数字音频及嵌入技术在广播电视工程中的应用研究

期刊: 环球科学 DOI: PDF下载

孙景涛

山东省阳谷县融媒体中心 山东省聊城市阳谷县 252300

摘要

数字音频技术以其高音质、强抗干扰性和易编辑性,在广播电视领域占据重要地位。嵌入技术则通过简化信号传输和设备连接,进一步降低节目制作难度,二者的结合对于广播电视行业的发展具有重要的意义。基于以上认识,本文从数字音频及嵌入技术的概念出发,分析,数字音频及嵌入技术的应用原理,在此基础上总结数字音频的嵌入与解嵌要点以及数字音频及其嵌入技术在广播电视工程中的实际应用,旨在为广播电视工程领域的专业人士提供有价值的参考和借鉴。


关键词

广播电视工程;数字音频;嵌入技术

正文


随着科技的飞速发展,广播电视工程正经历着从传统模拟技术向数字化技术的深刻转变。数字音频技术,以其卓越的音质和便捷的编辑性,正逐步取代模拟音频,成为广播电视领域的主流。随着科技的飞速发展,广播电视工程正经历着从传统模拟技术向数字化技术的深刻转变。数字音频技术,以其卓越的音质和便捷的编辑性,正逐步取代模拟音频,成为广播电视领域的主流。同时,嵌入技术作为信号传输与设备连接的关键,为广播电视的高效制作与播出提供了有力支持。因此需要对广播电视工程中的数字音频及嵌入技术进行深入研究,从而为技术的有效应用提供一定的思路。

一、数字音频及嵌入技术概念

数字音频技术是一种将声波转化为数字信号,并进行采样、编码、存储、传输等数字化处理的技术。在音频数据传输过程中,连续的模拟音频信号被转换为离散的数字信号,以便于数字设备进行处理和传输[1]。数字音频技术具有高音质、强抗干扰性、易于存储和编辑等优势,因此在广播电视、音乐制作、录音棚等领域得到广泛应用。嵌入技术则是一种针对特定应用领域开发的专用系统技术,该技术将计算机硬件与软件系统融合在一起,以实现特定的功能。在广播电视工程中,嵌入技术通常用于实现音频信号与视频信号的同步传输,通过简化设备连接和操作流程,提高了广播电视的制作与播出效率。在广播电视工程中,数字音频技术与嵌入技术往往相互结合,共同发挥作用。在广播电视节目的制作和播出过程中,数字音频技术确保了音频信号的高质量和清晰度,为观众提供了更加真实和沉浸的听觉体验。而嵌入技术的应用则使得音视频信号的同步性得到了保障,避免了因信号不同步而导致的画面和声音不匹配的问题。

二、数字音频及嵌入技术的应用原理

数字音频技术在应用的过程中主要涉及音频信号采集、音频信号量化以及音频数据编码三个主要环节[2]。在采样环节,模拟/数字转换器(ADC),将连续的模拟音频信号转换为可以被计算机识别处理的离散数字信号,并按照一定的频率(采样率)对模拟信号进行取样,每个取样点的值代表了该时刻模拟信号的幅度;在音频信号量化环节,DSP芯片通过执行特定的算法和程序,将每个采样点的模拟信号幅度映射到最接近的离散数字值上,从而实现量化;在数字音频编码环节,会将量化的数字信号转换为二进制代码的过程。编码可以采用不同的算法和格式,如波形编码、参数编码和混合编码等。波形编码能够保持原始音频波形的形状,而参数编码则通过提取音频信号的特征参数进行编码。混合编码结合了波形编码和参数编码的优点,可以在较低的码率下实现较高的音质。

嵌入技术通过特定的接口(如SDIAES/EBU等)实现音频信号与视频信号的同步传输。这些接口支持将音频信号嵌入到视频信号中,整合为一个复合信号进行传输[4]。接收端可以从复合信号中分离出音频和视频信号,进行独立的处理或播放。嵌入技术的实现需要硬件和软件的支持。硬件方面,需要专门的接口,如数字接口(SPII2CUART)、模拟接口(ADCDAC),以及其他特殊接口如USBEthernet,以及DSP来实现音频信号的嵌入和提取。软件方面,国内主要采用AdobeAuditionCoolEditPro来控制音频信号的嵌入位置、同步精度等参数。通过嵌入技术的应用,可以简化广播电视工程中设备连接和操作流程,提高信号传输的稳定性和可靠性。同时,嵌入技术还可以实现音视频信号的同步处理,避免因信号不同步而导致的画面和声音不匹配的问题。

