數字廣播關鍵技術及應用

王江

數字廣播是在數字化音頻信號及其他數據信號狀態下進行編碼、調制、傳播等處理，具有節省頻譜資源，提升音質效果等特點。本文將從數字音頻廣播關鍵技術入手，分別就其傳輸機制、音頻編碼、復用配置、數據特性、條件接收與擴散、卷積編碼等方面展開探討，并著重闡述音源壓縮編碼、數字通信編碼、單頻網組網方式的應用。

【關鍵詞】數字廣播 技術要點 關鍵應用

數字音頻廣播在數字化狀態下進行編碼、調整和處理，以“1”和“0”兩種狀態來減少誤碼率，以獲得“高質量”音頻傳播質量。與傳統模擬廣播相比優勢有四點：

（1）優異的音質效果，以數字化音頻信號、各種數據和圖像信號進行傳送、發射、接收，并在自我糾錯中保障音頻質量。

（2）優秀的音質體驗，以MPEG-2格式來獲得低失真、高頻譜音質，增強接收體驗。

（3）較低的發射成本，能夠沿用當前發射塔，無須開發新發射區，其功耗更低。

（4）有效規避路徑沖突，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用功能。

1 數字音頻廣播主要技術環節

從數字音頻廣播系統構成來看，傳輸機制是基礎，負責對數字音頻信號、數據信號的可靠傳輸。其結構如圖1所示。

對主業務信道MSC，其任務是傳輸音頻和數據分量，通過劃分若干均勻或非均勻誤碼保護子信道方式，來傳輸相應的業務分量，各分量進行獨立卷積編碼，以實現復用配置傳輸。CIF作為公共交織幀來構成各業務分量單元。快速信息信道即FIC為可選擇業務信息、復用配置信息、數據業務信道，具有均勻固定的誤碼保護模式，每個FIC由快速信息塊FIB組成，以完成對主業務信道MSC配置信息的解讀。同時，快速信息信道FIC不需要經過時間交織，從而提升了傳輸速度。同步信道的主要功能是完成解調，比如信道狀態估計、傳輸幀同步、發射機識別、自動頻率控制等，每個信道提供不同來源的數據，構成傳輸幀。

音頻編碼是位于音頻廣播傳輸格式的第II層，可以在24kHz、48kHz采樣頻率下進行PCM音頻編碼，以生產不同比特率的音頻壓縮比特流。如立體聲模式、單聲道模式、聯合立體聲模式、雙聲道模式等。復用配置信息MIC在快速信息信道內傳輸，主要描述為子信道結構、可用信號業務、業務分量，以及對復用進行重新配置等功能。在一個總成信號內，可以有多個子業務，每個業務可以是一個或多個業務分量，在數據端進行處理。數據特性是指快速信息信道FIC內的業務信息，包括“業務鏈接、日期、時間、節目號、節目類型、FM、AM業務信息，以及業務、業務分量標簽等內容”。條件接收是數字廣播系統對用戶進行授權而采用的特殊機制，以避免信號傳輸時帶來的能量擴散。卷積信號編碼與時間交織是在每個能量擴散擾碼器中，對信號進行卷積編碼處理，以抑制不利傳輸條件下的誤碼保護。卷積編碼的參數取決于凈比特率、所傳輸的業務類型、所需的誤碼保護級別。對于非均勻誤碼保護，適用于音頻形式；而均勻誤碼保護適用于音頻、數據兩種形式。

2 數字音頻廣播主要關鍵技術應用

2.1 音源壓縮編碼技術

對于信源編碼，其方法較多，根據應用范圍、傳輸質量、編碼器復雜性等來進行折中。音源壓縮編碼技術是應用最廣的數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，并根據心理聲學模型給出的動態比特分配技術以及根據人耳聽覺的時間掩蔽特性給出的比例因子選擇技術。簡言之，利用音源壓縮編碼技術，可以實現對PCM信號頻譜進行等分為32個子頻帶，使其轉換為聲音信號，再對各子頻帶音頻進行編碼，得出動態比特率，經線性量化后構成音頻數據幀進行傳輸。盡管采用了人耳遮蔽編碼處理，但其音質可與CD相仿。

2.2 數字通信編碼技術

數字通信編碼是在傳統OFDM基礎上，增加信道編碼，將串并轉換為高速率的信源信息流模式，以實現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，可以將各路信號進行解調。但OFDM信號傳輸時，容易出現深衰而降低信號幅度，導致誤碼率增高。為此，通過引入信道編碼，將傳輸信道看作多個獨立信道，實現音頻信號的窄頻段傳輸，再用回旋碼和Viterbi解碼運算法結合，來提供大于20dB的增益，具有足夠的誤碼保護效果。

2.3 單頻網組網方式

單頻網是基于某一地域由若干發射機同時在同一頻段發射同樣的無線信號，以實現對相應區域的可靠覆蓋。單頻網具有兩大優勢：

（1）節省頻譜資源，

（2）提供有效覆蓋范圍，滿足良好的信號接收效果。

同時，由于單頻網方式可以提供良好的抗干擾能力，且運行在同一范圍內的信號重疊，從而改善了信號傳輸的峭壁效應。另外，在數字廣播傳輸技術中，采用相同載波頻率方式，利用頻率分割、不同調制方式，來實現模擬廣播、數字廣播信號的同時傳輸。比如美國的IBOC數字音頻廣播系統就是該典型應用。

3 結語

數字音頻廣播技術應用前景廣闊，也是未來技術革新的重點領域。從關鍵技術環節到應用，數字廣播技術還要深入與收聽終端制造商、數字廣播節目制作者，以及聽眾之間構建良性的互動關系，以促進數字廣播業的可持續發展，讓聽眾獲得高清晰的數字音頻廣播服務。

參考文獻

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

作者單位

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