利用调频广播实现环绕声节目播出的实验
2018-07-25韩益民程永军
韩益民 程永军
1.2.安徽广播电视台 安徽省 合肥市 230071
前 言
随着越来越多的人开始追求高品质音效的享受，5.1环绕声体验已经成为娱乐活动的重要元素之一。多声道环绕声重放音响在家庭用户中应用已经越来越多，一些高档轿车也逐渐具有环绕声的听音条件。
目前，大多数广播电台都具有录制环绕声节目的条件和能力，环绕声播出是广播播出的发展趋势。如何将各级电台制作的环绕声节目传送到听众的接收端？如果能够利用现有调频立体声广播系统实现多声道环绕声广播，将是一种方便快捷、投入成本少的途径。那么，将5.1环绕声节目在传统的立体声调频广播中播出，会给听众带来什么样的听觉感受？这些都是本文实验的主要内容。
本文实验使用DTS公司研制开发的DTS Neural Surround 5.1编/解码器完成了5.1环绕声节目在现有广播传输通路中的指标测试和实际播出收听的主观评价。DTS Neural Surround并不是一种音频格式，它是专为扩展声道开发的一种后处理器，即混音编、解码器。DTS Neural Surround技术能将最多7.1声道输入音频编码为立体声，同时保留着来自分立式数字多声道音轨的环绕声队列，双声道音频可以采用立体声进行播放，在带有Neural Surround功能的用户端产品上还能被转换回最高7.1声道，提供尽可能接近原始分立式多声道音频的听觉体验。
1 环绕声设备在现有广播通道使用的指标测试和分析
实验是将5.1环绕声节目通过多声道音频编码技术和下混音技术编混成一组标准立体声信号，并通过现有广播通路中编码、传输、发射等形式操作，最后通过多声道音频解码技术实现5.1环绕声节目还原。
本测试将环绕声声道分别定义为：Lf-左声道，Rf-右声道，C（Center）-中置声道，Ls-左环绕，Rs-右环绕，LFE-超低音。
1.1 环绕声编、解码器的闭环测试
实验中将5.1DaySequerryDownMix （DTS Neural Surround编码器）和5.1DaySequerry UpMix（DTS Neural Surround解码器）连接在一起，通过编码到解码搭建成一个系统，并对编、解码器的闭环系统进行指标测试和数据分析。
具体方法：用P1AP测试仪送出一个标准-20dBFS数字单音频信号，分别送入5.1DaySequerry DownMix编码器的三个数字输入口1/2-Lf/Rf、3/4-C/LFE和5/6-Ls/Rs。编码器与解码器之间通过一根数字同轴线相连，传输一个立体声通道，再由5.1DaySequerry UpMix解码器解码出1/2-Lf/Rf、3/4-C/LFE和5/6-Ls/Rs三路信号送回音频测试仪进行指标测试。
测试频点为20Hz、50Hz、100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、1KHz、4KHz、8KHz、12KHz、18KHz。测试通路，如图1、表1所示。
图1 编、解码器闭环测试通路示意图
1.2 E1同步编码器通路的5.1声道闭环测试
用P1AP测试仪发送标准-20dBFS信号依次送至5.1编码器的三个输入口，编码之后的数字信号送入总控系统E1编码设备转换为E1码流，将信号在本地解码设备进行解码之后再次送入5.1解码设备进行解码，并通过解码器的三个立体声输出口送回P1AP测试仪进行指标测试。
测试频点为20Hz、50Hz、100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、1KHz、4KHz、8KHz、12KHz、18KHz。测试通路，如图2、图3所示。
表1 测试结果
图2 E1同步编码器通路的5.1声道闭环测试示意图
图3 扫频测试结果
1.3 E1同步编码器通路开路测试
