TotalRecorder軟件在數(shù)字電視原理教學(xué)中的應(yīng)用

【摘要】數(shù)字電視原理是電子信息工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的新技術(shù)課程。該課程概念較多、理論性強(qiáng)，高職學(xué)生普遍感覺(jué)學(xué)習(xí)困難。作者實(shí)際教學(xué)中嘗試使用TotalRecorder軟件輔助數(shù)字電視原理課程音頻信號(hào)數(shù)字化部分內(nèi)容的教學(xué)，實(shí)踐證明，該軟件可以使抽象的音頻編碼理論變得數(shù)字化，軟件輸出結(jié)果利于學(xué)生實(shí)際感知，很大程度提高了該課程的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】TotalRecorder 數(shù)字電視 教學(xué)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TN949.197 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）02-0012-02

0.引言

數(shù)字電視是指采用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)目?jī)?nèi)容制作、存儲(chǔ)、播出、傳輸、接收及應(yīng)用服務(wù)的整套系統(tǒng)，以數(shù)字化、交互性為特色，把電視傳播方式與信息技術(shù)集于一身，大大提高了畫(huà)面的清晰度和伴音效果。數(shù)字電視技術(shù)是現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等高度發(fā)展的綜合結(jié)晶，是當(dāng)代信息社會(huì)的重要技術(shù)組成部分。

為適應(yīng)數(shù)字電視技術(shù)在我國(guó)的推廣、應(yīng)用及發(fā)展，各高職院校都相繼開(kāi)設(shè)了數(shù)字電視原理課程，以培養(yǎng)數(shù)字電視系統(tǒng)組建、運(yùn)行維護(hù)方面的高技能人才。但是由于市場(chǎng)上現(xiàn)有的數(shù)字電視實(shí)驗(yàn)設(shè)備的局限性，數(shù)字電視原理偏重理論知識(shí)的介紹，使得目前的高職學(xué)生覺(jué)得理解掌握該技術(shù)具有很大的難度，漸漸的喪失了學(xué)習(xí)積極性。為了取得更好的教學(xué)效果，作者嘗試使用TotalRecorder軟件輔助數(shù)字電視原理課程教學(xué)，在TotalRecorder軟件中更改音頻處理的聲道數(shù)、采樣位數(shù)和采樣頻率等，并實(shí)際感知音頻效果，使學(xué)生直觀理解音頻編碼各個(gè)參數(shù)的含義，以及影響音頻編碼質(zhì)量的各參數(shù)，提高課程的教學(xué)效果。

1.數(shù)字電視音頻編碼基礎(chǔ)

模擬音頻信號(hào)不僅在幅度取值上是連續(xù)的，而且在時(shí)間上也是連續(xù)的。模擬音頻信號(hào)的數(shù)字化需要經(jīng)過(guò)采樣、量化和編碼三個(gè)步驟。

采樣是指用每隔一定時(shí)間的信號(hào)樣值序列來(lái)代替原來(lái)在時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)，也就是在時(shí)間上將模擬信號(hào)離散化。在將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)時(shí)單位時(shí)間內(nèi)采樣的點(diǎn)數(shù)稱(chēng)為采樣頻率，以Hz為單位。由于人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)可感知的頻率范圍為20Hz～20kHz，依據(jù)采樣定理，采樣頻率不能低于聽(tīng)覺(jué)音頻上限頻率20kHz的2倍，即40kHz，由于難以獲得理想的低通濾波器，實(shí)際采樣頻率一般不低于44.1kHz。

量化是用有限個(gè)幅度值近似原來(lái)連續(xù)變化的幅度值，把模擬信號(hào)的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶?shù)量的有一定間隔的離散值。編碼則是按照一定的規(guī)律，把量化后的值用二進(jìn)制數(shù)字表示，然后轉(zhuǎn)換成二值或多值的數(shù)字信號(hào)流，實(shí)際上量化是在編碼過(guò)程中同時(shí)完成的。量化時(shí)每個(gè)量化值的編碼位數(shù)，稱(chēng)為采樣位數(shù)，以bit為單位。采樣位數(shù)越多，量化中四舍五入誤差越低，量化噪聲越小，信噪比越高，音質(zhì)越好。人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)對(duì)噪聲十分敏銳，為了達(dá)到CD音質(zhì)，數(shù)字電視采用的線性量化精度不能低于16bit，實(shí)際中按照需要，經(jīng)常采用的量化比特?cái)?shù)有8bit、12bit和16bit。

采樣頻率和采樣位數(shù)是影響音頻信號(hào)數(shù)字化質(zhì)量的兩個(gè)主要參數(shù)。此外，反映音頻數(shù)字化質(zhì)量的另一個(gè)因素是聲道數(shù)。記錄聲音時(shí)，如果每次生成一個(gè)聲波數(shù)據(jù)，稱(chēng)為單聲道；每次生成二個(gè)聲波數(shù)據(jù)，稱(chēng)為立體聲（雙聲道），立體聲更能反映人的聽(tīng)覺(jué)感受。

為了衡量采樣頻率、采樣位數(shù)以及聲道數(shù)對(duì)音頻信號(hào)文件大小和音頻質(zhì)量的影響，使用TotalRecorder軟件錄制不同參數(shù)格式的音頻文件。

2.TotalRecorder軟件

Total Recorder是High Criteria公司出品的一款優(yōu)秀的錄音軟件，其功能強(qiáng)大，支持的音源極為豐富，也被稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)錄音機(jī)。該軟件可以把各種音源的聲音錄下來(lái)，具有“軟件”和“聲卡”兩種錄音模式，其中“軟件”錄音模式下該軟件可以直接錄取播放器軟件發(fā)出的數(shù)據(jù)包，使用該模式可有效避免課堂中錄制麥克風(fēng)聲音，同學(xué)之間互相干擾的情況。

