□周沖

數(shù)字音頻技術(shù)在廣播電臺的應(yīng)用

□周沖

本文從廣播電臺數(shù)字化實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，簡要闡述了數(shù)字音頻技術(shù)的原理，分析了數(shù)字調(diào)音臺在電臺的使用狀況，介紹了演播室數(shù)字音頻接口AES/EBU協(xié)議以及數(shù)字音頻信號傳輸流程。

數(shù)字音頻；數(shù)字調(diào)音臺；音頻接口；AES/EBU；AES10

如今，我國各地?cái)?shù)字化演播室系統(tǒng)陸續(xù)建成，并已投入使用，逐步地替代了模擬設(shè)備?？梢哉f基于數(shù)字化的廣播系統(tǒng)已成為廣播技術(shù)的骨干網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字音頻設(shè)備的全面采用，極大提高了廣播節(jié)目的音頻技術(shù)指標(biāo)。在數(shù)字化如此重要的今天，這無疑要求我們對數(shù)字音頻技術(shù)、數(shù)字調(diào)音臺等相關(guān)數(shù)字設(shè)備、演播室數(shù)字接口協(xié)議以及數(shù)字信號傳輸流程具備清晰的認(rèn)識。下面，筆者將介紹以上方面在廣播電臺的應(yīng)用。

一、數(shù)字音頻技術(shù)原理

雖然現(xiàn)在我們處于數(shù)字化時代，但是這并不意味著模擬信號的完全消失。因?yàn)?，?shù)字信號來源于模擬信號。所謂數(shù)字音頻技術(shù)原理，就是把模擬信號進(jìn)行數(shù)字化處理，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的過程，一般需要經(jīng)過采樣、量化、編碼這三個重要步驟。

采樣，將模擬信號在時間上進(jìn)行離散化，我們使用一系列的時間脈沖序列，將時間上連續(xù)的模擬信號使用有限個采樣點(diǎn)表示出來。為了確保模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號不產(chǎn)生混疊現(xiàn)象，根據(jù)奈奎斯特定理的要求：采樣頻率必須要大于等于被采樣信號最高頻率的2倍。

量化，采樣是在時間上對模擬信號進(jìn)行離散化，而量化是將采樣值相對于振幅進(jìn)行離散化的過程。我們用頻率來對采樣進(jìn)行數(shù)值化的衡量，同樣地，我們用量化比特?cái)?shù)作為一個標(biāo)準(zhǔn)來衡量量化過程。量化比特?cái)?shù)n是對模擬信號幅度所劃分層次間隔的表示，通常以其二進(jìn)制形式量化級數(shù)M=2n表示。量化比特?cái)?shù)越大，所劃分的級數(shù)越密，量化誤差也就越小。當(dāng)然，也就越不利于數(shù)據(jù)的傳輸和存儲。所以，一個合適的量化比特?cái)?shù)要兼顧這兩方面的要求。

編碼，經(jīng)過以上兩個環(huán)節(jié)后的信號還不是數(shù)字信號，需要把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼脈沖。在絕大部分系統(tǒng)中，采用PCM編碼技術(shù)。

二、數(shù)字調(diào)音臺

廣播播出機(jī)房是播出系統(tǒng)的重要組成部分，而播出機(jī)房的調(diào)音臺更是永遠(yuǎn)的核心。當(dāng)今全面建設(shè)數(shù)字化播出機(jī)房，數(shù)字調(diào)音臺無疑是眾多數(shù)字設(shè)備的主角。

數(shù)字調(diào)音臺的各項(xiàng)基本功能與普通模擬調(diào)音臺一樣，不同的只是數(shù)字調(diào)音臺內(nèi)的音頻信號是數(shù)字的。所有音源進(jìn)入調(diào)音臺后，經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換后形成數(shù)字信號，之后就可以直接制作數(shù)字音頻節(jié)目。數(shù)字調(diào)音臺仍然保留有模擬信號的輸入和輸出，雖然數(shù)字調(diào)音臺取代了模擬調(diào)音臺，仍然可以保證在模擬環(huán)境下運(yùn)行。

