数字音频技术在广播电视技术工程中的应用

■城固县融媒体中心：王云涛

数字音频技术是一种通过专用设备对原始音频信号进行处理和转换、达到符合特定广播音频格式目的的一种技术。在数字技术的支持下，有效提升了音频质量和传输效率，是数字音频技术在音乐制作、广播电视技术工程等领域得到广泛应用的基础。随着数字音频技术的发展和应用日益广泛，广播电视工程技术操作人员对数字音频技术的应用需求不断提升。本文主要对数字音频技术在广播电视技术工程中的应用进行研究，旨在为广播电视行业提升数字音频技术应用水平提供理论参考。

1. 数字音频技术工作原理

数字音频技术是一种专注于优化数字音频信号传输方式的技术，音频压缩编码技术是数字音频技术发展应用中的关键。音频压缩编码技术通过智能压缩音频数据，减小文件大小，有效提升了传输效率。在此过程中，利用频率屏蔽效应舍弃了频率相近且低强度的信号，促进了高强度音频信号的及时传输。这种编码方法不仅降低了数据量，还有效维持了音质水平[1]。

数字音频技术的原理包括数字信号处理和压缩编码两方面。通过数字信号处理，音频信号被转换成数字形式，使其更容易被处理、传输和存储。这一过程中，采样、量化和编码是关键步骤，以确保原始音频信息的准确性。压缩编码技术则通过去除冗余信息和精简编码，实现音频数据的高效压缩。在频率屏蔽效应下，通过巧妙处理，系统能够识别并优先传输高强度的音频信号，从而最大程度地减小数据量，提高传输效率[2]。

数字音频技术的实现不仅需要先进的硬件设备，还需要精密的算法和系统优化。通过数字信号处理和压缩编码技术，并结合有效的错误纠正和丢包恢复机制，确保音频信号在传输过程中的稳定性和完整性。同时，对音频质量的重视也是数字音频技术成功实施的关键，只有将技术创新与音质追求相结合，才能真正实现音质还原的目标。

2. 数字音频技术应用优势

2.1 较高的清晰度和还原度

实现音质还原需充分认识数字音频技术的重要性，尤其是音频压缩编码技术。频率屏蔽效应会舍弃部分信号，以降低编码率。数字音频技术中，通过采样、量化和编码，保留原始音频信息；通过压缩编码，高效减小音频数据量。实现数字音频技术需要先进的硬件和算法以及系统优化。重视音频质量是关键，将技术创新与音质追求相结合，能够实现音质还原的目标[3]。

2.2 编辑制作相对简单

数字音频技术通过将模拟音频进行数字化操作，实现了离散化的记录方式。在数字音频的记录过程中，常采用1bit和多bit的记录方式，其中多bit又分为有损编码（如mp3）和无损编码（如wave或flac）。数字音频技术具有多轨录音软件的强大功能，能够对人声、乐器等进行分别采集，实现对整个节目的灵活编辑。这种多轨录音技术不仅使广播电视节目的制作更加灵活，而且在后续遇到问题时，能够快速进行声音采集和补救录制。相比之下，模拟音频技术在进行二次制作时存在一些困难。其编辑过程是顺序的、线性的，需要通过倒带、快进等操作来寻找二次制作点。而数字音频技术的应用则更为简便，可以根据数字音频的编译规则进行瞬时定位，迅速找准二次制作点，实现快速制作。这种灵活的编辑制作优势使得数字音频技术在广播电视制作领域更为便捷，为节目制作者提供了更加高效和方便的工具。

2.3 精准冗余剔除，提升音频质量

人们采集的音频信号往往包含大量冗余信息，尽管可以随时随地获取所需的音频信息，但这些冗余会影响音频信号的清晰度和还原度。因此有效去除音频信号中的冗杂成为一个重要问题，而在这方面，数字音频技术则表现出了相对优越的处理能力。数字音频技术利用图像相邻像素和音频相邻振幅之间的规律和关联性，以数字建模的方式理解这种关联性。通过这一方法实现了数字音频技术有针对性地去除冗余内容，提升了音频质量[4]。

