广播电视工程领域中数字音频技术的应用与展望

曹鑫

摘 要 在现今电子时代中的电视媒体已经不是单方面的平台，它正在以更直接的感官方式来介入人们的生活。在不久的将来它可以结合各个不同的实体通路，各种生活所需的物品与精神层面的需求，它都可以提供各种信息与服务，彻底颠覆平常的生活模式，这是数字电视的特色。以传播科技决定理论所强调的触觉感官的描述，新科技应该是一种能简单且直接式的被使用，如此轻易的取代老旧并且复杂的旧事物。数字电视这一波的革命目前方兴未艾，然而在科技的演进过程中逐步进化到由功能面转而使用界面的阶段。文章对数字音频技术的原理进行介绍，并具体分析广播电视工程领域中数字音频技术的应用与展望。

关键词 广播电视；数字音频技术；应用

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 2096-0360（2016）19-0039-03

数字音频广播（Digital Audio Broadcasting，DAB）技术是当前最先进的一种广播技术。

它是继AM和FM之后的第三代广播技术。DAB技术将抗回波传输的信道编码技术和信源编码技术进行了良好的技术结合，也因此具有优质、高效等诸多优点。其传输性能十分优异，可在传输的过程中充分消除噪声及失真问题，并及时修正传输中的问题和差错；另外，该技术的发射功率要求低，也能很好的达到节能环保的目的；同时，该技术还支持传输系统的同步网络运行，这在很大程度上也提高了频谱利用率。而且该技术既能做到固定接收，也能做到移动接收和便携接收[1]。

1 数字音频技术的原理

数字电视广播系统还能完美的与计算机设备及网络社会向融合，并使之能充分利用自身的高容量频宽优势。数字电视广播能提高便捷的高速频宽网络联机服务，除此之外电视广播系统还能为收视用户提供实时服务与在线随选互动节目，这样不仅保证用户能自由选择电视节目，还能自己根据喜好编排个人节目单，从而实现双向的互动交流，为保证节目符合用户需求提供了良好的技术支持。可预期将来各电视台将由模拟转为数字规格。而模拟电视广播讯号强度易随传送距离增长而衰减的问题，在广播系统全面数字化条件下，已渐渐成为过去式，无论你在何方，清晰而稳定的数字收视影像将唾手可得[2]。

1.1 以听觉域度为基础对可闻信号实施编码工作

从频率方面来看，人耳对声音的振动是有一定反应范围的，通常人耳能接收约为20 Hz～20 kHz范围内的振动频率。而从声压级范围来看，则需要用听阈曲线进行描述，通常在一条声压级曲线之下所对应频率的信号，人耳就无法感知。因此，就可以根据频率及声压级来划定音频范围，并可将类似的不被人耳所接收的信号去除掉，从而减少音频的数据率[3]。

1.2 可只对幅度强的掩蔽信号实施编码工作

在安静的环境下人耳能轻易的分辨声音，但在吵闹的环境中却无法做到这一点。这是因为有杂音的干扰而致使人耳不能轻易接收到自己所希望听到的声音。这种因杂音存在而导致另一个声音需要提高音量才能被接收的现象，就是被称之为听觉掩蔽效应的东西。在图形中，虽然B、C两信号在听阈曲线的范围之内，常理来说人耳是可以听到B、C两信号的，但因为A信号的前向掩蔽作用，C信号被淹没，之后B信号也被淹没，这时，人耳就只能听到A信号了。这就要求在数字音频技术的处理过程中将类似的B、C信号去除，以保证音频数据率的减少[4]。

1.3 因对噪声的量化，无需对全部原始信号进行编码

与人耳的听阈曲线类似，数字信号也可对声音进行量化处理，其对噪声的判断更加准确直接。也因此在信号的处理过程中，无需对A、B信号进行全部幅度的编码，而只需要对信号与造成的差值进行相应的编码处理就能达到很好的降噪效果。这样一来，在实际的编码过程中就能大大减少量化幅度，这就能从根本上减少数据率的产生。等响曲线说明了听觉对响度的一些特点：响度级与声强有关，声强增加，响度级也会相应增加。响度级与声音的频率有关，频率不同时，即使声压级一样，响度级也会不同。随方值的增大，等响度曲线随频率的变化减小。需要注意的是：对于400 Hz到4 kHz的声音，响度级方值和声压级dB值相差不大，有时就以dB值代替方值。此外，由等响度曲线可看出，20H。声音声压级必须达到70 dB才能听到，因此，对包含低音的节目进行调音时监听音量通常都要达到70到90 dB[5]。

