DRA音頻技術在數字電視中的應用研究

許晶晶

（廣州廣晟數碼技術有限公司，廣東 廣州 510600）

進入21世紀以來，全球數字電視產業覆蓋了數字電視制造、數字電視廣播、視聽類消費電子、寬帶網絡多媒體、智能視頻監控等眾多數字媒體應用，產值已占到了信息產業總產值的三分之一。

在數字電視產業中，音視頻編碼壓縮技術是整個產業依賴的關鍵共性技術，成熟的國際/國家標準是數字電視產業的基礎。近幾年，我國自主音視頻技術創新取得了長足進步，具有我國自主知識產權的DRA、AVS標準的頒布與實施對我國日漸強大的音視頻產業起到巨大推動作用，為構建我國具有自主知識產權的數字音視頻產業鏈提供了難得的機遇。

音頻編解碼技術是數字家庭的關鍵技術和重要組成部分，具有我國自主知識產權的DRA多聲道數字音頻編解碼技術（簡稱DRA技術[1]），與MP3等國際主流的數字音頻編解碼技術比，具有壓縮效率高、音質好、解碼器復雜度低和容錯能力強等特點，可廣泛應用于數字電視、數字音頻廣播、數字家庭影院等領域。

本文針對數字家庭產業鏈上相配套的環節，如上游的數字內容制作和媒體資源管理系統，下游的播出系統、終端接收系統等，研究分析了DRA音頻在數字家庭領域整個業務流程中的應用，實現核心技術、節目制作、節目播發、關鍵產品開發的有機融合。

1 現狀分析

1.1 研究意義

目前，數字音視頻產業迅速發展，我國相關產品雖然產量居高，但同時也面臨著巨大的問題。一是產業大而不強，國際競爭力較弱；二是屢屢受到國外企業的專利訴訟，面臨巨額專利費索賠。DRA技術作為我國自主創新的一種具有國際先進水平的數字音頻壓縮技術，被頒布為國家標準后，形成了我國自主的音視頻技術體系，今后對于提升我國產業的話語權，抵御國外“技術壁壘”起到牽制作用。

通過研究DRA音頻技術在數字電視、廣電移動多媒體、藍光DVD等產業的應用，可以大力推動DRA音頻技術的產業化，為我國政府、行業協會與國外技術壟斷企業的談判贏得了議價的空間，每年可為我國數字音頻終端企業節省數億元專利費，創造了巨大的經濟效益和社會效益。

同時DRA技術已經通過了國內外權威機構的嚴格測試，成為國際藍光光盤的音頻標準，具備了作為數字電視音頻技術的優質條件。但數字電視產業鏈上相配套的其他環節，如上游的數字內容制作和媒體資源管理系統，下游的播出系統、終端接收系統等方面，DRA技術的開發應用還不成熟。所以研究如何打通DRA技術在數字電視領域整個業務流程中的應用對推廣DRA技術的產業化具有重要意義。

1.2 研究方向

本文的研究方向主要是DRA音頻技術在數字電視中的應用，它貫穿了產業鏈中的各個環節。

節目制作和媒體資源管理系統：完成支持DRA音頻標準的數字內容制作系統和媒體資源管理系統的集成與建設工作，打通DRA技術在廣播電視行業的采集、編輯、審核、存儲、播出等全業務流程[2]。

節目播出系統：在基于微軟交互技術的數字家庭平臺和基于單向DVB-C技術的數字電視平臺上同時實現DRA音頻的系統集成和應用開發。

終端接收系統：與上游芯片廠商和下游終端廠商共同研發支持DRA技術應用的數字家庭多媒體終端系統解決方案，并形成高、中、低檔等針對不同人群和業務的產品系列。

產業基地和內容源建設：建設DRA音視頻產業制作基地和采用DRA標準的節目資源庫。

2 研究內容

2.1 DRA音頻技術的創新性

研究數字音頻技術的目的就是要盡量節約存儲空間和傳輸帶寬，即對數字音頻信號進行壓縮，降低碼率。音頻信號能夠壓縮的基本依據是信號的冗余度和人類的聽覺感知特性，在保持音質、限制碼率和降低編碼計算量三方面進行折中[3]。

