陳周烽

（廣州珠江數(shù)碼集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510010）

DRA音樂頻道的技術(shù)設(shè)計

陳周烽

（廣州珠江數(shù)碼集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510010）

DRA是近年來興起的國產(chǎn)音頻技術(shù)，在聲音的編碼效率和還原效果上具有一定的優(yōu)點。詳細(xì)介紹了DRA的算法，并依據(jù)廣州有線DRA自辦音樂頻道的設(shè)計與實現(xiàn)，介紹了這一新興的音頻編碼技術(shù)在廣電行業(yè)的應(yīng)用。

DRA；自適應(yīng)時頻分塊技術(shù)；視音頻同步；私有數(shù)據(jù)描述符

1 DRA概述

1.1 什么是DRA

DRA是《多聲道數(shù)字音頻編解碼技術(shù)規(guī)范》的簡稱，是中國企業(yè)于2004年開發(fā)的一項數(shù)字音頻編解碼技術(shù)[1-2]。2007年1月被批準(zhǔn)成為中國電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)號SJ/T11368—2006）；2009年被國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)為數(shù)字音頻編解碼技術(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)號GB/T22726—2008），同年被國際藍(lán)光DVD組織納入藍(lán)光DVD標(biāo)準(zhǔn)體系中。DRA音頻標(biāo)準(zhǔn)具有解碼復(fù)雜度低、壓縮效率高、音質(zhì)好等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于數(shù)字音頻廣播、數(shù)字電視、移動多媒體、激光視盤機、網(wǎng)絡(luò)多媒體以及在線游戲、數(shù)字電影院等領(lǐng)域[3-5]。

1.2 DRA算法的實現(xiàn)

音頻壓縮技術(shù)分為無損壓縮及有損壓縮兩大類。按照壓縮方案的不同，又可將其劃分為時域壓縮、頻域壓縮（變換壓縮、子帶壓縮），以及多種技術(shù)相互融合的混合壓縮等。各種不同的壓縮技術(shù)，其算法的復(fù)雜程度、音頻質(zhì)量、算法效率（即壓縮比例），以及編解碼延時等都有很大的不同。各種壓縮技術(shù)的應(yīng)用場合也因之而各不相同。

目前國際上主流音頻壓縮算法所采用的基本理論框架如圖1所示。

DRA音頻壓縮算法基于人耳的聽覺特性對聲音信號進(jìn)行量化和比特分配，屬于感知音頻編碼和變換編碼的路線（頻域壓縮）。該算法采用了全新的自適應(yīng)時頻分塊技術(shù)（ATFT），可從10多個窗口長度中選擇1個最適合當(dāng)前音頻信號特征的窗口，以實現(xiàn)對音頻信號的最優(yōu)分解。算法中最鮮明的技術(shù)特色在于可變分辨率濾波器組和熵編碼模塊[2]。DRA算法還實現(xiàn)了量化與熵編碼的獨立優(yōu)化，進(jìn)一步提高了量化與熵編碼的性能。

1.3 參數(shù)指標(biāo)及優(yōu)點

DRA音頻標(biāo)準(zhǔn)的最大特點是用很低的解碼復(fù)雜度實現(xiàn)了國際先進(jìn)水平的壓縮效率。在自適應(yīng)時頻分塊方法、靈活的碼書選擇等關(guān)鍵技術(shù)方面具有創(chuàng)新性。由于DRA技術(shù)編解碼過程的所有信號通道均有24 bit的精度容量（常見的CD音頻格式是16 bit，更好些的在20 bit左右），故在碼率充足時能提供超出人耳聽覺能力的音質(zhì)，其主要技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。算法參數(shù)指標(biāo)如表1所示。

