数字电视音量控制方案比较

2022-12-29

随着数字电视整体转换在全国的快速展开, 各地的广播电视台都纷纷建立了自己的数字电视运营平台, 进行数字电视试运营播出, 积累改造经验, 解决改造中的一些难题, 为整体转换打下良好的基础。

在数字电视发展初期, A S I切换矩阵作为传统数字前端设备调度平台实现的中心, 我们称之为第一代的数字电视平台。而新一代数字电视前端平台以I P路由软交换和统计复用码流修正功能为特色, 传统数字电视前端所固有的一些技术局限已经得到解决, 我们称之为第二代数字电视平台。徐州广播电视台是较早的采用二代技术的市级台, 早在2 0 0 5年就选用了具备模块化集成化设计的美国B I G B A N D公司B M R宽带多媒体路由交换平台作为徐州数字电视前端。徐州台在有线电视数字化改造过程中出现的许多用户反应各台伴音不均衡, 相差到了难以容忍的程度。我们将由此为锲机探讨数字电视中的伴音控制四种方案。

1 传统编解码方案

在模拟电视时代, 视音频调制需要调整的参数主要是视频的调制度, 伴音的频偏。过渡到数字电视时代, 由于输入编码器的视频信号均采用标准的1 V p-p全电视信号, 数字信号在传输过程中不会出现画面亮度的改变, 故各转播台一般不需要调整。伴音信号在进入编码器之前的幅度没有统一的严格规定, 技术人员只有根据个人的经验进行主观的调整, 这就为伴音电平均值的差异形成了前提条件。

解决的方法之一就是将进入B I G B A N D平台的所有的A S I数字信号都解码成视音频基带信号, 再统一送入编码器编码 (如图1) 。编码器可提供模拟和数字音频/视频输入接口, 对输入的音频和视频信号进行压缩编码, 输出符合M P E G-2标准的T S传输流;也可以通过SPI、ASI、DS3及E3接口与其他标准设备互连。视音频信号的幅度可以在编码器上调整, 反映到用户侧的电视机屏幕上为图像的亮暗变化与伴音的大小变化;通过仔细的反复调整, 也可把各台伴音基本调平, 其难度与模拟电视调整相一致。这两方面都与模拟电视的视频调制度和伴音频偏调整机理、现象有点类似, 故称为传统的编解码调整方案。

以徐州台现有的数字节目80余套计算, 这种方案就需80台编码器, 另需加约20台卫星接收机与解码器, 以便把所有的数字卫星信号解码成视音频信号和S D H下来的信号适配成编码器要求的输入信号格式, 这样就需3 0 0万元左右的预算。随着节目套数的增加, 积木式增加设备, 投资成线性增加。从调整的角度来讲, 依然是主观的判断, 没有客观的依据, 较难保证良好的效果。由于增加了编解码的环节, 也是增加了新的故障点。编解码器的实质是对信号进行D/A, A/D转换, 这两个环节对信号的损伤最大, 也就是说这是一种有损调整方案。鉴于以上原因, 我台目前只在自办的五套节目中使用该方案。

2 终端机顶盒解决方案

机顶盒 (STB:Set Top Box) 接收HFC网来的数字电视和各种数据信息, 通过解调、解复用、解码和音视频编码 (如图2) , 在模拟电视机上观看数字电视节目和各种数据信息。目前, 机顶盒主要提供基本音视频业务和数据应用, 在一段时期后, 将充分利用C A T V网络的宽带宽实现交互功能, 最终发展成为集解压缩、W e b浏览、解密收费和交互控制为一体的数字化终端设备。可以说, 在未来10年内, 机顶盒是模拟电视转向数字电视的桥梁。

在终端用户侧机顶盒上解决各台伴音均衡问题主要有两种方法: (1) 修改机顶盒的应用程序, 要求厂家提供的在线升级程序可分别设置并保存每套节目的左、右声道或立体声设置及音量, 并具有掉电记忆功能。这种方法实现简单, 易操作, 但升级后仍然需用户自行调整, 且有个别版本盒子不支持升级, 问题解决的不彻底。 (2) 在机顶盒数字音频D/A转换后, 电子音量调节前, 增加一级音频A G C, 自动控制调整的范围要达到±1 5 d B。这是一种依靠电路硬件解决的方法, 优点是在网络终端就能解决问题, 其它环节都无需改动。缺点是增加了机顶盒的硬件成本;对已发放机顶盒的用户只能提供换机服务。

在与厂家沟通时, 机顶盒解决方案要求每台增加2 0元的成本费, 那么以徐州市3 0万用户的规模计算, 潜在的成本过于高昂。不过, 随着机顶盒的大规模招标采购, 该项费用也在不断下降。由于机顶盒早已量产, 芯片也早已定型, 修改其硬件难度较高, 同时又考虑到软件升级较硬件改造的便利性, 我们折衷选用了第一种解决方案。在发放机顶盒时, 销售人员检验, 搜台, 调音后再发放下去, 从某种程度上讲也解决了问题。