DRA技術是一套完整、高效的數字音頻編解碼技術方案，其最大特點是用很低的解碼復雜度實現了國際先進水平的壓縮效率。在編解碼過程中，信號通道保持24 bit的精度，可支持的聲道設置除了立體聲、5.1環繞聲、6.1環繞聲和7.1環繞聲之外，還為未來的音頻技術發展預留了空間；同時可支持從8～192 kHz間的標準采樣頻率，包括44.1 kHz和48 kHz；它對編碼比特率沒有明確限制，在具體應用時可根據信道帶寬和音質要求等因素來設定[1]。

在創新方面，DRA技術重點研究方向就是根據音頻信號的短時特性，設計創新的時頻分析工具，實現對信號進行不同分辨率的時頻分解，從而獲得自適應的可變分辨率時頻變換，提高后續量化熵編碼效果，從而獲得更好的編碼質量。另外，在量化比特熵編碼這個模塊中，通過創新的碼書選擇方案，進一步提高了編碼的質量。

DRA技術從研發到形成標準，通過了國家廣播電視質量監督檢測中心和國家廣播電影電視總局進行的多次主觀聽音測試及客觀指標測試，同時DRA技術通過了國際好萊塢片商和盤片播放器企業組織的音頻技術測試，性能指標達到國際先進水平。DRA技術主要性能指標如表1所示。

表1 DRA技術主要性能指標

2.2 DRA制作和媒資系統架構

本文基于DRA技術的特性，研究了數字電視節目采編系統的搭建。根據DRA制作和媒資管理，劃分為節目采集區域和節目制作區域，同時這兩個區域又依賴于基礎網絡平臺和節目存儲平臺，整體系統通過5個部分相互連接而構成一個整體，如圖1所示。

圖1 DRA制作和媒資系統架構

1）節目采集區域：完成所有音視頻節目數據的采集工作。

2）節目制作區域：完成采集后的節目數據的編輯處理工作，包括編輯、配音、節目合成、視音頻質量審核等。

3）基礎網絡平臺：光纖FC＋以太網雙網結構，為節目采集與制作提供高可靠、高效率的帶寬。

4）節目存儲平臺：提供大容量、高性能的存儲體，為節目采集區和節目制作區提供節目數據的存儲；同時為節目存儲提供一定的近線存儲空間。

5）內部管理平臺：包括業務管理和網絡管理。通過共享網絡存儲和資源管理器，采用媒體制作播出的一體化設計模式，實現了DRA節目的采集、編輯、審核、存儲、播發等流程，打通了節目制作和發行的各個鏈條。

2.3 DRA信號的采編

1）DRA節目的采編

可通過表2所示的兩種方式進行。

表2 DRA節目采編方式

2）DRA音頻和視頻非編系統的結合

非編系統可以使用DRA格式進行音頻信號的編輯，具體實現中為非編系統及軟件提供專用的DRA音頻插件，集成到編輯界面中去。音頻插件的功能包括：

（1）音視頻同步。基于時間戳機制，保證音頻和視頻的時間同步。

（2）多聲道編輯。DRA音頻插件最大可支持7.1聲道的同時編輯，以及對每個聲道單獨編輯。

（3）音頻信號處理。調整音頻信號的增益，在頻域進行均衡、濾波等多種音頻特效處理。

（4）噪聲處理。對輸入的音頻信號自動檢測，提供白噪聲、粉色噪聲的抑制，對白中的說話音增強。

（5）音頻編解碼。對輸入信號進行DRA解碼，對編輯后的音頻信號重新編碼為DRA格式。

2.4 DRA信號的存儲

DRA技術本身屬于多聲道數字音頻編解碼技術，其節目制作占用的存儲空間要大于普通的雙聲道立體聲節目。另外，節目制作時還要同時支持高清技術的其他附加應用，這樣將需要更加可靠和高效率的存儲帶寬支持。

原始音頻素材文件采用8通道、48 kHz采樣、32位PCM方式存儲，每聲道1 536 kbit/s，總共傳輸數據為1 536 kbit/s×8=12 288 kbit/s，加上其余輔助數據等，需按13 Mbit/s計算。現有技術中只有光纖FC＋以太網雙網結構為節目采集與制作提供可靠、高效率的帶寬，才能夠滿足業務的要求。

