻技術(shù)則可對(duì)每個(gè)信號(hào)進(jìn)行量化。在實(shí)際操作方面，因?yàn)槁?tīng)覺(jué)曲線和其它因素的影響，可分配較少的比特?cái)?shù)對(duì)幅度較小的信號(hào)進(jìn)行量化，這樣可將整個(gè)頻帶細(xì)分成多個(gè)子頻帶，再針對(duì)每個(gè)獨(dú)立子頻帶進(jìn)行單獨(dú)編碼，其自然就能進(jìn)行自適應(yīng)的比特分配，達(dá)到良好的減少數(shù)據(jù)率的效果。

在整個(gè)頻帶編碼中，如果D信號(hào)分配16bit進(jìn)行量化是多余的話，就需要進(jìn)行針對(duì)性的分配。所以在具體的操作中可將A、B、C、D分置于不同的子帶中，這時(shí)就能分別在其所處的子帶內(nèi)進(jìn)行最適宜的比特?cái)?shù)分配，通過(guò)這樣的分配進(jìn)行編碼，就能大大減小數(shù)據(jù)率。需要注意的是，用于分割的子帶，其分辨率越高，則相應(yīng)的子帶的頻帶就越窄，在子帶分配中，比特?cái)?shù)就能越精確，這樣也就減少了比特率[6]。

2 數(shù)字廣播電視的特色及相關(guān)技術(shù)

就訊號(hào)與傳輸特質(zhì)而言，數(shù)字科技衍化之俱象性含括以下幾點(diǎn)。1）訊號(hào)特質(zhì)：訊號(hào)抗干擾、便于加密處理、多代復(fù)制、利于長(zhǎng)久保存、訊號(hào)可以單獨(dú)分離以及適合數(shù)據(jù)與影音訊號(hào)。2）傳輸特質(zhì)：訊號(hào)傳輸過(guò)程中，設(shè)備易于整合使得信息傳輸設(shè)備；以及容易結(jié)合各種數(shù)字訊號(hào)。而從創(chuàng)作者而言，在制作電視節(jié)目的形式上，也因?yàn)榭萍嫉奶嵘奖憬Y(jié)合了2D、3D計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)，讓原本只運(yùn)用在電影的場(chǎng)景里也出現(xiàn)在電視制作里。以流行音樂(lè)而言，音樂(lè)錄像帶的制作就結(jié)合大量的3D動(dòng)畫(huà)，另外談話性節(jié)目也加入運(yùn)用3D虛擬場(chǎng)景來(lái)替代真實(shí)的布景，讓畫(huà)面更有視覺(jué)變化[7]。

2.1 多頻道

數(shù)字電視依其所使用的頻寬，可分為高畫(huà)質(zhì)數(shù)字電視（HDTV）及標(biāo)準(zhǔn)畫(huà)質(zhì)數(shù)字電視（SDTV）兩種，并提供多頻道之服務(wù)及傳輸大量的數(shù)據(jù)。例如數(shù)字電視可以同時(shí)傳送不同的音軌及字幕，而體育節(jié)目則可由觀眾自行選取不同攝影機(jī)所拍攝的角度及呈現(xiàn)球員得分紀(jì)錄等交互式服務(wù)[8]。此外，數(shù)字電視可傳送整版報(bào)紙、體育、股市信息、計(jì)算機(jī)軟件、電話簿及交互式教材等大筆數(shù)據(jù)。大體而言，標(biāo)準(zhǔn)畫(huà)質(zhì)的電視畫(huà)面雖不若高畫(huà)質(zhì)清晰，但畫(huà)質(zhì)是優(yōu)于目前傳統(tǒng)模擬電視。標(biāo)準(zhǔn)畫(huà)質(zhì)電視可以利用其多余的頻寬提供多頻道的服務(wù)，而高畫(huà)質(zhì)數(shù)字電視因所占頻寬較寬，故僅能提供一個(gè)頻道之服務(wù)。

數(shù)字頻道增多后，電視臺(tái)發(fā)送出來(lái)的節(jié)目訊號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字方式壓縮后，一個(gè)頻道可同時(shí)播出三個(gè)或四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)畫(huà)質(zhì)的節(jié)目，另外加一些數(shù)據(jù)傳輸（Data Broadcasting），如股票、氣象等信息?；蛘呤褂靡徽麄€(gè)頻道來(lái)播放一個(gè)高畫(huà)質(zhì)的節(jié)目。

2.2 互動(dòng)

