許晶晶

（廣州廣晟數(shù)碼技術有限公司，廣東 廣州 510600）

進入21世紀以來，全球數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)覆蓋了數(shù)字電視制造、數(shù)字電視廣播、視聽類消費電子、寬帶網(wǎng)絡多媒體、智能視頻監(jiān)控等眾多數(shù)字媒體應用，產(chǎn)值已占到了信息產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的三分之一。

在數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)中，音視頻編碼壓縮技術是整個產(chǎn)業(yè)依賴的關鍵共性技術，成熟的國際/國家標準是數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)的基礎。近幾年，我國自主音視頻技術創(chuàng)新取得了長足進步，具有我國自主知識產(chǎn)權的DRA、AVS標準的頒布與實施對我國日漸強大的音視頻產(chǎn)業(yè)起到巨大推動作用，為構(gòu)建我國具有自主知識產(chǎn)權的數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)鏈提供了難得的機遇。

音頻編解碼技術是數(shù)字家庭的關鍵技術和重要組成部分，具有我國自主知識產(chǎn)權的DRA多聲道數(shù)字音頻編解碼技術（簡稱DRA技術[1]），與MP3等國際主流的數(shù)字音頻編解碼技術比，具有壓縮效率高、音質(zhì)好、解碼器復雜度低和容錯能力強等特點，可廣泛應用于數(shù)字電視、數(shù)字音頻廣播、數(shù)字家庭影院等領域。

本文針對數(shù)字家庭產(chǎn)業(yè)鏈上相配套的環(huán)節(jié)，如上游的數(shù)字內(nèi)容制作和媒體資源管理系統(tǒng)，下游的播出系統(tǒng)、終端接收系統(tǒng)等，研究分析了DRA音頻在數(shù)字家庭領域整個業(yè)務流程中的應用，實現(xiàn)核心技術、節(jié)目制作、節(jié)目播發(fā)、關鍵產(chǎn)品開發(fā)的有機融合。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 研究意義

目前，數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，我國相關產(chǎn)品雖然產(chǎn)量居高，但同時也面臨著巨大的問題。一是產(chǎn)業(yè)大而不強，國際競爭力較弱；二是屢屢受到國外企業(yè)的專利訴訟，面臨巨額專利費索賠。DRA技術作為我國自主創(chuàng)新的一種具有國際先進水平的數(shù)字音頻壓縮技術，被頒布為國家標準后，形成了我國自主的音視頻技術體系，今后對于提升我國產(chǎn)業(yè)的話語權，抵御國外“技術壁壘”起到牽制作用。

通過研究DRA音頻技術在數(shù)字電視、廣電移動多媒體、藍光DVD等產(chǎn)業(yè)的應用，可以大力推動DRA音頻技術的產(chǎn)業(yè)化，為我國政府、行業(yè)協(xié)會與國外技術壟斷企業(yè)的談判贏得了議價的空間，每年可為我國數(shù)字音頻終端企業(yè)節(jié)省數(shù)億元專利費，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

同時DRA技術已經(jīng)通過了國內(nèi)外權威機構(gòu)的嚴格測試，成為國際藍光光盤的音頻標準，具備了作為數(shù)字電視音頻技術的優(yōu)質(zhì)條件。但數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)鏈上相配套的其他環(huán)節(jié)，如上游的數(shù)字內(nèi)容制作和媒體資源管理系統(tǒng)，下游的播出系統(tǒng)、終端接收系統(tǒng)等方面，DRA技術的開發(fā)應用還不成熟。所以研究如何打通DRA技術在數(shù)字電視領域整個業(yè)務流程中的應用對推廣DRA技術的產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。

1.2 研究方向

本文的研究方向主要是DRA音頻技術在數(shù)字電視中的應用，它貫穿了產(chǎn)業(yè)鏈中的各個環(huán)節(jié)。

節(jié)目制作和媒體資源管理系統(tǒng)：完成支持DRA音頻標準的數(shù)字內(nèi)容制作系統(tǒng)和媒體資源管理系統(tǒng)的集成與建設工作，打通DRA技術在廣播電視行業(yè)的采集、編輯、審核、存儲、播出等全業(yè)務流程[2]。

節(jié)目播出系統(tǒng)：在基于微軟交互技術的數(shù)字家庭平臺和基于單向DVB-C技術的數(shù)字電視平臺上同時實現(xiàn)DRA音頻的系統(tǒng)集成和應用開發(fā)。

終端接收系統(tǒng)：與上游芯片廠商和下游終端廠商共同研發(fā)支持DRA技術應用的數(shù)字家庭多媒體終端系統(tǒng)解決方案，并形成高、中、低檔等針對不同人群和業(yè)務的產(chǎn)品系列。

產(chǎn)業(yè)基地和內(nèi)容源建設：建設DRA音視頻產(chǎn)業(yè)制作基地和采用DRA標準的節(jié)目資源庫。

2 研究內(nèi)容

2.1 DRA音頻技術的創(chuàng)新性

研究數(shù)字音頻技術的目的就是要盡量節(jié)約存儲空間和傳輸帶寬，即對數(shù)字音頻信號進行壓縮，降低碼率。音頻信號能夠壓縮的基本依據(jù)是信號的冗余度和人類的聽覺感知特性，在保持音質(zhì)、限制碼率和降低編碼計算量三方面進行折中[3]。