3 EPG音量控制方案

电子节目指南 (EPG, Electronic Program Guide) , 是指在符合MPEG-2的TS传输流中插入D V B标准定义的业务信息 (S I, Service Information) , 使机顶盒的综合接收图1编解码方案图图2机顶盒框图解码器 (I R D) 可以从T S流中提取出节目提供商播出节目的列表和播出参数, 以直观的形式显示给数字电视用户, 使得用户可以方便地接收、选择数字电视节目。如图三为E P G系统组成。

EPG信息由两部分组成:基本EPG信息和扩展EPG信息。基本EPG信息是指网络信息表 (NIT) 、业务群关联表 (BAT) 、业务描述表 (SDT) 和事件信息表 (EIT) 等。扩展EPG信息是指在基本EPG信息之外, 通过数据轮播传递的EPG信息, 这些信息的入口采用EPG映射表 (EMT) 进行描述, 信息的内容被封装成具有多级目录结构的文件系统, 称为扩展EPG内容信息 (XECI) 。

可以在SDT信息里增加一个表:音量控制表 (VCT:Volume Control Table) , 对各套节目的音量定量描述。在机顶盒端, 每次重新搜索节目时, 除自动读取每套节目的有关信息外, 还要读取音量表, 自动设置音量的初始值。不搜索节目时, 则不读取该表。应用时由技术人员在EPG服务器里修改音量异常节目的音量值。该方案的优点是不需要对系统任何硬件修改, 只需要对E P G服务器端和机顶盒软件升级即可, 后继入网的各类机顶盒需要厂家集成该功能。至目前为止, 该方案是较为可行的方案之一。

4 新型的基于IP软交换技术的数字电视平台解决方案

码流修整 (Rateshaping) 是新一代数字电视前端的一项重要技术特征, 工作在节目层中的P I D层, 主要用来处理过高的视频码流峰值, 可以改进这种技术用来处理音频流。将其核心的码率改变改为控制音频流中的比例因子的缩放, 以此来控制音量的大小。

由于可以有相同的压扩结构, 因此我们以较简单的层1来说明这种控制方案。图四是MPEG层1的帧结构, 在子带编码中, 传送前每个频带的音频输入需放大到最大电平, 放大的各个比例因子随同各个频带的各块样值一起发送, 以便解码器进行反处理。由此可见比例因子系数反比于该频带的电平, 若同时将各个比例因子进行放大或缩小一定的倍数, 则可以间接控制音量大小。音频层1利用512点FFT对滤波器组输出进行分析, 以确定输入信号的频谱, 产生384个输入样值;与此相区别, 层2采用1024点FFT作用于信号输入端, 样值达到1152个, 当子带内容大致相同时, 三个比例因子可以只发送一个。徐州台的机顶盒招标中要求自动兼容MPEG音频层1与层2。

BIGBAND平台根据PID值提出要处理的音频流, 通过对MPEG2编码的逆处理, 将音频流解码过程执行到子带编码, 还原到量化层 (如图五) , 即MPEG音频流输入经解复用, 把比例因子提出送到缩放调整器进行调整后再送到复用器, 样值经缓存器缓存与调整后的比例因子同步对齐再送到复用器, 输出调整后的新码流。

缩放调整只是对比例因子乘上一个常系数, 数据处理量很小, 用软件实现即可, 无需昂贵的专用DSP处理器。由于没有解码还原到A/D (这一步骤对伴音的失真最大) , 采用这种方法实现的音量控制对伴音的失真较小。就目前市场上的数字电视设备来说, 还是一些国外厂家掌握第Ⅱ代D T V平台的核心技术, 至今还没有推出能支持此种功能的平台。若本土企业能考虑到电视台的实际要求, 开发出自主知识产权的相关产品, 必然能够对国内电视台和网络公司的前端系统搭建起到一个良好的支持。

5 结语

综上所述, 四种方案比较结果如表一。编解码方案实现方法简单, 但会使前端系统复杂度增加, 只适用于自办节目的调整。机顶盒硬件方案效果好, 但潜在的成本太高, 目前只能采用软件的方法进行折衷。EPG方案是目前最为可行推广的方案, 应用效果还有待试验中。而基于IP软交换技术的数字电视平台的软件解决方案具有系统简单, 实现代价小的优点, 应是解决此类问题的今后的发展方向。

摘要：在徐州电视台数字电视改造过程中, 遇到了各频道间音频不均衡的难题, 本文将以此为背景讨论四种音频控制解决方案:编解码器方案、机顶盒方案、EPG方案、基于IP软交换技术的数字电视平台方案。通过方案对比, 指出数字电视平台解决方案才是今后的发展方向。

关键词：音量控制,机顶盒,MPEG,数字电视,EPG