基于drm+系統(tǒng)的nmr移位數(shù)字頻譜接入方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于DRM+系統(tǒng)的NMR移位數(shù)字頻譜接入方法，包括以下步驟：步驟S1，生成模擬FM調頻信號；步驟S2，根據(jù)模擬FM信號實時的頻譜分布，采用數(shù)字頻譜動態(tài)接入算法得到數(shù)字信號的傳輸帶寬；以及步驟S3，根據(jù)算法得到的傳輸帶寬，實時調整DRM+信號的傳輸參數(shù)，并傳給DRM+激勵器，最終將自適應的數(shù)字信號發(fā)送出去。本發(fā)明通過增加模擬FM信號與DRM+信號間的自適應調整模塊，根據(jù)模擬信號實時的分布狀態(tài)，動態(tài)調整數(shù)字信號的傳輸帶寬，在保證聽眾收聽質量不下降的前提下，可以增加數(shù)字信號可用頻譜，提高數(shù)字信號的傳輸能力。
【專利說明】基于DRM+系統(tǒng)的NMR移位數(shù)字頻譜接入方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及廣播電視發(fā)射、廣播數(shù)字化領域，尤其涉及一種基于DRM+系統(tǒng)的NMR移位數(shù)字頻譜接入方法。
【背景技術】
[0002]廣播數(shù)字化是目前國內外技術研究的熱點問題，我國數(shù)字聲音廣播還處于研究階段。不同的數(shù)字廣播系統(tǒng)有不同的工作頻段和射頻帶寬，在由模擬向數(shù)字轉換的過渡期中，數(shù)字系統(tǒng)不應對現(xiàn)在的模擬廣播以及其他無線電業(yè)務產生干擾。DRM+系統(tǒng)的帶寬設計的和現(xiàn)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(shù)字信道，既不會干擾現(xiàn)有的模擬廣播，又便于數(shù)字信道逐一替換模擬信道，便于實現(xiàn)由模擬向數(shù)字的“軟”過渡，符合我國國情。
[0003]DRM是工作于長中短波(150kHz?30MHz )的數(shù)字傳輸系統(tǒng)，她被ITU-R (ITURadiocommunication Sector)推薦，并被 IEC (International ElectrotechnicalCommission)和 ETSI (European Telecommunications Standards Institute)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，F(xiàn)M波段)、76?90MHz (日本FM波段)和世界大多數(shù)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(shù)字發(fā)射系統(tǒng)，最有希望成為FM波段模擬廣播將來的替代者。
[0004]DRM+使用IOOkHz的帶寬，與現(xiàn)有FM廣播頻道間隔相一致。它可以充分利用現(xiàn)有模擬FM廣播的頻率空隙進行數(shù)字廣播，如圖1所示。DRM+可以傳輸最多達186kb/s的數(shù)據(jù)率(16QAM調制)。
[0005]DRM+具有許多優(yōu)點，如可使節(jié)目達到⑶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(xiàn)有的FM廣播發(fā)射網結構的可能性；有構成同步發(fā)射網的能力
坐寸ο
[0006]然而，由于FM模擬信號的頻譜帶寬隨著節(jié)目信號(如頻率、幅度)而變化，在很大的時間概率下，模擬調頻信號帶寬遠小于100kHz。在此情況下，模擬信號帶寬的實時變化導致出現(xiàn)大量的短時空閑頻譜，這為DRM+數(shù)字頻譜的動態(tài)接入提供機會。
[0007]DRM+信號根據(jù)模擬FM信號的頻譜分布動態(tài)調整頻譜位置時，不可避免地會對模擬信號產生干擾，這就需要考慮動態(tài)分配數(shù)字信號的頻譜位置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，本專利米用PEAQ (Perceptual Evaluation of Audio Quality)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(Objective Difference Grade，0DG)。
[0008]本專利使用的PEAQ 算法是 ITU (International Telecommunications Union)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2所示。
