浅析数字音频广播

摘要本文分析了数字广播与模拟广播的区别,以及DAB系统的技术要点和发射、接收原理,并对DAB技术的应用和展望进行了讨论。

关键词数字广播模拟广播DAB

中图分类号:G22文献标识码:A

1 引言

传统模拟广播作为信息传播的一种手段,以方便快捷的特性为大众服务。随着科技的不断进步,人们对广播服务提出了更高的要求,如服务内容形式单一,音质有待改善等,为此,便开展了对广播的数字革命。

数字广播是广播技术发展的必然趋势,它将传统模拟广播的单一声音业务拓展为能同时传递各种诸如图像、文字、数据、图片及活动影像等数字业务,为传统广播业务的发展开辟了崭新的应用空间。本文针对数字音频广播DAB的概况和应用进行阐述。

2 DAB系统概况

2.1 DAB系统简介

DAB是数字音频广播(Digltal Audio Broadcasting)的英文简称,它是继AM、FM传统模拟广播之后的第三代广播——数字信号广播,它的出现是广播技术的一场革命。DAB广播是以数字技术为基础,采用经过数字化技术处理的音频信号,视频信号以及各种数据信号。在数字状态进行各种编码、调制、传播等处理。在接收过程中,保证高速移动接收的质量,实现CD唱片音质的广播,还可以完成数据传输功能,包括图文信息、数据信息、甚至视频图像。

2.2 数字音频广播与模拟音频广播比较

数字音频广播和模拟音频广播相比,有着无与伦比的优势。普通的调频和调幅广播只能传播声音,而数字音频广播可以高品质的传送音频、数据、视频信号;数字广播技术能对传送、发射、接收过程中各种干扰引起的误码自我纠错,保证从节目制作到发射、接收全过程都达到高质量,从而提高广播系统的整体技术水平,而不会像模拟信号容易受各种干扰而产生失真现象(详见表1)。

2.3 DAB系统标准

2.3.1 DAB主要标准概况

目前全球数字音频广播相关系统之发展,主要有四大标准(见表2);分别是:欧洲Eureka联盟所制订的Eureka-147、美国的IBOC(In-Band On-Channel)、法国的DRM(Digital Radio Mondiale)以及日本的ISDB-T(Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting)系统。我国目前正以欧规Eureka-147进行试播,其国家标准至今仍尚未确立。

2.3.2 Eureka 147标准与IBOC标准比较

Eureka 147标准与IBOC标准是目前世界上最流行,同时相互间争议也最大的两大DAB标准,但是,由于IBOC技术成熟较晚(2000年才正式确立该标准),因此推广上可能远不及Eureka 147。

欧规Eureka-147系统的优点:(1)频带外(out-of-band)的广播系统。由于Eureka-147系统为频带外(out-of-band)广播系统,与现行的FM、AM广播并不兼容,故须重新规划专属频道来使用。(2)行动接收能力强。利用保护频带(Guard band)及交错码(Interleave)方式,可避免多重路径干扰与多普勒效应所引起的选择性衰落,使得单一频道便可达成全区域广播,即所谓的单频网络(Single Frequency Network;SFN)。

美规IBOC系统的优点:(1)不必重新申请新的频道。与现有广播系统兼容,故不必指配新的频段。此外,可同时广播原来模拟讯号,使模拟到数字的过渡更平顺。(2)利于行动接收。IBOC系统采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的多任务技术,有利于行动接收。

可见,IBOC的DAB系统标准与Eureka 147最大的不同在于,IBOC完全利用了现有的广播频率,即将现有AM或FM频段内数字化,IBOC AM频宽为20KHz,IBOC FM频宽则为400KHz,为现行模拟广播的两倍。由于IBOC对频率的节省,也导致了很多先天的缺陷。使其在诸多性能上,特别是在数据传输方面,远不如Eureka 147。Eureka 147标准与IBOC标准比较如表3。

2.4 DAB系统关键技术

(1) MUSICAM信源编码。MUSICAM(掩蔽型自适应通用子带综合编码与复用)技术,即MPEG1声音标准的第二层,适用于32kHz,44.1kHz,48kHz的取样频率,将来DAB也可使用MPEG2声音编码标准的第二层,即进行多声道环绕声或多语言的声音编码或进行半取样频率低比特率编码。

(2)COFDM信道编码与调制。COFDM(编码正交频分复用)技术,在DAB中,信道编码采用可删除型的卷积编码,编码率可变,根据数据的重要性不同,以及应用条件不同,实施不同的差错保护(UEP),对同一种信息,实施相同的差错保护(EEP)。调制方法为OFDM,许多频谱成正交关系相距很近的副载波构成一个宽带系统,每个副载波传送的数据经频率交织后分配在各个副载波上,进行差分编码后对各个副载波进行四相相移键控(QPSK调制),每个副载波形成一个窄带的于信道,许多载波构成的宽带系统占据1.536MHz带宽,可同时传送6套以上能达CD质量的立体声节目及数据业务。

(3)同步网技术。为了实现地面大范围的覆盖,DAB/DMB可以由几个工作于相同的频率,时间同步地发射相同节目的发射台构成一个同频发射网。在同频网中,相近发射台的功率信号可实现无缝交叉覆盖,可很好地改善接收效果,使覆盖的范围增加了,频谱利用率高了,每个台的发射功率却可以大大降低。

