CDR調頻數(shù)字音頻廣播信源編碼技術的分析

司建功

摘 要：隨著信息科技的發(fā)展，我國調頻數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)有了重大突破，各種支持調頻數(shù)字音頻廣播工作的技術形式紛至沓來，促進了整個系統(tǒng)的良好運作。本文主要研究的是當前能夠配合調頻調頻數(shù)字音頻廣播的信源編碼技術，探索這種信源編碼技術具備的功能特點，通過對音頻信源編碼技術的了解和分析為完善調頻數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)提供借鑒。

關鍵詞：CDR 調頻數(shù)字音頻廣播系統(tǒng) 信源編碼技術

中圖分類號：G202 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（a）-0145-02

調頻數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)之中需要利用各種技術措施實現(xiàn)音頻業(yè)務播放，其中信源編碼技術已經(jīng)成為目前廣泛使用的技術，這項技術可以利用其高效率編碼特點為調頻數(shù)字音頻廣播編制具備立體聲音功能和環(huán)繞聲功能的頻道，同時還具有分層的特點，能夠實現(xiàn)分層編碼，促進數(shù)字調頻廣播的服務范圍和質量的擴大和優(yōu)化。

1 基本音頻信源編碼技術的概述

信源編碼技術是一項適用于調頻數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)的技術形式，一般來說我國國內采用的信源編碼技術都具備以下兩個基本特點：首先，由于我國音頻廣播業(yè)務發(fā)展迅速，使得音頻業(yè)務不斷增多，對音頻頻道的質量要求也越來越高，使得現(xiàn)階段的信源編碼技術注重編碼效率提升，使得調頻數(shù)字音頻廣播中的主觀聲音質量達到要求，這類信源編碼技術為低碼率音頻信源編碼；其次，調頻數(shù)字音頻廣播會展開多個信道，不同信道對應音頻業(yè)務不同，對信源編碼的要求也不一樣，這就使得我國信源編碼技術能夠具備分層編碼特點，針對不同的信道為人們提供編碼技術，例如分層調制技術、不等錯信道編碼技術以及粗分層的編碼碼流格式。

1.1 低碼率信源編碼技術

低碼率信源編碼技術的使用可以根據(jù)具體的廣播需求進行選擇，當前已存在三種低碼信源編碼技術[1]。其一是AMR-WB+，這種信源編碼技術主要利用語音編碼，實現(xiàn)在音頻頻道中的擴展，具體實施依靠ITU，其二是HE-AACv2，這種信源編碼技術是利用編碼算法AAC，在所有音頻對象中選中編碼對象然后利用增強編碼工具擴展形成，具體實施依靠MPEG組織。第一種和第二種低碼信源編碼技術都是現(xiàn)有流行于調頻數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)的編碼技術，只不過兩種音頻編碼技術的形成原理各不相同，但是并不妨礙這兩個低碼信源編碼技術都是規(guī)范式的音頻編碼。ITU實施的信源編碼利用人耳聽覺特性，MPEG組織實施的信源編碼利用人的發(fā)聲模式，基于以上基礎挖掘出了兩種理論不容而作用一致的信源編碼技術。其三，是一種較新的低碼率音頻編碼技術，這種音頻編碼技術是由MPEG組織帶領技術人員開發(fā)出來的，其應用范圍十分廣泛，幾乎音頻信號都可以被這一種新編碼技術所掌控[2]。MPEG組織稱這一低碼率音頻編碼技術為MPEG-D USAC，經(jīng)過實踐驗證可以證實這種新的編碼技術能夠有效延續(xù)前兩種編碼技術的特點，并且在編碼效率上也處于領先地位，無論是主觀聲音質量還是聲道擴展都更為先進和優(yōu)化。

1.2 分層音頻編碼技術

分層音頻編碼技術的特點如其名稱一樣，可以對編碼對象進行各種形式的分層，這一編碼技術適用于有特定要求的音頻編碼方面。該編碼技術主要包括兩種，即精細分層和非精細分層（粗分層）[3]。

首先，對于精細分層音頻編碼技術來說，這一編碼技術能夠實現(xiàn)音頻無損編碼和音頻有損編碼，在編制音頻過程中可以根據(jù)具體的聲音信號來進行編制，實現(xiàn)無損增強。不過精細分層音頻編碼技術雖然在音頻質量上有獨特的優(yōu)勢，卻有礙于其存在編碼效率低、邏輯處理復雜等問題，使得這一編碼技術并沒有被廣泛應用。

其次，對于非精細分層音頻編碼技術來說，MPEG組織中有具體規(guī)定，明確地提供了幾種非精細分層音頻編碼算法，像AAC-SSR、ARTAC等。以ARTAC編碼為例，這種信源編碼技術有些類似SONY編碼，若要實施這種編碼算法，需要將選定的音頻信號輸入4帶的多相正交濾波器組，由多相正交濾波器組將輸入的音頻信號自動分成4個頻帶，每個頻帶再通過編碼進行MDCT。