[0009]PEAQ算法通過模仿人耳的聽覺系統(tǒng)，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(Noise MaskingRatio, 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(shù)(ModelOutput Variables, MOV)前的數(shù)據(jù)進行適應性調整；預處理后的數(shù)據(jù)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(shù)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(Subjective Difference Grade, SDG)。
[0010]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。

【發(fā)明內容】

[0011]為了克服現(xiàn)有技術中存在的技術問題本發(fā)明在系統(tǒng)中增加數(shù)字信號與模擬信號自適應調整模塊，將模擬FM信號和DRM+信號聯(lián)合起來處理。通過實時檢測模擬調頻信號的頻譜分布，將當前模擬信號的信息反饋給數(shù)字信號處理模塊，以便于DRM+信號進行自適應參數(shù)調整，在保證聽眾收聽質量不下降的前提下，可以增加數(shù)字信號可用頻譜，提高數(shù)字信號的傳輸能力。
[0012]本發(fā)明擬確定的基于DRM+系統(tǒng)的NMR移位數(shù)字頻譜接入方法,如圖3所示，包括以下步驟:步驟SI，生成模擬FM調 頻信號；步驟S2，根據(jù)模擬FM信號實時的頻譜分布，采用數(shù)字頻譜動態(tài)接入算法得到數(shù)字信號的傳輸帶寬；以及步驟S3，根據(jù)算法得到的傳輸帶寬，實時調整DRM+信號的傳輸參數(shù)，并傳給DRM+激勵器，最終將自適應的數(shù)字信號發(fā)送出去。
[0013]其中所述步驟S2數(shù)字頻譜動態(tài)接入算法框圖如圖4所示，具體地，包括以下步驟:
[0014]第一步，計算模擬音頻信號的NMRMf值，其中NMRm表示時間長度為T秒的模擬音頻信號的噪聲掩蔽比；
[0015]第二步，計算模擬音頻信號的0DG&值，其中0DGMf表示時間長度為T秒的模擬音頻信號的客觀差異等級；
[0016]第三步,設定初始值k = O,其中k為計數(shù)變量；
[0017]第四步,設定初始值m= I,η = 70,其中m為計數(shù)幀,η表示DRM+信號的起始頻率與模擬FM信號載波頻率的頻譜距離，單位為kHz ；
[0018]第五步，計算NMRm，n(l≤m≤N，70≤η≤120)值，其中N為參考信號的總幀數(shù)，NMRm, η表示第m幀且DRM+信號的起始頻率距離FM載波頻率為n kHz信號的噪聲掩蔽比；
[0019]第六步，對于第m幀信號，尋找滿足NMRm，n-NMRref ( k條件時所對應的最小η值，并把該η值儲存在寄存器Bandm中，搜尋方法為:當不滿足NMRm，n-NMRref≤k時，η = η+5,并執(zhí)行第五步；否則m = m+1, η = 70,并執(zhí)行第五步；
[0020]第七步，根據(jù)Bandm, m = 1，2，...N所確定每幀DRM+信號的頻譜位置，重新生成時間長度為T秒的DRM+信號，計算此時模擬音頻信號的客觀差異等級ODGmw ；
[0021]第八步,判斷按照Bandm, m = 1，2，...N動態(tài)調整的音頻質量是否合格,判斷方法為:當不滿足I 0DGnOT-0DGMf I ( 0.02時，音頻質量不合格，使k = k_l，并返回第四步；否則音頻質量合格，此時Bandm，m = 1，2，...N的值即是采用數(shù)字頻譜動態(tài)接入算法得到的DRM+信號動態(tài)頻譜位置。
[0022]其中所述步驟一中NMRMf和步驟二中ODGref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(fā)射系統(tǒng)，其中數(shù)字信號的頻譜位置為距離FM信號載波IOOkHz至200kHz ;以時間長度為T秒的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NMRref 和 0DGref。
[0023]其中所述步驟五中NMRm，n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(fā)射系統(tǒng)，其中數(shù)字信號的頻譜位置為距離FM信號載波η至200kHz ；以第m幀時間長度為T/N秒的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NMRm，n。
[0024]其中所述步驟七中ODGnew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(fā)射系統(tǒng)，其中第i幀數(shù)字信號的頻譜位置為距離FM信號載波Bandm, m = 1，2，...N至200kHz ;以時間長度為T秒的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ODG廳。
