淺談DRM數(shù)字廣播—端到端系統(tǒng)技術(shù)解決方案

舒建國 杜朝云

淺談DRM數(shù)字廣播—端到端系統(tǒng)技術(shù)解決方案

舒建國 杜朝云

（作者單位：四川省新聞出版廣電局544臺）

本文首先闡述DRM數(shù)字廣播國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及其優(yōu)勢，然后針對國產(chǎn)DRM發(fā)端的發(fā)射機(jī)技術(shù)問題進(jìn)行了簡述，同時對DRM終端產(chǎn)品數(shù)字接收機(jī)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行介紹，最后展望了DRM數(shù)字廣播的廣闊前景。

DRM發(fā)射機(jī)；DRM接收機(jī)

1　廣播技術(shù)發(fā)展概述

隨著寬帶通信網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字多媒體的快速發(fā)展，我們的生活變得越來越便利，但也存在眾多挑戰(zhàn)，聽眾對廣播節(jié)目的質(zhì)量也相應(yīng)的新追求，傳統(tǒng)的中波、短波廣播由于采用模擬調(diào)幅調(diào)制，信道變化復(fù)雜、宜受干擾，致使目前中短波廣播的質(zhì)量低于聽眾的收聽要求，以致收聽的人群逐漸減少。再一個是受到調(diào)頻廣播及數(shù)字廣播如DRM、DAB、DMB、數(shù)字視頻廣播（DVB）及衛(wèi) 星數(shù)字廣播（DSR）等影響，（它們不僅聲音質(zhì)量高，而且可以進(jìn)行多種數(shù)據(jù)的傳輸，如圖1所示，圖像、文本信息等。并且人們獲取信息的方式也越來越多），傳統(tǒng)調(diào)幅廣播（AM）已經(jīng)受到了越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。發(fā)展數(shù)字調(diào)幅廣播DRM是必由之路。在未來幾年內(nèi)現(xiàn)行模擬聲音廣播必將被數(shù)字廣播所替代。

圖1　數(shù)字調(diào)幅廣播DRM在一個頻段內(nèi)可傳送4套節(jié)目

在世界廣播電視技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，我們可以欣慰地回顧DRM（Digital Radio Mondiale）系統(tǒng)產(chǎn)生演變的歷史。1998年，成立了“世界性數(shù)字AM廣播”DRM（Digital Radio Mondiale）組織，2001年DRM系統(tǒng)被歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI）標(biāo)準(zhǔn)化，2002年經(jīng)國際電工委員會（IEC）通過，DRM系統(tǒng)規(guī)范正式生效。2003年6月16日世界DRM組織在日內(nèi)瓦宣布了DRM的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)志著數(shù)字AM的開始。在DRM標(biāo)準(zhǔn)生效之前，已有許多數(shù)字AM系統(tǒng)方案，如法國Thomcast天波2000系統(tǒng)、德國電信的數(shù)字音樂之波DMW（或T2 M系統(tǒng)，DTAG系統(tǒng)）、美國之音和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)等等，這些方案為DRM標(biāo)準(zhǔn)的提出奠定了基礎(chǔ)。

我國大多主要是模擬調(diào)幅廣播，但在DRM數(shù)字信息技術(shù)的發(fā)展方面，也走在了世界發(fā)展中國家的前列。部分發(fā)射臺已裝備DRM中波發(fā)射機(jī)或進(jìn)行過DRM實(shí)驗(yàn)發(fā)射。很多發(fā)達(dá)國家將廣播、電視全數(shù)字化的時間表規(guī)定為2010年，根據(jù)自身經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)力，我國將關(guān)閉最后一部模擬廣播、電視的時間表定為2015年。在2006年4月18日的國務(wù)院新聞發(fā)布會上，國家廣電總局副局長胡占凡說，我國將于2015年停播所有的模擬廣播電視節(jié)目，全部轉(zhuǎn)為數(shù)字化，因而，開發(fā)、研制國產(chǎn)的DRM廣播設(shè)備已迫在眉睫，有遠(yuǎn)見的企業(yè)已領(lǐng)先一步，開展了工作。在DRM系統(tǒng)發(fā)端的發(fā)射機(jī)開發(fā)方面，哈爾濱廣播器材有限責(zé)任公司與中國傳媒大學(xué)合作，在DX系列發(fā)射機(jī)、PDM系列發(fā)射機(jī)和幅相調(diào)制系列發(fā)射機(jī)DAM的基礎(chǔ)上研發(fā)DRM發(fā)射機(jī)，走出了國內(nèi)一體化DRM發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)的第一步，目前已經(jīng)研制成功國內(nèi)首批DX系列10kW、25kW 、50kW的DRM發(fā)射機(jī)和PDM系列的1kW、3kW、DRM發(fā)射機(jī)，并且已在國內(nèi)部分中波發(fā)射臺投入運(yùn)行，出口國外的部分中波發(fā)射機(jī)也配備了DRM功能。