2.4 大数据、快速编译

音频内容的庞大数据量使数字音频技术在编译、存储和传播方面具有明显优势。相对于模拟音频技术，数字音频技术的数据传输和编译速度更快，而且数字信号经过压缩后，存储能力得到显著提升。而未来音频内容的发展趋势需要更大的数据存储空间和更高的编译能力，这使数字音频技术成为最佳选择，为有效处理庞大的音频数据提供了可靠的技术支持。

3. 数字音频技术在广播电视技术工程中的应用

3.1 声音采集与录制技术

声音采集与录制技术是通过数字设备捕获和记录声音信号的过程，数字化的方法提供了更高精度和灵活性，避免失真，便于存储、处理和编辑音频，提高了录制效率和准确性。

声音采集与录制技术应用流程中会使用各种专业设备或工具，如麦克风、声卡、录音机和数字音频工作站等，达到实现声音信号记录的目的。如在广播电视技术工程中，借助麦克风，声音采集技术实现了声音信号到电信号之间的转换，而借助录制技术则能实现声音信号的数字化存储[5]。

声音采集阶段，麦克风的选择与布置至关重要，其位置和布局直接影响采集效果。录制技术中，需要重点对采样率、位深度进行设置。采样率高低直接影响到声音还原效果，而位深度设置则会对声音录制的动态范围、信噪比产生直接影响。故声音采集中，需要借助增益调整、降噪以及均衡等技术对声音质量进行优化，提升声音采集的清晰度、平衡性。

当前声音采集设备、录制设备种类十分丰富，除了麦克风、声卡等专业设备，很多智能手机等移动终端也具备了声音采集与录制功能。广播电视技术工程应用时，可以根据实际需要选择相应的技术和设备，提升声音采集与录制效率，为后续编辑与处理奠定基础。

北京冬奥会中采用了先进的声音采集与录制技术将精彩的赛事呈现给观众。有些比赛项目中如冰壶比赛中，基于114支不同型号的传声器采集、录制了4条赛道的声音。而在重要的决赛中，传声器的应用更提升了现场比赛包括比赛细节的声音捕捉。这一先进的声音采集与录制技术的应用，通过精细的设备配置和布局，确保了高质量的音频效果，为观众呈现了生动的赛事音响体验。

3.2 音频信号传输技术

音频信号传输技术是将声音信息从一个地点传送到另一地点的技术。音频信号传输技术涉及在广播电视工程中选择适当的传输媒介和方式。传输媒介包括电缆、光纤和无线电波，各自具备稳定性、高带宽、抗干扰等特点。传输方式包括模拟传输和数字传输，分别采用XLR、TRS、RCA等模拟接口，以及AES/EBU、S/PDIF、HDMI等数字接口。这些技术的选择会影响音频传输质量和适用场景，它们也被广泛应用于广播电视、音乐演出和语音通信等领域，为实现高质量的音频传输和分发提供了关键支持[6]。

北京冬奥会开闭幕式直播音频系统核心由A6转播车和A1音频车构成。A6转播车通过OBS获取分轨音频信号，光纤传输ADI信号给A1音频车。同时，ORTF 3D环境效果传声器信号通过8K制作系统回传A6转播车，再通过光纤传输MADI信号给A1音频车。A1音频车精细制作分轨信号形成5.1.4格式的三维声信号，返回A6转播车，以SMPTE ST 2110-30标准的AoIP信号传送给总台的主控系统。这一技术体系在冬奥会中实现了复杂的音频信号处理，为观众提供沉浸式的音频体验。

3.3 音频编码与解码技术

音频编码与解码技术是数字音频处理中的关键环节，其目标是通过压缩音频数据达到减小文件大小或传输带宽，同时保持高质量音频重现的目的。编码阶段，借助数学算法将原始音频信号转换为数字格式，消除冗余信息，并利用感知模型捕捉人耳对音频的敏感度，实现高效压缩。解码阶段则将压缩后的数据还原为可听的音频信号。常见的编解码标准包括MP3、AAC、和Opus等，它们采用不同的算法和参数，平衡了压缩率和音质。目前音频编码与解码技术在音频娱乐、通信等领域应用广泛，为用户提供了高效的音频传输和存储解决方案。