[0025]關于本發(fā)明的優(yōu)勢與方法可通過下面的發(fā)明詳述及附圖得到進一步的了解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0027]圖1為DRM+與FM廣播的頻譜圖；
[0028]圖2為PEAQ心理聲學模型算法框圖；
[0029]圖3為本發(fā)明擬定的基于DRM+系統(tǒng)的NMR移位數(shù)字頻譜接入方法框圖；
[0030]圖4為數(shù)字頻譜動態(tài)接入算法步驟。
【具體實施方式】
[0031]下面對結合附圖對本發(fā)明的較佳實施例作詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍作出更為清楚明確的界定。
[0032]本發(fā)明擬確定的基于DRM+系統(tǒng)的NMR移位數(shù)字頻譜接入方法,如圖3所示，包括以下步驟:步驟SI，生成模擬FM調頻信號；步驟S2，根據(jù)模擬FM信號實時的頻譜分布，采用數(shù)字頻譜動態(tài)接入算法得到數(shù)字信號的傳輸帶寬；以及步驟S3，根據(jù)算法得到的傳輸帶寬，實時調整DRM+信號的傳輸參數(shù)，并傳給DRM+激勵器，最終將自適應的數(shù)字信號發(fā)送出去。
[0033]其中所述步驟S2數(shù)字頻譜動態(tài)接入算法框圖如圖4所示，具體地，包括以下步驟:[0034]第一步，計算模擬音頻信號的NMRref值，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(fā)射系統(tǒng)，其中數(shù)字信號的頻譜位置為距離FM信號載波IOOkHz至200kHz ;以時間長度為T秒的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，得到時間長度為T秒的模擬音頻信號的噪聲掩蔽比NMRMf ；
[0035]第二步，計算模擬音頻信號的ODGref值，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(fā)射系統(tǒng)，其中數(shù)字信號的頻譜位置為距離FM信號載波IOOkHz至200kHz ;以時間長度為T秒的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，得到時間長度為T秒的模擬音頻信號的客觀差異等級ODGref ；
[0036]第三步，設定初始值k = 0，其中k為計數(shù)變量；
[0037]第四步,設定初始值m= I,η = 70,其中m為計數(shù)幀,η表示DRM+信號的起始頻率與模擬FM信號載波頻率的頻譜距離，單位為kHz ；
[0038]第五步，計算匪1^(1≤111≤隊70≤11≤120)值，其中N為參考信號的總幀數(shù)，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(fā)射系統(tǒng)，其中數(shù)字信號的頻譜位置為距離FM信號載波η至200kHz ；以第m幀時間長度為T/N秒的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NMRmin ；
[0039]第六步，對于第m幀信號，尋找滿足NMRm，n-NMRref ( k條件時所對應的最小η值，并把該η值儲存在寄存器Bandm中，搜尋方法為:當不滿足NMRm，n-NMRref≤k時，η = η+5,并執(zhí)行第五步；否則m = m+1, η = 70,并執(zhí)行第五步；
[0040]第七步，根據(jù)Bandm, m = 1，2，...N所確定每幀DRM+信號的頻譜位置，重新生成時間長度為T秒的DRM+信號，計算此時模擬音頻信號的客觀差異等級ODGnrat,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(fā)射系統(tǒng)，其中第i幀數(shù)字信號的頻譜位置為距離FM信號載波Bandm, m = 1，2，...N至200kHz ;以時間長度為T秒的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0DGnew。；
[0041]第八步,判斷按照Bandm, m = 1，2，...N動態(tài)調整的音頻質量是否合格,判斷方法為:當不滿足I 0DGnOT-0DGMf I ( 0.02時，音頻質量不合格，使k = k_l，并返回第四步；否則音頻質量合格，此時Bandm，m = 1，2，...N的值即是采用數(shù)字頻譜動態(tài)接入算法得到的DRM+信號動態(tài)頻譜位置。