在DRM系統(tǒng)的終端產(chǎn)品數(shù)字接收機(jī)方面，哈爾濱廣播器材有限責(zé)任公司與成都紐斯達(dá)公司合作，成功開發(fā)了具有世界先進(jìn)水平的DRM軟件接收機(jī)，目前已經(jīng)推出全國第一款HG-101多媒體數(shù)字接收機(jī)，解決了國內(nèi)外對DRM終端產(chǎn)品的急需。

2　DRM發(fā)射機(jī)原理簡述

現(xiàn)以“哈廣”公司研制成功的DRM發(fā)射機(jī)為例進(jìn)行介紹。DRM發(fā)射機(jī)是基于哈廣DAM中波發(fā)射機(jī)系列產(chǎn)品基礎(chǔ)之上進(jìn)行開發(fā)的，（所以本文中涉及到DAM發(fā)射機(jī)常規(guī)未改動部分就不做贅述了）這里重點(diǎn)圍繞編碼系統(tǒng)、接口系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行簡要介紹。

2.1DRM編碼系統(tǒng)

DRM編碼系統(tǒng)框圖如圖2所示。編碼系統(tǒng)是由復(fù)用器模塊，信道編碼模塊，正交頻分復(fù)用器模塊（OFDM）三個模塊組成。

圖2　DRM編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

（1）源編碼模塊：也稱數(shù)據(jù)壓縮或碼率壓縮模塊，目的是降低數(shù)字信號的數(shù)據(jù)率，對數(shù)字音頻進(jìn)行有效的壓縮，力求以最小的碼率傳送最大的信息量。

（2）信道編碼模塊∶也稱差錯控制編碼模塊。為保證通信傳輸?shù)目煽啃?，根?jù)一定的規(guī)律，在信源編碼的數(shù)據(jù)流中，人為加入一定冗余碼元組成抗干擾編碼，即補(bǔ)充差錯保護(hù)，從而提高信號的抗干擾和糾錯能力。

（3）正交頻分復(fù)用模塊（OFDM）：它是一種多載波調(diào)制技術(shù)，把數(shù)據(jù)流分解為N個獨(dú)立的子載波比特流，每個子數(shù)據(jù)流將具有低得多的比特速率，用這樣低比特速率形成的低速率多狀態(tài)符號去調(diào)制相應(yīng)的子載波，就構(gòu)成了多個低速率符號并行發(fā)送的傳輸系統(tǒng)，即將頻率上間隔相等的N個子載波信號調(diào)制并相加后同時發(fā)送，實(shí)現(xiàn)多個子信道同時傳輸信息。

2.2傳輸處理系統(tǒng)

音頻輸入接口采用模擬平衡傳輸接口（600Ω）與數(shù)字傳輸接口（AES3/ EBU），模擬音頻信號送至音頻處理器，音頻處理器輸出兩路音頻信號，一路送至DRM音頻編碼器接口，實(shí)現(xiàn)DSB調(diào)制解調(diào)。一路送至編碼調(diào)制器，供DRM調(diào)制使用，數(shù)字音頻信號直接送至DRM編碼器，供DRM調(diào)制使用。通過開關(guān)來選擇模擬發(fā)射或數(shù)字發(fā)射。

DRM編碼系統(tǒng)產(chǎn)生COFDM基帶I/Q信號，通過數(shù)字音頻傳輸線送至DRM適配器，將基帶I/Q信號分解為幅度變化分量和相位變化分量，分別送入“數(shù)-模轉(zhuǎn)換（DAC）”電路和數(shù)字射頻激勵調(diào)制器。送入“數(shù)-模轉(zhuǎn)換（DAC）”的一路信號生成幅度包絡(luò)，并進(jìn)行數(shù)字處理，送至調(diào)制編碼器進(jìn)行調(diào)制。送入射頻激勵調(diào)制器的另一路信號經(jīng)處理生成相位調(diào)制的載波信號，送入射頻放大電路放大。然后由發(fā)射機(jī)輸出DRM信號。

