hd-sdi音頻數(shù)據(jù)解嵌技術的分析與實現(xiàn)

0電視系統(tǒng)與伴音的協(xié)調一致隨著數(shù)字技術的發(fā)展，標準清晰的電視逐漸轉向高清晰的電視。數(shù)字電視信號可以保證信號的無損多代復制,相較于標清電視,高清晰電視又可提供更豐富的細節(jié)、更高飽和度的色彩和更逼真的聲音效果等。從科技發(fā)展服務大眾生活的角度看,發(fā)展高清晰電視是符合社會需求的。在高清晰度電視節(jié)目的播出和傳輸中,實現(xiàn)電視圖像和伴音協(xié)調一致的方法大致有兩種,最簡易的方法是在電視系統(tǒng)中添置音頻延時器達到視音頻的協(xié)調一致;而另一種優(yōu)化方法則是音頻嵌入技術,即AES/EBU數(shù)字音頻數(shù)據(jù)和控制信息按一定格式封裝成音頻包插入到HD-SDI串行數(shù)字視頻流當中,與視頻信號復用成一個信號1數(shù)字音頻嵌入技術1.1數(shù)字高清巖視頻行和場同步HD-SDI(High-DefinitionSerialDigitalInterface)為高清晰度數(shù)字串行接口,用來傳輸無壓縮的基帶數(shù)字視頻信號,不存在由壓縮產(chǎn)生的畫質下降和時延。HD-SDI數(shù)據(jù)流定義了一些定時基準信號TRS(TimingReferenceSignal)來實現(xiàn)行、場同步。數(shù)字高清晰度視頻行格式如圖1所示。數(shù)字行消隱區(qū)的開頭和結尾各有4個數(shù)據(jù)字的定時基準信號,分別為EAV和SAV在電視系統(tǒng)中,亮度信號和色差信號分別在各自的通道進行處理,因此各自具有視頻行的所有特征。針對4∶2∶2的采樣方案,在并串轉換和加擾轉換等操作之前,HD-SDI交錯數(shù)據(jù)流如圖2所示。HD-SDI交錯數(shù)據(jù)流由并行傳輸?shù)膬陕窋?shù)據(jù),10BT亮度信號Y和10BT時分復用的色差信號Cb/Cr,復用成一個并行10數(shù)據(jù)流1.2t的音頻幀AES/EBU數(shù)字音頻最小傳輸單位是長度為64BT的音頻幀。每幀數(shù)據(jù)包含2個32BT的音頻子幀,由前置碼、音頻采樣值和一些輔助信息位構成。有三種前置碼X、Y和Z,用于幀、子幀和音頻塊的同步識別1.3aes/ebu數(shù)字音頻模型SMPTE299M(SocietyofMotionPictureandTelevisionEngineers)定義了如何把AES/EBU數(shù)字音頻數(shù)據(jù)和相關的控制數(shù)據(jù)打包嵌入到按照SMPTE292M標準定義的串行視頻的輔助數(shù)據(jù)空間中音頻數(shù)據(jù)包的格式如圖3所示,共含31個數(shù)據(jù)字,音頻數(shù)據(jù)包應緊跟循環(huán)校驗碼CRC之后,相鄰音頻數(shù)據(jù)包首尾相連。音頻數(shù)據(jù)包以輔助數(shù)據(jù)標志ADF表征起始,由000、3FF和3FF三個十六進制數(shù)據(jù)字組成。數(shù)據(jù)識別符DID(DataID)用于識別音頻組的標志,音頻組1(聲道1~4)的DID是2E7h,音頻組2(聲道5~8)的DID是1E6h,音頻組3(聲道9~12)的DID是1E5h,音頻組4(聲道13~16)的DID是2E4h其余16個數(shù)據(jù)字用于攜帶四個通道的AES/EBU音頻數(shù)據(jù)。四個通道構成一個音頻組,輔助數(shù)據(jù)空間可提供最多四個音頻組。在高清晰度視頻格式中,AES/EBU數(shù)字音頻子幀通過映射轉換成一個音頻通道的4個數(shù)據(jù)字。