2.5 DRA終端的部署研發

參照DVD機對杜比和DTS的支持方式和成功經驗[4]，采用循序漸進的方式，可以采用幾種不同的解決方案穩步推進DRA終端的部署。

1）DRA技術在單向DVB-C機頂盒上的應用。通過在標清的芯片中集成DRA技術，已經可以驗證標清芯片可以支持DRA數字信號的光纖和同軸輸出，DRA信號通過機頂盒解碼傳送至音響，用戶可以在終端聽到聲音的重現。

2）DRA技術在移動終端信號中的應用。DRA技術目前已在中國多媒體數據廣播CMMB中得到應用，成為其必選的音頻標準。CMMB的市場主要面對手持移動終端的接收，產品類型多樣，涵蓋手機、PDA、MP4、MP5、車載電視、導航儀等，只要終端內置CMMB芯片就可以接收DRA的音頻廣播。但是CMMB作為手持終端接收信號的環境比較差，因此技術上的重點是體現DRA技術在低碼率和移動情況下相對于FM廣播的優良品質。由于CMMB移動接收的特點，又能較好地和手機結合在一起，一旦普及，其終端數量將非常可觀，這樣就為DRA的傳輸開辟了另一條通道。這一解決方案的目標是為用戶提供更多DRA技術新的應用，擴大DRA音頻的應用范圍[5]。

3）DRA技術在多媒體數字家庭終端上的應用。隨著技術的進步，未來幾年多媒體交互式的數字家庭終端將會成為市場上的主流產品，這些產品應當是具有高清、互動等功能，因此CPU的能力將大大加強，完全可以滿足DRA解碼的需求。

3 市場預測

對于數字電視產業來說，數字音頻標準是一項重要的配套標準，它無論作為視頻的伴音還是單獨的音頻廣播，都是不可或缺的。為了達到高保真的目的，對于數字音頻的采樣率和量化精度又有了更高的要求。這就意味著需要信道傳輸的數據量越來越巨大，而電視信道的帶寬資源是相對固定的，因此對于信源標準的壓縮效率和性能有著越來越高的要求。而一直以來，高壓縮率的數字音頻編解碼核心技術都掌握在國外公司手中，攫取我國數字音頻市場的大部分利潤。DRA技術的研發及產業化為我國數字音頻產業帶來了極大的機遇，其壓縮率高、解碼復雜度低等特點非常適合數字電視領域的應用。同時，近年興起的高清有線數字電視市場，也為DRA標準的應用提供了機遇。DRA成為國家標準后，業內普遍認為，“DMBT信道+AVS視頻+DRA音頻”將是地面數字電視國標最完美的結合。目前，前端設備制造商、國內外知名芯片公司，以及機頂盒和終端廠商對DRA音頻標準的采納及應用將構成完整的DRA數字電視產業鏈，市場空間十分廣闊。

4 結論

DRA技術經過實踐檢驗，性能優越，成為國家標準后，產業化推進迅速，完全滿足了數字電視系統的要求。通過研究DRA音頻技術與數字電視節目制作、節目播發、終端產品開發的有機融合，實現了DRA技術與現有音視頻存儲介質的適配，以及與各種接收、播放終端的適配。同時驗證了DRA技術在終端產品芯片中的應用，以此推進DRA音頻標準在我國數字電視、數字音頻廣播、移動多媒體等領域的全面產業化應用。

[1]GB/T 22726—2008，多聲道數字音頻編解碼規范[S].2008.

[2] 賈浩，鄭征.數字電視采編系統的構成與應用[J].科技信息，2010（29）：71-73.

[3] 邱煒，王彤，陳再現.杜比技術在數字電視播出中的應用實踐[J].世界廣播電視，2004（8）：94-96.

[4] PAINTER T，SPANIAS A.Perceptual coding of digital audio[J].Proceedings of the IEEE，2000，88（4）：451–513.

[5] 許憬，馬文華，曾慶煜.DRA多聲道數字音頻信號壓縮編碼算法[J].電聲技術，2013，37（6）：54-57.