數(shù)字調(diào)音臺具有模擬調(diào)音臺不可取代的作用。以往采用的模擬調(diào)音臺，功能設(shè)置大多采用外露的機(jī)械按鍵或者電位器設(shè)計(jì)，這不僅占用體積，還常不小心地觸碰導(dǎo)致參數(shù)錯亂；而數(shù)字調(diào)音臺因采用數(shù)字信號記錄和全面地使用集成芯片，可以將傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵虛擬地集中在統(tǒng)一的LED界面，可將各類設(shè)置參數(shù)進(jìn)行存儲與加密，提升設(shè)定的有效性和安全性；數(shù)字調(diào)音臺的信噪比高，動態(tài)范圍也很寬，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)字調(diào)音臺技術(shù)指標(biāo)和測量方法》（GY/T274-2013），數(shù)字調(diào)音臺I級技術(shù)指標(biāo)必須大于等于97dB，而同等技術(shù)指標(biāo)下模擬調(diào)音臺只要求大于等于75dB。通常，因?yàn)閿?shù)字調(diào)音臺是數(shù)字信號處理，可以方便地在每個通道上進(jìn)行高質(zhì)量的數(shù)字化濾波、均衡、壓限、擴(kuò)展等音效技術(shù)處理，無需像過去的模擬調(diào)音臺，需要外接許多音效設(shè)備，才能進(jìn)行音效處理。圖1與圖2是用matlab軟件進(jìn)行數(shù)字音頻信號濾波噪聲處理的仿真。從頻譜中我們可以看出，在使用濾波器濾除噪聲后的頻譜與原頻譜對比，還原率還是很高。

圖1　原信號頻譜和白噪聲頻譜

圖2　疊加噪聲音樂信號頻譜和使用濾波器后頻譜

廣西臺除了擁有5套漢語頻率外，還有一套主要針對東南亞國家廣播的北部灣之聲。由于在外語發(fā)音中，齒音會造成較多咝聲，而咝聲聽起來要比其他聲音要響一些，聽起來非常難受。而在模擬調(diào)音臺中，常見的就是采用壓縮器與均衡器相配合的方法來減少咝聲的影響，這不僅要使兩個模塊的設(shè)置匹配得當(dāng)，還多占用兩個音效處理器。在廣西臺使用的Studer on air 3000數(shù)字調(diào)音臺中，具有專門去咝聲數(shù)字處理器，只需設(shè)置一項(xiàng)數(shù)值，即可輕松完成對咝聲的過濾，使操作可行快捷。

此外，數(shù)字調(diào)音臺還具有數(shù)字通道的移位寄存器，可以給出足夠的信號延遲時間；立體聲的兩個通道的聯(lián)動調(diào)整也很方便，可以將數(shù)據(jù)從一個通道復(fù)制到另一通道；設(shè)有自動診斷故障功能等一系列的特點(diǎn)。

三、演播室數(shù)字音頻接口標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)字音頻設(shè)備的接口模式尤其重要。這是因?yàn)閿?shù)字設(shè)備在模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程中，所采用的采樣頻率和量化比特?cái)?shù)因情況而異，如果以上兩個條件不匹配的數(shù)字信號連接在一起，會導(dǎo)致傳輸信號損傷而不能正常工作。下面，我們來簡單討論下目前演播室最廣泛應(yīng)用的AES/EBU（AES3）音頻信號接口。

AES3接口標(biāo)準(zhǔn)是由美國音頻工程協(xié)會/歐洲廣播聯(lián)盟制定的一種專業(yè)的數(shù)字音頻接口，我國廣播電影電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《演播室數(shù)字音頻信號接口》（GY/T 158-2000）即是采用此接口標(biāo)準(zhǔn)。它的傳輸介質(zhì)是同軸電纜或雙絞線，可傳輸距離100～300m。在平衡（即專業(yè)模式）情況下，阻抗為110歐，電壓幅度2～7V，連接頭為我們所熟悉的XLR-3；在不平衡（即消費(fèi)者模式S/PDIF接口標(biāo)準(zhǔn)）情況下，阻抗為75歐，電壓幅度1V，連接頭BNC或蓮花頭。

