一、声音系统
１.单声道
２.双伴音/立体声
３.环绕立体声
４.杜比AC-3数码环绕声
５.立体声系统
二、环绕立体声的三种方案
１.四声道环绕立体声系统
２.摸拟环绕声系统
３.编解码环绕声系统
三、TV STEREO系统
１.TV STEREO系统分类
2. TV STEREO系统特性
(1) 美国系统MTS
(2)日本TV Stereo系统
(3)欧洲Stereo Sound Analog系统:(A2)
(4)韩国TV Stereo系统
(5)英国NICAM-728 TV Digital Stereo系统
四、NICAM的基本原理
１.预加重
2.低通滤波
3.A/D转换
４.扰码处理
５.DQPSK调制
６.混合与发射
一、声音系统
１.单声道
一个声音通道, 用一个传声器拾取声音, 用一个扬声器进行放音的过程, 称之为单声道. 在电视广播中, 单声道伴音质量欠佳, 特别是遇到优质的文艺节目, 尤其是现场直播高水平的音乐节目就显得逊色不少. 另外单声道伴音只能用一种语言进行广播.
２.双伴音/立体声
利用双声道予以实现双声通道电视伴音, 同时播放两种不同语言的伴音, 如一路用标准的普通话, 另一路用当地的民族语言或方言, 且两者可随意选择, 也可以一路用标准的普通话, 另一路用某一外国语言, 而且可以随意切换.
立体声有双声道立体声, 四声道立体声, 杜比立体声, 杜比环绕立体声, 杜比AC3数码环绕声等, 在理论上为了获得最佳立体声效, 理想方法是采用无限多个传声器拾取声音信号, 然后用无限多个声音通道将声音传送到无限多个扬声器并重放. 只要扬声器的位置和传声器的位置一一对应, 则重放的声音能准确地再现现场的声音, 使听众有身临其境的现场立体感.
３.环绕立体声
环绕声是指直射声音和反射声音把听者包围起来的重放方式. 因此扬声器越多, 听者被包围的感觉越强. 四声道立体声是四个传声器中的两个靠近舞台, 拾取舞台的直达信号,另两个离舞台较远,拾取反射环境声效果的混响信号.四个传声器拾取的信号由四个独立的声音通道传送到四个扬声器, 对应于传声器的位置扬声器分别为向前左, 前右, 后左, 后右其中前左, 前右用于重放舞台的直达声, 后左, 后右用于重放反射环境效果的混响声.而听者则因其前后方都有扬声器, 不仅在横向上有临场感,而且有被声音包围的感觉,因而称环绕立体声.
４.杜比AC-3数码环绕声
AC-3技术起源于高清晰(HDTV)电视提供高质量声音. AC-3技术是由杜比AC-1,杜比AC-2发展而来的.AC-1通过4-2-4多声道矩阵方式把声道减少一半(这样就可以减少传輸容量),然后采用增量调制(△调制)技术进行数字编码.因此AC-1的压缩倍数为两倍.随着声音编码技术和数字信号处理器(DSP)的进步,AC-1系统发展为基于变换编码技术的AC-2系统提高质量的同时,压缩倍数进一步变为4倍,但多声道矩阵处理技术仍保留.AC-3是在AC-1,AC-2的基础上发展起来的,它继承了AC-2的许多优点如窗处理,变换编码自适应比特分配等,同时也可克服了他们的不足和局限. AC-3具有5.1声道即左, 中, 右, 左环绕, 右环绕和0.1低效果声频道,这里的左,右环绕声通是分别制作的独立声道, 更具有现场感和真实感. 在杜比AC-3技术基础上,目前有6.1声道,7.1声道数字还音系统. AC-3是美国HDTV的声音制式, 这样制式已在世界范围内被采用公证.
注解: 4-2-4是代表录音时采用四声道录音,当把录音放置在电影胶片时, 将4声道通过编码技术压缩致二声道,在声音还原时,仍然重放4声道原音.
