CDR調頻數字音頻廣播信源編碼技術的分析

司建功

摘 要：隨著信息科技的發展，我國調頻數字音頻廣播系統有了重大突破，各種支持調頻數字音頻廣播工作的技術形式紛至沓來，促進了整個系統的良好運作。本文主要研究的是當前能夠配合調頻調頻數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字音頻廣播系統提供借鑒。

關鍵詞：CDR 調頻數字音頻廣播系統 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

調頻數字音頻廣播系統之中需要利用各種技術措施實現音頻業務播放，其中信源編碼技術已經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字音頻廣播編制具備立體聲音功能和環繞聲功能的頻道，同時還具有分層的特點，能夠實現分層編碼，促進數字調頻廣播的服務范圍和質量的擴大和優化。

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字音頻廣播系統的技術形式，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務發展迅速，使得音頻業務不斷增多，對音頻頻道的質量要求也越來越高，使得現階段的信源編碼技術注重編碼效率提升，使得調頻數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，調頻數字音頻廣播會展開多個信道，不同信道對應音頻業務不同，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有流行于調頻數字音頻廣播系統的編碼技術，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，經過實踐驗證可以證實這種新的編碼技術能夠有效延續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具體的聲音信號來進行編制，實現無損增強。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《多聲道數字音頻編解碼技術規范》（DRA）試著討論適合我國調頻數字音頻廣播的信源編碼技術。

2.1 編碼類型

我國已經研究出了擁有自主知識產權的關于信源編碼技術規范標準的規定，即《多聲道數字音頻編解碼技術規范》，而在規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]。當前調頻數字音頻廣播系統內部共研發了4類編碼類型，除了在規范中有詳細規定的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新型的編碼類型，而是針對原有DRA信源音頻編碼可發展的方向，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編碼碼率選擇是否使用參數立體聲編碼模塊處理，如果使用則輸出參數立體聲編碼碼流，再進行后續步驟。

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環繞聲的編碼框架原理可參照DRA-L環繞聲道編碼框架。

3 結語

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

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數字音頻廣播的外輻射源雷達信號模糊函數分析與處理[J].雷達學報，2014（6）：702-710.

[4] 吳智勇，于新，盛國芳.調頻頻段數字音頻廣播（FM-CDR）北京地區覆蓋測試[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