杜比E多声道简介 杜比E的应用 转换与传输机构

  1 应用

  杜比E多声道

  DTV多声道音频基本结构的要求

  现有的信号传送结构不能满足数字广播系统的需要。要想用能够处理所要求的声道数目和元数据的系统替代现有两声道音频基本结构十分困难。虽然有可能扩大音频路由器,但广播人士常用的其它设备不能够扩展到所需的六至八声道。相同的想法也适用于内部连接,除了这些情况以外,还不可能将整个设施扩展,其原因是有限的频谱和资金。与此相似的是电影DVD全球发行和广播电视要求数字画面母版,5.1音频声轨以及有可能需要用于立体声模拟电视的压缩矩阵编码(LtRt左总右总)混合信号。这些还不可能在一种媒体上实现,双媒体则在同步技术与逻辑方面有可能出现问题,而且有双媒体出现在不同地点的可能。

  为使数码率降至与现有设备兼容互连的实用水平,需要采用某种形式的数码率压缩,数码率还必须与数字VTR(视频录相机)和其它存储设备相兼容,从而使六至八个音频声道可以记录在这些现有设施上。它必须为每一节目所要求的元数据提供通道。所选系统必须能够经过多代处理并在不损失任何主观质量的前提下仍能通过杜比数字发射编码器。数据流必须能在视频帧幅边界转换,并应能在信号源间进行干净的(无噪声)的过渡。数据压缩系统所用的传输流应能与采集和一次分配链中的现有设备相兼容。

  杜比E:多声道音频分配的实用方法

  杜比E技术是为适应采集与传送系统所要求多次编解码操作而设计的一种新型的多声道音频数据率压缩系统。杜比E可对多至八个音频声道加上必要的元数据进行编码并将该信息插入一个AES数字音频对的”载荷空间”。由于杜比E编码的音频数据采用AES协议作为其传输方式,因此数字VTR、路由转换器、数模转换和所有已存在的数字音频设备包括从后期制作间到发射台杜比数字编码器,都可以处理多声道节目。杜比E的码流与所配的图像是同步的,因此可在磁带上对节目进行插入或编辑,或在节目之间剪切图像时同时剪切掉声音。因为元数据经多路复用进入压缩的音频信号,所以在音频制作,图像编辑和节目转换时它都能与音频同步转换。

  杜比E多代复制

  多代复制的应用

  用十分通用的术语来说,数据压缩处理以噪声的增加来换取数码率。幸运的是,我们的听觉机制使我们的节目信号本身能遮蔽或掩盖由数据率压缩工艺所产生的噪声。所复原的节目不再具有PCM(线性地)编码信号的均匀低电平本底噪声,而只有动态变化和与节目材料相关的本底噪声。

  由第二个或以后的数据率压缩工艺所增加的噪声将叠加在上一代所产生的噪声上,并将提高掩蔽上限,在某一点上,该工艺将无编码 余量,由于所增加的噪声将超过掩蔽其信号的能力,听众将听到”编码的人为噪声”。

  再次用通用术语解释,他们必须在低编码余量运行才能达到低数据率。因此,以低数据率运行的数据率压缩系统并不能良好地级联或串联。试图串联的编码器必须在较高编码余量中运行。因此象杜比E所用的多代数据率压缩系统的设计策略与用于节目发送应用的最低数据率编码大不相同。

  杜比E转换

  采集与一次分配工艺中最常用的操作是从一个节目切下,送入另一节目中,大多数切入过渡是在视频信号的帧时间切换点上完成,其原因是将音频切换器从动于视频转换器十分方便且过渡点可很容易地用视频时间码标记。不幸的是,传统的音频压缩系统的结构与视频结构不相匹配(见图1)。视频之后的音频转换几乎不可避免的毁坏数据块并在已恢复的音频信号中引起某种毁坏或同步损失。(见图2,3)。杜比E系统将压缩的音频数据块与帧时间切换点4。(图4)相对正(调整)。解码器在一个数据块和下一个音频数据块的开 始之间制作短的交叉渐变,从而去除了转换点间的瞬态脉冲,即使”正峰值至负峰值”问题存在于过渡点,杜比E仍能可靠地产生干净的过渡。

  专业元数据 (Metadata)

  杜比E在多至8个音频通道的多路调制器上携带元数据,8个声道中任意一个或多达至8个声道的组合均可定义为一个节目,从而具有与其相关的一组多元控制信息。杜比数字技术将大多数元数据用于按听众所需进行音频还原的控制,因此也被标为用户多元控制信息。

  杜比E还采用可由广播界人士使用的多元控制信息对解码音频电平进行重新同步控制、监控和更改,这些工作均以节目为基础。专业多元控制信息从不送至家用接收机。

  SMPTE时间码(包括帧失落标记和用户比特)经过多路调制进入数据流并由解码器还原,它将相关的压缩音频数据块打上”时间”印记,从而可与视频信号相同步。原时间码与音频信号编码时出现的时间码完全相同,且并不考虑任何编解码延时。

