TotalRecorder軟件在數字電視原理教學中的應用

【摘要】數字電視原理是電子信息工程技術專業一門重要的新技術課程。該課程概念較多、理論性強，高職學生普遍感覺學習困難。作者實際教學中嘗試使用TotalRecorder軟件輔助數字電視原理課程音頻信號數字化部分內容的教學，實踐證明，該軟件可以使抽象的音頻編碼理論變得數字化，軟件輸出結果利于學生實際感知，很大程度提高了該課程的教學效果。

【關鍵詞】TotalRecorder 數字電視 教學

【中圖分類號】TN949.197 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）02-0012-02

0.引言

數字電視是指采用數字技術實現節目內容制作、存儲、播出、傳輸、接收及應用服務的整套系統，以數字化、交互性為特色，把電視傳播方式與信息技術集于一身，大大提高了畫面的清晰度和伴音效果。數字電視技術是現代電子技術、通信技術和計算機技術等高度發展的綜合結晶，是當代信息社會的重要技術組成部分。

為適應數字電視技術在我國的推廣、應用及發展，各高職院校都相繼開設了數字電視原理課程，以培養數字電視系統組建、運行維護方面的高技能人才。但是由于市場上現有的數字電視實驗設備的局限性，數字電視原理偏重理論知識的介紹，使得目前的高職學生覺得理解掌握該技術具有很大的難度，漸漸的喪失了學習積極性。為了取得更好的教學效果，作者嘗試使用TotalRecorder軟件輔助數字電視原理課程教學，在TotalRecorder軟件中更改音頻處理的聲道數、采樣位數和采樣頻率等，并實際感知音頻效果，使學生直觀理解音頻編碼各個參數的含義，以及影響音頻編碼質量的各參數，提高課程的教學效果。

1.數字電視音頻編碼基礎

模擬音頻信號不僅在幅度取值上是連續的，而且在時間上也是連續的。模擬音頻信號的數字化需要經過采樣、量化和編碼三個步驟。

采樣是指用每隔一定時間的信號樣值序列來代替原來在時間上連續的信號，也就是在時間上將模擬信號離散化。在將模擬音頻信號轉換成數字信號時單位時間內采樣的點數稱為采樣頻率，以Hz為單位。由于人類聽覺可感知的頻率范圍為20Hz～20kHz，依據采樣定理，采樣頻率不能低于聽覺音頻上限頻率20kHz的2倍，即40kHz，由于難以獲得理想的低通濾波器，實際采樣頻率一般不低于44.1kHz。

量化是用有限個幅度值近似原來連續變化的幅度值，把模擬信號的連續幅度變為有限數量的有一定間隔的離散值。編碼則是按照一定的規律，把量化后的值用二進制數字表示，然后轉換成二值或多值的數字信號流，實際上量化是在編碼過程中同時完成的。量化時每個量化值的編碼位數，稱為采樣位數，以bit為單位。采樣位數越多，量化中四舍五入誤差越低，量化噪聲越小，信噪比越高，音質越好。人類聽覺對噪聲十分敏銳，為了達到CD音質，數字電視采用的線性量化精度不能低于16bit，實際中按照需要，經常采用的量化比特數有8bit、12bit和16bit。

采樣頻率和采樣位數是影響音頻信號數字化質量的兩個主要參數。此外，反映音頻數字化質量的另一個因素是聲道數。記錄聲音時，如果每次生成一個聲波數據，稱為單聲道；每次生成二個聲波數據，稱為立體聲（雙聲道），立體聲更能反映人的聽覺感受。

為了衡量采樣頻率、采樣位數以及聲道數對音頻信號文件大小和音頻質量的影響，使用TotalRecorder軟件錄制不同參數格式的音頻文件。

2.TotalRecorder軟件

Total Recorder是High Criteria公司出品的一款優秀的錄音軟件，其功能強大，支持的音源極為豐富，也被稱為網絡錄音機。該軟件可以把各種音源的聲音錄下來，具有“軟件”和“聲卡”兩種錄音模式，其中“軟件”錄音模式下該軟件可以直接錄取播放器軟件發出的數據包，使用該模式可有效避免課堂中錄制麥克風聲音，同學之間互相干擾的情況。

