淺析數(shù)字音頻廣播

摘要本文分析了數(shù)字廣播與模擬廣播的區(qū)別，以及DAB系統(tǒng)的技術(shù)要點和發(fā)射、接收原理，并對DAB技術(shù)的應(yīng)用和展望進行了討論。

關(guān)鍵詞數(shù)字廣播模擬廣播DAB

中圖分類號:G22文獻標識碼:A

1 引言

傳統(tǒng)模擬廣播作為信息傳播的一種手段，以方便快捷的特性為大眾服務(wù)。隨著科技的不斷進步，人們對廣播服務(wù)提出了更高的要求，如服務(wù)內(nèi)容形式單一，音質(zhì)有待改善等，為此，便開展了對廣播的數(shù)字革命。

數(shù)字廣播是廣播技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，它將傳統(tǒng)模擬廣播的單一聲音業(yè)務(wù)拓展為能同時傳遞各種諸如圖像、文字、數(shù)據(jù)、圖片及活動影像等數(shù)字業(yè)務(wù)，為傳統(tǒng)廣播業(yè)務(wù)的發(fā)展開辟了嶄新的應(yīng)用空間。本文針對數(shù)字音頻廣播DAB的概況和應(yīng)用進行闡述。

2 DAB系統(tǒng)概況

2.1 DAB系統(tǒng)簡介

DAB是數(shù)字音頻廣播(Digltal Audio Broadcasting)的英文簡稱，它是繼AM、FM傳統(tǒng)模擬廣播之后的第三代廣播——數(shù)字信號廣播，它的出現(xiàn)是廣播技術(shù)的一場革命。DAB廣播是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，采用經(jīng)過數(shù)字化技術(shù)處理的音頻信號，視頻信號以及各種數(shù)據(jù)信號。在數(shù)字狀態(tài)進行各種編碼、調(diào)制、傳播等處理。在接收過程中，保證高速移動接收的質(zhì)量，實現(xiàn)CD唱片音質(zhì)的廣播，還可以完成數(shù)據(jù)傳輸功能，包括圖文信息、數(shù)據(jù)信息、甚至視頻圖像。

2.2 數(shù)字音頻廣播與模擬音頻廣播比較

數(shù)字音頻廣播和模擬音頻廣播相比，有著無與倫比的優(yōu)勢。普通的調(diào)頻和調(diào)幅廣播只能傳播聲音，而數(shù)字音頻廣播可以高品質(zhì)的傳送音頻、數(shù)據(jù)、視頻信號;數(shù)字廣播技術(shù)能對傳送、發(fā)射、接收過程中各種干擾引起的誤碼自我糾錯，保證從節(jié)目制作到發(fā)射、接收全過程都達到高質(zhì)量，從而提高廣播系統(tǒng)的整體技術(shù)水平，而不會像模擬信號容易受各種干擾而產(chǎn)生失真現(xiàn)象(詳見表1)。

2.3 DAB系統(tǒng)標準

2.3.1 DAB主要標準概況

目前全球數(shù)字音頻廣播相關(guān)系統(tǒng)之發(fā)展，主要有四大標準(見表2);分別是:歐洲Eureka聯(lián)盟所制訂的Eureka-147、美國的IBOC(In-Band On-Channel)、法國的DRM(Digital Radio Mondiale)以及日本的ISDB-T(Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting)系統(tǒng)。我國目前正以歐規(guī)Eureka-147進行試播，其國家標準至今仍尚未確立。

2.3.2 Eureka 147標準與IBOC標準比較

Eureka 147標準與IBOC標準是目前世界上最流行，同時相互間爭議也最大的兩大DAB標準，但是，由于IBOC技術(shù)成熟較晚(2000年才正式確立該標準)，因此推廣上可能遠不及Eureka 147。

歐規(guī)Eureka-147系統(tǒng)的優(yōu)點:(1)頻帶外(out-of-band)的廣播系統(tǒng)。由于Eureka-147系統(tǒng)為頻帶外(out-of-band)廣播系統(tǒng)，與現(xiàn)行的FM、AM廣播并不兼容，故須重新規(guī)劃專屬頻道來使用。(2)行動接收能力強。利用保護頻帶(Guard band)及交錯碼(Interleave)方式，可避免多重路徑干擾與多普勒效應(yīng)所引起的選擇性衰落，使得單一頻道便可達成全區(qū)域廣播，即所謂的單頻網(wǎng)絡(luò)(Single Frequency Network;SFN)。

美規(guī)IBOC系統(tǒng)的優(yōu)點:(1)不必重新申請新的頻道。與現(xiàn)有廣播系統(tǒng)兼容，故不必指配新的頻段。此外，可同時廣播原來模擬訊號，使模擬到數(shù)字的過渡更平順。(2)利于行動接收。IBOC系統(tǒng)采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的多任務(wù)技術(shù)，有利于行動接收。

