【正文】 用 用 用傳 輸 層網(wǎng) 絡(luò) 層用 用 用傳 輸 層網(wǎng) 絡(luò) 層用 用 用TCP/ UDP用 用I P 用 用用 用 用 用 用 圖 24 網(wǎng)絡(luò) TCP/IP 層結(jié)構(gòu) 在 TCP/IP層結(jié)構(gòu)模型中，傳輸層的功能是使源端主機(jī)和目標(biāo)端主機(jī)上的對等實體可以進(jìn)行會話。根據(jù) OSI 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)定義，網(wǎng)絡(luò)由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層 7層組成。所以為保障安全連接，一般都選 用 kbps至 kbps之間的連接速率，故此聲音頻響只能達(dá)到 5～ 12 kHz，從而影響到了節(jié)目的傳輸質(zhì)量 [7]。用普通電話或 GSM 移動電話，聲音質(zhì)量太差，做短時間的信息播報尚可，作為大時段長時間的直播就不太合適。 ISDN在我國除北京、上海、廣州等少數(shù)大城市有一些應(yīng)用外，目前已經(jīng)逐漸淡出市場。 傳統(tǒng)的廣播信號傳輸方式主要為微波、光纖、調(diào)頻無線、 ISDN（即窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）、數(shù)字 12 電話傳輸器、普通電話或 GSM移動電話等，但這些傳輸方式都存在不同程度的缺點。 音頻信號傳輸 由于傳輸技術(shù)、設(shè)備或現(xiàn)場條件的限制，對于遠(yuǎn)距離廣播音頻傳輸，聲音質(zhì)量往往難以保證。子帶合成是逆向離散余弦變換后的一個通道中 32 個子帶的樣值，經(jīng)過一系列的計算還原出 32個 PCM 數(shù)字音頻信號的過程。 （ 6） 頻率反轉(zhuǎn)和子帶合成頻率反轉(zhuǎn)是對逆向離散余弦變換的輸出值 中的奇數(shù)號子帶（ 0 到 31號子帶中的 1， 3， 5， ...， 31）中的奇數(shù)號樣本值（每個子帶中的 0到 17號樣本值的 1， 3， 5， ...，17號樣本值）進(jìn)行反相處理，用來補(bǔ)償編碼時為提高離散余弦變換效率而進(jìn)行的頻率反轉(zhuǎn)。逆向離散余弦變換主要是使用逆向離散余弦變換的公式，對反量化得出的信號進(jìn)行變換。同樣，在編碼的 MDCT過程中，為了得到更好的頻域特性，對長窗對應(yīng)每個子帶進(jìn)行了去混疊處理，為了得到 11 正確的音頻信號，在解碼時必須對長窗對應(yīng)的子帶進(jìn)行混疊重建。為了 增加 哈夫曼編碼效率，短窗中的數(shù)據(jù)按照子帶、頻率、窗的順序被重新 進(jìn)行 排列。反量化過程 當(dāng) 中得 到 的頻譜值是按 照不 同順序排列的。反量化頻譜過程就是基于所得到的哈夫曼解碼數(shù)據(jù)，根據(jù)幀邊信息 和 逆量化全縮放公式，對于不同的窗類型 使用 不同的公式 來 恢復(fù) 576個頻率線的真實值。但 是 在解碼 得 過程中，哈夫曼解碼 以及 反量化過程是分開 來 實現(xiàn)的。 （ 3） 反量化 和 哈夫曼解碼在 MP3編碼 的 過程 當(dāng) 中， 按照 心理聲學(xué)模型的輸出，對離散余弦變 換的輸出樣本的量化和分配 是 以粒度為單位進(jìn)行 的 ， 然后 再對量化的結(jié)果進(jìn)行哈夫曼編碼。主數(shù)據(jù)包含的數(shù)據(jù)有縮放因子、哈夫曼數(shù)據(jù)及附加數(shù)據(jù)。在同步 后面接著 的數(shù)據(jù)就是幀頭信息，包括填充位、采樣率、比特率等信息。這個同步信息是 由 連續(xù)的 12比特的 ‘1’ 組成。 （ 1） 幀頭信息的讀取 以及 數(shù)據(jù)流的同步。在解碼 的時候 ，利用數(shù)據(jù)幀里 面 的信息就可以 將 1152個 PCM采樣值恢復(fù)出來了 。 MP3 解碼流程如圖 22 所示。 18個頻譜值執(zhí)行 32 位 IMDCT（逆改進(jìn)型離散余弦變換）， 然后再 將生成的 576個頻譜值 轉(zhuǎn)換 成長度為 32的 18個連續(xù)的頻譜。 只有 當(dāng)量化滿足要求 以 后， 才將 最終的比例銀子數(shù)值 進(jìn)行存儲 ， 然后 10 跳出外層循環(huán)，并在幀循環(huán) 當(dāng) 中計算 出 存儲每節(jié)數(shù)據(jù)所用的比特位數(shù)。哈夫曼編碼對量化的最大值有限制，如果 它 的最大值超過 了 限制， 那么 內(nèi)層迭代循環(huán) 就 需要遞增量化步長，重新 進(jìn)行 量化 ， 所以 就 需要 事先 判斷所有的量化的最大值是否超過限制。