天津電視臺(tái)的全數(shù)字音頻嵌入（EMBEDDED AUDIO）電視節(jié)目播出中心，自1997年開(kāi)始籌建，于1998年10月1日正式啟用運(yùn)行。三年多的播出實(shí)踐，充分地體現(xiàn)了電視播出中心數(shù)字化的優(yōu)越性：系統(tǒng)合理、設(shè)備穩(wěn)定、實(shí)時(shí)播出、準(zhǔn)確無(wú)誤、圖象透亮、音質(zhì)優(yōu)美、傳輸無(wú)損，達(dá)到了預(yù)期要求。
新建的電視播出中心由三個(gè)節(jié)目分控（節(jié)目播控機(jī)房）和播出總控（節(jié)目調(diào)度機(jī)房），以及節(jié)目傳輸機(jī)房和計(jì)劃中的直播間組成。分別承擔(dān)我臺(tái)三個(gè)頻道自辦節(jié)目的播放、調(diào)度和傳輸，以及衛(wèi)星節(jié)目的接收與資料的錄制。包括一個(gè)預(yù)留播控機(jī)房，總面積約有550平方米。
在電視設(shè)備由模擬方式向數(shù)字化過(guò)渡的當(dāng)今，新建電視播出中心必須搞好定位。首先要保證電視播出的安全優(yōu)質(zhì)，還要遵循客觀(guān)規(guī)律，提倡科學(xué)、先進(jìn)、完善、可行。經(jīng)過(guò)一年多的外出調(diào)研、方案論證，以及設(shè)備選型和安裝調(diào)試，建成了全****播出中心，任何電視信號(hào)或電視節(jié)目磁帶，進(jìn)入系統(tǒng)后，均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的處理和傳輸。為了適應(yīng)模擬電視和****并存的現(xiàn)狀，在播出中心的構(gòu)成中，本著不再添置模擬電視設(shè)備的原則，利用了部分原有的模擬設(shè)備，處理外來(lái)的模擬電視信號(hào)，經(jīng)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換設(shè)備，與數(shù)字系統(tǒng)相通播出，這樣無(wú)論是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，都各有各的歸宿，在系統(tǒng)中達(dá)到“連鎖互補(bǔ)”。在實(shí)現(xiàn)播出中心全數(shù)字化的同時(shí)，為保證電視圖象和伴音的協(xié)調(diào)一致，本著科學(xué)審慎的態(tài)度，敢于創(chuàng)新的精神，采用了音頻嵌入新技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)了在電視播出系統(tǒng)中使用的先例，取得了很好的效益。
一、 音頻嵌入技術(shù)在電視 播出系統(tǒng)中的應(yīng)用
1、 電視播出系統(tǒng)采納音頻嵌 入技術(shù)的提出
隨著電視數(shù)字理論日趨發(fā)展，****設(shè)備的逐步深化，在電視信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)倪^(guò)程中，視頻信號(hào)和音頻信號(hào)的處理方式和特點(diǎn)，有著不同的差異，導(dǎo)致數(shù)字視頻滯后于數(shù)字音頻，表現(xiàn)在圖象和聲音不協(xié)調(diào)和諧的問(wèn)題也顯得明顯起來(lái)。
在電視節(jié)目播送中，視頻信號(hào)制約于相應(yīng)的音頻信號(hào)，達(dá)到互相同步，或利用數(shù)字視頻信號(hào)對(duì)數(shù)字音頻信號(hào)加以攜帶，形成一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一的整體（音頻嵌入技術(shù)），是我們?cè)?***播出系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，極為關(guān)心的問(wèn)題，以使受眾得到聲畫(huà)同步的完美的電視圖象。
2、 數(shù)字化的電視播出和節(jié)目傳輸中圖象伴音協(xié)調(diào)一致的實(shí)現(xiàn)
（1）數(shù)字音頻信號(hào)加以延時(shí)，實(shí)現(xiàn)音視頻的相對(duì)協(xié)調(diào)
