【摘要】数字电视原理是电子信息工程技术专业一门重要的新技术课程。该课程概念较多、理论性强，高职学生普遍感觉学习困难。作者实际教学中尝试使用TotalRecorder软件辅助数字电视原理课程音频信号数字化部分内容的教学，实践证明，该软件可以使抽象的音频编码理论变得数字化，软件输出结果利于学生实际感知，很大程度提高了该课程的教学效果。

【关键词】TotalRecorder 数字电视 教学

【中图分类号】TN949.197 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）02-0012-02

0.引言

数字电视是指采用数字技术实现节目内容制作、存储、播出、传输、接收及应用服务的整套系统，以数字化、交互性为特色，把电视传播方式与信息技术集于一身，大大提高了画面的清晰度和伴音效果。数字电视技术是现代电子技术、通信技术和计算机技术等高度发展的综合结晶，是当代信息社会的重要技术组成部分。

为适应数字电视技术在我国的推广、应用及发展，各高职院校都相继开设了数字电视原理课程，以培养数字电视系统组建、运行维护方面的高技能人才。但是由于市场上现有的数字电视实验设备的局限性，数字电视原理偏重理论知识的介绍，使得目前的高职学生觉得理解掌握该技术具有很大的难度，渐渐的丧失了学习积极性。为了取得更好的教学效果，作者尝试使用TotalRecorder软件辅助数字电视原理课程教学，在TotalRecorder软件中更改音频处理的声道数、采样位数和采样频率等，并实际感知音频效果，使学生直观理解音频编码各个参数的含义，以及影响音频编码质量的各参数，提高课程的教学效果。

1.数字电视音频编码基础

模拟音频信号不仅在幅度取值上是连续的，而且在时间上也是连续的。模拟音频信号的数字化需要经过采样、量化和编码三个步骤。

采样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。在将模拟音频信号转换成数字信号时单位时间内采样的点数称为采样频率，以Hz为单位。由于人类听觉可感知的频率范围为20Hz～20kHz，依据采样定理，采样频率不能低于听觉音频上限频率20kHz的2倍，即40kHz，由于难以获得理想的低通滤波器，实际采样频率一般不低于44.1kHz。

量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。编码则是按照一定的规律，把量化后的值用二进制数字表示，然后转换成二值或多值的数字信号流，实际上量化是在编码过程中同时完成的。量化时每个量化值的编码位数，称为采样位数，以bit为单位。采样位数越多，量化中四舍五入误差越低，量化噪声越小，信噪比越高，音质越好。人类听觉对噪声十分敏锐，为了达到CD音质，数字电视采用的线性量化精度不能低于16bit，实际中按照需要，经常采用的量化比特数有8bit、12bit和16bit。

采样频率和采样位数是影响音频信号数字化质量的两个主要参数。此外，反映音频数字化质量的另一个因素是声道数。记录声音时，如果每次生成一个声波数据，称为单声道；每次生成二个声波数据，称为立体声（双声道），立体声更能反映人的听觉感受。

为了衡量采样频率、采样位数以及声道数对音频信号文件大小和音频质量的影响，使用TotalRecorder软件录制不同参数格式的音频文件。

2.TotalRecorder软件

Total Recorder是High Criteria公司出品的一款优秀的录音软件，其功能强大，支持的音源极为丰富，也被称为网络录音机。该软件可以把各种音源的声音录下来，具有“软件”和“声卡”两种录音模式，其中“软件”录音模式下该软件可以直接录取播放器软件发出的数据包，使用该模式可有效避免课堂中录制麦克风声音，同学之间互相干扰的情况。

3.TotalRecorder使用实例

3.1 TotalRecorder使用说明

（1）运行TotalRecorder软件，出现图1所示界面。

图1 TotalRecorder软件界面

（2）在图1所示界面中，鼠标单击“文件”，选择“新建”命令，然后单击“选项”，选择“录制音源和参数”，如图2所示。

（3）在图2所示对话框中选择“声卡”，选中“使用在混音器中选定的线路（高级）”。

（4）在图2所示对话框中单击“录制格式”组中的更改按钮，出现图3所示“媒体格式”对话框。

（5）在“媒体格式”对话框中“格式”项中选择音频格式如CCITT A-law，在“属性”项中选择某种格式音频的采样频率、采样位数等参数。单击“确定”按钮，回到图1所示界面。

（6）单击window“开始菜单”，选择“控制面板”，选择“硬件和声音”，打开“声音”选项，单击“录制”，右键单击“显示禁用的设备”，启用“立体声混音”，为TotalRecorder录制播放器声音做好准备。

图2 录音音源和参数对话框 图3 媒体格式对话框

（7）使用WindowMediaPlayer播放给定的WAV格式的歌曲，同时点击图1中的红色“录音”按钮，开始录制文件。

（8）待WAV文件播放完毕，点击图1中的“停止录音”按钮，将录制文件保存。

（9）在图1所示TotalRecorder界面查看录制的音频文件的持续时间和文件大小。

3.2 验证影响音频质量的关键参数

为了让学生理解采样频率、采样位数和声道数对音频文件质量的影响，按照表1所示音频格式、声道数、采样位数、采样频率在TotalRecorder中完成设置，并处理给定的音频文件，之后在TotalRecorder中查看实际生成的音频文件的持续时间和文件大小，并记录。

通过表1可知，同一种PCM音频格式下，采样位数和声道数相同，采样频率越高，文件容量越大，声音质量越好，但是采样频率高于44.1KHz，仅靠人耳听不出明显音质差别；当采样频率太低时，音质卡断；同一种音频格式下，采样频率和声道数相同，采样位数越高，文件容量越大，声音质量越好；同一种音频格式下，采样位数和采样频率相同，双声道音频质量明显优于单声道音频质量，同样双声道文件容量大于单声道文件容量。同样，在表1中，按照音频文件大小=（声道数×采样频率×采样位数）/8字节计算各个音频文件的大小，理论计算值和实际记录的音频文件大小完全一样。

同样依据表1所示数据，计算不同编码设置条件下数据的传输速率，在最差的PCM编码设置（单声道、8bit采样位数、8kHz采样频率）条件下，数据传输速率约为64kbit/s，但此种编码条件下音频质量较差；为了保证音频质量，若选用双声道立体声、8bit采样位数、44.1kHz采样频率设置，则此时数据的传输速率约为6890kbit/s。在数字电视系统中，为了降低数据速率，需要对音频信号进行压缩编码处理，同时为了保证音频质量，仅仅靠降低采样位数和采样频率或声道数难以保证音频质量。为了高保真的有效压缩音频数据，需要综合考虑音频信号的特点以及听者的心理、生理特性。

表1 不同参数设置的音频文件信息

4.结束语

本文以实例阐述了TotalRecorder在数字电视技术课程教学中的应用。使用TotalRecorder处理不同格式的音频文件，能直观记录影响音频编码的各参数数值，同样借助耳机学生可以直接感受不同参数决定的音频的质量，它可以将抽象的内容直观化，使得原本枯燥无味的理论知识变得生动起来，这有助于学生对知识的理解，同时提高了学生的学习兴趣，改善了该课程的教学效果。

参考文献：

[1]杨明极.“数字电视技术”课程的教学探索与实践. 中国电力教育，2013

[2]王玥玥. 数字电视原理与应用.北京：北京邮电大学出版社，2013

作者简介：

王玥玥，现工作于北京信息职业技术学院，研究信号与信息处理方向。