可見，IBOC的DAB系統(tǒng)標準與Eureka 147最大的不同在于，IBOC完全利用了現(xiàn)有的廣播頻率，即將現(xiàn)有AM或FM頻段內(nèi)數(shù)字化，IBOC AM頻寬為20KHz，IBOC FM頻寬則為400KHz，為現(xiàn)行模擬廣播的兩倍。由于IBOC對頻率的節(jié)省，也導(dǎo)致了很多先天的缺陷。使其在諸多性能上，特別是在數(shù)據(jù)傳輸方面，遠不如Eureka 147。Eureka 147標準與IBOC標準比較如表3。

2.4 DAB系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

(1) MUSICAM信源編碼。MUSICAM(掩蔽型自適應(yīng)通用子帶綜合編碼與復(fù)用)技術(shù)，即MPEG1聲音標準的第二層，適用于32kHz，44.1kHz，48kHz的取樣頻率，將來DAB也可使用MPEG2聲音編碼標準的第二層，即進行多聲道環(huán)繞聲或多語言的聲音編碼或進行半取樣頻率低比特率編碼。

(2)COFDM信道編碼與調(diào)制。COFDM(編碼正交頻分復(fù)用)技術(shù)，在DAB中，信道編碼采用可刪除型的卷積編碼，編碼率可變，根據(jù)數(shù)據(jù)的重要性不同，以及應(yīng)用條件不同，實施不同的差錯保護(UEP)，對同一種信息，實施相同的差錯保護(EEP)。調(diào)制方法為OFDM，許多頻譜成正交關(guān)系相距很近的副載波構(gòu)成一個寬帶系統(tǒng)，每個副載波傳送的數(shù)據(jù)經(jīng)頻率交織后分配在各個副載波上，進行差分編碼后對各個副載波進行四相相移鍵控(QPSK調(diào)制)，每個副載波形成一個窄帶的于信道，許多載波構(gòu)成的寬帶系統(tǒng)占據(jù)1.536MHz帶寬，可同時傳送6套以上能達CD質(zhì)量的立體聲節(jié)目及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

(3)同步網(wǎng)技術(shù)。為了實現(xiàn)地面大范圍的覆蓋，DAB/DMB可以由幾個工作于相同的頻率，時間同步地發(fā)射相同節(jié)目的發(fā)射臺構(gòu)成一個同頻發(fā)射網(wǎng)。在同頻網(wǎng)中，相近發(fā)射臺的功率信號可實現(xiàn)無縫交叉覆蓋，可很好地改善接收效果，使覆蓋的范圍增加了，頻譜利用率高了，每個臺的發(fā)射功率卻可以大大降低。

3 DAB發(fā)射、接收系統(tǒng)

3.1 DAB發(fā)射系統(tǒng)

在模擬聲音廣播中，發(fā)射機的輸入信號是低電平的音頻信號、輸出信號是高電平的射頻已調(diào)波。因此，聲音廣播發(fā)射機可定義為:將低電平的音頻信號變?yōu)楦唠娖缴漕l已調(diào)波的裝置。而數(shù)字音頻廣播是由單一頻率模塊組成，通過復(fù)用可以傳送立體聲或單聲道的廣播，還可以傳送文本和數(shù)據(jù)。

DAB發(fā)射系統(tǒng)由信源編碼器、信道編碼器、多路復(fù)用器、OFDM調(diào)制器、以及模擬射頻等部分組成，發(fā)射系統(tǒng)的原理框圖見圖1。

在DAB系統(tǒng)發(fā)射端，輸入信號先經(jīng)過MUSICAM音頻編碼器進行信源編碼，按照MPEG標準將數(shù)據(jù)率降低，得到的音頻壓縮數(shù)據(jù)經(jīng)信道可刪除型卷積編碼;編碼信號送入多路復(fù)用器與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一起復(fù)用，復(fù)用信號以包的形式送往OFDM編碼器和I/Q調(diào)制器，進行信道編碼和調(diào)制，產(chǎn)生出中心頻率為2.048MHz、帶寬為1.536MHz的OFDM基帶信號，DAB發(fā)射機再將低電平OFDM基帶信號變?yōu)楦唠娖缴漕l信號，對OFDM基帶信號進行頻率變換和功率放大，并通過天線進行發(fā)射。

3.2 DAB接收系統(tǒng)

DAB數(shù)據(jù)的接收須使用專用的接收設(shè)備，在接收端對信號按照與發(fā)射端形成的發(fā)射信號相反的順序進行解調(diào)處理，最后提供音頻廣播節(jié)目和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。接收機由調(diào)諧器、DAB解碼模塊、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)解碼器、接口及系統(tǒng)總控等部分組成。DAB接收系統(tǒng)的原理框圖見圖2。