５.立体声系统
我们在发现聆听到的声音除了具有强度感, 声调感外,还有空间感,即我们不仅可以感觉声音的大小和音调, 还可以区别出各个音源的方位,以及通过声音的反射特性(混响和回声等)感受到现场的环境结构, 也就是说, 现场聆听到的声音都是立体的(立体声).
二、环绕立体声的三种方案
１.四声道环绕立体声系统
所谓四声道系统, 是指原声信号不加任何改变地传送和重放.
２.摸拟环绕声系统
摸拟环绕声系统采用特定的环绕声处理电路, 对立体声的两路信号自行加工处理, 根据人耳听觉生理上的两大特点, 即掩蔽效应和哈斯效应, 利用电子电路摸拟出一个环绕声场, 并用多个扬声器进行放音, 营造出丰富的三维空间音响效果, 使视听者产生极强的临场感.
所谓掩蔽效应, 指的是一个较响的声音, 往往会掩盖住同时出现的另一个较轻的声音. 尤其是这两个声音在相同的频率范围内时, 掩蔽效应更明显.
而哈斯效应是指当直达声和混响声到达人耳的时间差在一定范围内时, 人耳就感觉到直达声和混响声已融为一体, 很难再将它们区别, 只是响度有所增加而已.混响声是由墙壁等障碍物经过复杂的反射才听到的声音.
根据人耳听觉生理上的这两大效应, 可以推断两个结论:
其一, 如果有来自同一音源的直达声和混响声, 那么较轻的混响声往往被较响的直达声所掩盖. 人耳察觉不到混响声, 那么较轻的混响声到达人耳时在时间上直达声延迟较大, 人耳就会感觉到直达声的存在, 并确定其位置.
其二,对那些延迟时间较长, 且多原声源不相关的混响声, 人耳不仅能察觉出它的存在, 而且能逼真的提供距离感 认为它来自周围的空间.
目前, 多数大屏幕彩色电视机的环绕声处理电路, 正是根据上数原理采用摸拟环绕声技术, 将立体声左右两路信号, 经专用的环绕声处理器进行延迟, 移相等处理, 再通过环绕声扬声器发声, 来摸拟环绕声效果。
３.编解码环绕声系统.
编解码环绕声系统是将原多声道采用信号, 经过特定的编码技术, 变成两声道信号进行传送, 在接收端重放时, 再通过解码器还原出原声道的信息,经多支扬声器放音,形成环绕立体声场, 杜比环绕声系统可谓是这类编解码环绕声系统的代表4-2-4.
三、TV STEREO系统
１. TV STEREO系统分类
(1) 美国MTS系统: 适用国家如:美国, 台湾.
(2).欧洲Stereo Sound Analog A2系统: 适用国家如:德国
(3) 英国NICAM-728系统 (唯一采用数位方式调变)适用国家如: 英国, 法国, 香港, 北欧.
(4) 日本TV Stereo系统: 适用国家如: 日本
(5).韩国TV Stereo系统: 适用国家如: 韩国
FM Radio Multiplex Sound:
大部分TV Stereo系统理论上与FM Radio MPX系统原理类似, FM Stereo之L+R声音(50~15KHZ)占用频谱150KHz(±75KHz)范围之低端, 当有立体声广播时, 电台送出19KHz之Pilot信号, 而L-R声音调变在38KHz±18KH之频谱范围内(另外有SCA信号67KHz±5KHz之频谱范围则属于特定的电台资讯服务使用.
2. TV STEREO系统特性
(1) 美国系统MTS
本系统与FM Radio MPX系统类似,其pilot信号为水平扫描频率fn(即为15.734KHz),而L-R之中心频率为2fh(31.5KHz)其频谱范围为(±15KHz)双语广播SAP之中心频率为5fh(78.67KHz), 其范围为(±10KHz), 另外L-R与SAP信号在调变前须先经过杜比方式波幅压缩处理(Compressor), 因此接收机解调后亦须经过杜比方式展幅处理(Compandor).
(2)日本TV Stereo系统
L+R与L-R信号调变发射方式与美国系统相同,SAP与L-R所用频谱相同均不需经过杜比方式处理, 其Pilot信号为3.5fh, 在Stereo立体声广播时内含982.5Hz AM 50%调变信号, 在SAP双语广播时, 内含922.5Hz AM 50%调变信号.