2 DRA頻道的設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

廣州有線在設(shè)計DRA音樂頻道時，沒有簡單地采用傳統(tǒng)的廣播音頻方式，而是考慮通過單個節(jié)目頻道的帶寬播發(fā)來實現(xiàn)。要求在播放高品質(zhì)音樂的同時，有同步背景圖案或者高清視頻伴流，為用戶提供良好的視聽體驗。為了豐富聲音品質(zhì)，頻道除了提供主打的DRA音頻外，還提供標(biāo)準(zhǔn)的MPEG-2音頻和細(xì)節(jié)豐富的DTS音頻，并預(yù)留AC-3音頻的位置。用戶可通過機頂盒遙控器上的“聲道”選項按鈕依次進(jìn)行選取。DTS流和DRA流從機頂盒送出后，經(jīng)過用戶的功放器解碼輸出。DRA節(jié)目頻道同時要求預(yù)留CA接口，待市場成熟后進(jìn)行收視保護(hù)加擾。

表1 DRA算法指標(biāo)

2.2 DRA的制作平臺

DRA頻道的節(jié)目制作在早期是比較麻煩的，主要是當(dāng)時國內(nèi)外的非編廠家都還沒有集成DRA相關(guān)的音頻技術(shù)。經(jīng)過一段時期的發(fā)展，現(xiàn)階段的制作平臺在收錄采集和非編合成上對DRA的音頻格式均可輕松實現(xiàn)處理。這里簡單介紹其中的關(guān)鍵技術(shù)。

在收錄采集環(huán)節(jié)，如果直接通過拾音器和DRA編碼設(shè)備進(jìn)行音頻節(jié)目的生產(chǎn)，成本是相當(dāng)大的，也需要建立專門的錄音室。更經(jīng)濟(jì)的做法是把WAV音頻格式轉(zhuǎn)換成DRA音頻格式。WAV音頻屬于PCM編碼，其優(yōu)點是聲音基本接近原聲，近似無損，缺點是碼率過大，直接作為電視伴音不合適。采用WAV音頻格式轉(zhuǎn)碼的另一個好處是目前絕大多數(shù)的音樂用CD存儲，即WAV格式，音樂節(jié)目來源容易，在轉(zhuǎn)換成DRA音頻后的品質(zhì)仍能保持相當(dāng)高的水準(zhǔn)。當(dāng)然，即使是DTS格式來源的音頻節(jié)目，也最好先轉(zhuǎn)換成WAV格式，再編碼成DRA音頻。

非編處理環(huán)節(jié)經(jīng)歷過兩個階段，DRA產(chǎn)業(yè)剛起步時由于當(dāng)時的非編系統(tǒng)不支持DRA音頻和視頻的同步合成，只能在播發(fā)平臺上對視頻內(nèi)容和音頻內(nèi)容設(shè)置相同的播出循環(huán)時間，實現(xiàn)視頻流和音頻流的假同步，一致性效果并不理想。隨著DRA應(yīng)用的發(fā)展，目前均可實現(xiàn)DRA音頻與視頻的同步混合處理，在播發(fā)平臺上也不需要過多復(fù)雜的設(shè)置。

廣州有線在非編系統(tǒng)上設(shè)計了6路DRA音軌，分別對應(yīng)前中置和環(huán)繞的5路音道和1路低音。DRA頻道節(jié)目制作完成后，剩下的工作就是編排節(jié)目單以及上載到播發(fā)平臺進(jìn)行播出了。

2.3 DRA的播發(fā)平臺

根據(jù)設(shè)計的思路，DRA的播發(fā)平臺需要解決視音頻的播放、視音頻的同步和授權(quán)加擾等問題。

2.3.1 視音頻的播放

播放問題比較容易處理，一些傳統(tǒng)的視頻服務(wù)器就可以滿足。廣州有線采用的就是國內(nèi)某品牌的視頻服務(wù)器。設(shè)計上采取主備配置方式，使用1臺播控服務(wù)器控制2臺視頻服務(wù)器的模式（播控服務(wù)器出現(xiàn)異常時，不會影響后臺的視頻服務(wù)器），同時在平臺拓?fù)渲幸階SI二切一以及ASI信號分配器等關(guān)鍵冗余設(shè)備，以提供2路以上的節(jié)目流，方便后續(xù)的授權(quán)加擾、應(yīng)急墊播、信號調(diào)度等處理應(yīng)用。這樣的技術(shù)架構(gòu)既可以滿足雙路在線熱備份要求，又保證了上載到主備視頻服務(wù)器節(jié)目素材內(nèi)容的一致性。另外要求平臺軟件必須具備獨立的PSI/SI信息的封裝播發(fā)能力，目的是為了業(yè)務(wù)操作靈活（如在PSI表中插入一些標(biāo)識描述符，SDT表和EIT表的節(jié)目內(nèi)容更新方便等）。