2 CDR信源編碼技術分析

前文敘述了現(xiàn)有的幾種信源編碼技術，接下來在已有的信源編碼技術理論基礎上，并結合我國推出的《多聲道數(shù)字音頻編解碼技術規(guī)范》（DRA）試著討論適合我國調頻數(shù)字音頻廣播的信源編碼技術。

2.1 編碼類型

我國已經(jīng)研究出了擁有自主知識產(chǎn)權的關于信源編碼技術規(guī)范標準的規(guī)定，即《多聲道數(shù)字音頻編解碼技術規(guī)范》，而在規(guī)范中對信源編碼技術的編碼類型進行了闡述，不過這一基于基本理論形成的信源編碼技術DRA并不完善，其在很多方面還存在一定的進步空間[4]。當前調頻數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)內部共研發(fā)了4類編碼類型，除了在規(guī)范中有詳細規(guī)定的DRA信源音頻編碼外，其余三種分別為DRA低碼率音頻編碼、DRA分層編碼和DRA低碼率分層編碼，從名稱上分析顯然這三種類型都借鑒了DRA信源音頻編碼。事實上也是如此，這三類音頻編碼并不是創(chuàng)新型的編碼類型，而是針對原有DRA信源音頻編碼可發(fā)展的方向，在原有的DRA技術基礎之上延伸出來的，這幾個音頻編碼都具有多項適用的音頻聲道，像立體聲、5.1環(huán)繞聲等。

2.2 編碼框架

在DRA信源編碼技術基礎上延伸出的這三類編碼類型框架分析如下。

2.2.1 DRA低碼率音頻編碼（DRA-S）

如果采用DRA-S編碼類型對音頻信號進行編碼編算，會使用兩種編碼框架，分別是單聲道編碼框架和立體聲道編碼框架。第一種，單聲道編碼框架是將輸入到DRA編碼模塊內的聲音信號進行低頻編碼處理，就是將載入的聲音信號中低頻段找出，然后提前進行編碼，形成DTA編碼碼流[5]。之后帶寬編碼模塊進行高頻段聲音信號的編碼處理，輸出SBR編碼碼流，所有的編碼碼流再集合到一起形成DRA-S碼流同時輸出。第二種，立體聲道編碼框架是在單聲道框架基礎上額外增加一步，由立體聲音信號根據(jù)編碼碼率選擇是否使用參數(shù)立體聲編碼模塊處理，如果使用則輸出參數(shù)立體聲編碼碼流，再進行后續(xù)步驟。

2.2.2 DRA分層編碼（DRA-L）

采用DRA-L編碼類型對音頻信號進行編碼編算，主要利用單聲道、立體聲與環(huán)繞聲編碼框架。首先，單聲道與立體聲編碼框架是，利用基層分配的編碼比特率進行DRA編碼，輸入信號與基本層恢復的信號間的殘差信號作為增強層輸入信號，增強層采用與DRA量化和熵編碼同樣的技術對殘差信號壓縮。其次，環(huán)繞聲編碼框架是，基層抓取音頻信號的左右聲道，通過DRA編碼形成編碼碼流，然后增強層包括中央聲道和超重低音聲道的單聲道DRA編碼和左右環(huán)繞聲道對DRA編碼。

2.2.3 DRA低碼率分層編碼（DRA-SL）

DRA-SL是集中前兩種編碼特點的編碼類型，因此其在編碼框架上與前兩種編碼類型的編碼框架十分相似。DRA-SL同樣包括單聲道、立體聲與環(huán)繞聲三種編碼框架，其中DRA-SL的單聲道、立體聲道編碼框架原理可參照DRA-S與DRA-L，具體看那種編碼編算方式更為簡便，DRA-SL環(huán)繞聲的編碼框架原理可參照DRA-L環(huán)繞聲道編碼框架。

3 結語

眾所周知，如今是科技的時代，在傳統(tǒng)媒體與新媒體并存的背景下調頻數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)的發(fā)展極為重要，是促進我國廣播行業(yè)發(fā)展的重要力量。對此，更要重視研究數(shù)字音頻信源編碼技術，在我國原有的信源編碼技術基礎上，創(chuàng)新更多具有優(yōu)勢的信源編碼技術。

參考文獻

[1] 趙長青，盛國芳，吳智勇.調頻頻段數(shù)字音頻廣播的調制誤差率指標性能研究[J].廣播與電視技術，2017（1）：91-94.

[2] 陳敬東.調頻數(shù)字音頻廣播激勵器技術指標測試技巧[J]. 廣播與電視技術，2015（5）：110-113.

[3] 張強，萬顯榮，傅，等.基于CDR數(shù)字音頻廣播的外輻射源雷達信號模糊函數(shù)分析與處理[J].雷達學報，2014（6）：702-710.

[4] 吳智勇，于新，盛國芳.調頻頻段數(shù)字音頻廣播（FM-CDR）北京地區(qū)覆蓋測試[J].廣播電視信息，2014（1）：37-39.

[5] 朱康寧，周穎龍，吳國光.調頻頻段數(shù)字音頻廣播（CDR）在廣東省的探索和實踐[J].廣播電視信息，2014（1）：40-43.endprint