數(shù)字廣播關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

王江

數(shù)字廣播是在數(shù)字化音頻信號及其他數(shù)據(jù)信號狀態(tài)下進(jìn)行編碼、調(diào)制、傳播等處理，具有節(jié)省頻譜資源，提升音質(zhì)效果等特點。本文將從數(shù)字音頻廣播關(guān)鍵技術(shù)入手，分別就其傳輸機(jī)制、音頻編碼、復(fù)用配置、數(shù)據(jù)特性、條件接收與擴(kuò)散、卷積編碼等方面展開探討，并著重闡述音源壓縮編碼、數(shù)字通信編碼、單頻網(wǎng)組網(wǎng)方式的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字廣播 技術(shù)要點 關(guān)鍵應(yīng)用

數(shù)字音頻廣播在數(shù)字化狀態(tài)下進(jìn)行編碼、調(diào)整和處理，以“1”和“0”兩種狀態(tài)來減少誤碼率，以獲得“高質(zhì)量”音頻傳播質(zhì)量。與傳統(tǒng)模擬廣播相比優(yōu)勢有四點：

（1）優(yōu)異的音質(zhì)效果，以數(shù)字化音頻信號、各種數(shù)據(jù)和圖像信號進(jìn)行傳送、發(fā)射、接收，并在自我糾錯中保障音頻質(zhì)量。

（2）優(yōu)秀的音質(zhì)體驗，以MPEG-2格式來獲得低失真、高頻譜音質(zhì)，增強(qiáng)接收體驗。

（3）較低的發(fā)射成本，能夠沿用當(dāng)前發(fā)射塔，無須開發(fā)新發(fā)射區(qū)，其功耗更低。

（4）有效規(guī)避路徑?jīng)_突，減少多路徑衰減或沖突，不受天線位置影響，還能提供編碼頻分復(fù)用功能。

1 數(shù)字音頻廣播主要技術(shù)環(huán)節(jié)

從數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)構(gòu)成來看，傳輸機(jī)制是基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)對數(shù)字音頻信號、數(shù)據(jù)信號的可靠傳輸。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

對主業(yè)務(wù)信道MSC，其任務(wù)是傳輸音頻和數(shù)據(jù)分量，通過劃分若干均勻或非均勻誤碼保護(hù)子信道方式，來傳輸相應(yīng)的業(yè)務(wù)分量，各分量進(jìn)行獨立卷積編碼，以實現(xiàn)復(fù)用配置傳輸。CIF作為公共交織幀來構(gòu)成各業(yè)務(wù)分量單元?？焖傩畔⑿诺兰碏IC為可選擇業(yè)務(wù)信息、復(fù)用配置信息、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道，具有均勻固定的誤碼保護(hù)模式，每個FIC由快速信息塊FIB組成，以完成對主業(yè)務(wù)信道MSC配置信息的解讀。同時，快速信息信道FIC不需要經(jīng)過時間交織，從而提升了傳輸速度。同步信道的主要功能是完成解調(diào)，比如信道狀態(tài)估計、傳輸幀同步、發(fā)射機(jī)識別、自動頻率控制等，每個信道提供不同來源的數(shù)據(jù)，構(gòu)成傳輸幀。

音頻編碼是位于音頻廣播傳輸格式的第II層，可以在24kHz、48kHz采樣頻率下進(jìn)行PCM音頻編碼，以生產(chǎn)不同比特率的音頻壓縮比特流。如立體聲模式、單聲道模式、聯(lián)合立體聲模式、雙聲道模式等。復(fù)用配置信息MIC在快速信息信道內(nèi)傳輸，主要描述為子信道結(jié)構(gòu)、可用信號業(yè)務(wù)、業(yè)務(wù)分量，以及對復(fù)用進(jìn)行重新配置等功能。在一個總成信號內(nèi)，可以有多個子業(yè)務(wù)，每個業(yè)務(wù)可以是一個或多個業(yè)務(wù)分量，在數(shù)據(jù)端進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)特性是指快速信息信道FIC內(nèi)的業(yè)務(wù)信息，包括“業(yè)務(wù)鏈接、日期、時間、節(jié)目號、節(jié)目類型、FM、AM業(yè)務(wù)信息，以及業(yè)務(wù)、業(yè)務(wù)分量標(biāo)簽等內(nèi)容”。條件接收是數(shù)字廣播系統(tǒng)對用戶進(jìn)行授權(quán)而采用的特殊機(jī)制，以避免信號傳輸時帶來的能量擴(kuò)散。卷積信號編碼與時間交織是在每個能量擴(kuò)散擾碼器中，對信號進(jìn)行卷積編碼處理，以抑制不利傳輸條件下的誤碼保護(hù)。卷積編碼的參數(shù)取決于凈比特率、所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)類型、所需的誤碼保護(hù)級別。對于非均勻誤碼保護(hù)，適用于音頻形式；而均勻誤碼保護(hù)適用于音頻、數(shù)據(jù)兩種形式。