用P1AP测试仪发送标准-20dBFS信号依次送至5.1编码器的三个输入口，编码之后的数字立体声送入总控系统的省网E1编码设备转换为E1码流，将信号经光缆传输至大蜀山发射台进行发射，并在本地接收机接收调频立体声信号，经A/D转换后变为数字信号，送入5.1解码设备进行解码，并通过解码器的三个立体声输出口送回P1AP测试仪进行指标测试。
测试频点为20Hz、50Hz、100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、1KHz、4KHz、8KHz、12KHz、18KHz。测试通路，如图4、图5所示。
图4 E1同步编码器开路测试示意图
图5 扫频测试结果
1.4 上星通路开路测试
用P1AP测试仪发送标准-20dBFS信号依次送至5.1编码器的三个输入口，编码之后的数字立体声送入总控系统数字上星通路，电话告知大蜀山发射台将信号源切换为卫星信号，并在本地用调频接收机接收调频立体声信号，经A/D转换后变为数字信号，送入5.1解码设备进行解码，并通过解码器的三个立体声输出口送回P1AP测试仪进行指标测试。
测试频点为20Hz、50Hz、100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、1KHz、4KHz、8KHz、12KHz、18KHz。测试通路，如图6、图7所示。
图6 上星通路开路测试示意图
通过上述三种广播传输通路的闭环和开路指标测试，可以得到测试结果符合广播系统的技术指标要求。实验证明，利用DTS公司研制开发的5.1编、解码器，实现5.1环绕声节目在传统调频广播中播出是可行的，因此这种应用方式在广播系统中具有一定的推广意义。
2 环绕声节目在调频广播中播出的主观评价实验
为了达到实际的主观评价结果，在5.1环绕声审听室组织台内资深录音师、DTS厂家工程技术人员和台内技术人员进行人耳收听效果实验。
首先，将一组5.1环绕声音乐节目用DVD播放机输出至调音台，并由调音台输出至5.1环绕声监听系统，并将此收听效果作为基准。信号流程，如图8所示。
图8 主观评价实验信号流程
将5.1环绕声节目用DVD播放机播放，经A/D转换后输出3路数字信号，送至5.1编码器编码，并送入5.1环绕声审听室调音台。调音台输出后通过同轴线传输至总控传输系统，并传输至大蜀山发射台进行发射，用调频接收机接收，再用5.1解码器解码成5.1声道后，通过5.1环绕声监听系统进行收听，同时与基准节目进行实际比对，达到了预期的收听效果。信号流程，如图9所示。
通过对上述不同传输通路进行的多次指标测试和数据分析、主观评价，可以得出如下结论：
（1）将标准5.1环绕声节目通过DTS 5.1编码器的编码，再通过调频广播传输、发射，最后以现有的车载立体声方式收听，节目声音效果丰满。
（2）在标准5.1环绕声审听室接收5.1环绕声节目开路信号与在标准5.1审听室播放原声碟相比较，5.1环绕声效果整体感觉较好，但低音略显不足。
（3）在不同传输通路条件下传输5.1环绕声节目，对传统调频广播没有影响。
（4）可以在调频广播中传输标准的5.1环绕声节目，为具备接收5.1环绕声节目的家庭影院和汽车音响收听5.1环绕声节目提供了更多的节目源。
图9 主观评价实验信号流程
总 结
通过指标测试、数据分析和主观评价，实验实现的系统可以与现有调频广播兼容，并符合广播系统的技术指标要求，得出的结论是可以在现有的调频广播通路实现5.1环绕声广播的实际播出，既扩展了调频广播现有业务，也提高了听觉效果。
广播多声道环绕声音频用于车载收听，不仅可以丰富广播播出新业务，满足了部分受众对车载高品质音效的需求，通过在现有汽车上安装环绕声接收芯片实现车载环绕声收听，还能开拓车载接收多声道环绕声系统的开发，推动汽车行业及相关配套行业的发展。
利用现有调频广播实现环绕声节目播出的实验，不但可以带动家庭视听产品和汽车音响的更新换代，而且有利于加快环绕声录制技术的普及和提高。
