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杜比E是為杜比數字編解碼工藝無法應用的廣播傳送系統而專門設計的高品質8聲道音頻編解碼技術。

1 杜比E -解析

由於杜比E比特流看上去就像AES/EBU數字音頻數據流,所以它可以很容易地融入現有的以兩聲道音頻為基礎的系統中。杜比E可通過一個AES-3數據對進行傳送,或被錄製在數字視頻帶的兩個音頻軌上,並創造了一個標準的聲音與畫面同步切換制式。 杜比E編碼的聲音可以承受數字電視節目傳輸階段所要求的十次或十次以上的編解碼循環處理。由於杜比E的幀數與其相伴的視頻幀數相匹配,可以做到無雜訊地對磁帶上節目進行插入或組合編輯,以及對節目進行音頻隨視頻的剪切製作。杜比E編碼與解碼能夠準確地做到與視頻幀一致,從而使音頻/視頻同步簡化,在杜比E比特流內,杜比數字的元數據Metadata(有關音頻數據的元數據)也可被方便的進行傳輸。

2 杜比E -技術

杜比E技術是專為解決電視系統傳送多聲道(或多語言)節目而設計編解碼技術。它的主要技術特點如下:

* 採用AES協議,可對多至八個音頻聲道加上必要的元數據進行編碼並將該信息插入一個AES數字音頻對的「載荷空間」。

  * 支持現在的電視廣播系統設備:由於杜比E編碼的音頻數據採用AES協議作為其傳輸方式,因此數字錄像機、路由轉換器、數模轉換和所有已存在的數字音頻設備,包括從後期製作間到發射台的杜比數字編碼器。現在都可以處理多聲道節目。

  * 可以在編碼狀態下對杜比E和畫面信號同步進行編輯。杜比E的幀幅結構和視頻幀率完全匹配,且支持目前的所有視頻格式,因此可以直接在同一盤錄像帶上對畫面和杜比E碼流進行編輯。

  * 可以經受多代的編解碼而不會產生可聞的音頻質量下降。

  杜比E編碼器DP571傳送的8個聲道是獨立的,5.1+2是典型設置,其中6聲道為5.1環繞聲道,順序為左、右、中、超低、左環繞、右環繞;另外兩個聲道為一對立體聲信號。其他設置有 8×1、4×2、5.1+1+1等。

  在使用數字錄像機記錄的時候,通常將杜比E信號記錄在數字錄像機的3/4聲軌,而1/2聲軌則記錄普通PCM雙聲道或普通立體聲信號,用於現在節目製作、編輯、播出,同時也用於編輯杜比E信號時參考。

  廣東台音響科在這幾年,利用現有的設備,進行環繞聲電視節目的錄製進行探索和實踐,同時積累經驗。由於現場沒有5.1環繞聲的監聽條件,我們採用:首先把當時比賽或演出現場的聲音進行前期分軌錄音,回台後,再進行後期環繞聲混錄;經杜比編碼器編碼成數據流,再記錄在數字錄像機的3/4聲道。分別錄製5.1環繞聲的體育、音樂等多個電視節目。

3 杜比E -應用

  杜比E:多聲道音頻分配的實用方法

  杜比E技術是為適應採集與傳送系統所要求多次編解碼操作而設計的一種新型的多聲道音頻數據率壓縮系統。杜比E可對多至八個音頻聲道加上必要的元數據進行編碼並將該信息插入一個AES數字音頻對的」載荷空間」。由於杜比E編碼的音頻數據採用AES協議作為其傳輸方式,因此數字VTR、路由轉換器、數模轉換和所有已存在的數字音頻設備包括從後期製作間到發射台杜比數字編碼器,現在都可以處理多聲道節目。杜比E的碼流與所配的圖像是同步的,因此可在磁帶上對節目進行插入或編輯,或在節目之間剪切圖像時同時剪切掉聲音。因為元數據經多路復用進入壓縮的音頻信號,所以在音頻製作,圖像編輯和節目轉換時它都能與音頻同步轉換。

  DTV多聲道音頻基本結構的要求

  目前現有的信號傳送結構不能滿足數字廣播系統的需要。要想用能夠處理所要求的聲道數目和元數據的系統替代現有兩聲道音頻基本結構十分困難。雖然有可能擴大音頻路由器,但廣播人士常用的其它設備不能夠擴展到所需的六至八聲道。相同的想法也適用於內部連接,除了這些情況以外,還不可能將整個設施擴展,其原因是有限的頻譜和資金。與此相似的是電影DVD全球發行和廣播電視要求數字畫面母版,5.1音頻聲軌以及有可能需要用於立體聲模擬電視的壓縮矩陣編碼(LtRt左總右總)混合信號。目前這些還不可能在一種媒體上實現,雙媒體則在同步技術與邏輯方面有可能出現問題,而且有雙媒體出現在不同地點的可能。