這三層包括：內(nèi)層循環(huán) 、 外層循環(huán) 以及 幀循環(huán)。 （ 3）量化編碼。原始信號 與 最終的壓縮數(shù)據(jù)被解碼后的結(jié)果 是否 可以不加區(qū)分 取決于 對于子帶濾波器組輸出的譜值量化后產(chǎn)生的噪聲 是否 能夠被控制 于 掩蔽域值以下。 計算出 各個子帶的掩蔽域值 是 心理聲學(xué)模型的目的 ，并以此控制量化 的 過程。 MPEG－ I 使用了 兩種心理聲學(xué)模型，第一種在編碼比特率 高 時提供適當(dāng)精度，計算 比較 簡單 ； 第二種一般在較低比特率編碼時使用 ， 模型比較復(fù)雜。心理聲學(xué)模型 的原理是 利用人耳聽覺系統(tǒng) 對高頻信號的不敏感性 ，移除大量 人耳不能分辨的 信號， 以 達(dá)到壓縮音頻 信號 的 目的 。然后 再 利用 心理聲學(xué)模型中計算出來的子帶信號的信掩比， 來 決定 576條譜線的比特數(shù) 的 分配。子帶濾波器組輸出的 32個子帶 寬度是相等的 ，而 從 心理聲學(xué)模型得出 來 的臨界帶寬 卻并 不是等帶寬的， 因此 為了使得臨界頻帶 與 進(jìn)行編碼的各個比例因子帶相匹配， 就 需要對 各個 子帶信號做 MDCT 變換。 （ 1）混合濾波器 組這部分包括子帶濾波器組和 MDCT（ Modified Discrete Cosine Transform,改進(jìn)型離散余弦變換）兩部分。 MP3 以它高品質(zhì)的音質(zhì)以及開放、免費等特點，不管是在網(wǎng)絡(luò)上還是現(xiàn)實生活中，都占據(jù)了其堅實的地位，各種與 MP3 相關(guān)的軟件產(chǎn)品層出不窮，很多的硬件產(chǎn)品也都支持 MP3，我們能夠買到的 VCD/DVD 播放機(jī)，便攜的 MP3 播放器，手機(jī)等等，它已經(jīng)成為目前最為普及的音頻壓縮格式。壓縮成容量較小的文件，而對于大多數(shù)用戶來 講 重放的音質(zhì)與最初的不 進(jìn)行 壓縮 的 音頻相比沒有明顯的下降。 由于人耳只對 20Hz~20kHz 頻率范圍內(nèi)的聲音 信號敏感， MP3 因此 利用 這種 特性，將時域波形信號轉(zhuǎn)換成頻域信號，并 且將 頻域信號劃分成多個頻段，對 各個 頻段使用不同的壓縮 比 ， 在對信號 保證不失真 的條件下， 對低頻信號使用小 的 壓縮比 ， 對高頻 使用大的 壓縮比（ 也可能 忽略信號）。 MP3概述 MP3是一種音頻壓縮技術(shù)，其全稱是動態(tài)影像專家壓縮標(biāo)準(zhǔn)音頻層面 3（ Moving Picture Experts Group Audio Layer III），簡稱為 MP3。因為在制訂標(biāo)準(zhǔn)的時候?qū)Χ喾N壓縮技術(shù)進(jìn)行了認(rèn)真的考察，并且充分考慮了算法的可實現(xiàn)性（復(fù)雜度）和實際應(yīng)用條件，因此三種模式應(yīng)用都很廣泛。在這一方面取得成功的主要是 MPEG1音頻（ ISO/IEC111723）。 數(shù)字音頻壓縮技術(shù)的應(yīng)用范圍廣闊，市場前景良好，一些大公司和著名的研究機(jī)構(gòu)都不遺余力地開發(fā)自己的專利技術(shù)及產(chǎn)品。根據(jù)壓縮技術(shù)的不同，其算法的音頻質(zhì)量、復(fù)雜程度（包括空間復(fù)雜度和時間復(fù)雜度）、算法效率（也就是壓縮比例），以及編解碼延時等均有很大的差異。它必須具有與它相應(yīng)的逆變換，稱為解碼或解壓縮。 音頻數(shù)據(jù)壓縮 由于采集來的音頻數(shù)據(jù)有著相當(dāng)巨大的數(shù)據(jù)量，如果事先不經(jīng)過壓縮，那么保存它們就需要大量的存貯空間，傳輸起來也比較困難，所以我們先得對其進(jìn)行壓縮。根據(jù) 奈奎斯特（ Harry Nyquist）定理可知，為了以后能夠恢復(fù)模擬信號的原來的面貌，采樣的頻率應(yīng)該大于或等于模擬信號最高頻率的兩倍；第二步是對采樣后得到的離散信號進(jìn)行編碼，就是使用二進(jìn)制編碼來表示各個離散信號的幅度，也就是所謂的脈沖編碼調(diào)制（ pulse code modulation， PCM）。我們可以通過兩步把種模擬信號轉(zhuǎn)換為計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)能夠識別的數(shù)字信號。這個模擬信號的振幅就是音量，它的頻率就是音調(diào)。今后，軟件升級和維護(hù)會越來越容易，而使用起來會越來越簡單。