基於心理聲學模型的iboc系統的數據發送方法
2023-12-08 23:12:46 2
專利名稱：基於心理聲學模型的iboc系統的數據發送方法
技術領域：
本發明涉及無線通訊系統，尤其涉及一種帶內同頻系統的數據發送方法。
背景技術：
HD-RadiO廣播混合模式中採用固定的組合方式對模擬和數位訊號頻譜進行帶內同頻(In-Band On-ChanneI，IBOC)傳輸。然而，由於FM模擬信號的頻譜帶寬隨著節目信號而變化，帶寬變化範圍大。在很大的時間概率下，模擬調頻信號帶寬遠小於混合模式中規定模擬與數位訊號頻譜的分界帶寬。在此情況下，模擬信號帶寬的實時變化導致出現大量的空閒頻譜。同時，由於模擬信號所佔用的頻譜帶寬在實時變化，而數位訊號頻譜固定地放在同一頻譜位置，導致人耳聽到的不同時間段內的音頻質量變化很大。
圖1為HD Radio混合模式的頻譜，數位訊號放在模擬FM信號兩邊傳輸，僅使用每個主邊帶中距離中心子載波最遠端的10個頻譜子塊，以及最遠端編號為±546的參考子載波，稱為PM頻帶，總共包括382個子載波，佔用頻帶範圍從-198. 402 -129. 36IKHz和129. 361 198. 402KHz。頻譜中-129. 361 129. 36IKHz的範圍保留給模擬信號，可以是單聲道信號或立體聲信號，也可能包含輔助通信認證信道。HD Radio系統中，發送端分別調製生成模擬信號和數位訊號，通過合成器完成模擬和數位訊號合成，系統模型如圖2。此時，模擬信號和數位訊號採用固定的頻譜模式進行組合，即數位訊號放在距離載波約130KHZ的位置。本專利使用的心理聲學模型是基於PEAQ算法的心理聲學模型，如圖3所示。PEAQ算法通過模仿人耳的聽覺系統，對參考信號和測試信號進行對比分析得出對應於音頻質量的客觀差異等級(Objective Difference Grade, ODG),該定義等同於主觀評價中的SDG。參考信號和測試信號分別經過心理聲學模型處理後，各自的輸出經由感知模型特徵綜合便可計算出一系列模型輸出參數(Model Output Variables,MOV)。最後，由神經網絡模塊把這些MOV參數映射為一個客觀差異等級輸出。心理聲學模型可將音頻的時域信號轉換成基底膜表不。基底膜位於耳蝸內，聲音的不同頻率成分可以激發其不同位置的興奮。再由毛細胞把這種興奮轉化為生理刺激，通過聽覺神經傳至大腦。心理聲學模型的具體計算過程是對於本專利中使用的基本版本，音頻信號通過FFT變換轉換到頻域，然後通過頻譜係數加權來模擬外耳和中耳對聲音的頻率響應，再將其映射到生理感知域。感知模型負責信號分析和綜合，目的是更好的模擬人耳的感覺特性。神經網絡負責將以上兩個模塊計算出的MOV參數並將MOV參數通過神經網絡映射成一個客觀差異等級。然而，由於FM模擬信號的頻譜帶寬隨著節目信號(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於標準中規定模擬與數位訊號頻譜的分界帶寬。在此情況下，模擬信號帶寬的實時變化不僅導致出現大量的空閒頻譜，而且導致人耳聽到的不同時間段內的音頻質量變化很大。
發明內容
為了克服現有技術中存在的技術問題，本發明在系統中增加數位訊號與模擬信號自適應調整模塊，將模擬FM信號和數位訊號聯合起來處理。通過實時檢測模擬調頻信號的頻譜，將當前模擬信號的信息反饋給數位訊號處理模塊，以便於數位訊號進行自適應參數調整，達到提高系統傳輸能力，並使不同時段有相同的收聽質量的目的。