[发明专利]基于人耳感知的IBOC系统的数字频谱检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通讯系统，尤其涉及一种带内同频系统的频谱检测方法。

背景技术

HD-Radio广播混合模式中采用固定的组合方式对模拟和数字信号频谱进行带内同频（In-Band On-Channel，IBOC）传输。然而，由于FM模拟信号的频谱带宽随着节目信号而变化，带宽变化范围大。在很大的时间概率下，模拟调频信号带宽远小于混合模式中规定模拟与数字信号频谱的分界带宽。在此情况下，模拟信号带宽的实时变化导致出现大量的空闲频谱。同时，由于模拟信号所占用的频谱带宽在实时变化，而数字信号频谱固定地放在同一频谱位置，导致人耳听到的不同时间段内的音频质量变化很大。

图1为HD Radio混合模式的频谱，数字信号放在模拟FM信号两边传输，仅使用每个主边带中距离中心子载波最远端的10个频谱子块，以及最远端编号为±546的参考子载波，称为PM频带，总共包括382个子载波，占用频带范围从-198.402～-129.361KHz和129.361～198.402KHz。频谱中-129.361～129.361KHz的范围保留给模拟信号，可以是单声道信号或立体声信号，也可能包含辅助通信认证信道。

HD Radio系统中，发送端分别调制生成模拟信号和数字信号，通过合成器完成模拟和数字信号合成，系统模型如图2。此时，模拟信号和数字信号采用固定的频谱模式进行组合，即数字信号放在距离载波约130KHz的位置。

本专利使用的心理声学模型是基于PEAQ算法的心理声学模型，如图3所示。PEAQ算法通过模仿人耳的听觉系统，对参考信号和测试信号进行对比分析得出对应于音频质量的客观差异等级(Object ive Difference Grade，ODG)，该定义等同于主观评价中的SDG。

参考信号和测试信号分别经过心理声学模型处理后，各自的输出经由感知模型特征综合便可计算出一系列模型输出参数(Model Output Variables，MOV)。最后，由神经网络模块把这些MOV参数映射为一个客观差异等级输出。

心理声学模型可将音频的时域信号转换成基底膜表示。基底膜位于耳蜗内，声音的不同频率成分可以激发其不同位置的兴奋。再由毛细胞把这种兴奋转化为生理刺激，通过听觉神经传至大脑。心理声学模型的具体计算过程是：对于本专利中使用的基本版本，音频信号通过FFT变换转换到频域，然后通过频谱系数加权来模拟外耳和中耳对声音的频率响应，再将其映射到生理感知域。

感知模型负责信号分析和综合，目的是更好的模拟人耳的感觉特性。

神经网络负责将以上两个模块计算出的MOV参数并将MOV参数通过神经网络映射成一个客观差异等级。

然而，由于FM模拟信号的频谱带宽随着节目信号（如频率、幅度)而变化，在很大的时间概率下，模拟调频信号带宽远小于标准中规定模拟与数字信号频谱的分界带宽。在此情况下，模拟信号带宽的实时变化不仅导致出现大量的空闲频谱，而且导致人耳听到的不同时间段内的音频质量变化很大。

发明内容

为了克服现有技术中存在的技术问题，本发明基于心理声学模型，对数字信号在不同的频谱位置下，HD-Radio信号解调后的模拟音频进行质量分析，统计得到在不影响音频质量的前提下信号传输可节省的带宽。

本发明拟确定的基于人耳感知的IBOC系统的数字频谱检测方法包括以下步骤：

第一步，根据HD Radio混合模式，将模拟FM信号与数字信号耦合，在解调端得到解调后的模拟音频信号，其中数字信号的频谱带宽固定在偏离载频130KHZ至200KHZ；

第二步，根据PEAQ模型，计算模拟音频信号的整体噪声掩蔽比，记为NMR_总，其中发送端待发送的模拟音频信号为参考信号，记为Ref_总，解调后的模拟音频信号为测试信号,记为Test_总；

第三步，对Ref_总和Test_总分别进行截取，第i帧数据的起始采样点为(4096*N-2048)*i，终止采样点为(4096*N)*（i+1）-2048*i，截取后的信号分别作为第i帧的参考信号和测试信号，记为Ref_i和Test_i，其中N为正整数，i为帧数计数值；

第四步，根据PEAQ模型，以Ref_i和Test_i分别作为第i帧的参考信号和测试信号，计算第i帧音频信号的噪声掩蔽比，记为NMR_i；