無論用戶的規(guī)模有多大，有多少分支機(jī)構(gòu)都不會增加任何維護(hù)升級的工作量，所有的操作只需要針對服務(wù)器進(jìn)行。 目前，軟件系統(tǒng)的改進(jìn)和升級越來越頻繁， B/S架構(gòu)的產(chǎn)品明顯體現(xiàn)著更為方便的特性。 使用 B/S體系架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)平臺不僅可以在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中使用，而且外部也可以使用，如果想要在外部使用，只需要能夠上網(wǎng)就行了，對集團(tuán)式的、大型的公司使用比較適合，尤其是在不同的地點有公司、店面或者需要使用到這個平臺的用戶。客戶端用來接收用戶的操作及表示來自應(yīng)用層的處理結(jié)果。 B r o w s e用 用 用W E B用 用 用用 用 用T C P / I P 圖 22 B/S 結(jié)構(gòu)示意圖 所謂的 3層結(jié)構(gòu) (3tier )，是在 3層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，將系統(tǒng)整體劃分為應(yīng)用層 (商用邏輯 )、客戶層 (用戶界面 )、數(shù)據(jù)層 (數(shù)據(jù)庫 )3層。比較簡單的部分事務(wù)在 B/S結(jié)構(gòu)前端就可以實現(xiàn)，但是主要事務(wù)是在服務(wù)器端來實現(xiàn)的，形成所謂 3層結(jié)構(gòu)。在這種體系結(jié)構(gòu)下，用戶的工作界面通過瀏覽器來實現(xiàn)，只需要安裝有瀏覽器，像 WINDOWS系統(tǒng)自帶的 Inter Explorer，服務(wù)器使用 SQL Server、 Oracle等數(shù)據(jù)庫 [5]。 用 用用 用用 用 用 用 用 用用 用 用 用用 用 用 用 用 用用 用用 用 S Q L 用 用用 用 S Q L 用 用用 用 S Q L 用 用用 用 用 用 用 用 用 用 用S Q L 用用響 應(yīng) 圖 21 C/S 結(jié)構(gòu)示意圖 B/S體系結(jié)構(gòu) B/S（ Browser/Server）結(jié)構(gòu)，即瀏覽器服務(wù)器結(jié)構(gòu) ,B/S結(jié)構(gòu)示意圖如圖 22所示。由于沒能提供用戶真正期望的開放環(huán)境， C/S 結(jié)構(gòu)的軟件需要針對不同的操作系統(tǒng)系統(tǒng)開發(fā)不同版本的軟件。目前大部分應(yīng)用軟件系統(tǒng)幾乎都是采用 Client/Server 形式的兩層結(jié)構(gòu)。 服務(wù)器經(jīng)常使用高性能的 PC機(jī)、小型機(jī)或工作站，并且使用大型數(shù)據(jù)庫，如 SQL Server、 Oracle。 如圖 21 所示，用戶通過客戶端進(jìn)行操作，客戶端程序會對這些操作進(jìn)行相應(yīng)處理，當(dāng)需要對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存取時，客戶端程序會向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)送請求，服務(wù)器會對這些請求語句進(jìn)行執(zhí)行并返回結(jié)果，進(jìn)而客戶端對來自服務(wù)器的返回結(jié)果進(jìn)行處理，再將結(jié)果輸出以回應(yīng)用戶的操作。我們通常所說的客戶端實質(zhì)上也就是這里所說的前端應(yīng)用程序，主要任務(wù)是向數(shù)據(jù)庫服務(wù)提出請求和接收處理數(shù)據(jù)的工作，如我們常用的 MSN、等聊天工具；后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 (Server)主要任務(wù)是提供完善的安全保護(hù)及對數(shù)據(jù)的完整性處理等操作，并允許多個客戶同時訪問 同一個數(shù)據(jù)庫，服務(wù)器程序被啟動后，就隨時等待響應(yīng)客戶程序發(fā)來的請求。 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) C/S體系結(jié)構(gòu) C/S 結(jié)構(gòu)，即客戶和服務(wù)器 (Client/Server)結(jié)構(gòu)。