數(shù)字聲音廣播概論

數(shù)字聲音廣播概論

李棟

中國傳媒大學(xué)信息工程學(xué)院

一、數(shù)字廣播的優(yōu)點(diǎn)

①抗干擾和噪聲的能力強(qiáng)，無失真與噪聲積累，傳輸質(zhì)量高。

②傳輸可靠性高。

③發(fā)射機(jī)功率可以降低。

④節(jié)約頻譜。

⑤數(shù)字信號(hào)便于處理、存儲(chǔ)、交換，便于和計(jì)算機(jī)等聯(lián)接。數(shù)字信號(hào)容易延時(shí)和加擾。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過適當(dāng)處理，可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)和資源共享。

⑥便于實(shí)現(xiàn)多媒體廣播。

⑦數(shù)字化產(chǎn)品體積小、重量輕、功耗省、可靠性高、多功能和智能化。

二、數(shù)字廣播的發(fā)展回顧

與發(fā)展趨勢（一）發(fā)展回顧

*80年代末期德國誕生世界最早的數(shù)字聲音廣播—數(shù)字衛(wèi)星廣播（DSR）

*1995年歐洲正式起用數(shù)字音頻廣播（DAB）

*90年代中期誕生其它形式的數(shù)字衛(wèi)星廣播（ADR）

*90年代后期誕生新的數(shù)字衛(wèi)星廣播（WorldSpace

*網(wǎng)上廣播

*調(diào)幅波段的數(shù)字聲音廣播（DRM、IBOC）

（二）發(fā)展趨勢

全面數(shù)字化

多媒體

便攜與移動(dòng)接收

形式多樣化1全面數(shù)字化

數(shù)字化記錄、存儲(chǔ)、交換;

數(shù)據(jù)率壓縮技術(shù)的發(fā)展，使從演播室直到用戶的傳輸全數(shù)字化成為可能。各種模擬廣播（FM、AM）逐步由模擬向數(shù)字過渡。2多媒體

數(shù)字多媒體廣播（DMB）形式：聲音廣播（主要業(yè)務(wù)）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（與節(jié)目有關(guān)的數(shù)據(jù)—PAD，其它數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)—PID）

靜止圖像，活動(dòng)圖像

數(shù)字聲音廣播和數(shù)字電視廣播的界限越來越模糊，相融合為數(shù)字綜合廣播（DIB）。

帶來的好處:

用戶——同時(shí)滿足不同要求；

廣播機(jī)構(gòu)——增值業(yè)務(wù)帶來經(jīng)濟(jì)效益；

工業(yè)界——提供開發(fā)各種應(yīng)用產(chǎn)品的機(jī)遇，帶來經(jīng)濟(jì)效益。3 便攜和移動(dòng)接收移動(dòng)接收時(shí)，由于無線電信道同時(shí)存在的頻率選擇性和時(shí)間選擇性（多普勒頻移），衰落嚴(yán)重，模擬FM廣播接收質(zhì)量差新的數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)，例如DAB，由于采用新的傳輸方法（COFDM）和一些措施，既可固定接收，也可便攜和移動(dòng)接收，允許車速高至250Km/h,便攜和移動(dòng)接收為大多數(shù)用戶帶來方便，是現(xiàn)代社會(huì)的需要。

4形式多樣化

地面廣播

衛(wèi)星廣播

電纜（光纜）廣播

互聯(lián)網(wǎng)廣播

各種形式電視廣播中的聲音廣播

三、各種數(shù)字聲音廣播技術(shù)概要(一)、數(shù)字音頻廣播（DAB）

1、特點(diǎn)適合于固定、便攜和移動(dòng)接收可利用地面、電纜和衛(wèi)星進(jìn)行覆蓋聲音質(zhì)量可達(dá)CD水平單頻網(wǎng)(SFN)運(yùn)行，節(jié)約頻譜具有極強(qiáng)的抗多徑傳播引起的衰落能力多媒體廣播2、