DRA技術是一套完整、高效的數(shù)字音頻編解碼技術方案，其最大特點是用很低的解碼復雜度實現(xiàn)了國際先進水平的壓縮效率。在編解碼過程中，信號通道保持24 bit的精度，可支持的聲道設置除了立體聲、5.1環(huán)繞聲、6.1環(huán)繞聲和7.1環(huán)繞聲之外，還為未來的音頻技術發(fā)展預留了空間；同時可支持從8～192 kHz間的標準采樣頻率，包括44.1 kHz和48 kHz；它對編碼比特率沒有明確限制，在具體應用時可根據(jù)信道帶寬和音質(zhì)要求等因素來設定[1]。

在創(chuàng)新方面，DRA技術重點研究方向就是根據(jù)音頻信號的短時特性，設計創(chuàng)新的時頻分析工具，實現(xiàn)對信號進行不同分辨率的時頻分解，從而獲得自適應的可變分辨率時頻變換，提高后續(xù)量化熵編碼效果，從而獲得更好的編碼質(zhì)量。另外，在量化比特熵編碼這個模塊中，通過創(chuàng)新的碼書選擇方案，進一步提高了編碼的質(zhì)量。

DRA技術從研發(fā)到形成標準，通過了國家廣播電視質(zhì)量監(jiān)督檢測中心和國家廣播電影電視總局進行的多次主觀聽音測試及客觀指標測試，同時DRA技術通過了國際好萊塢片商和盤片播放器企業(yè)組織的音頻技術測試，性能指標達到國際先進水平。DRA技術主要性能指標如表1所示。

表1 DRA技術主要性能指標

2.2 DRA制作和媒資系統(tǒng)架構(gòu)

本文基于DRA技術的特性，研究了數(shù)字電視節(jié)目采編系統(tǒng)的搭建。根據(jù)DRA制作和媒資管理，劃分為節(jié)目采集區(qū)域和節(jié)目制作區(qū)域，同時這兩個區(qū)域又依賴于基礎網(wǎng)絡平臺和節(jié)目存儲平臺，整體系統(tǒng)通過5個部分相互連接而構(gòu)成一個整體，如圖1所示。

圖1 DRA制作和媒資系統(tǒng)架構(gòu)

1）節(jié)目采集區(qū)域：完成所有音視頻節(jié)目數(shù)據(jù)的采集工作。

2）節(jié)目制作區(qū)域：完成采集后的節(jié)目數(shù)據(jù)的編輯處理工作，包括編輯、配音、節(jié)目合成、視音頻質(zhì)量審核等。

3）基礎網(wǎng)絡平臺：光纖FC＋以太網(wǎng)雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為節(jié)目采集與制作提供高可靠、高效率的帶寬。

4）節(jié)目存儲平臺：提供大容量、高性能的存儲體，為節(jié)目采集區(qū)和節(jié)目制作區(qū)提供節(jié)目數(shù)據(jù)的存儲；同時為節(jié)目存儲提供一定的近線存儲空間。

5）內(nèi)部管理平臺：包括業(yè)務管理和網(wǎng)絡管理。通過共享網(wǎng)絡存儲和資源管理器，采用媒體制作播出的一體化設計模式，實現(xiàn)了DRA節(jié)目的采集、編輯、審核、存儲、播發(fā)等流程，打通了節(jié)目制作和發(fā)行的各個鏈條。

2.3 DRA信號的采編

1）DRA節(jié)目的采編

可通過表2所示的兩種方式進行。

表2 DRA節(jié)目采編方式

2）DRA音頻和視頻非編系統(tǒng)的結(jié)合

非編系統(tǒng)可以使用DRA格式進行音頻信號的編輯，具體實現(xiàn)中為非編系統(tǒng)及軟件提供專用的DRA音頻插件，集成到編輯界面中去。音頻插件的功能包括：

（1）音視頻同步?；跁r間戳機制，保證音頻和視頻的時間同步。

（2）多聲道編輯。DRA音頻插件最大可支持7.1聲道的同時編輯，以及對每個聲道單獨編輯。

（3）音頻信號處理。調(diào)整音頻信號的增益，在頻域進行均衡、濾波等多種音頻特效處理。

（4）噪聲處理。對輸入的音頻信號自動檢測，提供白噪聲、粉色噪聲的抑制，對白中的說話音增強。

（5）音頻編解碼。對輸入信號進行DRA解碼，對編輯后的音頻信號重新編碼為DRA格式。

2.4 DRA信號的存儲

DRA技術本身屬于多聲道數(shù)字音頻編解碼技術，其節(jié)目制作占用的存儲空間要大于普通的雙聲道立體聲節(jié)目。另外，節(jié)目制作時還要同時支持高清技術的其他附加應用，這樣將需要更加可靠和高效率的存儲帶寬支持。

