数字声音广播概论

数字声音广播概论

李栋

中国传媒大学信息工程学院

一、数字广播的优点

①抗干扰和噪声的能力强，无失真与噪声积累，传输质量高。

②传输可靠性高。

③发射机功率可以降低。

④节约频谱。

⑤数字信号便于处理、存储、交换，便于和计算机等联接。数字信号容易延时和加扰。数字信号经过适当处理，可以通过计算机网络实现互联和资源共享。

⑥便于实现多媒体广播。

⑦数字化产品体积小、重量轻、功耗省、可靠性高、多功能和智能化。

二、数字广播的发展回顾

与发展趋势（一）发展回顾

*80年代末期德国诞生世界最早的数字声音广播—数字卫星广播（DSR）

*1995年欧洲正式起用数字音频广播（DAB）

*90年代中期诞生其它形式的数字卫星广播（ADR）

*90年代后期诞生新的数字卫星广播（WorldSpace

*网上广播

*调幅波段的数字声音广播（DRM、IBOC）

（二）发展趋势

全面数字化

多媒体

便携与移动接收

形式多样化1全面数字化

数字化记录、存储、交换;

数据率压缩技术的发展，使从演播室直到用户的传输全数字化成为可能。各种模拟广播（FM、AM）逐步由模拟向数字过渡。2多媒体

数字多媒体广播（DMB）形式：声音广播（主要业务）数据业务（与节目有关的数据—PAD，其它数据业务—PID）

静止图像，活动图像

数字声音广播和数字电视广播的界限越来越模糊，相融合为数字综合广播（DIB）。

带来的好处:

用户——同时满足不同要求；

广播机构——增值业务带来经济效益；

工业界——提供开发各种应用产品的机遇，带来经济效益。3 便携和移动接收移动接收时，由于无线电信道同时存在的频率选择性和时间选择性（多普勒频移），衰落严重，模拟FM广播接收质量差新的数字声音广播系统，例如DAB，由于采用新的传输方法（COFDM）和一些措施，既可固定接收，也可便携和移动接收，允许车速高至250Km/h,便携和移动接收为大多数用户带来方便，是现代社会的需要。

4形式多样化

地面广播

卫星广播

电缆（光缆）广播

互联网广播

各种形式电视广播中的声音广播

三、各种数字声音广播技术概要(一)、数字音频广播（DAB）

1、特点适合于固定、便携和移动接收可利用地面、电缆和卫星进行覆盖声音质量可达CD水平单频网(SFN)运行，节约频谱具有极强的抗多径传播引起的衰落能力多媒体广播2、

DAB发展

数字音频广播（DAB）来源于欧洲。DAB从1987年起就成为EU项目“EUREKA147”，1995年DAB的正式规范（EN300401）出台，1995年9月英国BBC首先开始了DAB的正式广播，紧随其后的有挪威、瑞典、法国、德国等国。

非欧洲国家有加拿大、新加坡、中国、澳大利亚、韩国等等。世界范围生产DMB接收机厂家

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

中国与欧共体合作，于1996年底在广东佛山、中山和广州建起了中国第一个DAB先导网进行试验广播，但真正开展业务很晚。我国DAB市场渗透在2005年以前几乎为零。

2005年4月，北京人民广播电台开始试播DAB和DMB，接着又购置了新的DAB/DMB发射机与前端设备。现在已有两个DAB广播业务，覆盖1200万人口。并且计划再发射6套业务。2005年12月2日，广东电台音乐之声数字广播DAB频道正式试播（DAB古典频道与DAB流行频道）。

中国进行DAB/DMB试验广播的主要有广东电台、上海电台和北京电台，取得了巨大成功。

2006年5月18日国家广播电影电视总局发布了我国的数字音频广播的标准（从2006年6月1日起执行）。

2006年9月6日起，北京电台正式开始移动数字多媒体广播。

3、发射与接收系统(1)发射系统(2)接收系统4、信源编码

MPEG1AUDIOLAYER2（MUSICAM）

将来加进MPEG2AUDIOLAYER2半取样频率低比特率编码和多声道绕声编码。

5、信道编码：

可删除型卷积编码（约束长度为7，母码的编码率等于1/4），可根据数据的重要性不同与应用环境的不同，选择8/9、8/10、、、8/31、8/32共24种不同的信道编码率。卷积编码器电路6、采用COFDM传输方法宽带多载波系统由许多频谱成正交关系相距很近的副载波构成一个宽带的系统,每个副载波被数据调制（DQPSK），形成一个子信道是窄带的。整个宽带系统占据1.536MHz带宽。可同时传送6套以上、能达CD质量的立体声节目以及数据业务。DAB是30MHz以上的广播，分为四个频段：375MHz以下、750MHz以下，1.5GHz和3GHz；为适应不同的频段，DAB有四种工作模式（四套不同的工作参数）。