三、数字音频的嵌入与解嵌要点

(一)数字音频的嵌入

在数字音频嵌入过程中,首先需要获取需要嵌入的数字音频信号,并对获取的音频信号进行预处理。在此基础上选择数字音频的嵌入位置,在嵌入位置选择方面需要考虑视频信号的特性以及嵌入后对视频信号的影响。一般需要将嵌入位置会选择视频信号的行消隐期间或场消隐期间,以避免对视频信号的可见部分造成干扰。为确保视、音频信号的同步性,在嵌入过程中还需要添加同步标记或使用专门的同步技术,确保嵌入后的音视频信号在播放时能够保持同步。

将多路转换器中的数位影像及声频合并成一组影像讯号时,可实现一个视频信号与多个音频信号的同步。以电视节目为例,其音频分成4路:双声道构成立体3路声道进行会话,4播放环境声[4]。常规的同步设备由于容量的限制,很难满足多通道同步的要求。但是,近年来,随着数字化技术的发展,使得多个视频流与音频轨道的精确同步成为可能。在数字技术的支撑下,音频数据被配到四个独立的通道进行高效编码了确保数据的完整性和准确性,一个多路复用器被专门用来监控音频数据包的时钟信息,并配备了一套先进的错误检测和纠正机制来即时修正数据错误。在此基础上,将语音信号与图像信号进行并行处理,形成具有同步信号。为了确保声音的品质,将声音的缓冲系数设定为一个恒定的数值。在实践中,若出现声音与影像不能同步时,可以利用数码混合站的数码同步讯号产生器进行人工调校,藉由设置适当的延时参数来保证声音与影像的同步。

(二)数字音频的解嵌

数字音频的解嵌是数字音频嵌入的逆过程,主要是将嵌入在数字视频信号中的音频信号提取出来,以满足特定的应用需求。解嵌过程需要确保提取出的音频信号与原始视频信号保持同步,并且质量不受损失[6]。在解嵌过程中,首先需要准确解码接收到的数字视频信号。解码过程必须严格遵循嵌入时采用的编码标准和技术规范,确保能够无损地提取出嵌入的音频数据。

提取出音频信号后,需要进行信号的后处理,从而进一步提升音频信号的质量,去除音频噪声、增强音频的动态范围和清晰度。此外。为了确保提取出的音频信号与原始视频信号保持精确的同步,解嵌系统需要使用时间戳对齐、帧同步等同步技术相关技术能够确保音视频信号在播放过程中始终保持一致的时序关系,从而避免任何可能导致观感不佳的同步问题。

四、数字音频及其嵌入技术在广播电视工程中的实际应用

(一)前期处理与后期处理

4.1.1前期处理

首先,声音的获取和记录。前期处理涉及到对音频内容的采集与记录,其中涉及到麦克风、录音设备、采样速率、位深等方面的选取,其质量的好坏将对后续的处理以及最后的音频内容的质量产生很大的影响。其次,对噪音进行消噪和声音净化。采集到的声音信号中会包含多种噪音,比如环境噪音,电磁干扰等等。在前期处理环节,可以采用去噪、去噪、去噪等方法来降低噪音的影响,改善声音的清晰度[7]再次,对声音进行切分与标注。在对音频进行前期处理时,首先要对语音进行切分、标注,然后再对其进行分段处理,以便于后期的编辑与管理。第四,质量进行监控。前期处理涉及质量控制和监测,以确保音频内容的质量符合标准,可能涉及检查采样率、频谱分布以及失真等指标。

4.1.2后期处理

数字音频后期处理不仅可以为广播电视节目提供更为优质的声音效果,还能为后期制作提供更为方便的操作和便捷的工作方式。在后期处理中,需要对音频的音量进行调整,平衡不同音轨之间的音量关系,使各个音轨之间的相对音量协调一致,避免出现某些部分过于突出或淹没的情况。同时,通过调整音频的频谱分布,可以使不同频段的音频得到合适的强弱度。有助于使音频更加和谐、自然,并提升整体音质。为了增强音频的表现力和感染力,可以添加各种音效,如混响、回声、压缩、扩展等。这些音效可以根据作品的具体需求和音频特点进行选择和应用,以达到最佳的效果。完成所有后期处理后,需要将音频文件输出并保存为适当的格式。在输出过程中,可以选择不同的编码方式和参数设置,以满足不同播放平台和设备的需求。

