Drm數(shù)字調(diào)幅廣播技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

2018-04-01 23:54:46魯長友

數(shù)字傳媒研究 2018年8期

魯長友

黑龍江省新聞出版廣電局514臺黑龍江省哈爾濱市 150000

1 Drm數(shù)字調(diào)幅廣播概述

調(diào)幅廣播AM（Amplitude Modulation）是射頻載波信號的瞬時幅度被調(diào)制信號控制來完成的一種調(diào)制方式。我們經(jīng)常收聽的長、中、短波廣播大都是采用此種調(diào)制方式，工作頻段為150KHz～30MHz，普遍稱謂叫30MHz以下廣播方式。傳統(tǒng)模擬調(diào)幅廣播的優(yōu)點為：傳輸和接收成本很低、覆蓋范圍廣、適合固定和移動接收等。目前，世界各國將其作為最基本的、大范圍覆蓋的信息技術(shù)傳播手段之一。然而，傳輸質(zhì)量差、業(yè)務(wù)單一、易被干擾等缺點是模擬調(diào)幅廣播的弊端。隨著電視和FM調(diào)頻廣播的發(fā)展和普及以及數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，DAB、DSB、DMB、CDR和互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代傳輸技術(shù)，使30MHz以下廣播方式（模擬調(diào)幅）面臨的挑戰(zhàn)與日俱增。傳輸方式數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化成為必然趨勢。當(dāng)前，迫切的是實現(xiàn)調(diào)幅廣播的數(shù)字化。

Drm系統(tǒng)順應(yīng)數(shù)字化發(fā)展，涵蓋了30MHz以下調(diào)幅廣播波段的長波（LF）、中波（AM）、短波（HF）數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)，播出效果可達調(diào)頻廣播的質(zhì)量等級。同時，提供了世界范圍內(nèi)3+2種數(shù)字調(diào)幅系統(tǒng)建議，它們是：法國CCETT/TDF、法國天波2000系統(tǒng)、美國中波BOC DSB系統(tǒng)，屬于OFDM多載波并行傳輸方式；德國數(shù)字音樂DMW系統(tǒng)和美國的OVA/JPL數(shù)字短波系統(tǒng)，這兩種屬于單載波串行傳輸方式。這五種系統(tǒng)經(jīng)過實驗測試，雖然各有優(yōu)缺點，但都具備了傳輸可行性，具有相近的傳輸質(zhì)量和能力。

Drm（Digital Radio Mondiale）中短波數(shù)字化技術(shù)相對成熟，是被國際普遍認可的數(shù)字化系統(tǒng)。Drm標準（ETSI ES 201 980）是30 MHz以下數(shù)字調(diào)幅廣播標準。Drm利用數(shù)字音頻壓縮、數(shù)字通信和信號處理技術(shù)，具有模擬AM廣播優(yōu)點，提高了AM廣播的傳輸質(zhì)量。Drm采用了高效音頻編碼技術(shù)，在模擬AM廣播寬帶下，達到了FM單聲道廣播的音質(zhì)。Drm信號發(fā)射機功率降低到原來的1/4或1/2。Drm無須改變現(xiàn)有頻率規(guī)劃，原有的發(fā)射機（模擬）在數(shù)字化改造過程中增加部分數(shù)字模塊，經(jīng)過調(diào)整改造后既可繼續(xù)使用，平穩(wěn)實現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換的過渡。

2 國內(nèi)外Drm技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

20世紀90年代，Drm廣播設(shè)備開始研制。新型的模擬AM廣播發(fā)射機，例如PDM或PSM調(diào)制器的發(fā)射機以及一些使用數(shù)字技術(shù)產(chǎn)生調(diào)幅波的發(fā)射機，并已經(jīng)投入了開路實驗運行，其實質(zhì)產(chǎn)品已經(jīng)進入到實用化、商業(yè)化階段。

接收機方面，德國集成電路研究所目前已經(jīng)完成了能支持Drm在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化多模式接收機ASIC芯片，不僅可以接收Drm，也可以接收DAB以及現(xiàn)有的模擬廣播。為了滿足不同需求，還將開發(fā)多用接收機，包括前端和基帶信號兩大部分，可以接收DAB、Drm/AM和FM/RDS等。目前，數(shù)字廣播的研究重點是探索Drm數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和增值服務(wù)模式的擴展以及新體制下為電臺拓展新的運營模式。

Drm系統(tǒng)正式運行以來，該系統(tǒng)正式成員已超過80個，包括研發(fā)者和正規(guī)團體、世界領(lǐng)先的國際廣播公司、網(wǎng)絡(luò)運營商、設(shè)備生產(chǎn)商等。當(dāng)前，世界范圍內(nèi)最為成熟的、開放性、非專利性數(shù)字廣播系統(tǒng)標準即為Drm標準。2005年3月，Drm擴展到30MHz～120MHz的頻率范圍，包括現(xiàn)有FM波段在內(nèi)。Drm系統(tǒng)是對DAB和地面數(shù)字視頻廣播（DVB-T）系統(tǒng)的補充，因此，提高音質(zhì)是設(shè)計首位的指導(dǎo)思想。