本發明擬確定的基於心理聲學模型的IBOC系統發送端的發送方·法，如圖4所示，包括以下步驟第一步，對發送端待發送的模擬音頻信號截取數據，截取長度為4096*n點，記為一幀，其中η為正整數，此信號為參考信號；·第二步，將此參考信號通過HD Radio調製解調軟體仿真模型，其中數位訊號頻譜位置在130KHZ-200KHZ，得到接收端解調後的信號，長度與參考信號相同，此信號為測試信號;第三步，根據心理聲學模型ITU-R BS. 1387-1版本，計算當前幀參考信號的109個子帶的掩蔽閾值EhS ;並計算當前幀參考信號和測試信號的109個子帶的樣本噪聲EbN ;並根據計算得到的EhS和EbN，計算當前幀數據的NMR，其中NMR=EbN/EhS ；第四步,按照NMR-Fstart經驗關係式,依據上一步驟計算的NMR，找到對應的數位訊號頻譜位置Fstart，指定數位訊號OFDM調製中的載波數N，其中N= (200KHZ-Fstart)/Af取整，Λ f按HDRadio標準中的規定，Δ f=363. 4HZ，從而得到根據模擬信號的特徵而實時調整後的數位訊號；第五步，將模擬音頻信號上變頻調製，得到FM激勵信號，將FM激勵信號與實時調整的數位訊號耦合，將耦合信號發送出去。NMR變量作為PEAQ模型中11個MOV變量中的一個，反映噪聲與信號掩蔽閾值之間的比值關係。其中所述噪聲掩蔽比NMR的計算方法為第一步，對輸入的一幀長的參考和測試信號分別進行時域加窗操作，而後進行Nf ADFT變換，接著根據外耳和中耳濾波器的特性計算各個頻點的加權因子，之後對DFT變換的結果進行頻域加權，其中外耳和中耳濾波器的特性為
權利要求
1.基於心理聲學模型的IBOC系統發送端的發送方法，其特徵在於，包括以下步驟 第一步，對發送端待發送的模擬音頻信號截取數據，截取長度為4096*n點，記為一幀，其中η為正整數，此信號為參考信號；第二步，將此參考信號通過HD Radio調製解調軟體仿真模型，其中數位訊號頻譜位置在130KHZ-200KHZ，得到接收端解調後的信號，長度與參考信號相同，此信號為測試信號；第三步，根據心理聲學模型ITU-R BS. 1387-1版本，計算當前幀參考信號的109個子帶的掩蔽閾值EhS ;並計算當前幀參考信號和測試信號的109個子帶的樣本噪聲EbN ;並根據計算得到的EhS和EbN，計算當前幀數據的NMR，其中NMR=EbN/EhS ； 第四步，按照NMR-Fstart經驗關係式，依據上一步驟計算的NMR，找到對應的數位訊號頻譜位置Fstart，指定數位訊號OFDM調製中的載波數N，其中N= (200KHZ-Fstart) / Λ f取整，Af按HD Radio標準中的規定，Λ f=363. 4HZ，從而得到根據模擬信號的特徵而實時調整後的數位訊號； 第五步，將模擬音頻信號上變頻調製，得到FM激勵信號，將FM激勵信號與實時調整的數位訊號耦合，將耦合信號發送出去。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟三中NMR的產生方法包括以下步驟 第一步，對輸入的一幀長的參考和測試信號分別進行時域加窗操作，而後進行Nf ADFT變換，接著根據外耳、中耳濾波器的特性計算各個頻點的加權因子，之後對DFT變換的結果進行頻域加權，其中外耳和中耳濾波器的特性為
全文摘要
本發明公開了一種基於心理聲學模型的IBOC系統的數據發送方法，以ITU-R BS.1387-1心理聲學模型為依託，將數位訊號頻譜置於不同的頻譜位置，對接收到的模擬音頻質量進行分析，得到模擬音頻節目的噪聲掩蔽比NMR與數位訊號的頻譜位置Fstart之間的經驗曲線。從而在發送數據時根據實時計算得到的每幀數據的NMR和已知的NMR-Fstart曲線來動態確定每幀數據所對應的數位訊號的頻譜位置，從而指導數位訊號傳輸的子載波數，目的是在保證每幀數據有統一的人耳感受的前提下，提高數位訊號可用頻譜，增加混合模式下數位訊號的傳輸能力。
文檔編號H04L27/26GK103023849SQ201210496019
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者方偉偉, 楊剛, 劉晉, 蔡超時, 王菲, 焦瑋, 熊惟楚 申請人:蘇州威士達信息科技有限公司