數字電視轉換設計指南（Ⅵ）

2005-07-01 美國安維信公司(NVISION Inc.) 依馬獅網

本講討論嵌入音頻

    SMPTE 272M標準規定了在SMPTE 259M串行數字視頻標準的輔助數據空間內最多16個聲道的格式化方式。此外，SMPTE 299M還規定了可包含在高清晰度電視串行數字接口的SMPTE 292M標準內的最多16個聲道的架構。
    視頻信號內的嵌入音頻具有勝過傳統音頻/視頻系統獨立運行方式的優勢，尤其體現在要求有限音頻分離的廣播機構中。采用嵌入音頻具有一些吸引人的好處：簡化系統設計，降低電纜需求和DA數量，一個矩陣系統以及顯著節約成本。
    過去已經存在與嵌入和解嵌入有關的問題。其中之一是切換誤差。當在兩個包含嵌入音頻數據的視頻源之間切換時，在接收端難以分辨干凈的音頻過渡。圖5表示PAL、NTSC和AES之間的定時關系。在48 kHz，每個PAL視頻場期間有5個AES數據塊，每個NTSC視頻場期間有4.170833個數據塊。如果一個視頻信號用作AES信號的定時同步源，音頻信號間的幀同步和相位關系是任意的。在此情況下，不管信號嵌入與否，干凈的音頻過渡都是難以實現的。

圖5 PAL、NTSC和AES3定時關系

某些廠商已為切換誤差提供了解決方案，方法是在嵌入器和去嵌入器設計中包含音頻取樣率轉換器。這種解決方案按照一個公共參考信號對再取樣和再成幀，提供了最小化切換誤差問題的可能性，但消除了保持原始音頻相位的任何可能性。
另外還有多聲道難題。在需要超過4個聲道時，通常作法是級聯多個嵌入器和去嵌入器。如圖6所示。級聯費用很高，并且依賴嵌入器決定當前輔助數據內容是否存在，以及在何處和如何指派新數據。插入聲道越多，在接收端決定聲道位置就越困難。此外，隨著環繞聲的普及，相位同步用級聯幾乎行不通。多聲道嵌入和去嵌入在聲道組產生不明確的相位關系，有可能劣化環繞聲效果。

圖6 為多聲道音頻級聯嵌入器和去嵌入器

NVISION開發了針對270/360 Mb/s SDI信號的創新的嵌入器和去嵌入器模塊解決這些難題。（隨著芯片發展，HD-SDI產品將隨之開發。）所有音頻輸入都被精確同步于內部AES參考信號（它鎖定于主視頻時鐘，如圖7所示），如果NTSC視頻通路長度是相同的，就能產生無誤差的切換。（PAL不成問題。）如果NTSC通路長度不同，或者音頻被非NVISION產品嵌入，那么就得向去嵌入器內再成幀（再定時）ASIC（專用集成電路）求援。如果此AES幀被視頻切換臺擾亂，該ASIC將繼續提供恒定的AES輸出，從而消除接收機失鎖及要求有限（和可聽）的恢復時間的可能性。如圖8所示。

圖7 鎖定于內部AES參考的嵌入器

圖8 SD4160去嵌入器結構圖

通過這些新設計，支持多聲道擴展不再要求模塊級聯。NVISION的擴展模塊能為這些新穎的嵌入和去嵌入產品增多12個聲道（共16個）。如圖9所示。這不僅省錢，而且還解決了以前使用級聯模塊時辨別聲道位置的問題。可選擇的組指派解決了所有數據分配難題。此外，專有的AES再成幀ASIC確保所有輸入在所有4個組中都被精確取樣調準。非壓縮多聲道音頻和環繞聲混合的傳輸現在可靠且帶完全的相位控制！

圖9 NVISION多聲道去嵌入

設計采用嵌入音頻的系統時，仍有許多事項需要考慮。一旦音頻和視頻結合，若不首先去嵌入音頻，則音頻和/或視頻插入和混合可能不再可行。甚至于通過總控切換臺在視頻上插入臺標都可能擾亂嵌入音頻數據，因此，若不首先把它路由到適當的去嵌入和再嵌入設備，將限制您處理任何信號的能力。
值得考慮的另一點是信號通路中的任何視頻設備都可能引起可能的延遲。由于音頻數據嵌入幾乎每一行視頻，重新調整視頻數據可能對音頻信息有害。它可能仍可恢復，但肯定與其它信號不同步，而且它不再能提供對于沒有采取完全相同途徑的其它信號的無差錯切換。如圖10所示。

圖10 NTSC或59.94/29.97系統音頻/視頻同步關系

目前，嵌入常用于向遠程接收機和轉播站分配節目，但輸入同步可能引起某些非常令人不快的問題。
在視頻輸入需要再同步于本地參考的地方，如何和何時提取音頻必須作出決定。如果音頻是在視頻幀同步機后面提取的，再同步視頻必然產生的丟幀或重復將導致大量音頻取樣的刪除或重復，效果非常討厭。不過，去嵌入器的數字音頻輸出將適當地時鐘鎖定與內部定時信號（圖11）。