在國內(nèi)，廣播數(shù)字化得到了長足的進步，Drm系統(tǒng)設(shè)備研制和試驗研究方面取得了階段性成果。2004年，中國傳媒大學(xué)與北京北廣科廣播電視數(shù)字技術(shù)有限公司合作，基于Drm（ETSI ES 201 980）系統(tǒng)標準成功研制了數(shù)字調(diào)幅廣播，經(jīng)過外場測試實驗、傳輸覆蓋和試驗環(huán)境，掌握了大量模擬調(diào)幅廣播發(fā)射機改造為數(shù)字發(fā)射機的關(guān)鍵技術(shù)，并由北京北廣科廣播電視數(shù)字技術(shù)有限公司開發(fā)出了Bcom系列Drm產(chǎn)品，經(jīng)原國家廣播電影電視總局計量檢測中心檢測，技術(shù)上達到了國際先進水平，主要技術(shù)指標與法國Thales公司和美國Harris公司相當(dāng)。

為了更好地推動我國Drm產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，使Drm更快速的進入實用化階段，2005年9月中國傳媒大學(xué)與“哈廣”通過技術(shù)合作，研制開發(fā)出一系列Drm傳輸發(fā)射產(chǎn)品。2006年初，雙方合作研制出了全國第一臺一體化的DX系列Drm廣播發(fā)射機，該一體機是在哈廣公司原有的DCM 10kW數(shù)字循環(huán)調(diào)制中播廣播發(fā)射機基礎(chǔ)上改造的。

目前，正在進行PDM、M2W系列Drm廣播發(fā)射機的開發(fā)和研制工作。除了一體化機研發(fā)工作，還致力于傳統(tǒng)模擬發(fā)射機數(shù)字化改造工作，開發(fā)出一系列針對我國現(xiàn)役傳統(tǒng)DSB中播發(fā)射機的改造模塊產(chǎn)品，并提出一些相應(yīng)設(shè)備改造方案。

Drm系統(tǒng)一個重要優(yōu)點是能夠通過傳統(tǒng)AM發(fā)射機的數(shù)字化改造實現(xiàn)Drm發(fā)射機，無須重新購置新發(fā)射機，以較低的數(shù)字化成本實現(xiàn)模擬廣播系統(tǒng)到Drm系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。

3 Drm系統(tǒng)與模擬AM的技術(shù)對比

數(shù)字調(diào)幅廣播（Drm）主要優(yōu)勢是采用基于導(dǎo)頻輔助的信道估算方法（有線性插值、加窗FFT和維那濾波三種算法）來實現(xiàn)信道估算能力，其中維那濾波算法為最佳。當(dāng)今，最新數(shù)字音頻壓縮技術(shù)和數(shù)字編碼傳輸技術(shù)的成果也為Drm系統(tǒng)提供了技術(shù)平臺和保證。Drm系統(tǒng)的創(chuàng)建即非專利，又是開放、發(fā)展的國際新標準其優(yōu)勢為：

（1）顯著改善調(diào)幅頻段信號傳送的可靠性和節(jié)目音質(zhì)

數(shù)字調(diào)幅廣播（Drm）運用數(shù)字音頻壓縮、數(shù)字通信和信號處理技術(shù)，高效信源編碼技術(shù)得到了充分利用，有效降低碼率的同時還滿足聲音質(zhì)量。以音樂節(jié)目為主的電臺，可以選用MPEG4 AAC數(shù)字音頻編碼格式。在保持原有模擬調(diào)幅廣播相同的（9KHz或10KHz）帶寬的情況下，調(diào)幅波段數(shù)字傳送的音質(zhì)信號又得到很大的改善，播出的聲音質(zhì)量等級可與調(diào)頻單聲道相比較，帶寬如果加倍，傳輸碼率達48 kilobits/sec，可傳輸相當(dāng)于CD級質(zhì)量信號的節(jié)目。

（2）增加信道容量

電臺以語言節(jié)目為主，可以選用MPEG4 CELP數(shù)字音頻編碼格式。用原來單個廣播頻道傳輸二套語言廣播節(jié)目，廣播信道的節(jié)目容量為此就提高了一倍。

（3）增強抗干擾能力

Drm系統(tǒng)提供的MPEG4.HVXC數(shù)字音頻編碼格式，傳輸碼率特別低（2～4kilobits/sec），可以在十分惡劣的環(huán)境中完成傳輸任務(wù)，單聲道語言廣播的音質(zhì)標準能夠得以保持。使調(diào)幅波段信號傳送的可靠性大大提高。

（4）能夠提供數(shù)據(jù)傳輸和附加業(yè)務(wù)