2.3控制系統(tǒng)

DRM發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)的功能控制和操作控制，功能控制主要由單片機(jī)來進(jìn)行控制，而操作控制是通過觸摸屏對編碼系統(tǒng)（如信源和信道編碼等等）和整機(jī)（如開關(guān)機(jī)，升降功率等等）進(jìn)行設(shè)置。

2.4監(jiān)測系統(tǒng)

DRM監(jiān)測系統(tǒng)是對發(fā)射機(jī)發(fā)送的數(shù)字信號進(jìn)行監(jiān)測。從射頻輸出端取樣回來的發(fā)射信號通過監(jiān)測系統(tǒng)在觸摸屏或顯示屏上顯示各種信息，同時對發(fā)射信號進(jìn)行解碼，通過音箱送出音頻信號。可以根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)來配置發(fā)射機(jī)的狀態(tài)，以達(dá)到最合理的配置。

3　DRM接收機(jī)的原理簡述

現(xiàn)以“哈廣”公司研制成功的DRM接收機(jī)HG-101為例進(jìn)行介紹。

HG-101 DRM數(shù)字廣播接收機(jī)由主板、電源鍵盤板組成。主板主要負(fù)責(zé)調(diào)諧、A/D轉(zhuǎn)換、解調(diào)、控制、數(shù)字音頻處理等功能，電源鍵盤板主要負(fù)責(zé)整機(jī)供電及鍵盤操作等。

調(diào)諧器的濾波器組是將接收到的無線信號分別經(jīng)各個不同頻段進(jìn)行接收，以濾除雜波，提高整個接收機(jī)的信噪比，增強(qiáng)靈敏度，濾波器選用橢圓函數(shù)型濾波器，其在通帶和阻帶內(nèi)的頻響都呈現(xiàn)等波紋特性，其主要參數(shù)為濾波器階數(shù)為3通帶內(nèi)波動為0.25dB、阻帶內(nèi)衰減為50dB、阻抗為50Ω和插入損耗為6dB。

天線收到的無線信號先經(jīng)過衰減器達(dá)到12-15db，進(jìn)入高Q值的選頻網(wǎng)絡(luò)（ 分 為2.3-5.9M、5-9M、9-16M、16-30M，）加入本振后混頻到450KHz，以提高凈頻干擾，進(jìn)入4×帶通濾波器，提高鄰頻干擾后，在進(jìn)行第二次混頻，然后信號經(jīng)過濾波放大送入外混頻器。混頻器選用PHILIPS的SA612AD芯片，將450kHz模擬信號變換到12kHz中頻上。SA612AD是內(nèi)部帶振蕩器和電壓參考的雙平衡混頻器，它具有功耗低、集成度高的優(yōu)點(diǎn)，其振蕩器可被配置為晶體或調(diào)諧操作模式，操作靈活。A/D采樣用于將12kHz模擬信號數(shù)字化，以供完成DRM信號的解調(diào)、信道解碼及解復(fù)用任務(wù)，最后將結(jié)果輸出到D/A轉(zhuǎn)換器得到音頻信號。

FM調(diào)頻信號從天線接收，經(jīng)過高通濾波器到87-108M后進(jìn)入2×帶通濾波器。中短波信號通過磁棒接收，經(jīng)過LC振蕩器進(jìn)入多波段調(diào)諧器處理后，經(jīng)音頻解碼器（WM8731）、音頻放大電路TDA2822M電路后送入耳機(jī)和揚(yáng)聲器。后端控制部分主要由AU1210控制，對外設(shè)備主要包括內(nèi)存、外存、CMOS集成電路、按鍵控制、SD卡存儲和I2C總線等組成。I2C當(dāng)SCL為+時，SDA從高電平到低電平時，表示起始；當(dāng)SCL為-時，SDA從低電平到高電平時，表示停止。一條串行數(shù)據(jù)線，一條串行時鐘線，負(fù)責(zé)音頻解碼器WM8731LSEFL與電源管理模塊MAX8662ETM之間的通信。圖3是接收機(jī)從接收信號到聲音輸出的簡單流程。

