專利名稱：基于心理聲學(xué)模型的iboc系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通訊系統(tǒng)，尤其涉及一種帶內(nèi)同頻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送方法。
背景技術(shù)：
HD-RadiO廣播混合模式中采用固定的組合方式對(duì)模擬和數(shù)字信號(hào)頻譜進(jìn)行帶內(nèi)同頻(In-Band On-ChanneI，IBOC)傳輸。然而，由于FM模擬信號(hào)的頻譜帶寬隨著節(jié)目信號(hào)而變化，帶寬變化范圍大。在很大的時(shí)間概率下，模擬調(diào)頻信號(hào)帶寬遠(yuǎn)小于混合模式中規(guī)定模擬與數(shù)字信號(hào)頻譜的分界帶寬。在此情況下，模擬信號(hào)帶寬的實(shí)時(shí)變化導(dǎo)致出現(xiàn)大量的空閑頻譜。同時(shí)，由于模擬信號(hào)所占用的頻譜帶寬在實(shí)時(shí)變化，而數(shù)字信號(hào)頻譜固定地放在同一頻譜位置，導(dǎo)致人耳聽(tīng)到的不同時(shí)間段內(nèi)的音頻質(zhì)量變化很大。


圖1為HD Radio混合模式的頻譜，數(shù)字信號(hào)放在模擬FM信號(hào)兩邊傳輸，僅使用每個(gè)主邊帶中距離中心子載波最遠(yuǎn)端的10個(gè)頻譜子塊，以及最遠(yuǎn)端編號(hào)為±546的參考子載波，稱為PM頻帶，總共包括382個(gè)子載波，占用頻帶范圍從-198. 402 -129. 36IKHz和129. 361 198. 402KHz。頻譜中-129. 361 129. 36IKHz的范圍保留給模擬信號(hào)，可以是單聲道信號(hào)或立體聲信號(hào)，也可能包含輔助通信認(rèn)證信道。HD Radio系統(tǒng)中，發(fā)送端分別調(diào)制生成模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，通過(guò)合成器完成模擬和數(shù)字信號(hào)合成，系統(tǒng)模型如圖2。此時(shí)，模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)采用固定的頻譜模式進(jìn)行組合，即數(shù)字信號(hào)放在距離載波約130KHZ的位置。本專利使用的心理聲學(xué)模型是基于PEAQ算法的心理聲學(xué)模型，如圖3所示。PEAQ算法通過(guò)模仿人耳的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)，對(duì)參考信號(hào)和測(cè)試信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析得出對(duì)應(yīng)于音頻質(zhì)量的客觀差異等級(jí)(Objective Difference Grade, ODG),該定義等同于主觀評(píng)價(jià)中的SDG。參考信號(hào)和測(cè)試信號(hào)分別經(jīng)過(guò)心理聲學(xué)模型處理后，各自的輸出經(jīng)由感知模型特征綜合便可計(jì)算出一系列模型輸出參數(shù)(Model Output Variables,MOV)。最后，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊把這些MOV參數(shù)映射為一個(gè)客觀差異等級(jí)輸出。心理聲學(xué)模型可將音頻的時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成基底膜表不?；啄の挥诙亙?nèi)，聲音的不同頻率成分可以激發(fā)其不同位置的興奮。再由毛細(xì)胞把這種興奮轉(zhuǎn)化為生理刺激，通過(guò)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)傳至大腦。心理聲學(xué)模型的具體計(jì)算過(guò)程是對(duì)于本專利中使用的基本版本，音頻信號(hào)通過(guò)FFT變換轉(zhuǎn)換到頻域，然后通過(guò)頻譜系數(shù)加權(quán)來(lái)模擬外耳和中耳對(duì)聲音的頻率響應(yīng)，再將其映射到生理感知域。感知模型負(fù)責(zé)信號(hào)分析和綜合，目的是更好的模擬人耳的感覺(jué)特性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將以上兩個(gè)模塊計(jì)算出的MOV參數(shù)并將MOV參數(shù)通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)映射成一個(gè)客觀差異等級(jí)。