(3)欧洲Stereo Sound Analog系统:(A2)
采用声音双载波系统, 除原有L+R声音, 以标准声音射频载波FM5.5MHz方式调变外, L-R与SAP则为第二载波5.742MHz同样FM方式调变, 其立体声与双语广播判别方式与日本系统类似, 使用3.5fh pilot信号(即为54.6895KHz)调变度为±2.5KHz, 在Stereo立体声广播时内含294.1Hz(即为fh/57)AM50%调变信号, 在SAP双语广播时内含117.5Hz(即为fh/133)AM 50%调变信号(欧洲fh=15.625KHz)
(4)韩国TV Stereo系统
采用欧洲声音双载波系统与日本TV Stereo系统共同组合方式, 其L+R声音射频载波为4.5MHz, L-R声音与SAP双语射频载波为4.724MHz, 其立体声与双语广播差别方式与日本系统类似, 使用3.5fh pilot信号即为55.125KHz)在Stereo立体声广播时内含150Hz AM 50%调变信号, 在SAP双语广播时, 内含276Hz AM 50%调变信号.
(5)英国NICAM-728 TV Digital Stereo系统
采用声音双载波系统, 除原有L+R声音, 以标准音射频载波FM方式调变外,例如比欧5.5MHz FM调变英国6.0 FM调变, 法国6.5MHz AM调变, 而L-R声音与SAP双语则以第二载波数位方式调变, 其第二声音载波频率为北欧法国PAL B/G, L,D 5.85MHz, 英国6.552MHz.
NICAM是英语Near Instantaneous Commanded Audio Multiplex的缩写, 其含义是'准瞬时压扩声音多路复用'728表示数据信号的传输速度728Kbit/s.
四、NICAM的基本原理
NICAM的基本原理是首先将一对立体声或A,B两路单声道摸拟音频信号变化成数字信号,接着按NICAM系统要求进行编码处理如数据压缩, 加入奇偶校验保护,位元交错, 加扰等, 形成数码率为728bit/s的NICAM数据流, 然后对数字副载波进行DQPSK(差分编码正交相移键控)调制, 最后与电视广播的图像信号, 摸拟调频伴音信号混合发射出去.
１.预加重
当有音频信号并且分为左, 右两个声道或A,B两路送入NICAM信号编码, 首先要经过预加重回路处理,预加重建议曲线如下图:
预加重的目的是: 伴音频率信号在模/数变换和电视恢复等过程中产生的嗓声得以降低.
2.低通滤波
音频信号经过预加重后, 又经15KHz低通滤波器进行滤波, 以避免取样时产生频谱折转混叠, 音频中的两路信号经各自的预加重和低通滤波后, 一同送入模/数转换电路.
3.A/D转换
在A/D转换器中对模拟音频信号以32KHz的取样频率进行采样. 音频带宽为16KHz, 而产生14bit二进制数字信号.
4.准瞬时压缩技术: 如果将A/D转换器输出的14bit数字声音信号直接传送的话, 再加上1bit奇偶校验码, 那么总码率将达32K×(14+1)×2=960K bit/s, 所以要进行压缩, NICAM系统采用准瞬时压缩技术,将14bit数字声音数据压缩到10bit.
5.奇偶校验: 为防止数码在传输过程中出错以及接收端能及时发现错误并加以纠正, 必须在10bit的数据后加入一位奇偶校验码, 这样形成了11bit数据信号.
6.位元交错: 在NICAM方式中, 为了保证传送的数据流容易辨认, 同步稳定便于控制接收机解码, 数据流是按照独特的NICAM数据结构进行传送的, 即划分成'帧'的方式. 每帧由728位(bit)二进制信号组成, 这728位构成如下:
704bit伴音数据前, 再加入24bit辅助数据.
