基于DRM+系統的數字頻譜平均接入發送方法技術方案

本發明專利技術公開了一種基于DRM+系統的數字頻譜平均接入發送方法。DRM+是一種FM廣播數字化系統，它可以利用現有模擬FM廣播的頻率空隙進行數字廣播。本發明專利技術以ITU-R?BS.1387-1心理聲學模型為依托，實時分析數模同播信號的模擬部分音頻接收質量，對于與原始信號音質等級相差過大的時間段上的信號，調整其數字信號頻譜位置，使人耳感知音頻質量在時間維度上保持一致，形成DRM+系統數字頻譜平均接入發送方案。本發明專利技術目的是保證DRM+系統中模擬音頻信號的人耳感知質量在任何時間段內都保持相對穩定。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及廣播數字化領域。具體地說，涉及用于調頻廣播數字化平滑過渡方案-DRM+系統中的一種動態調整數字信號頻譜分布的方法。
技術介紹
廣播數字化是目前國內外技術研究的熱點問題，我國數字聲音廣播還處于研究階段。不同的數字廣播系統有不同的工作頻段和射頻帶寬，在由模擬向數字轉換的過渡期中，數字系統不應對現在的模擬廣播以及其他無線電業務產生干擾。DRM+系統的帶寬設計的和現在模擬信道的間隔相同，只要有空閑的頻譜，就可以隨時插入數字信道，既不會干擾現有的模擬廣播，又便于數字信道逐一替換模擬信道，便于實現由模擬向數字的“軟”過渡，符合我國國情。DRM是工作于長中短波(150kHz～30MHz)的數字傳輸系統，被ITU-R(ITURadiocommunicationSector)推薦，并被IEC(InternationalElectrotechnicalCommission)和ETSI(EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute)標準化，已經在世界范圍取得成功。2005年3月，DRM組織決定將DRM標準擴展到120MHz的范圍，包括47～68MHz(波段I，東歐FM波段)、65.8～74MHz(世界廣播電視組織，FM波段)、76～90MHz(日本FM波段)和世界大多數國家調頻廣播使用的87.5～108MHz(波段II)。DRM+不是DRM的替代者，而是DRM標準的擴展。DRM+是獨立的數字發射系統，最有希望成為FM波段模擬廣播將來的替代者。DRM+使用100kHz的帶寬，與現有FM廣播頻道間隔相一致。它可以充分利用現有模擬FM廣播的頻率空隙進行數字廣播，如圖1所示，DRM+可以傳輸最多達186kb/s的數據率(16QAM調制)。DRM+具有許多優點，如可使節目達到CD質量；有室內接收以及以300km/h的速度移動接收的可能性；有使用現有的FM廣播發射網結構的可能性；有構成同步發射網的能力等。然而由于FM模擬信號的頻譜帶寬隨著節目信號而變化，帶寬變化范圍大。在很大時間概率下，模擬調頻信號帶寬遠小于FM廣播國家標準所分配的頻率寬度(我國為200kHz)。在此情況下，模擬信號占用的頻譜帶寬實時變化，而數字信號頻譜位置和頻譜寬度固定，導致人耳聽到的不同時段的音頻質量變化很大。DRM+信號根據模擬FM信號的頻譜分布動態調整數字頻譜時，不可避免地需要討論的一個問題即是：動態分配數字信號的頻譜是否會惡化模擬用戶的收聽質量。對于收聽質量的評價，以往的檢測標準都是利用信噪比，信噪比衡量的是整個頻帶內的總噪聲能量，然而在不同的頻帶人耳對于噪聲的敏感程度不同。為了更好地反映人耳收聽音頻的感覺，本專利采用PEAQ(PerceptualEvaluationofAudioQuality)心理聲學模型作為檢測標準。PEAQ模型利用人耳的感知特性，將參考信號和測試信號輸入，最終輸出一個反映音頻質量的客觀差異等級(ObjectiveDifferenceGrade，ODG)。本專利使用的PEAQ算法是ITU(InternationalTelecommunicationsUnion)提出的一種基于音頻感知技術的客觀測試方法。它以心理聲學模型為基礎，模擬了從人耳對聲音產生響應到最終感知的全過程，是目前針對音頻質量客觀評價算法中與主觀評價結果相關度最高的算法，算法框圖如圖3所示。PEAQ算法通過模仿人耳的聽覺系統，將參考信號和測試信號分別經過基于FFT的感知模型對信號進行分析和綜合，包括時頻變換、頻帶分組、噪聲掩蔽比(NoiseMaskingRatio，NMR)計算等步驟，目的是更好的模擬人耳的感覺特性；激勵樣本預處理模塊通過對參考信號和測試信號的響度差異和線性失真進行補償，從而對計算模型輸出參數(ModelOutputVariables，MOV)前的數據進行適應性調整；預處理后的數據通過特征綜合計算出11個MOV值。最后，由神經網絡模塊把這些MOV參數映射為一個ODG值輸出，該定義等同于主觀評價中的主觀差異等級(SubjectiveDifferenceGrade，SDG)。對于PEAQ算法的誤差范圍，ITU標準指出，ODG的等級結果在±0.02之內可以認為音頻質量是相同的。
技術實現思路
為了保持DRM+系統的模擬FM信號收聽音質不變，本專利技術在發射系統中增加了DRM+數字信號與FM調頻信號自適應調整模塊，通過實時計算FM信號的接收質量，動態調整數字信號頻譜位置，從而使DMR+系統不同時段的FM調頻節目具有相對穩定的收聽質量。本專利技術的創新點為結合人耳感知知識，利用PEAQ算法來評價音頻的客觀質量等級，以音頻平均客觀質量等級作為依據，逐幀調整DRM+數字信號頻譜位置。本專利技術擬確定的基于人耳感知的DRM+系統動態數據發送方法是這樣實現的：步驟一，按照DRM+標準規定的頻譜格式，生成數模同播混合信號，并將數模混合信號通過DRM+測試系統，其中FM模擬信號頻譜位于-100～100kHz，DRM+數字信號頻譜位于100～200kHz，經過測試系統前的信號作為參考信號Refall，經過測試系統之后疊加了信道噪聲的信號作為測試信號Testall；步驟二，將Refall和Testall截取為I幀數據，記為Refi和Testi，其中信號的截取方法為：第i幀數據的起始采樣點為(4096*N-2048)*i，終止采樣點為4096*N*(i+1)-2048*i，其中N為正整數，i為幀數計數值，I為參考信號和測試信號的總幀數；步驟三，利用Refi和Testi計算第i幀的NMR值，記為NMRi，并計算I幀NMRi的算數平均值，記為NMRa，其中步驟四，定義第i幀的數字信號頻譜起始位置為p，單位為kHz，調整p值，直到|NMRi-NMRa|≤5，記第i幀的p值為Fstarti，其中5是經驗值；步驟五，按照Fstarti記錄的數字信號頻譜位置，生成新的數模混合信號。其中所述步驟三中NMRi的計算方法為：按照FM廣播標準建立FM調制解調的模型，按照DRM+標準建立DRM+發射系統，其中數字信號的頻譜位置為距離FM信號載波100至200kHz；以第i幀原始模擬音頻信號作為參考信號，以接收端解調后的模擬信號作為測試信號，將參考信號和測試信號分別送入PEAQ模型，得到NMRi。其中所述步驟四中調整p的方法為：p的初始值為100，單位為kHz，如果NMRi＜(NMRa本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于DRM+系統的數字頻譜平均接入發送方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一，按照DRM+標準規定的頻譜格式，生成數模同播混合信號，并將數模混合信號通過DRM+測試系統，其中FM模擬信號頻譜位于?100～100kHz，DRM+數字信號頻譜位于100～200kHz，經過測試系統前的信號作為參考信號Refall，經過測試系統之后疊加了信道噪聲的信號作為測試信號Testall；步驟二，將Refall和Testall截取為I幀數據，記為Refi和Testi，其中信號的截取方法為：第i幀數據的起始采樣點為(4096*N?2048)*i，終止采樣點為4096*N*(i+1)?2048*i，其中N為正整數，i為幀數計數值，I為參考信號和測試信號的總幀數；步驟三，利用Refi和Testi計算第i幀的NMR值，記為NMRi，并計算I幀NMRi的算數平均值，記為NMRa，其中步驟四，定義第i幀的數字信號頻譜起始位置為p，單位為kHz，調整p值，直到|NMRi?NMRa|≤5，記第i幀的p值為Fstarti，其中5是經驗值；步驟五，按照Fstarti記錄的數字信號頻譜位置，生成新的數模混合信號。