****系統(tǒng)中視頻和音頻的延時(shí)差，可以通過(guò)實(shí)地測(cè)量，在系統(tǒng)中添置相應(yīng)的音頻延時(shí)器，達(dá)到音視頻的協(xié)調(diào)一致，這是最簡(jiǎn)易的辦法。數(shù)字音頻延時(shí)器有人工預(yù)調(diào)諧和隨視頻信號(hào)的變化自動(dòng)控制兩種，一般在音視頻信號(hào)分離的系統(tǒng)中采用。 （2）采用多工復(fù)用技術(shù)，使音視頻信號(hào)有機(jī)統(tǒng)一
電視視頻信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換方式，隨模擬信號(hào)的構(gòu)成不同（指復(fù)合和分量方式），而有一定的差異，數(shù)字拾取后的數(shù)據(jù)傳輸方式也有并行和串行之分，但都有一個(gè)共同的特征，那就是在共同的部位，如視頻數(shù)字信號(hào)的行消隱期間，空余的空間可攜帶數(shù)字信息，在這個(gè)空間里，根據(jù)不同方式，把數(shù)字音頻和其他輔助數(shù)據(jù)加以攜帶傳送。對(duì)于數(shù)字視頻信號(hào)來(lái)說(shuō)，數(shù)字音頻和輔助數(shù)據(jù)按規(guī)定位置相嵌于其身，可稱(chēng)為音頻嵌入。
3、 音頻嵌入技術(shù)在電視播出 系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)
（1）音頻嵌入技術(shù)在電視播出系統(tǒng)中的實(shí)施方案
如圖1所示。通過(guò)矩陣開(kāi)關(guān)選擇的兩路音頻嵌入SDI（Serial digital interface）信號(hào)，（A1、B1）送至視頻處理器作混合或特技切換處理，同樣的兩路（A2、B2）經(jīng)解嵌處理的數(shù)字音頻信號(hào)，送至音頻處理器作相應(yīng)的變換，處理后的視頻信號(hào)和音頻信號(hào)，再按初始的相對(duì)時(shí)間關(guān)系，在嵌入器中重新將音頻信號(hào)嵌入。這里要說(shuō)明的是，整個(gè)的處理過(guò)程，都是在控制數(shù)據(jù)處理器的指令下進(jìn)行工作，以保證時(shí)間關(guān)系的準(zhǔn)確無(wú)誤。
（2）播控切換臺(tái)的選擇
具有處理嵌入音頻的數(shù)字分量串行視頻數(shù)據(jù)流信號(hào)（SDI）功能。
具有完善的視頻處理、音頻處理和靈活的加嵌、解嵌設(shè)施，并能達(dá)到音視頻的統(tǒng)一和諧。
適用于電視節(jié)目播出使用。要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適用，能夠?qū)崿F(xiàn)電視節(jié)目播出自動(dòng)化。
4、 電視節(jié)目播出系統(tǒng)方案比較
（1）系統(tǒng)設(shè)備設(shè)置
根據(jù)中華人民共和國(guó)廣播電影電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（GY/T165-2000）《電視中心播控系統(tǒng)數(shù)字播出通路技術(shù)指標(biāo)和測(cè)量方法》第3、2節(jié)數(shù)字播出通路（digital transmit channel）規(guī)定，數(shù)字播出通路是指播控系統(tǒng)中的數(shù)字視頻、音頻信號(hào)通路，即從數(shù)字信號(hào)源（錄像機(jī)等）、數(shù)字分配矩陣、應(yīng)急切換器、數(shù)字切換臺(tái)（處理器等），到數(shù)字信號(hào)分配放大器（含無(wú)壓縮數(shù)字信號(hào)傳輸電纜）的通路，見(jiàn)圖2。
一般的播控系統(tǒng)是指各種源信號(hào)控制處理形成的電視節(jié)目播出信號(hào)的設(shè)備系統(tǒng)總成。為了實(shí)現(xiàn)****節(jié)目信號(hào)的音視頻協(xié)調(diào)一致，針對(duì)電視信號(hào)的數(shù)字化處理和傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，數(shù)字音頻信號(hào)需加延時(shí)器才得以實(shí)現(xiàn)。而采用音頻嵌入方式的設(shè)備系統(tǒng)，在系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成中，就無(wú)需設(shè)置音頻系統(tǒng)。