[0042]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】之一，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本領域的技術人員在本發(fā)明所揭露的技術范圍內，可不經過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書所限定的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種基于DRM+系統(tǒng)的NMR移位數(shù)字頻譜接入方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟SI，生成模擬FM調頻信號； 步驟S2，根據(jù)模擬FM信號實時的頻譜分布，采用數(shù)字頻譜動態(tài)接入算法得到數(shù)字信號的傳輸帶寬； 步驟S3，根據(jù)算法得到的傳輸帶寬，實時調整DRM+信號的傳輸參數(shù)，并傳給DRM+激勵器，最終將自適應的數(shù)字信號發(fā)送出去。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2數(shù)字頻譜動態(tài)接入算法包括以下步驟: 第一步，計算模擬音頻信號的NMRref值，其中NMRMf表示時間長度為T秒的模擬音頻信號的噪聲掩蔽比； 第二步，計算模擬音頻信號的ODGref值，其中0DGMf表示時間長度為T秒的模擬音頻信號的客觀差異等級； 第三步，設定初始值k = 0，其中k為計數(shù)變量； 第四步，設定初始值m = Ln = 70,其中m為計數(shù)幀,η表示DRM+信號的起始頻率與模擬FM信號載波頻率的頻譜距離，單位為kHz ； 第五步，計算NMRm，n(l≤m≤N，70≤η≤120)值，其中N為參考信號的總幀數(shù)，NMRm，n表示第m幀且DRM+信號的起始頻率距離FM載波頻率為n kHz信號的噪聲掩蔽比； 第六步，對于第m幀信號，尋找滿足NMRm，n_NMRMf ( k條件時所對應的最小η值，并把該η值儲存在寄存器Bandm中，搜尋方法為:當不滿足NMRm，n-NMRref≤k時，η = η+5,并執(zhí)行第五步；否則m = m+1, η = 70,并執(zhí)行第五步； 第七步，根據(jù)Bandm, m = 1，2，...N所確定每幀DRM+信號的頻譜位置，重新生成時間長度為T秒的DRM+信號，計算此時模擬音頻信號的客觀差異等級ODGmw ； 第八步，判斷按照Bandm, m = 1，2，...N動態(tài)調整的音頻質量是否合格,判斷方法為:當不滿足|0DGnOT-0DGMf| <0.02時，音頻質量不合格，使k = k-l，并返回第四步；否則音頻質量合格，此時Bandm，m = 1，2，...N的值即是采用數(shù)字頻譜動態(tài)接入算法得到的DRM+信號動態(tài)頻譜位置。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟一中NMRref和步驟二中ODGref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(fā)射系統(tǒng)，其中數(shù)字信號的頻譜位置為距離FM信號載波IOOkHz至200kHz ;以時間長度為T秒的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NMRref和ODGref。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟五中NMRm，n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(fā)射系統(tǒng)，其中數(shù)字信號的頻譜位置為距離FM信號載波η至200kHz ；以第m幀時間長度為T/N秒的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NMR01Y
5.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟七中ODGmw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(fā)射系統(tǒng)，其中第i幀數(shù)字信號的頻譜位置為距離FM信號載波Bandm, m = 1，2，...N至200kHz ;以時間長度為T秒的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`ODGnew。
【文檔編號】H04B17/00GK103560844SQ201310556969
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權日:2013年11月11日
【發(fā)明者】楊剛, 楊霏, 蔣藍祥, 方偉偉, 王菲, 焦瑋, 王威 申請人:蘇州威士達信息科技有限公司