3.TotalRecorder使用實例

3.1 TotalRecorder使用說明

（1）運行TotalRecorder軟件，出現圖1所示界面。

圖1 TotalRecorder軟件界面

（2）在圖1所示界面中，鼠標單擊“文件”，選擇“新建”命令，然后單擊“選項”，選擇“錄制音源和參數”，如圖2所示。

（3）在圖2所示對話框中選擇“聲卡”，選中“使用在混音器中選定的線路（高級）”。

（4）在圖2所示對話框中單擊“錄制格式”組中的更改按鈕，出現圖3所示“媒體格式”對話框。

（5）在“媒體格式”對話框中“格式”項中選擇音頻格式如CCITT A-law，在“屬性”項中選擇某種格式音頻的采樣頻率、采樣位數等參數。單擊“確定”按鈕，回到圖1所示界面。

（6）單擊window“開始菜單”，選擇“控制面板”，選擇“硬件和聲音”，打開“聲音”選項，單擊“錄制”，右鍵單擊“顯示禁用的設備”，啟用“立體聲混音”，為TotalRecorder錄制播放器聲音做好準備。

圖2 錄音音源和參數對話框 圖3 媒體格式對話框

（7）使用WindowMediaPlayer播放給定的WAV格式的歌曲，同時點擊圖1中的紅色“錄音”按鈕，開始錄制文件。

（8）待WAV文件播放完畢，點擊圖1中的“停止錄音”按鈕，將錄制文件保存。

（9）在圖1所示TotalRecorder界面查看錄制的音頻文件的持續時間和文件大小。

3.2 驗證影響音頻質量的關鍵參數

為了讓學生理解采樣頻率、采樣位數和聲道數對音頻文件質量的影響，按照表1所示音頻格式、聲道數、采樣位數、采樣頻率在TotalRecorder中完成設置，并處理給定的音頻文件，之后在TotalRecorder中查看實際生成的音頻文件的持續時間和文件大小，并記錄。

通過表1可知，同一種PCM音頻格式下，采樣位數和聲道數相同，采樣頻率越高，文件容量越大，聲音質量越好，但是采樣頻率高于44.1KHz，僅靠人耳聽不出明顯音質差別；當采樣頻率太低時，音質卡斷；同一種音頻格式下，采樣頻率和聲道數相同，采樣位數越高，文件容量越大，聲音質量越好；同一種音頻格式下，采樣位數和采樣頻率相同，雙聲道音頻質量明顯優于單聲道音頻質量，同樣雙聲道文件容量大于單聲道文件容量。同樣，在表1中，按照音頻文件大小=（聲道數×采樣頻率×采樣位數）/8字節計算各個音頻文件的大小，理論計算值和實際記錄的音頻文件大小完全一樣。

同樣依據表1所示數據，計算不同編碼設置條件下數據的傳輸速率，在最差的PCM編碼設置（單聲道、8bit采樣位數、8kHz采樣頻率）條件下，數據傳輸速率約為64kbit/s，但此種編碼條件下音頻質量較差；為了保證音頻質量，若選用雙聲道立體聲、8bit采樣位數、44.1kHz采樣頻率設置，則此時數據的傳輸速率約為6890kbit/s。在數字電視系統中，為了降低數據速率，需要對音頻信號進行壓縮編碼處理，同時為了保證音頻質量，僅僅靠降低采樣位數和采樣頻率或聲道數難以保證音頻質量。為了高保真的有效壓縮音頻數據，需要綜合考慮音頻信號的特點以及聽者的心理、生理特性。

表1 不同參數設置的音頻文件信息

4.結束語

本文以實例闡述了TotalRecorder在數字電視技術課程教學中的應用。使用TotalRecorder處理不同格式的音頻文件，能直觀記錄影響音頻編碼的各參數數值，同樣借助耳機學生可以直接感受不同參數決定的音頻的質量，它可以將抽象的內容直觀化，使得原本枯燥無味的理論知識變得生動起來，這有助于學生對知識的理解，同時提高了學生的學習興趣，改善了該課程的教學效果。

參考文獻：

[1]楊明極.“數字電視技術”課程的教學探索與實踐. 中國電力教育，2013

[2]王玥玥. 數字電視原理與應用.北京：北京郵電大學出版社，2013

作者簡介：

王玥玥，現工作于北京信息職業技術學院，研究信號與信息處理方向。