（2）設(shè)備系統(tǒng)簡(jiǎn)化
采用音頻嵌入方式的電視播出系統(tǒng)，相對(duì)于配有雙伴音系統(tǒng)（視頻系統(tǒng)，伴音①系統(tǒng)，伴音②系統(tǒng)）的電視播出系統(tǒng)，可以說(shuō)省掉兩套切換開(kāi)關(guān)、處理和分配放大等設(shè)備，及相應(yīng)連接電纜、連接器，故障機(jī)率相對(duì)減少；也就大大地提高電視播出的安全系數(shù)。
（3）節(jié)省設(shè)備投資 減少了兩套音頻設(shè)備系統(tǒng)和相應(yīng)的延時(shí)器，將節(jié)省主要設(shè)備投資的2/3。
采用配有音頻嵌入功能的放像機(jī)，還要對(duì)個(gè)別的外來(lái)信號(hào)配備少量的音頻嵌入設(shè)備，以及供監(jiān)聽(tīng)監(jiān)看的解嵌設(shè)備，又要增加部分投資。
對(duì)線(xiàn)纜和接插件有嚴(yán)格的要求，這是數(shù)字系統(tǒng)必要的。
從總投資來(lái)看，播控系統(tǒng)設(shè)備，有減少也有增加，可節(jié)省一半左右的造價(jià)。
（4）問(wèn)題
在電視設(shè)備模擬模式和數(shù)字模式并存的當(dāng)今，就會(huì)有****信號(hào)必須通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換，才能在常規(guī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中監(jiān)聽(tīng)監(jiān)看。在電視設(shè)備發(fā)展進(jìn)步中，數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置，可在監(jiān)視設(shè)備中內(nèi)藏，也可外設(shè)。
采用音頻嵌入的****系統(tǒng)中的電視信號(hào)，必須通過(guò)解嵌設(shè)施，才能分別看到圖象聽(tīng)到聲音。
總之，音頻嵌入式電視播出系統(tǒng)，相對(duì)系統(tǒng)的音視頻分離模式，是有著很多優(yōu)點(diǎn)，方案是可取的。一般來(lái)說(shuō)，音頻嵌入模式適合于較大型系統(tǒng)中的各種切換，達(dá)到靈活輕便。切換中的音視頻的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，是靠程序控制中央處理器的統(tǒng)一指令完成的，而中央處理器的程序設(shè)計(jì)很容易實(shí)現(xiàn)，運(yùn)作簡(jiǎn)單、實(shí)用、可靠，在天津電視臺(tái)的三年多使用實(shí)踐中予以證實(shí)。對(duì)于小型系統(tǒng)，音頻嵌入也有一定的使用價(jià)值，當(dāng)然要看設(shè)備系統(tǒng)的性能價(jià)格比和需要而確定。
二、 數(shù)字視音頻信號(hào)
電視系統(tǒng)數(shù)字化的過(guò)程，首先要了解數(shù)字視頻和音頻的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用音頻嵌入技術(shù)就必須了解數(shù)字視頻信號(hào)的特征和結(jié)構(gòu)。就此，分析有關(guān)數(shù)字視頻信號(hào)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。
1、 分量數(shù)字視頻信號(hào)
國(guó)際無(wú)線(xiàn)電咨詢(xún)委員會(huì)（CCIR）以CCIR601（由于國(guó)際無(wú)線(xiàn)電咨詢(xún)委員會(huì)被國(guó)際電信聯(lián)盟—ITU所取代，現(xiàn)改稱(chēng)為ITURBT601-2）標(biāo)準(zhǔn)，分別規(guī)定了525/59.4和625/50電視系統(tǒng)中，分量視頻的取樣方案（接口標(biāo)準(zhǔn)）。其中亮度信號(hào)的正交取樣頻率為13.5MHz，兩個(gè)色差信號(hào)Cb和Cr的取樣頻率為6.75MHz。Cb、Cr與B-Y、R-Y之間有確定的比例關(guān)系。
還要加以說(shuō)明的是，CCIR601的最初規(guī)定，視頻信號(hào)數(shù)據(jù)字的精度是8比特。但經(jīng)過(guò)實(shí)踐考證，在10比特精度下進(jìn)行處理，會(huì)帶來(lái)許多好處。因此，現(xiàn)已有10比特的接口標(biāo)準(zhǔn)的新規(guī)定，與原8比特標(biāo)準(zhǔn)并行使用。