【技術特征摘要】
1.基于DRM+系統的數字頻譜平均接入發送方法，其特征在于，包括以下步
驟：
步驟一，按照DRM+標準規定的頻譜格式，生成數模同播混合信號，
并將數模混合信號通過DRM+測試系統，其中FM模擬信號頻譜位于
-100～100kHz，DRM+數字信號頻譜位于100～200kHz，經過測試系統前
的信號作為參考信號Refall，經過測試系統之后疊加了信道噪聲的信號作
為測試信號Testall；
步驟二，將Refall和Testall截取為I幀數據，記為Refi和Testi，其中信
號的截取方法為：第i幀數據的起始采樣點為(4096*N-2048)*i，終止采
樣點為4096*N*(i+1)-2048*i，其中N為正整數，i為幀數計數值，I為參
考信號和測試信號的總幀數；
步驟三，利用Refi和Testi計算第i幀的NMR值，記為NMRi，并計算I
幀NMRi的算數平均值，記為NMRa，其中步驟四，定義第i幀的數字信號頻譜起始位置為p，單位為kHz，調
整p值，直到|NMRi-NMRa|≤5，記第i幀的p值為Fstarti，其中5是經驗
值；

【專利技術屬性】
技術研發人員：方偉偉，仝云旭，王琪，
申請(專利權)人：南陽理工學院，
類型：發明
國別省市：河南;41