24bit辅助数据含以下三项
5bit控制字
11bit备用字
8bit帧同步字 (以上为各不同国家分配方式不同)
位元交错即对以一' 帧'为传输单位中的704bit伴音信号数据(经数据压缩和奇偶校验后, 立体声或两路单声道的伴音信号数据,每帧为2×(10+1) ×32=704bit, 在顺序上经予重新排列, 以减少连续出现误码时, 对传输数据所造成的影响.
数 数 据 位 号 读 出 次 序
据 25 69 113 157 201 245 ------------ 641 685
位 26 70 114 158 202 246 ------------ 642 686
号 27 71 115 159 203 247 ------------ 643 687
写 28 72 116 160 204 248 ------------ 644 688
入 | | | | | | | |
次 | | | | | | | |
序 | | | | | | | |
| | | | | | | |
67 111 155 199 243 287 ------------ 683 727
68 112 156 200 244 288 ------------ 684 728
４.扰码处理
经交织后的数据流需经调制才能发送出去, 由于实际的声音信号总是存在无声的时间间隙, 而在此时间, 数字声调制载波的频率,相位,幅度均不发生变化, 这时的载波是一种能量集中的单频信号,容易对音频信号及图像信号造成干扰, 扰码处理就是在编码时 人为地在NICAM数据流加入随机信号, 不使这种干扰产生.
５.DQPSK调制
经扰码后的NICAM-728数据流,先进行串并变换, 将一行串数据变换成两行的比特对数据
流, 然后对载波6.552/5.85MHz进行差分正交下移键控简称DQPSK调制.由于数据信号只有二种状态,0或1, 因此一般采用调相方式, 即载波频率保持不变,但载波的相移却随调制数据的变化而改变, 如数据为1时载波的相移为0°数据为0时, 载波相移为180°, 但这种调制方式是两相的, NICAM采用的是四相差分正交相移键控调制方式, 载波有四种相隔90°的相位, 分别对应于输入的两行比特对数值的00(0°), 01(90°), 10(180°),11(270°)四种数据,在每个比特对时钟周期内, 载波相位就保持在间隔为90°的四种载波相位中的一种相位上(故称正交),每输入一个比特对时,载波就跳变一次(又称键控),跳变相位差的大小,与输入的比特数对数值有关, 如输入为01时, 载波相位移90°,输入为11时载波相位移为270°, 这种调制方式的优点在于比特对的数值并不直接对应于载波的相位, 而是对应于载波相位的变化量, 因此在接收机解码时, 无需恢复载波的绝对相位,只需根据载波的相位变化就可以解调出比特对的值(称差分相移).
DQPSK调制电路由串并变换器,差分转换器, 载波振荡器,派冲成形滤波器和正交相位调制器等电路组成.每帧728bit的NICAM数据流, 首先经串并变换器, 将一路串行的数据流变换成两路并行的比特数据流,然后经过差分转换器, 载波振荡器和派冲变换器处理后, 输出两路脈冲(正脈冲代表1, 负胍冲代表0)信号, 为把两路脈冲信号的谐波频率限制在一定范围内, 两路脈冲需通过脈冲成型电路余弦衰降滤波器, 然后对载波进行DQPSK调制, 最后经低通滤波器限制已调波的带宽.
６.混合与发射
DQPSK数字调制信号与电视广播信号（调幅图像信号和调频仿真伴音信号）混合，通过发射信号处理电路和发射天线向外发射。
高频调谐器混频得到的伴音中频信号，经伴音中频滤波器（SIF SAWF），伴音中频处理电路，输出包括调频伴音第一中频和数字伴音调制信号的复合信号。
其中仿真伴音第一中频信号，经带通滤波器，进入仿真伴音调频处理通道，鉴频后获得仿真音频信号。
数字伴音调制信号，则经NICAM带通滤波器(I制6.552MHz，D，B/G，5.85MHZ)数字伴音陷波器，进入数字伴音译码电路，译码是编码的逆过程。因此首先对数字伴音调制信号进行DQPSK解调，恢复NICAM-728数字流。然后将NICAM数据信号送入NICAM-728解码其进行去扰码，去交错等还原处理，进入扩展电路，将每个伴音数据字恢复到14bit，并进行误码改正，进入A/D转换电路，最后获得两路仿真音频信号。
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