[发明专利]一种数字音频响度测量卡

说明书

技术领域

本发明是一种使用PCI express接口的数字音频响度测量卡。该卡可采集多路AES/EBU或S/PDIF数字音频信号，然后计算这些信号的响度，通过计算机进行记录、显示、存储和分析。可以广泛应用于广播电视等音视频节目制作及播出领域。

背景技术

PCI express(简称PCI-e)采用了流行的点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI所不能提供的高带宽。相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输，PCI-e的双单工连接能提供更高的传输速率和质量，它们之间的差异类似于半双工和全双工。

AES/EBU数字音频协议由（国际）音频工程学会（Audio Engineering Society,简称AES）和欧洲广播联盟（European Broadcast Union,简称EBU）制定，被广泛应用于广播电视等专业音频领域。AES/EBU数字音频信号可使用平衡或非平衡方式传输，采用了双相标志编码技术。

S/PDIF数字音频协议由索尼公司和飞利浦公司制定，S/PDIF全称为Sony/Philips Digital Interface，意为索尼/飞利浦数字接口），是一种面向消费级应用的数字音频协议。S/PDIF同样使用双相标志技术传输，与AES/EBU数字音频信号有相同的帧结构，如图1所示。但是S/PDIF和AES/EBU相比有不同的电气接口规格和通道状态块，如表1和表2所示。

音频信号的响度是指人耳对声音所感知的响亮程度。响度不仅取决于声音的幅度大小，也取决于该声音的频率高低、声道数量、动态大小等因素，具体数值参见附图说明中的图2。

在音视频节目的制作过程中，由于缺乏能直观反映该音频信号响度的设备，节目制作人员只能通过观察和调节音频信号的电平大小达到调节响度大小的目的。但是，由于响度取决于声信号的幅度、频率、声道和动态，这种方法是很难实现节目响度一致的。所以，在广播电视节目中，人们经常会觉得，各个台甚至于同一个台的各个节目间的响度很不一致，响度忽大忽小。例如，在一个正式节目中插入广告，正式节目的响度与广告节目的响度大多有明显不同。应采取定量的方法对音频信号的响度强弱进行显示以便调整，差异过大的音频信号响度会使观众感觉很不舒服。

国外公司针对音频信号响度测量开发了测量设备，较有代表性的可分为两大类：基于纯硬件的响度表与基于纯软件的响度表。

基于纯硬件的响度表，具有代表性的是德国的RTW、美国的Dolby等公司的相关产品。这些公司的音频信号响度表都是以专用测量仪器的纯硬件形式工作的。这类产品的优点是测量的实时性很高，结果精确，缺点是结构复杂，价格昂贵，只能在播放过程中实时显示，无法回溯已完成节目响度状况，在观察和使用上很不方便。当前，音视频节目已经大多数由制作人员在计算机上制作，独立于计算机之外的纯硬件形式的响度表，在与不同计算机平台的节目制作软件连接时，成本较大。

基于纯软件的响度表，可分为两类。第一类是独立运行的软件，它独立于音视频节目制作软件工作，具有代表性的是德国Pinguin公司的Pinguin响度测量软件。它利用计算机声卡采集音频信号，并在计算机上计算音频信号的响度。第二类是作为音视频节目制作软件的插件形式工作的，具有代表性的是ToneBooster公司VST响度插件。它直接对音视频制作软件中的音频文件进行响度计算，不能直接对输入到声卡的音频信号进行实时响度计算。

基于纯软件的响度表的优点是价格相对较低，并且测量结果数字化、文件化，有利于在计算机上配合制作人员对音视频节目的制作。但是这类产品也有很大的弱点，响度的测量计算过程完全由计算机的CPU完成，当响度表作为节目制作软件的插件存在时，占用大量系统资源。当响度软件独立运行时，还会独占声卡资源，使得其他软件不能同时对声卡进行操作，无法同时进行正常节目制作。此外，插件形式运行的响度软件，受到音视频节目制作软件版本的限制，通用性较差，并且不能直接对输入到声卡的音频信号进行实时响度计算。

发明内容