  為使數碼率降至與現有設備兼容互連的實用水平,需要採用某種形式的數碼率壓縮,數碼率還必須與數字VTR(視頻錄相機)和其它存儲設備相兼容,從而使六至八個音頻聲道可以記錄在這些現有設施上。它必須為每一節目所要求的元數據提供通道。所選系統必須能夠經過多代處理並在不損失任何主觀質量的前提下仍能通過杜比數字發射編碼器。數據流必須能在視頻幀幅邊界轉換,並應能在信號源間進行乾淨的(無雜訊)的過渡。數據壓縮系統所用的傳輸流應能與採集和一次分配鏈中的現有設備相兼容。

   多代複製的應用

  用十分通用的術語來說,數據壓縮處理以雜訊的增加來換取數碼率。幸運的是,我們的聽覺機制使我們的節目信號本身能遮蔽或掩蓋由數據率壓縮工藝所產生的雜訊。現在所復原的節目不再具有PCM(線性地)編碼信號的均勻低電平本底雜訊,而只有動態變化和與節目材料相關的本底雜訊。

  由第二個或以後的數據率壓縮工藝所增加的雜訊將疊加在上一代所產生的雜訊上,並將提高掩蔽上限,在某一點上,該工藝將無編碼 余量,由於所增加的雜訊將超過掩蔽其信號的能力,聽眾將聽到」編碼的人為雜訊」。

  再次用通用術語解釋,他們必須在低編碼余量運行才能達到低數據率。因此,以低數據率運行的數據率壓縮系統並不能良好地級聯或串聯。試圖串聯的編碼器必須在較高編碼余量中運行。因此象杜比E所用的多代數據率壓縮系統的設計策略與用於節目發送應用的最低數據率編碼大不相同。

  轉換

  採集與一次分配工藝中最常用的操作是從一個節目切下,送入另一節目中,大多數切入過渡是在視頻信號的幀時間切換點上完成,其原因是將音頻切換器從動於視頻轉換器十分方便且過渡點可很容易地用視頻時間碼標記。不幸的是,傳統的音頻壓縮系統的結構與視頻結構不相匹配(見圖1)。視頻之後的音頻轉換幾乎不可避免的毀壞數據塊並在已恢復的音頻信號中引起某種毀壞或同步損失。(見圖2,3)。杜比E系統將壓縮的音頻數據塊與幀時間切換點4。(圖4)相對正(調整)。解碼器在一個數據塊和下一個音頻數據塊的開 始之間製作短的交叉漸變,從而去除了轉換點間的瞬態脈衝,即使」正峰值至負峰值」問題存在於過渡點,杜比E仍能可靠地產生乾淨的過渡。

  專業元數據 (Metadata)

  杜比E在多至8個音頻通道的多路調製器上攜帶元數據,8個聲道中任意一個或多達至8個聲道的組合均可定義為一個節目,從而具有與其相關的一組多元控制信息。杜比數字技術將大多數元數據用於按聽眾所需進行音頻還原的控制,因此也被標為用戶多元控制信息。

  杜比E還採用可由廣播界人士使用的多元控制信息對解碼音頻電平進行重新同步控制、監控和更改,這些工作均以節目為基礎。專業多元控制信息從不送至家用接收機。

  SMPTE時間碼(包括幀失落標記和用戶比特)經過多路調製進入數據流並由解碼器還原,它將相關的壓縮音頻數據塊打上」時間」印記,從而可與視頻信號相同步。原時間碼與音頻信號編碼時出現的時間碼完全相同,且並不考慮任何編解碼延時。

  節目信號電平監測可以提供某種程度的節目材料出現的把握。為了避免必須為驅動表頭而解碼杜比E數據流,單一聲道電平信息包括在編碼器的專業元數據中。每一聲道的較大峰值電平和RMS信號電平測量在整個編碼數據塊上製成。測量的振幅解析度約為0.1分貝。它並不准備為每一節目組提供組合信號電平。