至于交互式電視服務(wù)，就是打破以往單向傳播的情形，而與閱聽(tīng)眾產(chǎn)生相互交流的傳播方式。也就是說(shuō)，電視臺(tái)可以依照觀眾不同的需求，在電視上呈現(xiàn)不同的信息。而這些信息服務(wù)項(xiàng)目有的是免費(fèi)提供，有的是必須付費(fèi)的。未來(lái)數(shù)字電視將可以提供許多交互式電視服務(wù)，例如實(shí)時(shí)的交通信息、財(cái)經(jīng)信息、生活信息、購(gòu)物信息，在線購(gòu)物付費(fèi)等[9]。

數(shù)字電視的互動(dòng)功能，應(yīng)用在電視節(jié)目?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)上，可以發(fā)展出更多樣化的內(nèi)容型態(tài)，例如互動(dòng)競(jìng)賽、猜謎、遠(yuǎn)距教學(xué)、體育節(jié)目的多角度的選擇，甚至是戲劇節(jié)目的劇情走向選擇等。應(yīng)用在電視商務(wù)方面，則可以發(fā)展出線上實(shí)時(shí)購(gòu)物、在線競(jìng)標(biāo)等。

同時(shí)，也可以根據(jù)消費(fèi)者的個(gè)人屬性，主動(dòng)發(fā)出信息，通知消費(fèi)者所關(guān)心之事物的最新?tīng)顩r。甚至讓消費(fèi)者詢(xún)價(jià)、比價(jià)，或是讓消費(fèi)者在線直接與賣(mài)方進(jìn)行交談、議價(jià)等。而在節(jié)目廣告方面，廣告主也可以依據(jù)節(jié)目分析所得到的觀眾屬性，來(lái)決定購(gòu)買(mǎi)搭配的節(jié)目?jī)?nèi)容。甚至利用數(shù)字技術(shù)，讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)選擇，使不同區(qū)域的收視觀眾，同時(shí)接收到不同版本的廣告內(nèi)容[10]。

3 廣播電視工程領(lǐng)域中數(shù)字音頻技術(shù)的應(yīng)用

隨著數(shù)字化的發(fā)展，所謂的DTV是指電視訊號(hào)在發(fā)射端就是以數(shù)字方式紀(jì)錄、處理、壓縮、編碼、調(diào)變及傳送；而在接收端也是以數(shù)字的方式接收、解調(diào)、譯碼、解壓縮及播放。數(shù)字電視是各國(guó)既定發(fā)展的政策，本研究是從制作技術(shù)面來(lái)探討在數(shù)字器材的運(yùn)用之下，電視節(jié)目從業(yè)人員如何使用數(shù)字技術(shù)來(lái)制作數(shù)字節(jié)目?jī)?nèi)容，從（Pro-Production）、制作（Production）、后期制作（Post-Production）等三個(gè)流程，來(lái)探討數(shù)字電視的節(jié)目設(shè)計(jì)及電視節(jié)目的制作技術(shù)。在節(jié)目設(shè)計(jì)方面朝互動(dòng)性，多角度播出，高畫(huà)質(zhì)及高音頻為探討范圍，制作技術(shù)方面以數(shù)字化的流程為研究主軸[11]。

數(shù)字內(nèi)容（Digital Content）是一種利用信息技術(shù)將將文字、圖像、語(yǔ)音、影像等數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化整合處理的產(chǎn)品或服務(wù)。以?xún)r(jià)值鏈的觀點(diǎn)來(lái)看，傳統(tǒng)且具有商業(yè)價(jià)值的娛樂(lè)、教育、藝術(shù)與文化等內(nèi)容，是最底層的價(jià)值基礎(chǔ)。若經(jīng)過(guò)信息科技（數(shù)字化處理技術(shù)，包括內(nèi)容制作、格式標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)壓縮、特效處理、圖像運(yùn)算）的處理，就能將其進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)化，這樣不僅利于復(fù)制，也使得其具備了一定的附加價(jià)值。同時(shí)經(jīng)過(guò)數(shù)字化的處理，其也具備了互動(dòng)與影音、圖像整合的功能。之后，經(jīng)過(guò)流通與保護(hù)技術(shù)、版權(quán)管理、收費(fèi)機(jī)制等機(jī)制運(yùn)作，各種數(shù)字內(nèi)容就能通過(guò)各種渠道，傳送至用戶(hù)端，從而產(chǎn)生價(jià)值[12]。這也就是數(shù)字內(nèi)容服務(wù)的價(jià)值鏈的體系簡(jiǎn)單概述。