每兩個相鄰通道構成一個樣對,這兩個通道通常是從同一音頻源得到的,所以一個樣對的第2個通道不包含原音頻子幀的前置碼Z。音頻控制包的格式如圖4所示,共含18個數(shù)據(jù)字。音頻控制包用于音頻數(shù)據(jù)流的解碼處理,嵌在數(shù)據(jù)切換點之后的第2行,每場發(fā)送一次。音頻控制包具有與音頻數(shù)據(jù)包相同的包頭結構,DBN的值恒為200h,DC的值恒為10bh。音頻控制包定義了11個用戶數(shù)據(jù)字。AF給出了視頻幀的序列號,在每幀音頻采樣值數(shù)不為整數(shù)時,有助于識別音頻采樣值的位置。RATE指示音頻采樣率。ACT指示有效聲道,當一個音頻組中的哪個聲道有效,就將相應的比特設置為1。DELm-n指示音頻處理對視頻相對時延的累積數(shù)。RSRV為保留字2hd-sdi色散解決方案2.1解嵌音頻的過程基于以上音頻嵌入技術的理論分析,設計了一個基于VisualC++6.0集成開發(fā)環(huán)境MFC類庫的非實時數(shù)字音頻解嵌軟件。由于我國高清演播室規(guī)定采用1125/50i制式,所以該軟件只針對這種高清格式進行HD-SDI音頻解嵌。該軟件所提取的音頻包嵌在數(shù)字視頻輔助數(shù)據(jù),音頻數(shù)據(jù)包只在原始視頻數(shù)據(jù)第一列和第三列的色差通道Cb/Cr中傳輸,音頻控制包只在第二列和第四列的亮度通道Y中傳輸。解嵌音頻的步驟為解嵌音頻包,解嵌映射數(shù)據(jù)字和分析音頻參數(shù)當搜索范圍設定為色差通道,即進入音頻數(shù)據(jù)包的解嵌流程。首先,搜索基準信號EAV。由于1125/50i制式的規(guī)定,可以確定每視頻行TRS的指針位置,即包頭ADF的搜索范圍。EAV的指針起始位置下移6120個字節(jié)推出同行SAV的指針起始位置,下移22440個字節(jié)推出下行EAV的指針起始位置;其次,搜索音頻數(shù)據(jù)包頭ADF。成功讀入包頭ADF,即可循環(huán)讀入音頻數(shù)據(jù)包其余28個數(shù)據(jù)字。解嵌音頻數(shù)據(jù)包完成后,即開始映射數(shù)據(jù)字的提取和進制轉換。解嵌映射數(shù)據(jù)字可獲得音頻采樣值和C、V、U、P、Z標志符。映射數(shù)據(jù)字以10BT量化,音頻子幀和數(shù)據(jù)字的映射關系如表2所示。當音頻塊起始標志符Z為1時,連續(xù)記錄192個聲道1的通道狀態(tài)C,并根據(jù)表1進一步分析音頻參數(shù)。當搜索范圍設定為亮度通道時,即進入音頻控制包的解嵌流程。在1125/50i制式中,音頻控制包只嵌在高清視頻第11行和第573行的輔助數(shù)據(jù)區(qū)中,所以音頻控制包的EAV和ADF的搜索比較簡單,只要成功讀入包頭ADF,即可循環(huán)讀入音頻控制包其余15個數(shù)據(jù)字。2.2數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能HD-SDI音頻解嵌的軟件運行結果如圖6所示。為了滿足各類用戶的使用需求,設計了兩個細節(jié):第一,設計了兩個計數(shù)器,計數(shù)每幀高清晰視頻嵌入的音頻數(shù)據(jù)包和每行高清晰視頻嵌入的音頻數(shù)據(jù)包,以便于丟包定位;第二,設計了音頻分析結果保存功能,以作為檢修日志或科研日志。本文的創(chuàng)新點在于:首次達成了HD-SDI音頻解嵌的軟件實現(xiàn),擺脫了HD-SDI音頻解嵌硬件系統(tǒng)成本和空間的束縛,存于小容量優(yōu)盤中,即可隨安隨用,適于演播室外