3 DAB发射、接收系统

3.1 DAB发射系统

在模拟声音广播中,发射机的输入信号是低电平的音频信号、输出信号是高电平的射频已调波。因此,声音广播发射机可定义为:将低电平的音频信号变为高电平射频已调波的装置。而数字音频广播是由单一频率模块组成,通过复用可以传送立体声或单声道的广播,还可以传送文本和数据。

DAB发射系统由信源编码器、信道编码器、多路复用器、OFDM调制器、以及模拟射频等部分组成,发射系统的原理框图见图1。

在DAB系统发射端,输入信号先经过MUSICAM音频编码器进行信源编码,按照MPEG标准将数据率降低,得到的音频压缩数据经信道可删除型卷积编码;编码信号送入多路复用器与数据业务一起复用,复用信号以包的形式送往OFDM编码器和I/Q调制器,进行信道编码和调制,产生出中心频率为2.048MHz、带宽为1.536MHz的OFDM基带信号,DAB发射机再将低电平OFDM基带信号变为高电平射频信号,对OFDM基带信号进行频率变换和功率放大,并通过天线进行发射。

3.2 DAB接收系统

DAB数据的接收须使用专用的接收设备,在接收端对信号按照与发射端形成的发射信号相反的顺序进行解调处理,最后提供音频广播节目和数据业务。接收机由调谐器、DAB解码模块、数据业务解码器、接口及系统总控等部分组成。DAB接收系统的原理框图见图2。

接收机的高频部分首先是从分配给DAB使用的频段中,选择出所需要传送声音节目和数据业务的频率块(带宽为1.536MHz),然后经过频率变换,得到中频信号和基带信号;中心频率为2.048MHz、带宽为1.536MHz的基带信号送入OFDM解调器,以获得相应于发射端通过复合器而形成的复合信号;然后通过解复用器将音频信号送入信道解码器解码,接着进行信源解码,音频综合,最后经D/A还原成模拟音频。而从解复用器出来的数据业务,则送入数据业务电路处理,完成数据业务的解码与显示部分。

4 DAB的应用和展望

4.1 DAB的应用

4.1.1 DAB的广播数据业务

数据业务是数字广播技术的重要应用,可以对实时信息接收和大量数据传输提供最好的支持,为大众提供多种实用信息服务,如交通诱导、实用消费信息、财经资讯等。

(1)智能交通诱导的实现,是通过车载数字广播接收系统和车载GPS系统的结合,通过向接收端传输实时交通信息,从而为司机提供动态的路况和交通信息。

(2)在个人电脑、笔记本电脑和掌上电脑等接收终端上加装数字广播接收装置后,就可以为个人投资者传输实时更新的包括股票、外汇,以及各种图文信息在内的多媒体财经资讯。

4.1.2 数字多媒体广播

数字多媒体广播(DMB)是从数字音频广播(DAB)基础上发展而来的。数字多媒体广播是基于数字广播传输平台,传输包括广播节目、电视节目和数据信息等多媒体信息的数字广播技术。充分地利用了DAB技术优势(能在高速移动的情况下可靠接收信号),在功能上将传输单一的音频信息,扩展为数据、文字、图形与视频等多种载体,享受到更为丰富的,音质纯净的广播,画面流畅生动的电视节目以及迅捷快速的数据服务,为大众提供了一个优良的服务平台。

数字广播已经进入了数字多媒体广播的时代,通过手机、电脑、便携式接收终端、车载接收终端等多种接收装置,就可以收看到丰富多彩的数字多媒体节目。由于数字压缩技术的不断改进,接收机功能的不断完善,特别是价格的下降,有力地促进了DMB的发展。现在已经完成了从DAB向DMB的过渡,正在开始走进大众的日常工作和生活之(下转第138页)(上接第125页)中,完成走出试验室、走向推广应用的新局面。

4.2 DAB的展望

为了服务2008年北京奥运会,北京地区已经成功地进行了数字音频广播试播,标志DAB数字音频广播已在我国成熟应用发展。通过DAB移动多媒体广播推出包括政务信息、生活信息、城市信息、交通信息等在内的公众信息发布平台,也将成为人们生活中不可缺少的信息工具。

配合DAB广播系统能提供的各种先进功能,以及多媒体信息传输服务与卫星定位、导航的潮流,未来的DAB接收机发展趋势是朝向整合性的信息与通讯应用系统发展,配备微电脑控制芯片、大容量记忆及储存装置、大面板的高清晰度薄膜液晶显示屏幕、亲和的图形使用接口等外围附件,并与GSM等移动电话系统及GPS卫星定位系统等结合为一互动网络,开创数字广播服务的新纪元。

5 结束语

DAB数字音频广播将大举改革广播服务的结构并创造商机。它的应用、发展、功能的日新月异和不断推陈出新的数据业务,将广播电视、移动通信、卫星通信、光缆通信、微波通信融会贯通,有极强的竞争力和发展潜力,必将带动相关产业,产生更大、更多、更好的经济效益和社会效益。

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