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)。
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