2 數(shù)字音頻廣播主要關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

2.1 音源壓縮編碼技術(shù)

對于信源編碼，其方法較多，根據(jù)應(yīng)用范圍、傳輸質(zhì)量、編碼器復(fù)雜性等來進(jìn)行折中。音源壓縮編碼技術(shù)是應(yīng)用最廣的數(shù)字音頻廣播編碼方式，其核心是在寬帶時域下，利用PCM信號分割成32個子頻帶，并根據(jù)心理聲學(xué)模型給出的動態(tài)比特分配技術(shù)以及根據(jù)人耳聽覺的時間掩蔽特性給出的比例因子選擇技術(shù)。簡言之，利用音源壓縮編碼技術(shù)，可以實現(xiàn)對PCM信號頻譜進(jìn)行等分為32個子頻帶，使其轉(zhuǎn)換為聲音信號，再對各子頻帶音頻進(jìn)行編碼，得出動態(tài)比特率，經(jīng)線性量化后構(gòu)成音頻數(shù)據(jù)幀進(jìn)行傳輸。盡管采用了人耳遮蔽編碼處理，但其音質(zhì)可與CD相仿。

2.2 數(shù)字通信編碼技術(shù)

數(shù)字通信編碼是在傳統(tǒng)OFDM基礎(chǔ)上，增加信道編碼，將串并轉(zhuǎn)換為高速率的信源信息流模式，以實現(xiàn)低速率多路并行傳輸，滿足多個子載波上的傳輸需要。利用子載波之間的正交性，可以將各路信號進(jìn)行解調(diào)。但OFDM信號傳輸時，容易出現(xiàn)深衰而降低信號幅度，導(dǎo)致誤碼率增高。為此，通過引入信道編碼，將傳輸信道看作多個獨立信道，實現(xiàn)音頻信號的窄頻段傳輸，再用回旋碼和Viterbi解碼運算法結(jié)合，來提供大于20dB的增益，具有足夠的誤碼保護(hù)效果。

2.3 單頻網(wǎng)組網(wǎng)方式

單頻網(wǎng)是基于某一地域由若干發(fā)射機(jī)同時在同一頻段發(fā)射同樣的無線信號，以實現(xiàn)對相應(yīng)區(qū)域的可靠覆蓋。單頻網(wǎng)具有兩大優(yōu)勢：

（1）節(jié)省頻譜資源，

（2）提供有效覆蓋范圍，滿足良好的信號接收效果。

同時，由于單頻網(wǎng)方式可以提供良好的抗干擾能力，且運行在同一范圍內(nèi)的信號重疊，從而改善了信號傳輸?shù)那捅谛?yīng)。另外，在數(shù)字廣播傳輸技術(shù)中，采用相同載波頻率方式，利用頻率分割、不同調(diào)制方式，來實現(xiàn)模擬廣播、數(shù)字廣播信號的同時傳輸。比如美國的IBOC數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)就是該典型應(yīng)用。

3 結(jié)語

數(shù)字音頻廣播技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，也是未來技術(shù)革新的重點領(lǐng)域。從關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)到應(yīng)用，數(shù)字廣播技術(shù)還要深入與收聽終端制造商、數(shù)字廣播節(jié)目制作者，以及聽眾之間構(gòu)建良性的互動關(guān)系，以促進(jìn)數(shù)字廣播業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，讓聽眾獲得高清晰的數(shù)字音頻廣播服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]魏宜平.數(shù)字廣播技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢[J].信息通信，2015（08）：268-269.

[2]申翔.數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)分析[J].中國新通信，2017，19（07）：123.

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