這樣既能一次將數(shù)據(jù)發(fā)送給有需求的 Client，又避免將信息強(qiáng)加給不需要它的用戶，減少了寬帶浪費的同時又減輕了服務(wù)器的 負(fù)擔(dān)。我們常見的有線電視網(wǎng)實際就是一個廣播型網(wǎng)絡(luò)，電視機(jī)實際上是接受到所有頻道的信號，但只將一個頻道的信號還原成畫面。但若 Inter 上不加限制的話，那將會造成很大的寬帶資源浪費， 所以 IP協(xié)議里就只允許在同網(wǎng)段里廣播，禁止跨 5 網(wǎng)段廣播。 （ 2）廣播 (broadcast) 廣播是將發(fā)出的信號無條件地復(fù)制并轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)中的每一個用戶不管是否需要，都可以接收到。單播可以對 Client的暫停 /繼續(xù)，快進(jìn) /快退，拖進(jìn)度條等操作做出響應(yīng)。優(yōu)點是 服務(wù)器針對每個客戶不同的請求發(fā)送不同的數(shù)據(jù)，容易實現(xiàn)個性化服務(wù)。 單播 /組播 /廣播 （ 1）單播 (unicast) 單播是在 Client 和 Server 之間建立一個一對一的通訊通道，交換機(jī)和路由器只對服務(wù)器發(fā)出的數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)而不進(jìn)行復(fù)制。 ② 服務(wù)性質(zhì)的廣播系統(tǒng) 旅館、賓館、商場娛樂設(shè)施 以及 大型 的 公共 場合應(yīng)該 設(shè)置服務(wù)性廣播 ,服務(wù)性廣播 主要內(nèi)容 是背景音樂和客房節(jié)目廣播 , 以服務(wù)為主要宗旨 ， 為人們提供 娛樂 性音樂類廣播節(jié)目 。 （ 2） 公共廣播系統(tǒng)根據(jù)使用性質(zhì) 、 建筑規(guī)模和功能要求可 以 分以下三種類型 。 ③ 媒流體（ IP）智能數(shù)字廣播 將廣播的音頻信號進(jìn)行數(shù)字編碼，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸 IP數(shù)據(jù)包，再由終端解碼還原為音頻信號。 ① 傳統(tǒng)公共廣播系統(tǒng)是通過音頻線把模擬功率信號傳輸?shù)浇K端揚聲器上，系統(tǒng)易受環(huán)境干擾 ，傳輸距離很短，音質(zhì)不佳，多路廣播時容易產(chǎn)生串音，設(shè)備線路固定，而且使用人工管理的工作方 4 式等一系列問題使它在很多方面受到限制。目的是為了獲得所需頻率特性、聲場分布以及特殊聲 音 效果等。 （ 3）傳輸線路 傳輸線路是傳輸廣播音響信號的通道，可以 根據(jù)系統(tǒng)和 信號的 傳輸方式 進(jìn)行選擇 ，一般 分為模擬音頻線路、數(shù)字雙絞線線路、流媒體（ IP）數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)線路 和 數(shù)控光纖線路四種。 （ 2）信號放大處理設(shè)備 作用是對輸入的信號進(jìn)行調(diào)節(jié)、放大、均衡、混響、壓縮、分頻、降噪、濾波等處理，以獲得理想的信號輸出。 公共廣播系統(tǒng)的組成 公共廣播系統(tǒng)基本可以分為 四個部分： 節(jié)目 源設(shè)備、信號放大處理設(shè)備、傳輸線路和揚聲 器系統(tǒng) 。 3 第 2章 IP 網(wǎng)絡(luò)廣播相關(guān)概念 公共廣播系統(tǒng) 公共廣播系統(tǒng) （ Public Address System簡稱 PA），是指廣泛用在現(xiàn)在各種場館、大廈、小區(qū)、酒店、公園、學(xué)校等場合，為公眾發(fā)布實時信息的廣播系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)主機(jī)可以通過登錄系統(tǒng)服務(wù)器來查看終端狀態(tài)、進(jìn)行節(jié)目管理 等。設(shè)計方案 方案主要包括模擬音源、語音編碼設(shè)備、主控服務(wù)器、音頻終端、網(wǎng)絡(luò)主機(jī)和揚聲器模塊幾個部分。并對對系統(tǒng)設(shè)計方案涉及的相關(guān)技術(shù)及概念作了詳細(xì)的研究。 研究的主要內(nèi)容 本文主要是基于 IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和音頻處理技術(shù)，完成了一個數(shù)字 IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)方案