具體系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，其中虛線為網(wǎng)線，實線為ASI信號線。

在日常的運營維護(hù)中，有幾個方面需要注意：

1）要考慮節(jié)目播發(fā)環(huán)節(jié)和授權(quán)加擾環(huán)節(jié)的獨立性，盡量用模塊化、功能化的方式區(qū)別隔離，以方便實際生產(chǎn)過程中的維護(hù)和應(yīng)急處理。譬如TS流信號的連接主要依靠ASI分配器和BNC接口，CA的連接主要依靠交換機和以太網(wǎng)口，兩者互不干擾。

2）要重視播出視頻軟件的質(zhì)量。平臺往往會有許多擴展的應(yīng)用，例如在EIT表中插入廣告單，多種音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)（如AC-3，DTS，DRA等）的使用等，這些都給播發(fā)軟件的編寫帶來新的問題。

3）網(wǎng)絡(luò)安全。由于DRA節(jié)目素材大多都是通過以太網(wǎng)的方式上傳到視頻服務(wù)器。播發(fā)平臺與制作平臺網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通很容易造成病毒感染、黑客攻擊等問題。在交叉點的位置安裝防火墻，定期更新系統(tǒng)補丁和安裝殺毒軟件是必要的。

2.3.2 視音頻的同步

根據(jù)前面制作平臺的介紹，播發(fā)平臺視音頻同步的解決相應(yīng)地也經(jīng)歷了2個階段。在不同階段的變化調(diào)整主要體現(xiàn)在播控軟件上，即通過對定制軟體的設(shè)計修改，結(jié)合復(fù)用硬件設(shè)備實現(xiàn)。

在早期階段，由于節(jié)目生產(chǎn)環(huán)節(jié)的DRA處理技術(shù)還不成熟，需要將視頻軌與DRA和DTS等音頻軌分開處理，分別制作，生成1路視頻流，幾路音頻流的情況（音、視頻流各自擁有獨立的業(yè)務(wù)ID和音視頻PID），然后導(dǎo)入視頻服務(wù)器對應(yīng)的不同通道，設(shè)置相同的播出循環(huán)時間后播放（即1個通道播放視頻業(yè)務(wù)，另幾個通道播放音頻業(yè)務(wù)），形成假同步的狀態(tài)；再將播發(fā)出來的音頻業(yè)務(wù)流和視頻業(yè)務(wù)流送進(jìn)復(fù)用器進(jìn)行節(jié)目包復(fù)用，合成具有1路業(yè)務(wù)ID、1個視頻PID、幾個音頻PID的單頻道節(jié)目流，并且復(fù)用器在混包的同時要插入相關(guān)的音頻格式描述符。

具體在播控軟件上的PSI/SI信息設(shè)置如表2所示。

表2 原DRA播控軟件參數(shù)設(shè)置表

其中音頻業(yè)務(wù)類型的通道并不需要播發(fā)實際的視頻包，也無PCR（即雖然設(shè)置了PID，但無相關(guān)的包送出），只播發(fā)業(yè)務(wù)ID和音頻包。

還有一點要特別注意，將多路音頻包和視頻包送進(jìn)復(fù)用器時，要解決音頻格式描述符的問題。因為DRA音頻格式和DTS音頻格式往往在PMT表中以私有數(shù)據(jù)的形式標(biāo)識（Stream_type 0x06），同時要求生成相關(guān)的格式描述 Format_identifier：0x44524131 和 0x44545331。 其中，0x44524131和0x44545331為16進(jìn)制的ASCII碼，代表對應(yīng)的大寫字母DRA1和DTS1。廣州有線早期的播控軟件沒有生成私有音頻描述符的功能，需要通過在復(fù)用器的設(shè)置，插入相應(yīng)的PSI標(biāo)識信息，完成音頻格式的識別。

