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                数字音频技术在公共广播中的应用

                2020/12/8 15:52:56

                声音是人类接受信息的重要媒体,作为传Ψ 递信息的一种方式,声音广播占有重要位置。目前的〓声音广播有两种:调幅广播和调频广播。从听众对︽广播的期望来看,这两种广播方式有以下的不足:
                 1.声音质量不满足要求。
                    随着生活质量的不断提高,人们希望广播的声¤音质量能达到CD的水平,而目前的↓声音广播质量在频带宽度、动态范围和干扰电平等方面都达不到这样的要∏求。
                   2.广播业务单一。
                    随着对各种信息的需要,人们期望通过广播接受数据业务,尽管目前调频广播中可以传送数据(无线数据广播RDS),但它传送数据的容量和质量▲不能满足要求。
                    3.接收质量不能保①证,特别是在移动接收的情◣况。
                      为了克服这些缺点,大幅度地提高声音广播的声音质量、接收质量和增加数据业务,只能█是广播系统的数字化,即需要大力发展数字音频技☉术在广播中的应用。
                    系统的◣基本组成和关键技术
                      它与数字通信系统的组成非常相似,也可以说,数字音频广播是一点对多点的数字通信系统。
                    数字音频广播的关键技术主要有三个方面,数字音频信号的压缩≡编码,高速数据信号的〒无线传输和组网技术。
                    1.数字音频信Ψ号的压缩编码
                      将音频信号∴用线性PCM进行数字化后,其码率约为700kbit/S。例如CD的抽样率为44.1kHz,每抽样用16bit字长表示,其码率为705.6kbit/S,一路立体声信号的码率达到1411.2kbit/S。这样高的码率在传输时需←要很宽的频带,在存储时需要〖很大的存储容量,这将大卐大限制数字化音频的应用,也很难实现数字音频〇广播。为了解决这个问题,需要采用压缩编码技术,在基本保证接近CD音质的情况下,有效地降低码◇率。
                      应用在数№字广播(包括数∑ 字电视和数字音频广播)中的音频压缩编码技术有多种,它们都是基于人耳感觉特性来实现降低码率的目的。在这些编码方案中,利用了╳人耳的频率、时间遮蔽效应和对声音的定位特性。频率遮蔽效应是当频⌒率接近、强度有明显区别的两个信号同时出现时,人耳只能感觉强度高的信号,而强度低的信号将被遮蔽;时间遮蔽效应是当一个强度比较弱的信号出现在强度比它ζ强的信号之前或之后的一∩个时间区间内时,比较♀弱的信号将被遮蔽,显然被遮敝的信号不需要传送,从而降低了码率;人耳对声源定位时,对低频信号方向性不敏感,对高频信号的方向主要是从对包络的感觉判★断,这些特性被用ω 于降低立体声编码的码率。当然,这样处理损失⊙了原始音频信号中的一部分,但因为这部分是感觉不到的或者是很不敏感的,因此它基本上不会影响声音的质量,从而既保证了音质,又降※低了码率。应用在数字音频广播中的压缩编码∞方案主要∮有MPEG-1/2中的LayerⅡ、、和MPEG AAC等,使一路立体声的码率降低到192-96kbit/S,并且有可能继续降低,大大减少了对传输带宽和存储容量的要求,应该说压缩编码技术的发展是数字音频广播得以实现的基础。
                    2.高速数据≡信号的无线传输
                      声【音广播可以通过有线信道和无线信道传输,但主要是通过电磁波在空间的传播♀将信号传送给接收机,而空间信道的传播特性远不如电缆、光纤、卫星信道稳定,特别是在城市环境中和移动接收情况下,由于多径传播所形成的」频率选择性衰落和延时Ψ扩展,以及建筑物←遮挡所形成的阴影效应,使接收质量受到严重影响≡,而广播系统经常工作在这样的环境中。为保证广播质量,必须提高在城市环境中和移动接收情况中信号的传输质量,数字音频广播系统中的信道编码⊙和调制部分的设计主要是▆解决这方面的问题。目前多数数字音频广【播系统采用纠错编码、正交频分复用(OFDM)和时间、频率交织的组合,OFDM是一种高频谱利用率的频分复用技术,它将高速串行数据变换成多路并行数据传输,有利于抗频率选择性衰落和延时扩展,并且¤它可以用IFFT和FFT实现,使发送和接收设备简〒化。实验表明,所采用的传输系统可以满足在移动、便携和固定工作条件下对广播节目的可靠传输。
                    3.组网技术
                      随着广播事业的发展,频率资源日益紧张,在发展数字音频广播@ 系统时必须考虑节省频率资源和不与己经工作的广播电台产生矛盾☆。目前提出的广播系统中,主要采用两种方法:一种是单频组网,即整个广播网络使用相同的载波◆频率,多路节目载荷在该载波◆上,而不需要不同的覆盖区域分配ω不同的载波频率,从而节省了频率资源,Eureka-l47数字音频广播系统是这种方案的代表;另外一种方法是与当前正在使用的广播电台使用相同载波颇率,依靠频率分隔和∞调制方式的不同,同时广↘播模拟和数字两种节目,KDSPA数字音频广播系统是这种方案的代表。

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