目前，CCIR601被廣泛地采用在電視制作和后期編輯設(shè)備中，取得了較好的效果。一般說(shuō)來(lái)，串行方式更加適合于大型系統(tǒng)中使用，現(xiàn)已逐步地取代了并行方式。CCIR601體現(xiàn)了數(shù)字與分量工作方式帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。在525行和625行電視系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以獲得現(xiàn)階段的最高質(zhì)量。
CCIR601規(guī)定的視頻取樣結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)4∶2∶2取樣。
以圖3中的44個(gè)象素塊來(lái)說(shuō)明601取樣，N行的0和2號(hào)象素對(duì)Y、Cb、Cr都取樣，1和3號(hào)象素僅對(duì)Y取樣。這樣，在這4個(gè)并列的象素中，Y取樣了4次，B-Y取樣了2次，R-Y也取樣了2次，所以601取樣又稱(chēng)4∶2∶2。采用4∶2∶2取樣的理由是基于人眼視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)色度的分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)亮度的分辨率，如同彩色電視中的色度大面積著色的原理一樣。也很容易看出，如果把“4”對(duì)應(yīng)亮度信號(hào)的取樣頻率13.5MHz，那么，“2”對(duì)應(yīng)的色差信號(hào)的取樣頻率正好是6.75MHz。而取樣字輸出排列順序?yàn)镃bY Cr Y CbY Cr Y……，即二個(gè)色差取樣中夾著一個(gè)亮度取樣字，或二個(gè)亮度信號(hào)取樣字中夾著一個(gè)色差取樣字。
在這里也要說(shuō)明取樣后的量化，若取其取樣字的字長(zhǎng)為10比特，那么取樣電平有1024個(gè)臺(tái)階。 圖4為亮度信號(hào)量化示意圖。信號(hào)中的每一行都存在標(biāo)準(zhǔn)的300mV的行同步信號(hào)，都屬于“冗余”的部分，所以就沒(méi)有必要每次都進(jìn)行取樣和量化，可僅以第“0-3”4個(gè)碼字（量化電平000-003）來(lái)表示有效掃描開(kāi)始，稱(chēng)之為“有效視頻起始標(biāo)志”SAV（Start of Active Video），同樣，用第“1020～1023”4個(gè)碼字（量化電平3FC～3FF）來(lái)表示有效行掃描結(jié)束，稱(chēng)之為“有效視頻結(jié)束標(biāo)志”EAV（End of Active Video）。這樣數(shù)字接收機(jī)以及D/A轉(zhuǎn)換，可方便地利用SVA和EVA同步數(shù)字行。更大的好處在于，可將原應(yīng)用于取樣同步信號(hào)的約30%的取樣點(diǎn)，增加到視頻信號(hào)電平上。也就是說(shuō)原應(yīng)該用約為1000個(gè)取樣點(diǎn)取樣峰峰1V，現(xiàn)可全用在0～700mV的信號(hào)電平上，加大了取樣密度，提高了取樣精度。
還要指出，除了0～3和1020～1023這8個(gè)字用于同步外，第“4～63”（量化電平004～039）這60個(gè)字保留給黑電平“下浮”，第“941～1019”（量化電平3AD～3FC）這79個(gè)字保留給白電平“過(guò)沖”。可見(jiàn)，實(shí)際0～700mV為877個(gè)量化電平，即877個(gè)字（第“64～940”）。黑電平在040量化電平上，白電平在3AC量化電平上。
在分量數(shù)字格式中，無(wú)論625/50或525/60，其有效行的象素都定義為720個(gè)，根據(jù)4∶2∶2取樣法則在每個(gè)象素上Y都取樣，每個(gè)有效行上有720個(gè)Y取樣字。
圖5所示為色差信號(hào)的量化。由于第“0～3”、“1020～1023”這8個(gè)字所代表的量化電平已用作“SAV”和“EAV”，同樣在色差信號(hào)的量化中也保留不用。
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