AES3是一種無壓縮的數(shù)字音頻格式，可最高傳輸24bit的兩個聲道高質(zhì)量的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)，并還附帶有相關(guān)控制信息，例如前置碼（用于同步）、用戶說明等。此外，AES3還具有檢測誤碼的功能，這是模擬接口所沒有的，這不僅降低了數(shù)字信號的失真度，還提高了傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

在實(shí)際應(yīng)用中，我們會對多通道音頻進(jìn)行處理，而AES3接口只有兩個聲道，這無疑會加大我們的工作量。因此，在這種情況下，我們會采用多通道數(shù)字音頻接口（MADI，也稱AES10標(biāo)準(zhǔn)）來進(jìn)行多達(dá)64通道音頻數(shù)據(jù)傳輸。

AES10標(biāo)準(zhǔn)是以雙通道AES3接口為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻設(shè)備互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，采用不平衡75歐輸出阻抗接法，一般同軸電纜連接距離不超過50m，當(dāng)采用光纖連接可傳輸長達(dá)2KM的距離。其音頻采樣量化比特?cái)?shù)支持24bit，鏈路傳輸速率固定為125Mbit/s，由于編碼方案限制，實(shí)際速率為100Mbit/s。由于AES10通道格式是基于AES3的子幀標(biāo)準(zhǔn)，因此它們具有良好的兼容性。

從上述結(jié)果當(dāng)中可以明顯的看出，與對照組患者的常規(guī)護(hù)理相比，觀察組患者經(jīng)過運(yùn)動護(hù)理程序護(hù)理后，患者的焦慮評分明顯降低，日常生活能力評分和運(yùn)動功能評分得到顯著提高和改善，與同類研究中的相關(guān)研究結(jié)果高度一致。

AES10標(biāo)準(zhǔn)可以說是數(shù)字信號傳輸?shù)囊淮髢?yōu)勢，因?yàn)樵谀M信號中，無法傳輸多通路信號，在實(shí)際應(yīng)用中大多采用并接方法。由于是數(shù)字信號，僅采用一根光纜，亦可達(dá)到多路輸出輸入，極大地?cái)U(kuò)展了通路數(shù)量。

四、數(shù)字音頻信號傳輸流程

廣播電臺在制作完節(jié)目后，需要將播出信號經(jīng)過傳輸系統(tǒng)傳送到發(fā)射臺進(jìn)行發(fā)射。一般來說，我們的數(shù)字音頻信號需要經(jīng)過信道編碼、附加子碼、調(diào)制等一系列過程。

信道編碼：數(shù)字信號在傳輸過程中會產(chǎn)生誤碼，為了提高傳輸?shù)目煽啃?，我們要對信道進(jìn)行編碼，這也稱為差錯控制編碼。

附加子碼：給數(shù)字信號加上時間碼等信息子碼。

圖3　數(shù)字音頻信號傳輸流程

經(jīng)過傳輸?shù)臄?shù)字信號，將被傳送至下游單位，進(jìn)行進(jìn)一步的傳輸與覆蓋。進(jìn)行接收時，要經(jīng)歷與圖3所示相反的過程。

1.盧官明，宗昉.數(shù)字音頻原理及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

2.倪其育.音頻技術(shù)教程［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2011.

3.方德葵.數(shù)字聲頻與廣播播控技術(shù)［M］.北京：中國廣播電視出版社，2005.

4.錢軍.數(shù)字音頻技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域中的應(yīng)用［J］.中國有線電視，2009（01）：66-70.

（作者單位：廣西人民廣播電臺）