1.4 优化、编码工作可充分利用子带分割来完成

传统编码过程中，其操作对象往往包含了整个频带，以达到减少数据率的目的。而新的数字音频技术则可对每个信号进行量化。在实际操作方面，因为听觉曲线和其它因素的影响，可分配较少的比特数对幅度较小的信号进行量化，这样可将整个频带细分成多个子频带，再针对每个独立子频带进行单独编码，其自然就能进行自适应的比特分配，达到良好的减少数据率的效果。

在整个频带编码中，如果D信号分配16bit进行量化是多余的话，就需要进行针对性的分配。所以在具体的操作中可将A、B、C、D分置于不同的子带中，这时就能分别在其所处的子带内进行最适宜的比特数分配，通过这样的分配进行编码，就能大大减小数据率。需要注意的是，用于分割的子带，其分辨率越高，则相应的子带的频带就越窄，在子带分配中，比特数就能越精确，这样也就减少了比特率[6]。

2 数字广播电视的特色及相关技术

就讯号与传输特质而言，数字科技衍化之俱象性含括以下几点。1）讯号特质：讯号抗干扰、便于加密处理、多代复制、利于长久保存、讯号可以单独分离以及适合数据与影音讯号。2）传输特质：讯号传输过程中，设备易于整合使得信息传输设备；以及容易结合各种数字讯号。而从创作者而言，在制作电视节目的形式上，也因为科技的提升更方便结合了2D、3D计算机动画，让原本只运用在电影的场景里也出现在电视制作里。以流行音乐而言，音乐录像带的制作就结合大量的3D动画，另外谈话性节目也加入运用3D虚拟场景来替代真实的布景，让画面更有视觉变化[7]。

2.1 多频道

数字电视依其所使用的频宽，可分为高画质数字电视（HDTV）及标准画质数字电视（SDTV）两种，并提供多频道之服务及传输大量的数据。例如数字电视可以同时传送不同的音轨及字幕，而体育节目则可由观众自行选取不同摄影机所拍摄的角度及呈现球员得分纪录等交互式服务[8]。此外，数字电视可传送整版报纸、体育、股市信息、计算机软件、电话簿及交互式教材等大笔数据。大体而言，标准画质的电视画面虽不若高画质清晰，但画质是优于目前传统模拟电视。标准画质电视可以利用其多余的频宽提供多频道的服务，而高画质数字电视因所占频宽较宽，故仅能提供一个频道之服务。

数字频道增多后，电视台发送出来的节目讯号经过数字方式压缩后，一个频道可同时播出三个或四个标准画质的节目，另外加一些数据传输（Data Broadcasting），如股票、气象等信息。或者使用一整个频道来播放一个高画质的节目。

2.2 互动

至于交互式电视服务，就是打破以往单向传播的情形，而与阅听众产生相互交流的传播方式。也就是说，电视台可以依照观众不同的需求，在电视上呈现不同的信息。而这些信息服务项目有的是免费提供，有的是必须付费的。未来数字电视将可以提供许多交互式电视服务，例如实时的交通信息、财经信息、生活信息、购物信息，在线购物付费等[9]。

数字电视的互动功能，应用在电视节目内容设计上，可以发展出更多样化的内容型态，例如互动竞赛、猜谜、远距教学、体育节目的多角度的选择，甚至是戏剧节目的剧情走向选择等。应用在电视商务方面，则可以发展出线上实时购物、在线竞标等。

同时，也可以根据消费者的个人属性，主动发出信息，通知消费者所关心之事物的最新状况。甚至让消费者询价、比价，或是让消费者在线直接与卖方进行交谈、议价等。而在节目广告方面，广告主也可以依据节目分析所得到的观众属性，来决定购买搭配的节目内容。甚至利用数字技术，让计算机自动选择，使不同区域的收视观众，同时接收到不同版本的广告内容[10]。

