廣播電視工程中數(shù)字音頻技術的應用

劉超

摘 ?要：文章主要介紹了數(shù)字音頻技術目前狀況、原理及常用標準，就數(shù)字音頻嵌入及音頻格式等數(shù)字音頻的接口協(xié)議以及關鍵技術作出初步探討。

關鍵詞：音頻嵌入;數(shù)字音頻;廣播工程

音頻技術始于1877年美國愛迪生發(fā)明圓筒留聲機，至今已有百余年。而在前一百年期間，一直是以模擬音頻技術（AnalogueAudio Technique）為主的。1953年日本等國開始研制數(shù)字錄音機，直到1977年日本市場上開始出售與Betamax型家用錄像機配合的PCM（Pulse Code Modulation：脈沖編碼調制）聲頻適配器，才實現(xiàn)了數(shù)字錄音。音頻技術在經歷了整整一百個年頭后，開始進入了數(shù)字音頻技術（Digital Audio Technique）的嶄新階段。通過3O多年的發(fā)展，數(shù)字音頻技術得到不斷改善和提升，并廣泛應用于數(shù)字電視、數(shù)字音頻廣播、數(shù)字電影院、激光視盤機、網絡流媒體、IPTV及移動多媒體等領域。我們面對著數(shù)字音頻技術在廣播影視領域的美好前景，作為從事廣播電視行業(yè)人員來說，對于了解和掌握數(shù)字音頻技術及目前狀況都是非常必要的。

一、數(shù)字音頻的基本原理及常用標準

首先作為模擬信號的自然界聲音，準確的說是一種機械波，論法學教育的培養(yǎng)目標及其實現(xiàn)這種機械波在幅度和時間上是發(fā)生連續(xù)的變化。所謂的數(shù)字化就是將這種連續(xù)的模擬信號變換為離散的脈沖數(shù)據(jù)的過程，目前通常是通過PCM技術來實現(xiàn)這一過程。簡單來說就是將時間、幅度上都連續(xù)變化的模擬信號變換為時間、幅度上都離散的數(shù)字信號，完成這一過程的三個關鍵步驟就是采樣、量化與編碼。通過圖1可說明：每隔固定的時間采集一次信號樣值就是采樣;將采集的樣值用“0”和“l(fā)”的方式表示被稱作量化;對量化以后信號的表示形式的規(guī)定則被稱為編碼，經過編碼后的信號就可轉換成為十分便干存儲、傳輸且更為安全可靠、不易受損害的數(shù)字信號。數(shù)字音頻技術主要包括數(shù)字音頻信號的采集、信源編碼、信號傳輸、壓縮編碼、存儲、播出等環(huán)節(jié)及主要技術。

二、數(shù)字廣播電視節(jié)目制播系統(tǒng)的音頻AES/EBU接口協(xié)議

Audio Engineering SOciety/EurOpeanBroadcast Union（音頻工程師協(xié)會/歐洲廣播聯(lián)盟）足接El協(xié)議AES/EBU的全稱。很多專業(yè)，一播電視音頻數(shù)字設備和民用產品如數(shù)字音頻工作站、DAT、CD機、數(shù)字調音臺、MD機等部支持AES/EBU可見音頻AE～/EBU接口 議現(xiàn)在已經成為專業(yè)數(shù)字音頻比較流行的標準。AES/EBU是一種通過基于單根絞合線對來傳輸數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的串行位傳輸協(xié)議，在沒有均衡器的情況下，它傳輸數(shù)據(jù)的距離可達100米，如有均衡器，其傳輸?shù)木嚯x會更遠。下衡傳輸方式（一般應用XI R接頭），和非平衡傳輸方式（一般應用BNC接頭）是AES/EBU信號可采用的兩種傳輸方式，上述的這兩種輸入/輸出接口的阻抗并不相同，可是兩種傳輸方式所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀結構是一致的，都遵循AES/EBU幀的結構標準。

三、應用于廣播電視工程的數(shù)字音頻嵌入技術

如今，數(shù)字音頻嵌入技術和數(shù)字分量串行接口（SDI），被數(shù)字化電視節(jié)目制作系統(tǒng)廣泛采用，從而進行節(jié)目的制作、傳輸和處理，因此，進行數(shù)字化電視節(jié)目制作中心的設計、構想、搭建基于現(xiàn)場直播體制的整體解決方案的關鍵在于深層次了解數(shù)字音頻嵌入技術和數(shù)字分量串行接口（SDI）。因構成不同的模擬信號（指復合和分量方式）電視視頻信號的模數(shù)轉換方式也有一定程度不同，并行和串行是數(shù)字拾取后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬煞N不同方式，但這兩種方式有一個共同的特征就是在共同的部位，如視頻數(shù)字信號的行消隱期間，空余的空間可攜帶數(shù)字信息，在這個空間里，根據(jù)不同方式，把數(shù)字音頻和其他輔助數(shù)據(jù)加以攜帶傳送。對于數(shù)字視頻信號來說，數(shù)字音頻和輔助數(shù)據(jù)按規(guī)定位置相嵌于其身，可稱為音頻嵌入。目前的SDI信號中嵌人數(shù)字音頻信號，也就是將數(shù)字音頻信號插入到視頻信號的行、場同步脈沖（行、場消隱）期間與數(shù)字分量視頻信號同時傳輸。場消隱期間和視頻行消隱的信息在4：2：2串行數(shù)字分量流中是不軟件工程教學創(chuàng)新初探需要的，為此不進行任何取樣，這樣音頻數(shù)據(jù)以輔助數(shù)據(jù)形式插入到數(shù)字視頻分量不要的兩空隙之中，數(shù)字音頻一個子幀為32比特（一個取樣32比特），而視頻取樣是1 0比特，可將32比特變成3個10比特，其中除傳輸主要的20比特音頻取樣數(shù)據(jù)之外，還將傳輸CH通道信息、AES/EBU通道狀態(tài)信息和奇偶校驗碼等。當我們無需對伴音進行單獨的處理的時候，在此嵌入音頻的方式的作用下，伴音可一直跟隨視頻同時傳輸，且能確保音頻、視頻同步。與之同時，不同取樣頻率的數(shù)字音頻也被允許嵌入。

現(xiàn)階段，為了滿足廣大廣播電視用戶不斷增長的欣賞需要，數(shù)字音頻技術在廣播電視工程領域中應用更為廣泛，帶來了更加完美動聽、豐富逼真的音響效果和高清畫面。隨著數(shù)字音頻技術的進步，包括新的壓縮編碼技術、多聲道技術、各種音效處理技術等的進步，必將推動數(shù)字廣播電視的飛躍發(fā)展，給未來的廣播電視用戶以前所未有的震撼。而作為廣播業(yè)者，我們也需不斷的改善提升，完成歷史賦予的使命。