在广播电视技术中，音频编码与解码技术是实现音频信号高效传输的有效路径和手段。通过压缩编码，音频数据在传输和存储时占用较小的空间，提高了传输效率和节省带宽。解码技术则保证了接收端能够还原原始音频信号，确保音质不受过多损失。北京冬奥会中采用了AVS3，这是全球第一个应用于8K和5G产业的音视频信源编码标准。AVS3编码模块是一种先进的视频编码标准，旨在提供更高的压缩效率和更优质的视觉体验。AVS3采用了先进的帧内和帧间预测技术，支持多种分辨率和帧率，同时具备强大的画面细节表达能力。AVS3编码模块在视频传输、娱乐和通信领域中发挥着重要作用，为用户带来更清晰、流畅的视觉感受。在冬奥会赛场上，AVS3视频质量上明显胜过H.265/HEVC，使冰雪健身影在赛场上的每一帧都呈现出清晰可见的效果，犹如近在眼前。

3.4 音频信号处理和增强技术

音频信号处理和增强技术主要致力于改善音频信号的质量、清晰度和逼真度。在音频信号处理和增强技术中，包含了多种关键技术：声音均衡技术通过调整频谱中不同频率的音量，实现音频的平衡，确保各个频段的声音得到适当强调，达到提升整体听感的目的。噪声降低技术采用滤波和自适应算法，通过去除环境噪声和干扰让音频更为清晰。音频增益和压缩技术则用于调整音频信号的振幅，保证音频在传输和播放过程中维持适当的音量水平，同时避免出现失真现象。空间声场处理技术则通过立体声扩展、环绕声模拟等手段，增强音频的立体感和空间感，为用户创造更沉浸式的听觉体验。这些技术在通信、音乐制作、语音识别等领域得到广泛应用，不仅提升了音频的质量和真实感，也满足了不同场景对音频处理的多样需求。

如Martin MLA系统作为主扩声系统在世界领域内多场大型音乐节中得到广泛应用，如格拉斯顿伯里音乐节2011年起就开始使用这一系统，此外英国海德公园音乐节、Rock in Rio音乐节、草莓摩登天空音乐节、上海国际爵士音乐节及一些歌星的演唱会中也都采用了Martin MLA系统。Martin MLA系统采用多单元设计，每个音响单元都搭载独立的数字信号处理（DSP），使其能够实时调整音响的水平和垂直分布，精准控制声学覆盖区域。这种高度可调的特性使MLA系统在各种场地和形状中表现出色，最大程度地减少波束散射，提供清晰均匀的音响效果。MLA系统的独特配置和数字处理能力不仅增强了声音的定位和清晰度，也为听众带来了卓越的音频体验，这也是使其能够适用于大型音响活动的一大原因。

3.5 音频立体声和环绕声技术

音频立体声和环绕声技术旨在提升听众的音频体验。立体声通过使用两个独立的音频通道，模拟左右声道，创造出在水平方向上的音频定位感。而环绕声技术则利用多个音频通道，如前后、左右等方向，在立体声的基础上创造更为立体和沉浸的音频环境，使听众感受到音频源在整个空间中的位置，为影视、游戏等领域提供更真实的声音表现。

常见的音频立体声配置包括左右声道，分别从左右扬声器播放音频，模拟出水平方向上的声音来源。环绕声技术通过增加额外的声道和扬声器，如5.1或7.1系统，创造更丰富的音频环境，使听众能感受到音频源在前后、左右等多个方向的定位。空间声场处理技术则进一步强化音频的立体感，通过立体声扩展、环绕声模拟等手段，为音频添加深度和三维感，提供更为沉浸式的听觉体验。

央视2019年《春晚》节目中采用了4K、5G、VR等多种先进科技，特别是5.1环绕声的全程使用，通过前左、前中、前右、后左、后右和低音炮六个独立的声道，在整个演出过程中实现了更为真实、沉浸式的环绕音效。这一技术的使用在音响效果上提供了更丰富、更立体的感觉，有效地强化了音频源的空间感和方向感。

4. 结束语

数字音频技术在广播电视技术工程中的应用，不仅提升了音频的质量和清晰度，同时创造了更加沉浸和真实的音频体验。本文对数字音频技术的工作原理、应用优势及其在广播电视技术工程中的应用进行了阐述。随着数字音频技术的不断完善发展，未来数字音频技术还将在广播电视技术工程中大放异彩，发挥出更加重要的作用，为观众呈现出沉浸感强、真实性强的电视节目。