專利名稱：基于心理聲學模型的iboc系統的數據發(fā)送方法
技術領域：
本發(fā)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(fā)送方法。
背景技術：
HD-RadiO廣播混合模式中采用固定的組合方式對模擬和數字信號頻譜進行帶內同頻(In-Band On-ChanneI，IBOC)傳輸。然而，由于FM模擬信號的頻譜帶寬隨著節(jié)目信號而變化，帶寬變化范圍大。在很大的時間概率下，模擬調頻信號帶寬遠小于混合模式中規(guī)定模擬與數字信號頻譜的分界帶寬。在此情況下，模擬信號帶寬的實時變化導致出現大量的空閑頻譜。同時，由于模擬信號所占用的頻譜帶寬在實時變化，而數字信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，數字信號放在模擬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，占用頻帶范圍從-198. 402 -129. 36IKHz和129. 361 198. 402KHz。頻譜中-129. 361 129. 36IKHz的范圍保留給模擬信號，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(fā)送端分別調制生成模擬信號和數字信號，通過合成器完成模擬和數字信號合成，系統模型如圖2。此時，模擬信號和數字信號采用固定的頻譜模式進行組合，即數字信號放在距離載波約130KHZ的位置。本專利使用的心理聲學模型是基于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于音頻質量的客觀差異等級(Objective Difference Grade, ODG),該定義等同于主觀評價中的SDG。參考信號和測試信號分別經過心理聲學模型處理后，各自的輸出經由感知模型特征綜合便可計算出一系列模型輸出參數(Model Output Variables,MOV)。最后，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?；啄の挥诙亙?，聲音的不同頻率成分可以激發(fā)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于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，然后通過頻譜系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參數并將MOV參數通過神經網絡映射成一個客觀差異等級。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標準中規(guī)定模擬與數字信號頻譜的分界帶寬。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閑頻譜，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(fā)明內容
為了克服現有技術中存在的技術問題，本發(fā)明在系統中增加數字信號與模擬信號自適應調整模塊，將模擬FM信號和數字信號聯合起來處理。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字信號處理模塊，以便于數字信號進行自適應參數調整，達到提高系統傳輸能力，并使不同時段有相同的收聽質量的目的。本發(fā)明擬確定的基于心理聲學模型的IBOC系統發(fā)送端的發(fā)送方·法，如圖4所示，包括以下步驟第一步，對發(fā)送端待發(fā)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調制解調軟件仿真模型，其中數字信號頻譜位置在130KHZ-200KHZ，得到接收端解調后的信號，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 ;并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 ;并根據計算得到的EhS和EbN，計算當前幀數據的NMR，其中NMR=EbN/EhS ；第四步,按照NMR-Fstart經驗關系式,依據上一步驟計算的NMR，找到對應的數字信號頻譜位置Fstart，指定數字信號OFDM調制中的載波數N，其中N= (200KHZ-Fstart)/Af取整，Λ f按HDRadio標準中的規(guī)定，Δ f=363. 4HZ，從而得到根據模擬信號的特征而實時調整后的數字信號；第五步，將模擬音頻信號上變頻調制，得到FM激勵信號，將FM激勵信號與實時調整的數字信號耦合，將耦合信號發(fā)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系。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，而后進行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，之后對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.基于心理聲學模型的IBOC系統發(fā)送端的發(fā)送方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步，對發(fā)送端待發(fā)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調制解調軟件仿真模型，其中數字信號頻譜位置在130KHZ-200KHZ，得到接收端解調后的信號，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 ;并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 ;并根據計算得到的EhS和EbN，計算當前幀數據的NMR，其中NMR=EbN/EhS ； 第四步，按照NMR-Fstart經驗關系式，依據上一步驟計算的NMR，找到對應的數字信號頻譜位置Fstart，指定數字信號OFDM調制中的載波數N，其中N= (200KHZ-Fstart) / Λ f取整，Af按HD Radio標準中的規(guī)定，Λ f=363. 4HZ，從而得到根據模擬信號的特征而實時調整后的數字信號； 第五步，將模擬音頻信號上變頻調制，得到FM激勵信號，將FM激勵信號與實時調整的數字信號耦合，將耦合信號發(fā)送出去。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，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，而后進行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，之后對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(fā)明公開了一種基于心理聲學模型的IBOC系統的數據發(fā)送方法，以ITU-R BS.1387-1心理聲學模型為依托，將數字信號頻譜置于不同的頻譜位置，對接收到的模擬音頻質量進行分析，得到模擬音頻節(jié)目的噪聲掩蔽比NMR與數字信號的頻譜位置Fstart之間的經驗曲線。從而在發(fā)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(tài)確定每幀數據所對應的數字信號的頻譜位置，從而指導數字信號傳輸的子載波數，目的是在保證每幀數據有統一的人耳感受的前提下，提高數字信號可用頻譜，增加混合模式下數字信號的傳輸能力。
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(yōu)先權日2012年11月28日
發(fā)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