DAB發(fā)展

數(shù)字音頻廣播（DAB）來源于歐洲。DAB從1987年起就成為EU項(xiàng)目“EUREKA147”，1995年DAB的正式規(guī)范（EN300401）出臺(tái)，1995年9月英國BBC首先開始了DAB的正式廣播，緊隨其后的有挪威、瑞典、法國、德國等國。

非歐洲國家有加拿大、新加坡、中國、澳大利亞、韓國等等。世界范圍生產(chǎn)DMB接收機(jī)廠家

Samsung,LG,Perstel,JVC,Panasonic,Blaupunkt,Ienovo,Pantech,Sansui,BBEF,i-Tech,Aigo,TECSUN,3Soft,Mercury,Erantech,DigitalCube,ZenNetworks,NewMedialive,neoSolCLIOD,Gigatelecom,Cowon,HyundaiAutonet,P&C,CobaitTechnology,Cenngs,UVBroTechnology,MNTB,Caros,OnTimeTek等

中國與歐共體合作，于1996年底在廣東佛山、中山和廣州建起了中國第一個(gè)DAB先導(dǎo)網(wǎng)進(jìn)行試驗(yàn)廣播，但真正開展業(yè)務(wù)很晚。我國DAB市場滲透在2005年以前幾乎為零。

2005年4月，北京人民廣播電臺(tái)開始試播DAB和DMB，接著又購置了新的DAB/DMB發(fā)射機(jī)與前端設(shè)備?，F(xiàn)在已有兩個(gè)DAB廣播業(yè)務(wù)，覆蓋1200萬人口。并且計(jì)劃再發(fā)射6套業(yè)務(wù)。2005年12月2日，廣東電臺(tái)音樂之聲數(shù)字廣播DAB頻道正式試播（DAB古典頻道與DAB流行頻道）。

中國進(jìn)行DAB/DMB試驗(yàn)廣播的主要有廣東電臺(tái)、上海電臺(tái)和北京電臺(tái)，取得了巨大成功。

2006年5月18日國家廣播電影電視總局發(fā)布了我國的數(shù)字音頻廣播的標(biāo)準(zhǔn)（從2006年6月1日起執(zhí)行）。

2006年9月6日起，北京電臺(tái)正式開始移動(dòng)數(shù)字多媒體廣播。

3、發(fā)射與接收系統(tǒng)(1)發(fā)射系統(tǒng)(2)接收系統(tǒng)4、信源編碼

MPEG1AUDIOLAYER2（MUSICAM）

將來加進(jìn)MPEG2AUDIOLAYER2半取樣頻率低比特率編碼和多聲道繞聲編碼。

5、信道編碼：

可刪除型卷積編碼（約束長度為7，母碼的編碼率等于1/4），可根據(jù)數(shù)據(jù)的重要性不同與應(yīng)用環(huán)境的不同，選擇8/9、8/10、、、8/31、8/32共24種不同的信道編碼率。卷積編碼器電路6、采用COFDM傳輸方法寬帶多載波系統(tǒng)由許多頻譜成正交關(guān)系相距很近的副載波構(gòu)成一個(gè)寬帶的系統(tǒng),每個(gè)副載波被數(shù)據(jù)調(diào)制（DQPSK），形成一個(gè)子信道是窄帶的。整個(gè)寬帶系統(tǒng)占據(jù)1.536MHz帶寬?？赏瑫r(shí)傳送6套以上、能達(dá)CD質(zhì)量的立體聲節(jié)目以及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。DAB是30MHz以上的廣播，分為四個(gè)頻段：375MHz以下、750MHz以下，1.5GHz和3GHz；為適應(yīng)不同的頻段，DAB有四種工作模式（四套不同的工作參數(shù)）。

不論何種模式，可傳輸?shù)闹鳂I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)率相同，均為2304kb/s。（二）、數(shù)字長中短波廣播

(DRM)

為了選擇合適的統(tǒng)一的數(shù)字AM系統(tǒng)，1998年3月在中國廣州成立了數(shù)字AM廣播的國際組織DRM（DigitalRadioMondiale）聯(lián)盟。