3 广播电视工程领域中数字音频技术的应用

随着数字化的发展，所谓的DTV是指电视讯号在发射端就是以数字方式纪录、处理、压缩、编码、调变及传送；而在接收端也是以数字的方式接收、解调、译码、解压缩及播放。数字电视是各国既定发展的政策，本研究是从制作技术面来探讨在数字器材的运用之下，电视节目从业人员如何使用数字技术来制作数字节目内容，从（Pro-Production）、制作（Production）、后期制作（Post-Production）等三个流程，来探讨数字电视的节目设计及电视节目的制作技术。在节目设计方面朝互动性，多角度播出，高画质及高音频为探讨范围，制作技术方面以数字化的流程为研究主轴[11]。

数字内容（Digital Content）是一种利用信息技术将将文字、图像、语音、影像等数据进行数字化整合处理的产品或服务。以价值链的观点来看，传统且具有商业价值的娱乐、教育、艺术与文化等内容，是最底层的价值基础。若经过信息科技（数字化处理技术，包括内容制作、格式标准、数据压缩、特效处理、图像运算）的处理，就能将其进行数字化转化，这样不仅利于复制，也使得其具备了一定的附加价值。同时经过数字化的处理，其也具备了互动与影音、图像整合的功能。之后，经过流通与保护技术、版权管理、收费机制等机制运作，各种数字内容就能通过各种渠道，传送至用户端，从而产生价值[12]。这也就是数字内容服务的价值链的体系简单概述。

具体而言，在节目制作方式及内容型态的转变上，则包括：透过信息服务、娱乐、通讯的整合，可提供更多元化的服务，如各种互动性的信息、视讯娱乐服务等；另外，由于数字处理技术的进步与运用，在影音质量及表现形式上更加精进、丰富。采用数字化节目制作方式，在数据上可轻易的保存、切割、重组，节目内容的片段可以多次、多重利用。不但可以忠实还原讯号，也不会产生讯号衰减的问题，因此节目数据挪用的次数及用途不受限制。因此节目数据将成为经营资产的一部份，高质量节目不但可以切割重组创造利润，也可以不同形式或组合的方式再次出版或出售。例如，生态节目的节目片段，可以很轻易、并且不限次数转到儿童节目、戏剧节目、益智节目，甚至加入特效成为综艺节目内容。

4 结论与展望

数字广播的出现，极大便利了人们的生活，也推动了广播电视的发展。试想一下：个人只要拥有计算机，就能自己进行广播节目的制作，并通过基于互联网的数字广播台进行播放。而其他人也能有选择地收听其他人制作的各种节目，且这种收听是而不受时间限制的。当然，上面的这些也只是基于互联网的数字音频广播技术而言的。若个人可以利用数字通信卫星进行数据信号的传输，就能够实现数字音频的无线广播，这样的话，就能实现节目制作、传输和接收上都的全数字化。若真能如此，那么借助无线音频广播技术，人们无论身置何处，就都可以利用数字式的收音机进行广播的收听，也许某一天在校园广播中甚至也能听到自己宿舍录制的节目。提到互动性，则是将来在企划数位节目时企划人员所要注意的重点。数字电视除了高画质、高音质的特性外，互动特性改变了传统看电视的生态。但在设计节目中的加值服务或互动内容时，应极力避免为了互动而互动，以及太过复杂的设计方式。以免徒劳无功，且阻隔了大众学习使用数字互动电视的动机。

高画质、高音频的数字节目在后期制作上所面临的两个问题：一是高画质的画面需要高容量及运算快的稳定计算机才能处理画面剪辑；二是高音频的5.1多轨声道，此部份必须有专业的录音室设备且通过杜比公司的认证授权资格才能制作立体的环绕效果。一般后期剪辑师只能负责多轨的声音剪辑，因此杜比E的环绕效果必须交付专业录音师来处理。高画质数字摄影机所拍摄的高画质画面目前规格未统一，这一部份在分辨率的差异，常常造成剪辑人员在剪辑的困扰。因此数字的观念是专业人员在这一阶段最需要加强的。

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