數字音頻廣播CDR技術在廣播電視工程中的應用

漆 軍，白瑪措珍，肖 鑫

（1.重慶廣播電視技術中心，重慶 401147；2.西藏自治區廣播電視局丁青中波轉播臺，西藏 昌都 855700；3.湖北省廣播電視局潛江中波轉播臺，湖北 潛江 433100）

1 數字音頻廣播技術的發展歷程

1.1 發展歷程

數字聲音廣播（Digital Sound Broadcasting，DSB）是第三代聲音廣播技術，以數字音頻編碼技術為基礎，完成廣播信號的全面數字化升級。數字聲音廣播移動接收性能強，頻譜的利用效率更高，能夠滿足多方面業務的需求[1]。《地面數字電視廣播單頻網技術要求》（GB/T 28433—2012）中，數字聲音廣播通過單頻網（Single Frequency Network，SFN）技術能夠實現特定區域的可靠覆蓋。當前，DSB主要有三種類型。第一是數字音頻廣播（Digital Audio Broadcasting，DAB）。1995年，歐洲電信標準協會發布DAB系統標準。DAB具備碼率高、占用頻帶寬、傳輸能力強、移動接收能力強、支持多種業務模式等優勢。第二是30 MHz以下AM波段數字聲音廣播，主要有世界數字廣播聯盟（Digital Radio Mondiale，DRM）標準和美國發布的帶內同頻道（in band onchannel，IBOC）。第三是30 MHz以上FM波段的數字聲音廣播。美國采用基于IBOC的高清晰度廣播（HD Radio），世界數字廣播聯盟采用DRM+標準，我國自主研發了中國數字化廣播（China Digital Radio，CDR）系統[2]。

1.2 中國數字聲音廣播標準化進程

受各種因素影響，DAB、DRM、HD Radio等標準在我國并未大規模發展。《“十二五”廣播影視科技發展規劃》明確提出推進我國聲音廣播數字化進程。2007年，中國數字音頻廣播系統CDR研發實驗開展。2013年，調頻頻段數字音頻廣播信道行業標準與調頻頻段數字音頻廣播信道復用行業標準發布。2015年，《中央廣電節目無線數字化覆蓋工程》開始實施。2018年，我國CDR數字音頻廣播（Convergent Digital Radio）系統正式獲批成為國際電聯ITU-R標準。2020年，《30 MHz～3 000 MHz地面數字音頻廣播系統技術規范》（GY/T 214—2006）發布實施。2021年，《數字電視衛星傳輸信道編碼和調制規范》（GY/T 338—2020）發布。2022年，《廣播電視無線傳輸覆蓋網管理辦法》發布實施。我國CDR系統核心專利與相關專利數量大幅度提升，推動了我國數字音頻廣播行業的快速發展[3]。

2 數字音頻廣播CDR技術

2.1 系統介紹

CDR系統是國家廣播電視總局科技司自主研發的中國數字聲音廣播系統，在系統整體設計、信道傳輸技術、數字發射機、接收終端等領域不斷完善。CDR系統通過增強編碼工具有效降低比特率，不影響現有頻率規劃，支持調頻廣播同臺、同頻、同發射機廣播，將單一廣播業務拓展至音頻廣播、數據廣播、視頻廣播，支持單頻點多業務組合與多頻點協同工作。CDR系統是建立在我國廣播發展現狀基礎上的數字廣播系統。與其他國家數字音頻廣播相比，CDR系統的覆蓋范圍、抗干擾能力更強，并且實現數模同播，有助于推動數字廣播的進一步發展[4]。