DRM聯(lián)盟的目標(biāo)是開發(fā)數(shù)字長、中、短波廣播的世界范圍的標(biāo)準(zhǔn)，并提供一個(gè)系統(tǒng)建議，供ITU進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。經(jīng)過緊張工作，DRM提出了系統(tǒng)建議，并于2001年4月在ITU作為正式的建議書而獲得通過。DRM系統(tǒng)在2001年10月被ETSI標(biāo)準(zhǔn)化，并在2002年3月經(jīng)IEC通過，DRM系統(tǒng)規(guī)范正式生效，為AM波段廣播的數(shù)字化鋪平了道路。國際上不少廣播機(jī)構(gòu)的部分發(fā)射臺(tái)，已經(jīng)從2003年6月16日（日內(nèi)瓦召開ITU無線電行政大會(huì)）開始，以DRM方式正式投入廣播運(yùn)行，這標(biāo)志著30MHz以下的廣播新時(shí)代的開始。

DRM系統(tǒng)是經(jīng)過嚴(yán)厲的開路試驗(yàn)、技術(shù)成熟的系統(tǒng)。DRM系統(tǒng)是世界上唯一的非專利的數(shù)字系統(tǒng)，用于短波、中波/AM和長波，它可以使用已有的頻率和帶寬。是對(duì)模擬AM廣播的重大改善。DRM系統(tǒng)充分考慮到了與ITU現(xiàn)有的邊界條件相一致以及與現(xiàn)有的模擬業(yè)務(wù)的兼容，并保證了由模擬廣播向數(shù)字廣播的平滑過渡。

DRM發(fā)展

截止到2007年3月2日，正式進(jìn)行DRM運(yùn)行的電臺(tái)每天播出DRM共計(jì)約700小時(shí)；這些節(jié)目來自德國、法國、英國、意大利、盧森堡、俄羅斯、荷蘭、挪威、梵提岡、克羅的亞、葡萄牙、斯里蘭卡、保加利亞、科威特、澳大利亞、厄瓜多爾、加拿大、智利、中國等；每天全天24小時(shí)播音的有18個(gè)頻率，它們分屬于德國、法國、英國、意大利、盧森堡等廣播機(jī)構(gòu)。

頻率使用情況：

長波：177kHz;

中波：594-1617kHz;

短波：3965-26045kHz。

發(fā)射功率：

0.04-250kw

1、系統(tǒng)特征

采用了與DAB相似的技術(shù)（COFDM），DRM提供調(diào)幅廣播的覆蓋范圍、調(diào)頻廣播的質(zhì)量。

DRM系統(tǒng)工作于30MHz以下的長、中、短波段。為了滿足不同的運(yùn)行條件，提供了不同的傳輸模式供選用。每一種傳輸模式用信號(hào)帶寬相關(guān)參數(shù)和傳輸效率相關(guān)參數(shù)定義。DRM可以使用原有的頻道和帶寬（9KHz或10KHz），在頻率規(guī)劃允許的情況下也可以擴(kuò)展占用鄰頻道（或半個(gè)鄰頻道）。2、信源編碼

在DRM系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的技術(shù)之一是信源編碼方法。

為在給定的比特率下提供更好的質(zhì)量，系統(tǒng)使用了屬于MPEG4的不同的信源編碼方案，以適應(yīng)在數(shù)字AM廣播中不同節(jié)目（音樂/語言）和不同帶寬的需要。

（1）MPEG4子集AAC(先進(jìn)音頻編碼)，包括抗差錯(cuò)強(qiáng)壯性處理，用于普通單聲道和立體聲廣播。

（2）MPEG4子集CELP（碼本激勵(lì)線性預(yù)測）語音編碼.，用于單聲道語音廣播，對(duì)很低比特率是有效的，或者適合于在要求較高的抗差錯(cuò)強(qiáng)壯性的情況下應(yīng)用。