隨著非編技術(shù)的不斷發(fā)展，在節(jié)目生產(chǎn)環(huán)節(jié)就可以直接將多路音頻和視頻合成，達(dá)到即時同步的目的。播發(fā)平臺只需要提供1路通道，設(shè)置1路業(yè)務(wù)ID，1個視頻ID，幾個音頻ID即可，無須再采用復(fù)用設(shè)備對播發(fā)的多格式音頻包進(jìn)行復(fù)用。具體實現(xiàn)上，可根據(jù)音頻業(yè)務(wù)的需要，要求播控軟件在同一個節(jié)目流上至少允許設(shè)置幾個的音頻PID（廣州有線要求至少能設(shè)置3路以上）。這個一般需要通過視頻服務(wù)器廠家對播控軟件進(jìn)行定制才能實現(xiàn)。

具體在播控軟件上的PSI/SI信息設(shè)置如表3所示。

表3 現(xiàn)DRA播控軟件參數(shù)設(shè)置表

為了在PSI信息中封裝進(jìn)相關(guān)音頻格式信息，播控軟件額外設(shè)計了PSI表的配置選項Audio2和Audio3。這只是軟件的具體表現(xiàn)方式而已，是為了方便音頻節(jié)目的識別和機頂盒接收進(jìn)行的特殊定制，目的是標(biāo)識DRA和DTS音頻軌道，利于在軟件后臺合成對應(yīng)的格式描述符（描述符代碼同上）。

從第2種改進(jìn)的方式可以看出，其大大減少了節(jié)目通道的占用，提高了播出服務(wù)器的使用率，省去了復(fù)用設(shè)備和相關(guān)配置操作，具有更高的播出和維護(hù)效率。

2.4 DRA的加擾

由于DRA節(jié)目采用的是頻道方式，因此其加擾過程與一般的數(shù)字電視節(jié)目頻道是一樣的，主要是對視頻包和音頻包的加擾。

在加擾架構(gòu)上，也是采用典型的主備熱機方式。將DRA節(jié)目流通過ASI分配器分別送入主備加擾器進(jìn)行加密，然后再接入二選一設(shè)備輸出，以保證安全播出。在加擾模式上，可以單密、同密或多密。廣州有線的做法是預(yù)留同密加擾接口。現(xiàn)時期廣州有線共有2個DRA音樂頻道，由于尚處于市場培育階段，暫時都還沒有進(jìn)行授權(quán)加擾。

2.5 DRA的接收

2.5.1 機頂盒的接收

由于DRA是以數(shù)字電視節(jié)目頻道的方式送入網(wǎng)絡(luò)的，機頂盒的接收與普通電視節(jié)目接收并無太大區(qū)別，唯一的不同就是多音頻格式的選取如何在電視屏幕上呈現(xiàn)。這就必須通過前面播發(fā)平臺封裝的PSI格式描述符來實現(xiàn)。機頂盒發(fā)現(xiàn)節(jié)目流中含有該描述標(biāo)識，則按下遙控器的“聲道”按鈕時，機頂盒軟件在電視屏幕的左下角呈現(xiàn)一個三位選項的圖標(biāo)界面，如圖3所示。

選擇“MPEG音頻”時，與正常的數(shù)字電視節(jié)目一樣，將音頻流送入機頂盒的解碼器正常解出MPEG伴音。選擇“DTS音頻”或者“DRA音頻”時，機頂盒通過其背板后的SPDIF接口透傳送出，不作處理。

2.5.2 機頂盒輸出音頻的接線方式

考慮機頂盒的成本和接線的方便，在DRA音頻和DTS音頻的輸出上，采用銅軸的SPDIF接口（SPDIF是Sony和Philips數(shù)字音頻接口的簡稱，接線如圖4所示），送出的信號經(jīng)用戶接入功放器后，就可以收聽高質(zhì)量的DRA音頻了。當(dāng)然，前提是功放器要集成DRA解碼。更高級別的機頂盒可以提供光纖接口，應(yīng)用范圍也更加廣泛。