Drm著眼于改善固有特性干擾，即調(diào)幅廣播頻段易受傳輸信道干擾的狀況，廣播接收及聲音質(zhì)量得到了很大的提升。利用數(shù)字廣播的特點，使廣播增加了文本、圖像、數(shù)據(jù)等附加功能。

（5）Drm廣播定義了新的業(yè)務(wù)類型

IP流：通過Internet應(yīng)用于Drm系統(tǒng)。

流數(shù)據(jù)應(yīng)用：任何不同種類的或自定義實時數(shù)據(jù)流。

靜態(tài)圖像：由多張連續(xù)靜態(tài)圖像可構(gòu)成Video Clips。

文本信息：一種附加在音頻業(yè)務(wù)之中的低碼率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

通過對以上Drm的業(yè)務(wù)類型的分析，Drm廣播相比于傳統(tǒng)AM廣播聲音質(zhì)量的提高，形成了一個以內(nèi)容服務(wù)器+Drm傳輸編碼系統(tǒng)為核心的多媒體綜合業(yè)務(wù)平臺。

（6）覆蓋面積的擴大

Drm數(shù)字系統(tǒng)解決多徑傳輸狀態(tài)下的相位同步問題。黑龍江廣播電視臺為了實現(xiàn)全省覆蓋，在各地市縣建立一批轉(zhuǎn)播臺使用錯開的頻率播出。這樣使得長距離移動接收的聽眾收聽不便，他們每走一段路需更換一次接收頻率，否則就收不到原來的節(jié)目。Drm系統(tǒng)開發(fā)了兩種廣播網(wǎng)絡(luò)模式（單頻網(wǎng)和多頻網(wǎng)），能夠有效地解決上述問題。

（7）新舊系統(tǒng)兼容

根據(jù)相關(guān)資料報道，全球擁有約30億部調(diào)幅收音機。Drm系統(tǒng)為此提出了兼容性的方案，妥善解決數(shù)字機與舊的模擬廣播系統(tǒng)同播的兼容方案。

首先，Drm技術(shù)完全不打亂原有的頻率規(guī)劃（調(diào)幅廣播）。帶寬仍然為9KH～10KH和模擬調(diào)幅廣播相同。唯有特別性能的，采用寬帶廣播模式可以占用寬帶頻率（18KH～20KH）。就目前開辦的數(shù)字廣播，都可滿足現(xiàn)行的頻率規(guī)劃。

其次，原模擬發(fā)射機（PDM、PSM、DX系列M2W等）增加數(shù)字調(diào)制器后，還需進行部分改動才可繼續(xù)使用，最大限度地再利用現(xiàn)有的廣播設(shè)施。利用模擬信號兼容傳送，實現(xiàn)模/數(shù)同播，即可以在規(guī)定的帶寬內(nèi)，同時傳送一個模擬信號和幾個數(shù)字信號，兩信道之間模數(shù)無相互干擾。很容易實現(xiàn)從模擬廣播到全數(shù)字廣播的兼容和平穩(wěn)過渡，滿足了模/數(shù)字用戶的同時接收。

4 未來Drm廣播的發(fā)展方向

互聯(lián)網(wǎng)等新媒體的興起使廣播等傳統(tǒng)媒體發(fā)展面臨更嚴峻的形勢，同時也帶來了新的機會。未來廣播將會向著更開放、更多元的方向發(fā)展。Drm系統(tǒng)的增值業(yè)務(wù)滿足了開放、多元的要求。借助Drm系統(tǒng)的新媒體平臺突破地域限制，使廣播真正做到廣為傳播。依托內(nèi)容制作與營銷、多平臺拓展，構(gòu)建復(fù)合型媒體或文化產(chǎn)業(yè)。運用新技術(shù)搭建開放式平臺，音頻節(jié)目制作更加簡便，受眾參與度更高。

廣播網(wǎng)絡(luò)是地面、空間網(wǎng)絡(luò)形成的立體覆蓋網(wǎng)絡(luò)，廣播網(wǎng)絡(luò)運營商同時提供互聯(lián)網(wǎng)及個人通信的接入服務(wù)，是未來新媒體、新業(yè)務(wù)的開放平臺，是國家信息化網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。

結(jié)束語

Drm系統(tǒng)設(shè)計理念涵蓋了從模擬廣播到數(shù)字廣播的平滑過渡階段，可以利用中短波原有發(fā)射機信道，不僅可以達到優(yōu)于模擬機的音質(zhì)，還能夠?qū)崿F(xiàn)與模數(shù)節(jié)目的同播。不占用新的頻點，頻譜資源得到了節(jié)省，易于實現(xiàn)數(shù)字模擬同步過渡。

中短波數(shù)字技術(shù)的推廣應(yīng)用，根據(jù)相關(guān)自主核心技術(shù)的成熟度，在我國應(yīng)考慮采用國際標準Drm技術(shù)，并盡快制定公布相關(guān)行業(yè)標準。