  节目信号电平监测可以提供某种程度的节目材料出现的把握。为了避免必须为驱动表头而解码杜比E数据流,单一声道电平信息包括在编码器的专业元数据中。每一声道的较大峰值电平和RMS信号电平测量在整个编码数据块上制成。测量的振幅分辨率约为0.1分贝。它并不准备为每一节目组提供组合信号电平。

  数字音频系统的美妙之处在于其电平通常保持不变。与模拟时代不同的是,模 拟共用载波保证信号存在但不保证其电平,在传输与接收点之间不期待数字数据变化。但是仍有理由使其能够调整信号电平,因此杜比E专业元数据也传送两个增益码,可以指示解码器改变所接收的信号电平。每一数据块携带2个增益码,一个可用于数据块的开始,另一个用于数据块的结尾。如果这两者不同,解码器则在整个数据块上(或在相应视频的一帧上)插入一个斜坡以避免电平改变时产生”拉链噪声”。增益范围从+6分贝至负无限大并相等地用于节目组中的所有声道。这为节目段落之间渐变提供了一种不必再转录一次的方法。一个节目段结尾几个帧内的增益码指令解码器将节目电平进行坡度下降至静音,转换器切至下一节目段,该段的增益码使解码器在几帧内将电平成坡度返回到原有水平。

  杜比E传输机构

  制作杜比E数据率压缩概念成为实用技术的关键是使其很容易地与现有广播与通用专业音频结构相融合。因此杜比E数据被填至AES/EBU数字音频信号的有效载荷空间,从一个4比特序言或同步码开始,然后AES/EBU信号由两个子帧组成24比特的音频数据有效载荷空间。子帧以四个附加比特终结(有效性,声道状态,使用权和奇偶校验各一个)两个子帧共有64比特,声道状态信息的比特1或二进位可设定为显示音频有效载荷空间中所携带的信息并非音频信号。将有效载荷空间的第一个20MSBS(毫秒比特)用于杜比E数据工作良好,原因是这是可记录在录音棚级数字录像机上的最大比特值。 杜比E信号还与其它数字音频设备相兼容。它与其它数字音频信号一样可以转换、记录、编辑(切入或插入组合编辑)只要采取某些基本预防措施使数据不被其所通过系统的任何部分所改变即可,否则会毁坏编码音频信息(及元数据)。例如,不要改变增益,截短或抖动数据,避免在接点进行交叉渐变(应永远制作对接)且不要在信号通路上放量以取样率转换器。

  节目采集与一次分配

  在没有专用线路而不得不使用微波转接时,经常要用到移动或户外转播车。根据调制办法的不同,数字连接可提供的码率可以从20Mb/s到50Mb/s。这样的总码率可以允许大约2Mb/s的空间给杜比E编码的音频,而不用过于压缩图像频道。如果码 率能够得到进一步的控制,杜比E数码可以1.536Mb/s传输并进入16MSBs的AES/EBU码流。这种码率下杜比E可用一些ENG摄像机上的16比特音轨录制,这些摄像机 就能处理多声道信号了。

  远端演播室的操作基本上比较稳定,只需用专用线路或设施将节目信号传回演播中心或联网中心。同样,如果该系统能够传输AES立体声音频,它也就能轻松地 传递杜比E码流多声道音频信号。

  根据差转台带宽的不同,卫星转播设备也能提供45Mb/s到60Mb/s的码率。这种情况与远端演播室的情况相同。

  后制作设备必须找到新的办法以处理高清晰度节目和多声道音频节目。大量出现的图像率减弱编解码器允许现有的磁带格式负载HD节目,但仍局限于四条音轨(或 两对AES/EBU)。杜比E编码器可以允许这样的磁带负载多达16轨的音频和元数据,但实际上,可能只有一对端口用于杜比E数据。其余的两个音轨一般用来 传输一个5.1声道的节目(包括元数据)和一个Lt/Rt杜比环绕的节目(同样包括其元数据)。剩下的一对端口可以用于另一版本的经过缩混的Lt/Rt节目,可被模拟电视接收。这对没有DTV服务或数字设备的广播工作者来说尤其方便实用,因为他们能够应用传统音轨端口的模拟输出信号,象平常一样地进行处理,但在市场上出现的却是”环绕声”。这种”多形式服务”的格式尤其适合广告和制作价值高的节目,因为它能使节目制作者只用一个普通制式的磁带来剪辑、负载和分配所需要的音频。

  2 发展

  顾客对多声道音频的需求日益增长。这对音频工业是一个好的状况。但是没有传输和分配多声道音频节目的设备。杜比E成为多声道音频和所需的元数据从制作到传输通道上的连接点。在同样码率下的同样的编解码操作可服务于多种情况。非常普及的AES/EBU传输和端口可用来处理杜比E数码,打破了高质量多声道音频传递分配过程中的瓶颈。

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