[計算機]多聲道數(shù)字音頻技術在數(shù)字電視系統(tǒng)中的應用

1、多聲道數(shù)字音頻技術在數(shù)字電視系統(tǒng)中的應用一 前言 1. 數(shù)字電視發(fā)展的概況 數(shù)字化、網(wǎng)絡化給廣播影視帶來一場技術的變革，成為世界電視廣播業(yè)發(fā)展的潮流。數(shù)字電視節(jié)目不僅可以提供高品質(zhì)的圖像和聲音，而且可以提高網(wǎng)絡傳輸容量，在現(xiàn)有的一路模擬電視帶寬內(nèi)可以傳輸68套數(shù)字電視節(jié)目。世界各地已經(jīng)開始數(shù)字節(jié)目的播出，美國計劃在2006年完成地面數(shù)字電視從模擬向數(shù)字的過渡，目前地面數(shù)字電視的覆蓋率己達94%，有線數(shù)字電視用戶數(shù)達1670萬。日本計劃2006年實現(xiàn)數(shù)字電視全國覆蓋，全部采用數(shù)字高清節(jié)目。我國香港地區(qū)九倉有線電視網(wǎng)的60萬用戶用了不足一年的時間，已全部實現(xiàn)了數(shù)字化。有關機構預計，到2005年全球

2、數(shù)字電視觀眾將達6.25億，數(shù)字電視市場將達1000億美元，電視收視費、視頻游戲和以電視為基礎的信息服務的年收入將超過600億美元，電視商務的年收入將達到450億美元。到2008年，法國、德國、西班牙、意大利、英國的數(shù)字電視用戶將超過整個電視用戶的50%。我國的數(shù)字電視廣播(衛(wèi)星、有線電視)已經(jīng)啟動，地面廣播將在北京、深圳、上海等地試播。2. 多聲道數(shù)字音頻技術多聲道數(shù)字音頻技術以其高品質(zhì)的聲音效果、可升級性、較低的傳輸碼率，已經(jīng)逐漸成為消費類數(shù)字新格式的音頻標準。目前世界上的多聲道數(shù)字音頻編碼技術包括dolby、aac、dts等，他們的技術主要應用于電影和dvd；而在數(shù)字電視廣播領域，杜比公

3、司的杜比e和杜比數(shù)字技術已經(jīng)被atsc和dvb定為數(shù)字電視的音頻標準。為此，許多數(shù)字電視芯片廠商推出了支持杜比ac-3音頻解碼的芯片。在過去一兩年里，全世界越來越多的標清數(shù)字電視廣播商，如英國的sky、德國的prosieben和澳大利亞的第九頻道，都已開始頻繁地采用杜比數(shù)字多聲道技術播出震撼人心的電影、音樂會和體育賽事。最新的例子就是奧地利orf廣播公司采用杜比數(shù)字音頻向全世界10億觀眾轉播了2003年維也納新年音樂會。二 多聲道數(shù)字音頻技術在數(shù)字電視廣播中的應用1. 數(shù)字電視音頻的全新解決方案杜比音頻技術 在數(shù)字電視音頻解決方案中，杜比技術是比較成熟的一種，下面我們主要以杜比公司的杜比音頻技

4、術為例，介紹一下多聲道數(shù)字音頻技術在數(shù)字電視系統(tǒng)中的應用。杜比音頻編碼技術在數(shù)字電視音頻領域引入了元數(shù)據(jù)，這項技術的使用解決了音頻的兼容性、響度一致性和保留原始動態(tài)等問題；在制作端，采用杜比e技術將多達8聲道的數(shù)字音頻與元數(shù)據(jù)壓縮為雙聲道aes/ebu信號，使之能夠與畫面一起記錄在數(shù)字錄像帶上或嵌入到sdi信號中，從而讓雙聲道的電視系統(tǒng)通過簡單的升級便可具有處理多聲道信號的能力。杜比數(shù)字的碼流支持單聲道/立體聲/多聲道的各種聲道格式，因此采用杜比數(shù)字編碼方式傳遞音頻，不但可以很好地攜載目前的單聲道或立體聲版本的音頻信號，并且為將來升級到播出多聲道音頻創(chuàng)造了良好的條件，最重要的是開始用元數(shù)據(jù)，以

