多声道数字音频技术在数字电视系统中的应用

多声道数字音频技术在数字电视系统中的应用

一前言

1. 数字电视发展的概况

数字化、网络化给广播影视带来一场技术的变革，成为世界电视广播业发展的潮流。数字电视节目不仅可以提供高品质的图像和声音，而且可以提高网络传输容量，在现有的一路模拟电视带宽内可以传输6~8套数字电视节目。世界各地已经开始数字节目的播出，美国计划在2006年完成地面数字电视从模拟向数字的过渡，目前地面数字电视的覆盖率己达94%，有线数字电视用户数达1670万。日本计划2006年实现数字电视全国覆盖，全部采用数字高清节目。我国香港地区九仓有线电视网的60万用户用了不足一年的时间，已全部实现了数字化。有关机构预计，到2005年全球数字电视观众将达6.25亿，数字电视市场将达1000亿美元，电视收视费、视频游戏和以电视为基础的信息服务的年收入将超过600亿美元，电视商务的年收入将达到450亿美元。到2008年，法国、德国、西班牙、意大利、英国的数字电视用户将超过整个电视用户的50%。我国的数字电视广播(卫星、有线电视)已经启动，地面广播将在北京、深圳、上海等地试播。

2. 多声道数字音频技术

多声道数字音频技术以其高品质的声音效果、可升级性、较低的传输码率，已经逐渐成为消费类数字新格式的音频标准。目前世界上的多声道数字音频编码技术包括DOLBY、AAC、DTS等，他们的技术主要应用于电影和DVD；而在数字电视广播领域，杜比公司的杜比E和杜比数字技术已经被ATSC和DVB 定为数字电视的音频标准。为此，许多数字电视芯片厂商推出了支持杜比AC-3音频解码的芯片。

在过去一两年里，全世界越来越多的标清数字电视广播商，如英国的Sky、德国的ProSieben和澳大利亚的第九频道，都已开始频繁地采用杜比数字多声道技术播出震撼人心的电影、音乐会和体育赛事。最新的例子就是奥地利ORF广播公司采用杜比数字音频向全世界10亿观众转播了2003年维也纳新年音乐会。

二多声道数字音频技术在数字电视广播中的应用

1. 数字电视音频的全新解决方案——杜比音频技术

在数字电视音频解决方案中，杜比技术是比较成熟的一种，下面我们主要以杜比公司的杜比音频技术为例，介绍一下多声道数字音频技术在数字电视系统中的应用。杜比音频编码技术在数字电视音频领域引入了元数据，这项技术的使用解决了音频的兼容性、响度一致性和保留原始动态等问题；在制作端，采用杜比E技术将多达8声道的数字音频与元数据压缩为双声道AES/EBU信号，使之能够与画面一起记录在数字录像带上或嵌入到SDI信号中，从而让双声道的电视系统通过简单的升级便可具有处理多声道信号的能力。杜比数字的码流支持单声道/立体声/多声道的各种声道格式，因此采用杜比数字编码方式传递音频，不但可以很好地携载目前的单声道或立体声版本的音频信号，并且为将来升级到播出多声道音频创造了良好的条件，最重要的是开始用元数据，以解决节目与节目、频道与频道之间响度的差异，为立体声和单声

道用户分别提供合适的动态，并使立体声信号在解码过程中优化组合为单声道信号；接收端，采用杜比数字技术作为播出数字电视节目伴音信号编码格式，可以接收从单声道到5.1声道的电视伴音。

2. 多声道数字音频技术在数字电视前端的应用

从前端系统来看，目前大部分的MPEG编码器都可以支持杜比数字的码流直通，因此需要将单声道、立体声以及5.1声道节目的PCM信号或元数据，通过杜比数字编码器进行实时的编码再通过MPEG编码器进行MPEG编码，然后将MPEG TS码流送至复用器复用后经调制器调制送入传输网络(如图1)。

有些MPEG编码器内部具有两声道的杜比数字编码功能，便可以直接将单声道或立体声节目的

PCM(Pulse Coding Modulation)信号，通过内设的杜比编码器后再进行MPEG编码，然后将MPEG码流送至复用器进行复用后经调制器调制送入传输网络(如图2)。后者为低成本设计或过渡参考设计，只能进行单声道或立体声杜比数字编码，不能实现多声道杜比数字编码。

3. 多声道数字音频技术在机顶盒中的应用

从接收端来看，有三种方案可以实现机顶盒对杜比音频的解码播放。

a. 方案一

机顶盒主芯片带有杜比AC-3解码功能，通过机顶盒完成杜比AC-3解码。机顶盒根据DVB关于杜比音频标准通过判断Stream Type和Stream ID将送入机顶盒中带有杜比AC-3的音频流从TS流中解析出来，然后交给具有杜比音频解码功能的音频解码器进行解码。解码后的PCM数据由PCM输出控制器的I2S接口输出给音频数模转换器进行数模转换，然后通过功率放大器进行放大输出到音响。

通常支持杜比AC-3解码的机顶盒芯片提供与杜比AC-3 六路音频信号输出相对应的三路I2S输出接口，便可完成杜比AC-3的5.1声道输出。

b. 方案二

目前多数机顶盒不带有杜比AC-3解码功能，但是带有S/PDIF数字音频输出接口，这种机顶盒同样可以实现杜比AC-3节目的播放。机顶盒将解析出的杜比音频流按照S/PDIF格式串行输出。用户只需要将机顶盒的S/PDIF数字音频流接入家庭影院系统，即可实现杜比5.1声道输出。由于元数据的存在，家庭影院中A/V 功放的杜比解码器自动地使单声道节目通过中声道还音，立体声信号通过左右两声道还音，多声道信号则可通过家庭影院还音。对于那些没有家庭影院的低端用户，将不能通过电视机播放杜比音频。

c. 方案三

那么怎样才能既满足高端用户的需求，又满足低端用户收看杜比节目的需要呢？通常机顶盒都会提供一个音频双声道输出接口和一个射频调制接口与电视机连接输出立体声或单声道音频信号。机顶盒应用内置的杜比数字解码器及其提供的下混合技术(Down Mixing)将杜比AC-3的5.1声道混合成为杜比立体声，然后通过双声道音频输出或射频调制接口输出(如图3)。在没有家庭影院的情况下，用户就可以选用机顶盒的射频输出或双声道音频输出完成杜比节目的播放。同时，机顶盒开启数字音频输出单元，将杜比AC-3音频数据通过S/PDIF输出(如图4)。这样便可满足高端用户的需求。