2.2 技術特點

CDR系統采用正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術。作為多載波傳輸技術，OFDM具有高速率傳輸、抗干擾能力強等優勢。OFDM技術早期被應用于軍事通信領域。隨著技術的發展，OFDM快速調制解調得以實現，標志著OFDM技術實際應用的開始。1990年以后，超大規模集成電路技術發展迅速，這為OFDM技術的發展提供了技術與設備支持，OFDM、COFDM（信道編碼OFDM）等技術逐漸在信息、通信領域有重要的應用。COFDM實現信道編碼技術與多載波技術的融合應用，解決了寬帶高速傳輸問題，編碼糾錯、抗多徑衰落、抗碼間干擾、多普勒頻移等方面能力大幅度提升。COFDM技術也被應用于數字音頻廣播領域。1995年，DAB標準第一次應用COFDM技術。此后，DVB標準、DRM標準、HD Radio標準也都使用COFDM技術。另外，COFDM技術還被應用于第五代移動通信系統中。CDR系統包括電子業務指南（Electronic Services Guide，ESG），能夠為用戶提供全面的數字音頻廣播節目信息，包括聲音、圖片、視頻及文字等形式[5]。數字音頻廣播CDR系統結構如圖1所示。

圖1 數字音頻廣播CDR系統結構圖

2.3 傳輸機制

數字音頻廣播CDR系統主要有三種傳輸模式，如表1所示。廣播電視臺在具體應用中可根據實際需求選擇合適的傳輸模式。三種傳輸模式適應不同的廣播場景，如大范圍組網覆蓋、高移動接收、高數據傳輸等。

表1 CDR系統的三種傳輸模式的傳輸參數

2.4 信源編碼

CDR系統的信源編碼主要采用DRA+音頻編碼技術。DRA+主要有三種音頻編碼形式，如DRA+低碼率編碼、DRA+分層編碼、DRA+低碼率分層編碼等。DRA+音頻編碼技術使用頻帶復制（SBR）、參數立體聲（PS）、分層模塊等技術，輸出碼率范圍可從 16 kb·s-1到 384 kb·s-1，支持立體聲與多聲道環繞聲數字音頻編碼解碼，DRA+音頻編碼技術不同碼率下的主觀音質體驗也有明顯提升。以DRA+低碼率編碼為例，其主要有單聲道與立體聲編碼，根據單聲道與立體聲、環繞聲等不同場景選擇對應的編碼處理模式。DRA+分層編碼包括基本層數據和增強層數據。基本層處理左右聲道DRA編碼，增強層處理中央聲道DRA編碼。DRA+低碼率分層編碼包括參數立體聲編碼、寬帶擴展編碼、殘差信號、基本層與增強層、單聲道和立體聲編碼碼流等[6]。

2.5 信道編碼與調制

數字音頻廣播CDR系統信道編碼與調制系統功能主要分為三大方面。第一是物理層輸入，包括主業務數據、業務描述信息、系統信息三類上層數據流。第二是信道編碼與調制，通過信道編碼與調制子系統完成三類上層數據的信道編碼，具體流程包括擾碼、LDPC編碼、卷積編碼、位交織及星座映射等，通過OFDM調制構成邏輯幀。第三是通過子幀、基帶、射頻轉換、射頻發射完成信號發射。

2.6 實踐應用

經過多年技術研發與實踐積累，數字音頻廣播CDR技術的應用已經十分成熟，在北京、重慶、廣東、上海等地DAB系統建設過程中有廣泛的應用。重慶在2015年實施中央節目數字化工程時，就建設了16個CDR站點，以不改變原有頻率的方式播出數字音頻廣播，最大功率3 kW，最小功率300 W，播出4套中央廣播數字節目和一套中國之聲模擬節目，實現了在不影響原有收聽方式的情況下進行數字化改造的目標。以廣東省越秀山電視調頻發射臺為例，其結合自身發射臺現狀，積極推進CDR節目播出平臺建設，已建設成為我國第一個省級頻率CDR數模同播發射臺。

3 結 語

數字化技術的發展，使得數字音頻廣播在網絡時代依舊有廣闊的發展空間。CDR系統作為我國自主研發的數字音頻廣播體系，通過科技創新驅動，不斷提升CDR系統的科技水平，有助于廣播事業的進一步發展。