然而，由于FM模擬信號(hào)的頻譜帶寬隨著節(jié)目信號(hào)(如頻率、幅度)而變化，在很大的時(shí)間概率下，模擬調(diào)頻信號(hào)帶寬遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定模擬與數(shù)字信號(hào)頻譜的分界帶寬。在此情況下，模擬信號(hào)帶寬的實(shí)時(shí)變化不僅導(dǎo)致出現(xiàn)大量的空閑頻譜，而且導(dǎo)致人耳聽(tīng)到的不同時(shí)間段內(nèi)的音頻質(zhì)量變化很大。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明在系統(tǒng)中增加數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)自適應(yīng)調(diào)整模塊，將模擬FM信號(hào)和數(shù)字信號(hào)聯(lián)合起來(lái)處理。通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)模擬調(diào)頻信號(hào)的頻譜，將當(dāng)前模擬信號(hào)的信息反饋給數(shù)字信號(hào)處理模塊，以便于數(shù)字信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)參數(shù)調(diào)整，達(dá)到提高系統(tǒng)傳輸能力，并使不同時(shí)段有相同的收聽(tīng)質(zhì)量的目的。本發(fā)明擬確定的基于心理聲學(xué)模型的IBOC系統(tǒng)發(fā)送端的發(fā)送方·法，如圖4所示，包括以下步驟第一步，對(duì)發(fā)送端待發(fā)送的模擬音頻信號(hào)截取數(shù)據(jù)，截取長(zhǎng)度為4096*n點(diǎn)，記為一幀，其中η為正整數(shù)，此信號(hào)為參考信號(hào)；·第二步，將此參考信號(hào)通過(guò)HD Radio調(diào)制解調(diào)軟件仿真模型，其中數(shù)字信號(hào)頻譜位置在130KHZ-200KHZ，得到接收端解調(diào)后的信號(hào)，長(zhǎng)度與參考信號(hào)相同，此信號(hào)為測(cè)試信號(hào);第三步，根據(jù)心理聲學(xué)模型ITU-R BS. 1387-1版本，計(jì)算當(dāng)前幀參考信號(hào)的109個(gè)子帶的掩蔽閾值EhS ;并計(jì)算當(dāng)前幀參考信號(hào)和測(cè)試信號(hào)的109個(gè)子帶的樣本噪聲EbN ;并根據(jù)計(jì)算得到的EhS和EbN，計(jì)算當(dāng)前幀數(shù)據(jù)的NMR，其中NMR=EbN/EhS ；第四步,按照NMR-Fstart經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式,依據(jù)上一步驟計(jì)算的NMR，找到對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)頻譜位置Fstart，指定數(shù)字信號(hào)OFDM調(diào)制中的載波數(shù)N，其中N= (200KHZ-Fstart)/Af取整，Λ f按HDRadio標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，Δ f=363. 4HZ，從而得到根據(jù)模擬信號(hào)的特征而實(shí)時(shí)調(diào)整后的數(shù)字信號(hào)；第五步，將模擬音頻信號(hào)上變頻調(diào)制，得到FM激勵(lì)信號(hào)，將FM激勵(lì)信號(hào)與實(shí)時(shí)調(diào)整的數(shù)字信號(hào)耦合，將耦合信號(hào)發(fā)送出去。NMR變量作為PEAQ模型中11個(gè)MOV變量中的一個(gè)，反映噪聲與信號(hào)掩蔽閾值之間的比值關(guān)系。其中所述噪聲掩蔽比NMR的計(jì)算方法為第一步，對(duì)輸入的一幀長(zhǎng)的參考和測(cè)試信號(hào)分別進(jìn)行時(shí)域加窗操作，而后進(jìn)行Nf ADFT變換，接著根據(jù)外耳和中耳濾波器的特性計(jì)算各個(gè)頻點(diǎn)的加權(quán)因子，之后對(duì)DFT變換的結(jié)果進(jìn)行頻域加權(quán)，其中外耳和中耳濾波器的特性為
權(quán)利要求