不论何种模式，可传输的主业务数据率相同，均为2304kb/s。（二）、数字长中短波广播

(DRM)

为了选择合适的统一的数字AM系统，1998年3月在中国广州成立了数字AM广播的国际组织DRM（DigitalRadioMondiale）联盟。

DRM联盟的目标是开发数字长、中、短波广播的世界范围的标准，并提供一个系统建议，供ITU进行标准化。经过紧张工作，DRM提出了系统建议，并于2001年4月在ITU作为正式的建议书而获得通过。DRM系统在2001年10月被ETSI标准化，并在2002年3月经IEC通过，DRM系统规范正式生效，为AM波段广播的数字化铺平了道路。国际上不少广播机构的部分发射台，已经从2003年6月16日（日内瓦召开ITU无线电行政大会）开始，以DRM方式正式投入广播运行，这标志着30MHz以下的广播新时代的开始。

DRM系统是经过严厉的开路试验、技术成熟的系统。DRM系统是世界上唯一的非专利的数字系统，用于短波、中波/AM和长波，它可以使用已有的频率和带宽。是对模拟AM广播的重大改善。DRM系统充分考虑到了与ITU现有的边界条件相一致以及与现有的模拟业务的兼容，并保证了由模拟广播向数字广播的平滑过渡。

DRM发展

截止到2007年3月2日，正式进行DRM运行的电台每天播出DRM共计约700小时；这些节目来自德国、法国、英国、意大利、卢森堡、俄罗斯、荷兰、挪威、梵提冈、克罗的亚、葡萄牙、斯里兰卡、保加利亚、科威特、澳大利亚、厄瓜多尔、加拿大、智利、中国等；每天全天24小时播音的有18个频率，它们分属于德国、法国、英国、意大利、卢森堡等广播机构。

频率使用情况：

长波：177kHz;

中波：594-1617kHz;

短波：3965-26045kHz。

发射功率：

0.04-250kw

1、系统特征

采用了与DAB相似的技术（COFDM），DRM提供调幅广播的覆盖范围、调频广播的质量。

DRM系统工作于30MHz以下的长、中、短波段。为了满足不同的运行条件，提供了不同的传输模式供选用。每一种传输模式用信号带宽相关参数和传输效率相关参数定义。DRM可以使用原有的频道和带宽（9KHz或10KHz），在频率规划允许的情况下也可以扩展占用邻频道（或半个邻频道）。2、信源编码

在DRM系统中，最关键的技术之一是信源编码方法。

为在给定的比特率下提供更好的质量，系统使用了属于MPEG4的不同的信源编码方案，以适应在数字AM广播中不同节目（音乐/语言）和不同带宽的需要。

（1）MPEG4子集AAC(先进音频编码)，包括抗差错强壮性处理，用于普通单声道和立体声广播。

（2）MPEG4子集CELP（码本激励线性预测）语音编码.，用于单声道语音广播，对很低比特率是有效的，或者适合于在要求较高的抗差错强壮性的情况下应用。

（3）MPEG4子集HVXC（谐波矢量激励编码）语音编码，用于很低比特率和抗差错强壮性单声道语音广播，特别适合于基于语音数据的应用。

（4）展宽音频带宽技术——SBR

SBR是一个频带扩展工具，它与基本的音频编码器联合工作，用于展宽音频带宽。在DRM系统中，SBR工具可以与MPEG4AAC、CELP和HVXC联合工作。3、信道编码

考虑到实际应用的有效性和模块的通用与廉价性，DRM系统使用了与DAB完全相同的信道编码器。4、调制技术

为了同时兼顾可传输的数据率和抗干扰能力，在DRM系统中，每一个载波应用的调制方法是ASK和PSK的结合：正交幅度调制（QAM）。在正交调幅中，不仅进行相位切换，同时也进行幅度切换。