5、解決節(jié)目與節(jié)目、頻道與頻道之間響度的差異，為立體聲和單聲道用戶分別提供合適的動態(tài)，并使立體聲信號在解碼過程中優(yōu)化組合為單聲道信號；接收端，采用杜比數(shù)字技術作為播出數(shù)字電視節(jié)目伴音信號編碼格式，可以接收從單聲道到5.1聲道的電視伴音。2. 多聲道數(shù)字音頻技術在數(shù)字電視前端的應用從前端系統(tǒng)來看，目前大部分的mpeg編碼器都可以支持杜比數(shù)字的碼流直通，因此需要將單聲道、立體聲以及5.1聲道節(jié)目的pcm信號或元數(shù)據(jù)，通過杜比數(shù)字編碼器進行實時的編碼再通過mpeg編碼器進行mpeg編碼，然后將mpeg ts碼流送至復用器復用后經(jīng)調(diào)制器調(diào)制送入傳輸網(wǎng)絡(如圖1)。有些mpeg編碼器內(nèi)部具有兩聲道的杜比數(shù)字

6、編碼功能，便可以直接將單聲道或立體聲節(jié)目的pcm(pulse coding modulation)信號，通過內(nèi)設的杜比編碼器后再進行mpeg編碼，然后將mpeg碼流送至復用器進行復用后經(jīng)調(diào)制器調(diào)制送入傳輸網(wǎng)絡(如圖2)。后者為低成本設計或過渡參考設計，只能進行單聲道或立體聲杜比數(shù)字編碼，不能實現(xiàn)多聲道杜比數(shù)字編碼。 3. 多聲道數(shù)字音頻技術在機頂盒中的應用從接收端來看，有三種方案可以實現(xiàn)機頂盒對杜比音頻的解碼播放。a. 方案一機頂盒主芯片帶有杜比ac-3解碼功能，通過機頂盒完成杜比ac-3解碼。機頂盒根據(jù)dvb關于杜比音頻標準通過判斷stream type和stream id將送入機頂盒中帶有

7、杜比ac-3的音頻流從ts流中解析出來，然后交給具有杜比音頻解碼功能的音頻解碼器進行解碼。解碼后的pcm數(shù)據(jù)由pcm輸出控制器的i2s接口輸出給音頻數(shù)模轉換器進行數(shù)模轉換，然后通過功率放大器進行放大輸出到音響。通常支持杜比ac-3解碼的機頂盒芯片提供與杜比ac-3 六路音頻信號輸出相對應的三路i2s輸出接口，便可完成杜比ac-3的5.1聲道輸出。b. 方案二目前多數(shù)機頂盒不帶有杜比ac-3解碼功能，但是帶有s/pdif數(shù)字音頻輸出接口，這種機頂盒同樣可以實現(xiàn)杜比ac-3節(jié)目的播放。機頂盒將解析出的杜比音頻流按照s/pdif格式串行輸出。用戶只需要將機頂盒的s/pdif數(shù)字音頻流接入家庭影院系統(tǒng)

8、，即可實現(xiàn)杜比5.1聲道輸出。由于元數(shù)據(jù)的存在，家庭影院中a/v 功放的杜比解碼器自動地使單聲道節(jié)目通過中聲道還音，立體聲信號通過左右兩聲道還音，多聲道信號則可通過家庭影院還音。對于那些沒有家庭影院的低端用戶，將不能通過電視機播放杜比音頻。c. 方案三那么怎樣才能既滿足高端用戶的需求，又滿足低端用戶收看杜比節(jié)目的需要呢？通常機頂盒都會提供一個音頻雙聲道輸出接口和一個射頻調(diào)制接口與電視機連接輸出立體聲或單聲道音頻信號。機頂盒應用內(nèi)置的杜比數(shù)字解碼器及其提供的下混合技術(down mixing)將杜比ac-3的5.1聲道混合成為杜比立體聲，然后通過雙聲道音頻輸出或射頻調(diào)制接口輸出(如圖3)。在沒有

9、家庭影院的情況下，用戶就可以選用機頂盒的射頻輸出或雙聲道音頻輸出完成杜比節(jié)目的播放。同時，機頂盒開啟數(shù)字音頻輸出單元，將杜比ac-3音頻數(shù)據(jù)通過s/pdif輸出(如圖4)。這樣便可滿足高端用戶的需求。 綜合以上幾種方案，方案三為首選方案。由于集成在機頂盒芯片中的ac-3解碼器成本低，所以與方案一比節(jié)省了兩路i2s的da轉換和放大電路，降低了成本提高了性價比。目前大多數(shù)節(jié)目音頻都以mpeg編碼播出，支持杜比ac-3解碼的音頻dsp解碼器通過更換dsp的微碼可以實現(xiàn)mpeg音頻解碼。因此，機頂盒的應用程序設計中應該能夠自動識別這兩種音頻編碼格式，以便兼容mpeg音頻解碼。三、結束語眾所周知，多聲道是未來娛樂業(yè)節(jié)目的發(fā)展趨勢，多聲道數(shù)字音頻技術可以方便地傳送單聲道到多聲道等各種不同類型的節(jié)目，并兼容各種不同用戶家庭的系統(tǒng)。