接收機的高頻部分首先是從分配給DAB使用的頻段中，選擇出所需要傳送聲音節(jié)目和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的頻率塊(帶寬為1.536MHz)，然后經(jīng)過頻率變換，得到中頻信號和基帶信號;中心頻率為2.048MHz、帶寬為1.536MHz的基帶信號送入OFDM解調(diào)器，以獲得相應(yīng)于發(fā)射端通過復(fù)合器而形成的復(fù)合信號;然后通過解復(fù)用器將音頻信號送入信道解碼器解碼，接著進行信源解碼，音頻綜合，最后經(jīng)D/A還原成模擬音頻。而從解復(fù)用器出來的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，則送入數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)電路處理，完成數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的解碼與顯示部分。

4 DAB的應(yīng)用和展望

4.1 DAB的應(yīng)用

4.1.1 DAB的廣播數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是數(shù)字廣播技術(shù)的重要應(yīng)用，可以對實時信息接收和大量數(shù)據(jù)傳輸提供最好的支持，為大眾提供多種實用信息服務(wù)，如交通誘導(dǎo)、實用消費信息、財經(jīng)資訊等。

(1)智能交通誘導(dǎo)的實現(xiàn)，是通過車載數(shù)字廣播接收系統(tǒng)和車載GPS系統(tǒng)的結(jié)合，通過向接收端傳輸實時交通信息，從而為司機提供動態(tài)的路況和交通信息。

(2)在個人電腦、筆記本電腦和掌上電腦等接收終端上加裝數(shù)字廣播接收裝置后，就可以為個人投資者傳輸實時更新的包括股票、外匯，以及各種圖文信息在內(nèi)的多媒體財經(jīng)資訊。

4.1.2 數(shù)字多媒體廣播

數(shù)字多媒體廣播(DMB)是從數(shù)字音頻廣播(DAB)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。數(shù)字多媒體廣播是基于數(shù)字廣播傳輸平臺，傳輸包括廣播節(jié)目、電視節(jié)目和數(shù)據(jù)信息等多媒體信息的數(shù)字廣播技術(shù)。充分地利用了DAB技術(shù)優(yōu)勢(能在高速移動的情況下可靠接收信號)，在功能上將傳輸單一的音頻信息，擴展為數(shù)據(jù)、文字、圖形與視頻等多種載體，享受到更為豐富的，音質(zhì)純凈的廣播，畫面流暢生動的電視節(jié)目以及迅捷快速的數(shù)據(jù)服務(wù)，為大眾提供了一個優(yōu)良的服務(wù)平臺。

數(shù)字廣播已經(jīng)進入了數(shù)字多媒體廣播的時代，通過手機、電腦、便攜式接收終端、車載接收終端等多種接收裝置，就可以收看到豐富多彩的數(shù)字多媒體節(jié)目。由于數(shù)字壓縮技術(shù)的不斷改進，接收機功能的不斷完善，特別是價格的下降，有力地促進了DMB的發(fā)展。現(xiàn)在已經(jīng)完成了從DAB向DMB的過渡，正在開始走進大眾的日常工作和生活之(下轉(zhuǎn)第138頁)(上接第125頁)中，完成走出試驗室、走向推廣應(yīng)用的新局面。

4.2 DAB的展望

為了服務(wù)2008年北京奧運會，北京地區(qū)已經(jīng)成功地進行了數(shù)字音頻廣播試播，標志DAB數(shù)字音頻廣播已在我國成熟應(yīng)用發(fā)展。通過DAB移動多媒體廣播推出包括政務(wù)信息、生活信息、城市信息、交通信息等在內(nèi)的公眾信息發(fā)布平臺，也將成為人們生活中不可缺少的信息工具。

配合DAB廣播系統(tǒng)能提供的各種先進功能，以及多媒體信息傳輸服務(wù)與衛(wèi)星定位、導(dǎo)航的潮流，未來的DAB接收機發(fā)展趨勢是朝向整合性的信息與通訊應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展，配備微電腦控制芯片、大容量記憶及儲存裝置、大面板的高清晰度薄膜液晶顯示屏幕、親和的圖形使用接口等外圍附件，并與GSM等移動電話系統(tǒng)及GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)等結(jié)合為一互動網(wǎng)絡(luò)，開創(chuàng)數(shù)字廣播服務(wù)的新紀元。

5 結(jié)束語

DAB數(shù)字音頻廣播將大舉改革廣播服務(wù)的結(jié)構(gòu)并創(chuàng)造商機。它的應(yīng)用、發(fā)展、功能的日新月異和不斷推陳出新的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，將廣播電視、移動通信、衛(wèi)星通信、光纜通信、微波通信融會貫通，有極強的競爭力和發(fā)展?jié)摿Γ貙酉嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)生更大、更多、更好的經(jīng)濟效益和社會效益。