(二)广播数字调音台

广电工程发展中,必须注重数字音频及嵌入技术在数字调音台中的应用。借助数字音频技术的处理功能,科学调节和控制音频信号,可以在原有调音台功能的基础上,处理干扰信号,全面提升音频清晰度,消除噪声,以提高音频信号质量。通过数字化处理,音频信号的动态范围、信噪比和频率响应等性能指标都得到了显著提升。这使得调音师能够更加精确地控制音频的各个方面,如音量、平衡、混响等,从而制作出更加专业、细腻的广播节目。同时,嵌入技术的应用还能进一步提升调音台月其他设备的联动协作水平,调音台可以与数字录音机、音频工作站等设备无缝连接,实现音频数据的实时传输和共享。不仅提高工作效率,还避免因设备间连接不良而导致的音质损失问题。此外,数字调音台还具备存储功能,可以将处理后的数字音频信号进行保存和调用。这使得广播节目制作更加灵活和高效,调音师可以随时调用之前保存的音频素材进行编辑和混音,大大缩短了节目制作周期。

(三)广电数字音频传输检测

音频嵌入技术在音频传输和转换过程中具有较为明显的优势,得益于数字化技术的发展音频信息能够实现整个电视节目制作、传输和播放环节的无缝衔接。对于广播电视节目制作来说关键在于节目内容的精准定位和深入剖析,配合精良的音视频画面,确保播出的画和音效都达到高标准。传统的模拟信号波动不稳,容易导致视频信号失真,但经过数字化处理,音频传输方式会更加多元化,可以灵活采取串行和并行模式进行音频信号传输。例如,视频数字信号消隐,但仍存在数字痕迹,通过灵活运用不同的音频传输方式,可以优化数字音频和视频信号的传输效果在此基础上应用嵌入技术,进一步提升音视频信号的传输效果。比如针对SDI信号,通过在SDI信号中嵌入音频数据,可以实现音视频数据的同步传输,避免了传统模拟信号传输中可能出现的音视频不同步问题。同时,由于数字信号在传输过程中具有较高的抗干扰能力和稳定性,因此嵌入在SDI信号中的音频数据也能够得到可靠的传输保障。

(四)版权保护与内容识别

数字音频嵌入技术中的数字水印技术是一种有效的版权保护手段。通过在音频文件的各个位置隐藏特定的标记或信息,相关标记可以识别出音频文件的唯一数字身份。当音频文件被盗版或非法传播时,版权所有者可以通过数字水印技术追踪到这些文件的来源,从而有效打击盗版行为。此外,数字音频嵌入技术还可以与数字版权管理(DRM)系统相结合,实现更加全面的版权保护。DRM系统可以对数字音频文件进行加密和授权控制,确保只有经过授权的用户或设备才能获得访问权限。通过结合数字水印和DRM技术,可以实现对音频文件的全程跟踪和监控,从源头上防止盗版和非法传播行为的发生。在内容识别方面,中,可以利用数字音频嵌入技术对不同类型的音频内容进行标记和分类,如语音、音乐、噪声等。此外随着人工智能技术的发展,通过分析音频信号的特征,可以判断音频内容所表达的情感情绪,如喜怒哀乐等,从而为节目制作人员提供更为精准的数据支持。

结语:

随着科技的飞速发展,广播电视工程正经历着从传统模拟技术向数字化技术的深刻转变。数字音频技术以其卓越的音质和便捷的编辑性,正逐步取代模拟音频,成为广播电视领域的主流。同时,嵌入技术作为信号传输与设备连接的关键,为广播电视的高效制作与播出提供了有力支持。本文深入探讨了数字音频及嵌入技术的概念、应用原理,以及在广播电视工程中的实际应用,我们可以更加清晰地认识到数字音频及嵌入技术在广播电视工程中的重要地位和作用,期待未来这些技术能在更广泛的领域得到应用和发展。

参考文献:

[1]韩慕佳.数字音频技术在广播电视工程中的运用策略[J].中国新通信,2023,25(21):96-98.

[2]刘贵臣.数字音频在广播电视工程中的同步传输与控制技术[J].电视技术,2023,47(10):164-166.DOI:10.16280/j.videoe.2023.10.046.

[3]江大忠.广播电视工程中数字音频技术的优势与应用发展分析[J].电声技术,2023,47(07):5-7.DOI:10.16311/j.audioe.2023.07.002.

[4]李湛.数字音频嵌入技术在广播电视工程中的应用研究[J].电声技术,2023,47(07):37-39.DOI:10.16311/j.audioe.2023.07.011.

[5]李伟.数字音频技术在广播电视工程中的应用研究[J].电声技术,2023,47(03):4-6.DOI:10.16311/j.audioe.2023.03.002.

[6]尹青东.刍议广播电视工程建设中数字音频技术的应用[J].中国传媒科技,2022,(05):144-147.DOI:10.19483/j.cnki.11-4653/n.2022.05.045.

[7]赵维娜.广播电视工程中数字音频技术的优势及其应用[J].电子元器件与信息技术,2022,6(01):215-216.DOI:10.19772/j.cnki.2096-4455.2022.1.093.

 


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