在DRM系统中，对每一个载波进行调制使用的方法主要是64QAM，为使抗干扰能力强一些，也可以使用16QAM（特别重要的信息用4QAM=QPSK），但传输的音质要稍差一些（数据率低）。发射台可根据传播条件、希望达到的音频质量来选择，而接收机可以自动识别发射机所使用的调制方式，进行相应的解调。

DRM使用的调制方式与编码率信道调制方式信道编码率FAC4QAM0.6SDC4/16QAM0.5MSC16QAM64QAM0.5/0.620.5/0.61/0.71/0.785、DRM接收机

（1）、软件接收机（三）、DRM技术向直到174MHz的扩展

——DRM+2005年3月，DRM组织通过了DRM技术系统也可以在高频段直到120MHz的频率范围使用的标准(后来变为174MHz)，称为“DRM+”，它是现有ETSI标准DRM的扩展。DRM+频谱

DRM+的信号带宽约为100kHz,完全与FM频段规划的频率间隔相一致。DRM+可以传输最多达180kb/s的数据率（16QAM调制）。通过使用MPEG-4HEAAC，也可以在一个频道中传输更多不同的音频节目。DRM+开辟了新的可能性，例如多声道环绕声的传输或节目相关数据等附加信息的传输。DRM+不仅是数字声音广播传输系统，而是一种多媒体系统。

DRM+的数据率起码可使一套节目达到CD质量；有室内接收以及以300km/h的速度移动接收的可能性；有使用现有的FM广播发射网结构的可能性（地方性，地区性，全国性）；

有构成同步发射网的能力；DRM+可以避免对已有FM覆盖的影响，灵活地对单个模拟FM发射机进行数字化改造，或者在FM环境下计划将一个数字电台投入运行。

DRM+的主要技术参数：

传输方法：COFDM

副载波数：213

副载波间隔：444.44Hz

副载波的调制方法：16QAM,QPSK或者64QAM

峰值系数：9(测量值)。

德国进行的测试表明，尽管由于FM接收机有特别不同的质量问题，DRM+对现今干扰受限的FM广播的干扰作用看起来是有限的；

DRM+有明显低的发射功率，在不提高甚至降低潜在干扰的情况下，得到与FM相比大约相同的覆盖范围是有可能的。

德国在实验室测试的基础上，于2007年11月20日-2008年2月29日在汉诺威对DRM+系统进行场试验。接着于2008年3月1日-2008年5月31日，在德国莱茵兰-法耳次州的凯泽斯老滕（Kaiserslautern）进行场试验。（四）HDRadio技术

HDRadio技术于2002年被美国FCC批准为美国AM与FM波段的数字广播标准。它在不影响现有模拟广播的前提下，使用现有模拟广播的频谱提供高清晰度的数字声音广播与数据业务。HDRadio基于IBOC（带内同频道）技术，是由iBiquityDigital公司开发的。

HDRadio的主要优点是：

*利用现有的频率；

*可实现模拟/数字同播运行；

*低的投资；

*可扩展性（附加业务与节目）；

*由于较低的工作频率，容易室内接收。

HDRadio技术系统使用的信源编码方法是HEAAC-V2，即先进音频编码（AAC）与频带恢复（SBR）技术、参数立体声（PS）的联合。前向纠错编码采用可删除型卷积编码。同时，应用了时间交织与频率交织技术。

1、FMHDRadio

FMHDRadio是一种OFDM（正交频分复用）系统，该系统在常规FM信号两边创建了一组数字边带。FM和HDRadio的混合信号符合传统FM广播的特定的频率掩模。

FMHDRadio系统为实现最终的全数字信号频谱分为三步：

混合模式

扩展混合模式

全数字模式

FMHDRadio混合模式的频谱分配

混合模式提供100kbps的数据率，其中96kbps的音频数据和4kbps的辅助数据（歌曲与艺术家名）。这种数据分配是可调整的。该模式支持模拟立体声和辅助业务通讯（SCA）/广播数据系统（RDS）。数字副载波比模拟的低20dB。

FMHDRadio扩展混合模式的频谱分配

扩展混合模式提供151kbps的数据率，其中96kbps的音频数据和55kbps的辅助数据。这种数据分配是可调节的。该模式也支持模拟立体声和广播数据系统（RDS）。同时，数字副载波比模拟的低20dB。

FMHDRadio全数字模式的频谱分配

该模式没有模拟信号，提供300kbps数据率，并可在音频业务与数据业务间随意分配。

2、AMHDRadio

AMHDRadio也是OFDM系统，该系统