  數字音頻系統的美妙之處在於其電平通常保持不變。與模擬時代不同的是,模 擬共用載波保證信號存在但不保證其電平,在傳輸與接收點之間不期待數字數據變化。但是仍有理由使其能夠調整信號電平,因此杜比E專業元數據也傳送兩個增益碼,可以指示解碼器改變所接收的信號電平。每一數據塊攜帶2個增益碼,一個可用於數據塊的開始,另一個用於數據塊的結尾。如果這兩者不同,解碼器則在整個數據塊上(或在相應視頻的一幀上)插入一個斜坡以避免電平改變時產生」拉鏈雜訊」。增益範圍從+6分貝至負無限大並相等地用於節目組中的所有聲道。這為節目段落之間漸變提供了一種不必再轉錄一次的方法。一個節目段結尾幾個幀內的增益碼指令解碼器將節目電平進行坡度下降至靜音,轉換器切至下一節目段,該段的增益碼使解碼器在幾幀內將電平成坡度返回到原有水平。

  傳輸機構

  製作杜比E數據率壓縮概念成為實用技術的關鍵是使其很容易地與目前現有廣播與通用專業音頻結構相融合。因此杜比E數據被填至AES/EBU數字音頻信號的有效載荷空間,從一個4比特序言或同步碼開始,然後AES/EBU信號由兩個子幀組成24比特的音頻數據有效載荷空間。子幀以四個附加比特終結(有效性,聲道狀態,使用權和奇偶校驗各一個)兩個子幀共有64比特,聲道狀態信息的比特1或二進位可設定為顯示音頻有效載荷空間中所攜帶的信息並非音頻信號。將有效載荷空間的第一個20MSBS(毫秒比特)用於杜比E數據工作良好,原因是這是可記錄在錄音棚級數字錄像機上的最大比特值。 杜比E信號還與其它數字音頻設備相兼容。它與其它數字音頻信號一樣可以轉換、記錄、編輯(切入或插入組合編輯)只要採取某些基本預防措施使數據不被其所通過系統的任何部分所改變即可,否則會毀壞編碼音頻信息(及元數據)。例如,不要改變增益,截短或抖動數據,避免在接點進行交叉漸變(應永遠製作對接)且不要在信號通路上放量以取樣率轉換器。

  節目採集與一次分配

  在沒有專用線路而不得不使用微波轉接時,經常要用到移動或戶外轉播車。根據調製辦法的不同,數字連接可提供的碼率可以從20Mb/s到50Mb/s。這樣的總碼率可以允許大約2Mb/s的空間給杜比E編碼的音頻,而不用過於壓縮圖像頻道。如果碼 率能夠得到進一步的控制,杜比E數碼可以1.536Mb/s傳輸並進入16MSBs的AES/EBU碼流。這種碼率下杜比E可用一些ENG攝像機上的16比特音軌錄製,這些攝像機 就能處理多聲道信號了。

  遠端演播室的操作基本上比較穩定,只需用專用線路或設施將節目信號傳回演播中心或聯網中心。同樣,如果該系統能夠傳輸AES立體聲音頻,它也就能輕鬆地 傳遞杜比E碼流多聲道音頻信號。

  根據差轉檯帶寬的不同,衛星轉播設備也能提供45Mb/s到60Mb/s的碼率。這種情況與遠端演播室的情況相同。

  后製作設備必須找到新的辦法以處理高清晰度節目和多聲道音頻節目。大量出現的圖像率減弱編解碼器允許現有的磁帶格式負載HD節目,但仍局限於四條音軌(或 兩對AES/EBU)。杜比E編碼器可以允許這樣的磁帶負載多達16軌的音頻和元數據,但實際上,可能只有一對埠用於杜比E數據。其餘的兩個音軌一般用來 傳輸一個5.1聲道的節目(包括元數據)和一個Lt/Rt杜比環繞的節目(同樣包括其元數據)。剩下的一對埠可以用於另一版本的經過縮混的Lt/Rt節目,可被模擬電視接收。這對沒有DTV服務或數字設備的廣播工作者來說尤其方便實用,因為他們能夠應用傳統音軌埠的模擬輸出信號,象平常一樣地進行處理,但在市場上出現的卻是」環繞聲」。這種」多形式服務」的格式尤其適合廣告和製作價值高的節目,因為它能使節目製作者只用一個普通制式的磁帶來剪輯、負載和分配所需要的音頻。

4 杜比E -結論

  顧客對多聲道音頻的需求日益增長。這對音頻工業是一個好的狀況。但是目前沒有傳輸和分配多聲道音頻節目的設備。杜比E成為多聲道音頻和所需的元數據從製作到傳輸通道上的連接點。在同樣碼率下的同樣的編解碼操作可服務於多種情況。非常普及的AES/EBU傳輸和埠可用來處理杜比E數碼,打破了目前高質量多聲道音頻傳遞分配過程中的瓶頸。

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