原始音頻素材文件采用8通道、48 kHz采樣、32位PCM方式存儲，每聲道1 536 kbit/s，總共傳輸數(shù)據(jù)為1 536 kbit/s×8=12 288 kbit/s，加上其余輔助數(shù)據(jù)等，需按13 Mbit/s計算。現(xiàn)有技術中只有光纖FC＋以太網(wǎng)雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)為節(jié)目采集與制作提供可靠、高效率的帶寬，才能夠滿足業(yè)務的要求。

2.5 DRA終端的部署研發(fā)

參照DVD機對杜比和DTS的支持方式和成功經(jīng)驗[4]，采用循序漸進的方式，可以采用幾種不同的解決方案穩(wěn)步推進DRA終端的部署。

1）DRA技術在單向DVB-C機頂盒上的應用。通過在標清的芯片中集成DRA技術，已經(jīng)可以驗證標清芯片可以支持DRA數(shù)字信號的光纖和同軸輸出，DRA信號通過機頂盒解碼傳送至音響，用戶可以在終端聽到聲音的重現(xiàn)。

2）DRA技術在移動終端信號中的應用。DRA技術目前已在中國多媒體數(shù)據(jù)廣播CMMB中得到應用，成為其必選的音頻標準。CMMB的市場主要面對手持移動終端的接收，產(chǎn)品類型多樣，涵蓋手機、PDA、MP4、MP5、車載電視、導航儀等，只要終端內(nèi)置CMMB芯片就可以接收DRA的音頻廣播。但是CMMB作為手持終端接收信號的環(huán)境比較差，因此技術上的重點是體現(xiàn)DRA技術在低碼率和移動情況下相對于FM廣播的優(yōu)良品質(zhì)。由于CMMB移動接收的特點，又能較好地和手機結(jié)合在一起，一旦普及，其終端數(shù)量將非?？捎^，這樣就為DRA的傳輸開辟了另一條通道。這一解決方案的目標是為用戶提供更多DRA技術新的應用，擴大DRA音頻的應用范圍[5]。

3）DRA技術在多媒體數(shù)字家庭終端上的應用。隨著技術的進步，未來幾年多媒體交互式的數(shù)字家庭終端將會成為市場上的主流產(chǎn)品，這些產(chǎn)品應當是具有高清、互動等功能，因此CPU的能力將大大加強，完全可以滿足DRA解碼的需求。

3 市場預測

對于數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)來說，數(shù)字音頻標準是一項重要的配套標準，它無論作為視頻的伴音還是單獨的音頻廣播，都是不可或缺的。為了達到高保真的目的，對于數(shù)字音頻的采樣率和量化精度又有了更高的要求。這就意味著需要信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越來越巨大，而電視信道的帶寬資源是相對固定的，因此對于信源標準的壓縮效率和性能有著越來越高的要求。而一直以來，高壓縮率的數(shù)字音頻編解碼核心技術都掌握在國外公司手中，攫取我國數(shù)字音頻市場的大部分利潤。DRA技術的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化為我國數(shù)字音頻產(chǎn)業(yè)帶來了極大的機遇，其壓縮率高、解碼復雜度低等特點非常適合數(shù)字電視領域的應用。同時，近年興起的高清有線數(shù)字電視市場，也為DRA標準的應用提供了機遇。DRA成為國家標準后，業(yè)內(nèi)普遍認為，“DMBT信道+AVS視頻+DRA音頻”將是地面數(shù)字電視國標最完美的結(jié)合。目前，前端設備制造商、國內(nèi)外知名芯片公司，以及機頂盒和終端廠商對DRA音頻標準的采納及應用將構(gòu)成完整的DRA數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)鏈，市場空間十分廣闊。

4 結(jié)論

DRA技術經(jīng)過實踐檢驗，性能優(yōu)越，成為國家標準后，產(chǎn)業(yè)化推進迅速，完全滿足了數(shù)字電視系統(tǒng)的要求。通過研究DRA音頻技術與數(shù)字電視節(jié)目制作、節(jié)目播發(fā)、終端產(chǎn)品開發(fā)的有機融合，實現(xiàn)了DRA技術與現(xiàn)有音視頻存儲介質(zhì)的適配，以及與各種接收、播放終端的適配。同時驗證了DRA技術在終端產(chǎn)品芯片中的應用，以此推進DRA音頻標準在我國數(shù)字電視、數(shù)字音頻廣播、移動多媒體等領域的全面產(chǎn)業(yè)化應用。

[1]GB/T 22726—2008，多聲道數(shù)字音頻編解碼規(guī)范[S].2008.

[2] 賈浩，鄭征.數(shù)字電視采編系統(tǒng)的構(gòu)成與應用[J].科技信息，2010（29）：71-73.

[3] 邱煒，王彤，陳再現(xiàn).杜比技術在數(shù)字電視播出中的應用實踐[J].世界廣播電視，2004（8）：94-96.

[4] PAINTER T，SPANIAS A.Perceptual coding of digital audio[J].Proceedings of the IEEE，2000，88（4）：451–513.

[5] 許憬，馬文華，曾慶煜.DRA多聲道數(shù)字音頻信號壓縮編碼算法[J].電聲技術，2013，37（6）：54-57.