3.TotalRecorder使用實(shí)例

3.1 TotalRecorder使用說(shuō)明

（1）運(yùn)行TotalRecorder軟件，出現(xiàn)圖1所示界面。

圖1 TotalRecorder軟件界面

（2）在圖1所示界面中，鼠標(biāo)單擊“文件”，選擇“新建”命令，然后單擊“選項(xiàng)”，選擇“錄制音源和參數(shù)”，如圖2所示。

（3）在圖2所示對(duì)話框中選擇“聲卡”，選中“使用在混音器中選定的線路（高級(jí)）”。

（4）在圖2所示對(duì)話框中單擊“錄制格式”組中的更改按鈕，出現(xiàn)圖3所示“媒體格式”對(duì)話框。

（5）在“媒體格式”對(duì)話框中“格式”項(xiàng)中選擇音頻格式如CCITT A-law，在“屬性”項(xiàng)中選擇某種格式音頻的采樣頻率、采樣位數(shù)等參數(shù)。單擊“確定”按鈕，回到圖1所示界面。

（6）單擊window“開(kāi)始菜單”，選擇“控制面板”，選擇“硬件和聲音”，打開(kāi)“聲音”選項(xiàng)，單擊“錄制”，右鍵單擊“顯示禁用的設(shè)備”，啟用“立體聲混音”，為T(mén)otalRecorder錄制播放器聲音做好準(zhǔn)備。

圖2 錄音音源和參數(shù)對(duì)話框 圖3 媒體格式對(duì)話框

（7）使用WindowMediaPlayer播放給定的WAV格式的歌曲，同時(shí)點(diǎn)擊圖1中的紅色“錄音”按鈕，開(kāi)始錄制文件。

（8）待WAV文件播放完畢，點(diǎn)擊圖1中的“停止錄音”按鈕，將錄制文件保存。

（9）在圖1所示TotalRecorder界面查看錄制的音頻文件的持續(xù)時(shí)間和文件大小。

3.2 驗(yàn)證影響音頻質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)

為了讓學(xué)生理解采樣頻率、采樣位數(shù)和聲道數(shù)對(duì)音頻文件質(zhì)量的影響，按照表1所示音頻格式、聲道數(shù)、采樣位數(shù)、采樣頻率在TotalRecorder中完成設(shè)置，并處理給定的音頻文件，之后在TotalRecorder中查看實(shí)際生成的音頻文件的持續(xù)時(shí)間和文件大小，并記錄。

通過(guò)表1可知，同一種PCM音頻格式下，采樣位數(shù)和聲道數(shù)相同，采樣頻率越高，文件容量越大，聲音質(zhì)量越好，但是采樣頻率高于44.1KHz，僅靠人耳聽(tīng)不出明顯音質(zhì)差別；當(dāng)采樣頻率太低時(shí)，音質(zhì)卡斷；同一種音頻格式下，采樣頻率和聲道數(shù)相同，采樣位數(shù)越高，文件容量越大，聲音質(zhì)量越好；同一種音頻格式下，采樣位數(shù)和采樣頻率相同，雙聲道音頻質(zhì)量明顯優(yōu)于單聲道音頻質(zhì)量，同樣雙聲道文件容量大于單聲道文件容量。同樣，在表1中，按照音頻文件大小=（聲道數(shù)×采樣頻率×采樣位數(shù)）/8字節(jié)計(jì)算各個(gè)音頻文件的大小，理論計(jì)算值和實(shí)際記錄的音頻文件大小完全一樣。

同樣依據(jù)表1所示數(shù)據(jù)，計(jì)算不同編碼設(shè)置條件下數(shù)據(jù)的傳輸速率，在最差的PCM編碼設(shè)置（單聲道、8bit采樣位數(shù)、8kHz采樣頻率）條件下，數(shù)據(jù)傳輸速率約為64kbit/s，但此種編碼條件下音頻質(zhì)量較差；為了保證音頻質(zhì)量，若選用雙聲道立體聲、8bit采樣位數(shù)、44.1kHz采樣頻率設(shè)置，則此時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸速率約為6890kbit/s。在數(shù)字電視系統(tǒng)中，為了降低數(shù)據(jù)速率，需要對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼處理，同時(shí)為了保證音頻質(zhì)量，僅僅靠降低采樣位數(shù)和采樣頻率或聲道數(shù)難以保證音頻質(zhì)量。為了高保真的有效壓縮音頻數(shù)據(jù)，需要綜合考慮音頻信號(hào)的特點(diǎn)以及聽(tīng)者的心理、生理特性。

表1 不同參數(shù)設(shè)置的音頻文件信息

4.結(jié)束語(yǔ)

本文以實(shí)例闡述了TotalRecorder在數(shù)字電視技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用。使用TotalRecorder處理不同格式的音頻文件，能直觀記錄影響音頻編碼的各參數(shù)數(shù)值，同樣借助耳機(jī)學(xué)生可以直接感受不同參數(shù)決定的音頻的質(zhì)量，它可以將抽象的內(nèi)容直觀化，使得原本枯燥無(wú)味的理論知識(shí)變得生動(dòng)起來(lái)，這有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，同時(shí)提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善了該課程的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊明極.“數(shù)字電視技術(shù)”課程的教學(xué)探索與實(shí)踐. 中國(guó)電力教育，2013

[2]王玥玥. 數(shù)字電視原理與應(yīng)用.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2013

作者簡(jiǎn)介：

王玥玥，現(xiàn)工作于北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究信號(hào)與信息處理方向。