2.6 運營方式

廣州有線現(xiàn)有2個DRA音樂頻道，頻道名稱分別為《DRA 5i經(jīng)典》和《DRA 5i流行》。在頻道的運營上，目前主要是以測試推廣為主。通過與華南地區(qū)多家唱片公司、各大影院的合作，播放唱片DRA格式的音樂、電影原聲帶，提供唱片封面背景或電影海報視頻（有時是一些風(fēng)光片），形成隱性的唱片和影訊廣告，收取上游合作方的費用。同時積極嘗試開展資訊方面的合作，在頻道播放高品質(zhì)背景伴音下，提供機場、火車站等交通樞紐的班次信息、天氣預(yù)報、股票金融資訊等。但是DRA格式的音樂畢竟是個新的東西，與Dolby和DTS等國際知名的大公司比，在市場的認(rèn)可度和成熟度上差距還較大，因此目前尚處于市場的培育初期。

3 DRA的意義及展望

長期以來，全球數(shù)字音頻的核心技術(shù)基本掌握在發(fā)達(dá)國家各大公司手中，他們研發(fā)或聯(lián)合研發(fā)了相關(guān)的音頻標(biāo)準(zhǔn)，并擁有大量技術(shù)專利。在DRA研發(fā)前，中國企業(yè)由于沒有自主音頻技術(shù)，只能繳納高額專利費。據(jù)統(tǒng)計，中國每年在數(shù)字音頻領(lǐng)域需要交納的知識產(chǎn)權(quán)許可費就高達(dá)近百億元。今天，DRA成為行標(biāo)、國標(biāo)，不單單是完成中國在數(shù)字音視頻領(lǐng)域擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的歷史使命，而是站在全新起點上肩負(fù)更重的歷史責(zé)任。在引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展上任重道遠(yuǎn)，要將產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用結(jié)合起來，實現(xiàn)從芯片設(shè)計、整機生產(chǎn)、衍生品開發(fā)等系列完整的數(shù)字音頻產(chǎn)業(yè)鏈。

廣電行業(yè)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步是分不開的。從早期的模擬點歌到今天的多路、多格式的數(shù)字化音樂時代，音頻編解碼技術(shù)的發(fā)展起到了舉足輕重的作用。我們歡迎新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，尤其樂于看見國產(chǎn)技術(shù)的興起，讓中國的產(chǎn)品在世界上具有更強更好的競爭力，但是也必須認(rèn)識到其中的差距。在國際認(rèn)知度和市場占有率上，民族的DRA還有很長的路要走。

[1] 朱勤偉.DRA技術(shù)在數(shù)字電視中的應(yīng)用[J].電視技術(shù)，2009，33（1）：18-23.

[2] 馬文華，曾慶煜.DRA算法及其實時解碼器設(shè)計[J].電視技術(shù)，2009，33（5）：36-39.

[3]SJ/T 11368—2006，多聲道數(shù)字音頻編解碼技術(shù)規(guī)范[S].2006.

[4] 吳鳳燕，劉守訓(xùn)，王翾.基于DRA和AAC的MDCT/IMDCT預(yù)回聲抑制比較[J].電聲技術(shù)，2010，34（7）：65-68.

[5] ISO/IEC 13818-7,Generic coding ofmoving pictures and associated audio information-Part7：Advanced Audio Coding（AAC）（end）[S].2003.

Technical Design for DRA Music Channel

CHEN Zhoufeng
（Digital Group Co.,Ltd,Guangzhou Pearl River,Guangzhou 510010,China）

DRA is a rising domestic audio technology in recent years.It has some advantages in the coding efficiency and the reduction effect.The DRA algorithm preliminary is discussed in this paper.By the running music channel in Guangzhou Cable TV,the new audio coding technology applications in broadcasting industry is introduced.

DRA;ATFT;video and audio synchronization;descriptor private data

TN948

A

1002-8692（2011）12-0045-04

任健男

2011-03-25