圖3　接收機(jī)終端結(jié)構(gòu)原理圖

總體來說HG-101是一個基于軟件的DRM接收機(jī)平臺，是和現(xiàn)有的DRM接收機(jī)大多采用ADI模塊和RadioScape模塊（基于TI的DSP芯片）不同的是，HG-101采用的是來自Marvell、飛思卡爾和三星這類廠商的應(yīng)用處理器，利用ARM處理器實(shí)現(xiàn)DRM信道、信源解碼和一些控制任務(wù)，外接多頻帶單芯片Tuner。我們選用Linux 或Win CE兩種操作系統(tǒng)，軟件和應(yīng)用移植非常簡單。HG-101平臺構(gòu)建還包括了一個提供音頻解碼能力的數(shù)字音頻處理單元，一個2D 圖形加速器，適用于MPEG2/ DivX/VC-1數(shù)字媒體解碼器和大容量存儲器接口，如圖4所示。

圖4　哈廣HG-101平臺框圖

HG-101 是為DRM，F(xiàn)M 和AM 廣播所設(shè)計(jì)的全新的多功能便攜式數(shù)字廣播接收機(jī)平臺。這些特性有助于簡化便攜式數(shù)字收音機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程。集成在內(nèi)的RCSS?引擎提供了在一個平臺中集成多種數(shù)字廣播信息的能力。軟件定義的RCSS?引擎使得在同一平臺上部署多種數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)成為可能。

4　DRM系統(tǒng)的前景展望

DRM系統(tǒng)是一種地面廣播的靈活的數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)，滿足在30MHz以下頻段開展各種電磁環(huán)境下數(shù)字廣播業(yè)務(wù)的要求。DRM系統(tǒng)采用正交頻分復(fù)用（OFDM）多載波調(diào)制方式，采用先進(jìn)的信源信道編碼和調(diào)制技術(shù)，具有多種傳輸模式，適用于多種信道和帶寬傳輸?？赏瑫r傳送多套業(yè)務(wù)（如圖像，文本信息等），極大的提高了頻譜的利用率。鑒于數(shù)字調(diào)幅廣播具有音頻質(zhì)量好、覆蓋范圍廣、支持多媒體業(yè)務(wù)等許多優(yōu)點(diǎn)，越來越多的廣播電臺、廣播網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商、廣播產(chǎn)品制造商，開始實(shí)施DRM數(shù)字調(diào)幅廣播發(fā)射實(shí)驗(yàn)。在DRM標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布至今，全世界生產(chǎn)DRM發(fā)射機(jī)的廠家也越來越多，如Thales（泰雷茲）的TMW2010D的DRM中波發(fā)射機(jī)，Harris（哈里斯）的DAX系列中波DRM發(fā)射機(jī)等等。全世界以DRM運(yùn)行的廣播電臺數(shù)量已增加到70多個，全天24小時連續(xù)播出DRM數(shù)字節(jié)目的頻率有11個。

DRM是很多國家中短波（30MHz以下）音頻廣播數(shù)字化的唯一途徑，但目前DRM市場有一個問題是，現(xiàn)有的DRM接收機(jī)都很昂貴，全世界都在等待便宜好用的硬件接收機(jī)的誕生。而我們哈廣公司的目標(biāo)就是與有關(guān)科研院所合作，在不久的將來推出低功耗、低成本的多功能的硬件DRM接收機(jī)，以推動這個市場的進(jìn)一步發(fā)展”。

5　結(jié)語

數(shù)字調(diào)幅廣播（DRM）系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，必將大力推動我國聲音廣播產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級，以及蓄勢待發(fā)的全球性DRM廣播市場，產(chǎn)業(yè)化前景十分廣闊。

DRM系統(tǒng)工作在30MHz以下的長、中、短波段，并針對不同波段的信道傳播特性傳輸?shù)亩嗝襟w無線廣播系統(tǒng)，除了可以用來傳送聲音廣播節(jié)目外，還具有數(shù)據(jù)、文字、圖像、視頻等附加信息的傳播功能。通過無線電波，在同一部接收機(jī)上，不僅可以收聽廣播，而且也可以收看報紙、電視、網(wǎng)絡(luò)新聞，且具有MP3、MP4等功能，還可以進(jìn)行打印、游戲操作等，使人們享受新一代廣播帶，來的無窮樂趣。

[1]DRM官方網(wǎng)站:http://www/drm.org,2004.

[2]李棟.數(shù)字聲音廣播[M].北京:北京廣播學(xué)院出版社,2001.

[3]DREAM網(wǎng)站:http://drm.sourceforge.net,2005.

[4]Euro Telecommunications Standards Institute(ETSI)DRM 標(biāo)準(zhǔn) .Digital Radio Mondiale(DRM)System Specification(ETSI) 201980,V1.2.2,2003-04.