1.基于心理聲學(xué)模型的IBOC系統(tǒng)發(fā)送端的發(fā)送方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步，對(duì)發(fā)送端待發(fā)送的模擬音頻信號(hào)截取數(shù)據(jù)，截取長(zhǎng)度為4096*n點(diǎn)，記為一幀，其中η為正整數(shù)，此信號(hào)為參考信號(hào)；第二步，將此參考信號(hào)通過(guò)HD Radio調(diào)制解調(diào)軟件仿真模型，其中數(shù)字信號(hào)頻譜位置在130KHZ-200KHZ，得到接收端解調(diào)后的信號(hào)，長(zhǎng)度與參考信號(hào)相同，此信號(hào)為測(cè)試信號(hào)；第三步，根據(jù)心理聲學(xué)模型ITU-R BS. 1387-1版本，計(jì)算當(dāng)前幀參考信號(hào)的109個(gè)子帶的掩蔽閾值EhS ;并計(jì)算當(dāng)前幀參考信號(hào)和測(cè)試信號(hào)的109個(gè)子帶的樣本噪聲EbN ;并根據(jù)計(jì)算得到的EhS和EbN，計(jì)算當(dāng)前幀數(shù)據(jù)的NMR，其中NMR=EbN/EhS ； 第四步，按照NMR-Fstart經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，依據(jù)上一步驟計(jì)算的NMR，找到對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)頻譜位置Fstart，指定數(shù)字信號(hào)OFDM調(diào)制中的載波數(shù)N，其中N= (200KHZ-Fstart) / Λ f取整，Af按HD Radio標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，Λ f=363. 4HZ，從而得到根據(jù)模擬信號(hào)的特征而實(shí)時(shí)調(diào)整后的數(shù)字信號(hào)； 第五步，將模擬音頻信號(hào)上變頻調(diào)制，得到FM激勵(lì)信號(hào)，將FM激勵(lì)信號(hào)與實(shí)時(shí)調(diào)整的數(shù)字信號(hào)耦合，將耦合信號(hào)發(fā)送出去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟三中NMR的產(chǎn)生方法包括以下步驟 第一步，對(duì)輸入的一幀長(zhǎng)的參考和測(cè)試信號(hào)分別進(jìn)行時(shí)域加窗操作，而后進(jìn)行Nf ADFT變換，接著根據(jù)外耳、中耳濾波器的特性計(jì)算各個(gè)頻點(diǎn)的加權(quán)因子，之后對(duì)DFT變換的結(jié)果進(jìn)行頻域加權(quán)，其中外耳和中耳濾波器的特性為
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于心理聲學(xué)模型的IBOC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送方法，以ITU-R BS.1387-1心理聲學(xué)模型為依托，將數(shù)字信號(hào)頻譜置于不同的頻譜位置，對(duì)接收到的模擬音頻質(zhì)量進(jìn)行分析，得到模擬音頻節(jié)目的噪聲掩蔽比NMR與數(shù)字信號(hào)的頻譜位置Fstart之間的經(jīng)驗(yàn)曲線。從而在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算得到的每幀數(shù)據(jù)的NMR和已知的NMR-Fstart曲線來(lái)動(dòng)態(tài)確定每幀數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)的頻譜位置，從而指導(dǎo)數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)淖虞d波數(shù)，目的是在保證每幀數(shù)據(jù)有統(tǒng)一的人耳感受的前提下，提高數(shù)字信號(hào)可用頻譜，增加混合模式下數(shù)字信號(hào)的傳輸能力。
文檔編號(hào)H04L27/26GK103023849SQ201210496019
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者方偉偉, 楊剛, 劉晉, 蔡超時(shí), 王菲, 焦瑋, 熊惟楚 申請(qǐng)人:蘇州威士達(dá)信息科技有限公司