（3）MPEG4子集HVXC（諧波矢量激勵(lì)編碼）語音編碼，用于很低比特率和抗差錯(cuò)強(qiáng)壯性單聲道語音廣播，特別適合于基于語音數(shù)據(jù)的應(yīng)用。

（4）展寬音頻帶寬技術(shù)——SBR

SBR是一個(gè)頻帶擴(kuò)展工具，它與基本的音頻編碼器聯(lián)合工作，用于展寬音頻帶寬。在DRM系統(tǒng)中，SBR工具可以與MPEG4AAC、CELP和HVXC聯(lián)合工作。3、信道編碼

考慮到實(shí)際應(yīng)用的有效性和模塊的通用與廉價(jià)性，DRM系統(tǒng)使用了與DAB完全相同的信道編碼器。4、調(diào)制技術(shù)

為了同時(shí)兼顧可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率和抗干擾能力，在DRM系統(tǒng)中，每一個(gè)載波應(yīng)用的調(diào)制方法是ASK和PSK的結(jié)合：正交幅度調(diào)制（QAM）。在正交調(diào)幅中，不僅進(jìn)行相位切換，同時(shí)也進(jìn)行幅度切換。

在DRM系統(tǒng)中，對(duì)每一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)制使用的方法主要是64QAM，為使抗干擾能力強(qiáng)一些，也可以使用16QAM（特別重要的信息用4QAM=QPSK），但傳輸?shù)囊糍|(zhì)要稍差一些（數(shù)據(jù)率低）。發(fā)射臺(tái)可根據(jù)傳播條件、希望達(dá)到的音頻質(zhì)量來選擇，而接收機(jī)可以自動(dòng)識(shí)別發(fā)射機(jī)所使用的調(diào)制方式，進(jìn)行相應(yīng)的解調(diào)。

DRM使用的調(diào)制方式與編碼率信道調(diào)制方式信道編碼率FAC4QAM0.6SDC4/16QAM0.5MSC16QAM64QAM0.5/0.620.5/0.61/0.71/0.785、DRM接收機(jī)

（1）、軟件接收機(jī)（三）、DRM技術(shù)向直到174MHz的擴(kuò)展

——DRM+2005年3月，DRM組織通過了DRM技術(shù)系統(tǒng)也可以在高頻段直到120MHz的頻率范圍使用的標(biāo)準(zhǔn)(后來變?yōu)?74MHz)，稱為“DRM+”，它是現(xiàn)有ETSI標(biāo)準(zhǔn)DRM的擴(kuò)展。DRM+頻譜

DRM+的信號(hào)帶寬約為100kHz,完全與FM頻段規(guī)劃的頻率間隔相一致。DRM+可以傳輸最多達(dá)180kb/s的數(shù)據(jù)率（16QAM調(diào)制）。通過使用MPEG-4HEAAC，也可以在一個(gè)頻道中傳輸更多不同的音頻節(jié)目。DRM+開辟了新的可能性，例如多聲道環(huán)繞聲的傳輸或節(jié)目相關(guān)數(shù)據(jù)等附加信息的傳輸。DRM+不僅是數(shù)字聲音廣播傳輸系統(tǒng)，而是一種多媒體系統(tǒng)。

DRM+的數(shù)據(jù)率起碼可使一套節(jié)目達(dá)到CD質(zhì)量；有室內(nèi)接收以及以300km/h的速度移動(dòng)接收的可能性；有使用現(xiàn)有的FM廣播發(fā)射網(wǎng)結(jié)構(gòu)的可能性（地方性，地區(qū)性，全國性）；

有構(gòu)成同步發(fā)射網(wǎng)的能力；DRM+可以避免對(duì)已有FM覆蓋的影響，靈活地對(duì)單個(gè)模擬FM發(fā)射機(jī)進(jìn)行數(shù)字化改造，或者在FM環(huán)境下計(jì)劃將一個(gè)數(shù)字電臺(tái)投入運(yùn)行。