具體而言，在節(jié)目制作方式及內(nèi)容型態(tài)的轉(zhuǎn)變上，則包括：透過(guò)信息服務(wù)、娛樂(lè)、通訊的整合，可提供更多元化的服務(wù)，如各種互動(dòng)性的信息、視訊娛樂(lè)服務(wù)等；另外，由于數(shù)字處理技術(shù)的進(jìn)步與運(yùn)用，在影音質(zhì)量及表現(xiàn)形式上更加精進(jìn)、豐富。采用數(shù)字化節(jié)目制作方式，在數(shù)據(jù)上可輕易的保存、切割、重組，節(jié)目?jī)?nèi)容的片段可以多次、多重利用。不但可以忠實(shí)還原訊號(hào)，也不會(huì)產(chǎn)生訊號(hào)衰減的問(wèn)題，因此節(jié)目數(shù)據(jù)挪用的次數(shù)及用途不受限制。因此節(jié)目數(shù)據(jù)將成為經(jīng)營(yíng)資產(chǎn)的一部份，高質(zhì)量節(jié)目不但可以切割重組創(chuàng)造利潤(rùn)，也可以不同形式或組合的方式再次出版或出售。例如，生態(tài)節(jié)目的節(jié)目片段，可以很輕易、并且不限次數(shù)轉(zhuǎn)到兒童節(jié)目、戲劇節(jié)目、益智節(jié)目，甚至加入特效成為綜藝節(jié)目?jī)?nèi)容。

4 結(jié)論與展望

數(shù)字廣播的出現(xiàn)，極大便利了人們的生活，也推動(dòng)了廣播電視的發(fā)展。試想一下：個(gè)人只要擁有計(jì)算機(jī)，就能自己進(jìn)行廣播節(jié)目的制作，并通過(guò)基于互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字廣播臺(tái)進(jìn)行播放。而其他人也能有選擇地收聽(tīng)其他人制作的各種節(jié)目，且這種收聽(tīng)是而不受時(shí)間限制的。當(dāng)然，上面的這些也只是基于互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字音頻廣播技術(shù)而言的。若個(gè)人可以利用數(shù)字通信衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字音頻的無(wú)線廣播，這樣的話，就能實(shí)現(xiàn)節(jié)目制作、傳輸和接收上都的全數(shù)字化。若真能如此，那么借助無(wú)線音頻廣播技術(shù)，人們無(wú)論身置何處，就都可以利用數(shù)字式的收音機(jī)進(jìn)行廣播的收聽(tīng)，也許某一天在校園廣播中甚至也能聽(tīng)到自己宿舍錄制的節(jié)目。提到互動(dòng)性，則是將來(lái)在企劃數(shù)位節(jié)目時(shí)企劃人員所要注意的重點(diǎn)。數(shù)字電視除了高畫(huà)質(zhì)、高音質(zhì)的特性外，互動(dòng)特性改變了傳統(tǒng)看電視的生態(tài)。但在設(shè)計(jì)節(jié)目中的加值服務(wù)或互動(dòng)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)極力避免為了互動(dòng)而互動(dòng)，以及太過(guò)復(fù)雜的設(shè)計(jì)方式。以免徒勞無(wú)功，且阻隔了大眾學(xué)習(xí)使用數(shù)字互動(dòng)電視的動(dòng)機(jī)。

高畫(huà)質(zhì)、高音頻的數(shù)字節(jié)目在后期制作上所面臨的兩個(gè)問(wèn)題：一是高畫(huà)質(zhì)的畫(huà)面需要高容量及運(yùn)算快的穩(wěn)定計(jì)算機(jī)才能處理畫(huà)面剪輯；二是高音頻的5.1多軌聲道，此部份必須有專(zhuān)業(yè)的錄音室設(shè)備且通過(guò)杜比公司的認(rèn)證授權(quán)資格才能制作立體的環(huán)繞效果。一般后期剪輯師只能負(fù)責(zé)多軌的聲音剪輯，因此杜比E的環(huán)繞效果必須交付專(zhuān)業(yè)錄音師來(lái)處理。高畫(huà)質(zhì)數(shù)字?jǐn)z影機(jī)所拍攝的高畫(huà)質(zhì)畫(huà)面目前規(guī)格未統(tǒng)一，這一部份在分辨率的差異，常常造成剪輯人員在剪輯的困擾。因此數(shù)字的觀念是專(zhuān)業(yè)人員在這一階段最需要加強(qiáng)的。

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