DRM+的主要技術(shù)參數(shù)：

傳輸方法：COFDM

副載波數(shù)：213

副載波間隔：444.44Hz

副載波的調(diào)制方法：16QAM,QPSK或者64QAM

峰值系數(shù)：9(測量值)。

德國進(jìn)行的測試表明，盡管由于FM接收機(jī)有特別不同的質(zhì)量問題，DRM+對(duì)現(xiàn)今干擾受限的FM廣播的干擾作用看起來是有限的；

DRM+有明顯低的發(fā)射功率，在不提高甚至降低潛在干擾的情況下，得到與FM相比大約相同的覆蓋范圍是有可能的。

德國在實(shí)驗(yàn)室測試的基礎(chǔ)上，于2007年11月20日-2008年2月29日在漢諾威對(duì)DRM+系統(tǒng)進(jìn)行場試驗(yàn)。接著于2008年3月1日-2008年5月31日，在德國萊茵蘭-法耳次州的凱澤斯老滕（Kaiserslautern）進(jìn)行場試驗(yàn)。（四）HDRadio技術(shù)

HDRadio技術(shù)于2002年被美國FCC批準(zhǔn)為美國AM與FM波段的數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)。它在不影響現(xiàn)有模擬廣播的前提下，使用現(xiàn)有模擬廣播的頻譜提供高清晰度的數(shù)字聲音廣播與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。HDRadio基于IBOC（帶內(nèi)同頻道）技術(shù)，是由iBiquityDigital公司開發(fā)的。

HDRadio的主要優(yōu)點(diǎn)是：

*利用現(xiàn)有的頻率；

*可實(shí)現(xiàn)模擬/數(shù)字同播運(yùn)行；

*低的投資；

*可擴(kuò)展性（附加業(yè)務(wù)與節(jié)目）；

*由于較低的工作頻率，容易室內(nèi)接收。

HDRadio技術(shù)系統(tǒng)使用的信源編碼方法是HEAAC-V2，即先進(jìn)音頻編碼（AAC）與頻帶恢復(fù)（SBR）技術(shù)、參數(shù)立體聲（PS）的聯(lián)合。前向糾錯(cuò)編碼采用可刪除型卷積編碼。同時(shí)，應(yīng)用了時(shí)間交織與頻率交織技術(shù)。

1、FMHDRadio

FMHDRadio是一種OFDM（正交頻分復(fù)用）系統(tǒng)，該系統(tǒng)在常規(guī)FM信號(hào)兩邊創(chuàng)建了一組數(shù)字邊帶。FM和HDRadio的混合信號(hào)符合傳統(tǒng)FM廣播的特定的頻率掩模。

FMHDRadio系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)最終的全數(shù)字信號(hào)頻譜分為三步：

混合模式

擴(kuò)展混合模式

全數(shù)字模式

FMHDRadio混合模式的頻譜分配

混合模式提供100kbps的數(shù)據(jù)率，其中96kbps的音頻數(shù)據(jù)和4kbps的輔助數(shù)據(jù)（歌曲與藝術(shù)家名）。這種數(shù)據(jù)分配是可調(diào)整的。該模式支持模擬立體聲和輔助業(yè)務(wù)通訊（SCA）/廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)（RDS）。數(shù)字副載波比模擬的低20dB。

FMHDRadio擴(kuò)展混合模式的頻譜分配

擴(kuò)展混合模式提供151kbps的數(shù)據(jù)率，其中96kbps的音頻數(shù)據(jù)和55kbps的輔助數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)分配是可調(diào)節(jié)的。該模式也支持模擬立體聲和廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)（RDS）。同時(shí)，數(shù)字副載波比模擬的低20dB。

FMHDRadio全數(shù)字模式的頻譜分配

該模式?jīng)]有模擬信號(hào)，提供300kbps數(shù)據(jù)率，并可在音頻業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)間隨意分配。

2、AMHDRadio

AMHDRadio也是OFDM系統(tǒng)，該系統(tǒng)