數(shù)字音頻廣播CDR技術(shù)在廣播電視工程中的應(yīng)用

漆 軍，白瑪措珍，肖 鑫

（1.重慶廣播電視技術(shù)中心，重慶 401147；2.西藏自治區(qū)廣播電視局丁青中波轉(zhuǎn)播臺，西藏 昌都 855700；3.湖北省廣播電視局潛江中波轉(zhuǎn)播臺，湖北 潛江 433100）

1 數(shù)字音頻廣播技術(shù)的發(fā)展歷程

1.1 發(fā)展歷程

數(shù)字聲音廣播（Digital Sound Broadcasting，DSB）是第三代聲音廣播技術(shù)，以數(shù)字音頻編碼技術(shù)為基礎(chǔ)，完成廣播信號的全面數(shù)字化升級。數(shù)字聲音廣播移動接收性能強(qiáng)，頻譜的利用效率更高，能夠滿足多方面業(yè)務(wù)的需求[1]。《地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)技術(shù)要求》（GB/T 28433—2012）中，數(shù)字聲音廣播通過單頻網(wǎng)（Single Frequency Network，SFN）技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)特定區(qū)域的可靠覆蓋。當(dāng)前，DSB主要有三種類型。第一是數(shù)字音頻廣播（Digital Audio Broadcasting，DAB）。1995年，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會發(fā)布DAB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。DAB具備碼率高、占用頻帶寬、傳輸能力強(qiáng)、移動接收能力強(qiáng)、支持多種業(yè)務(wù)模式等優(yōu)勢。第二是30 MHz以下AM波段數(shù)字聲音廣播，主要有世界數(shù)字廣播聯(lián)盟（Digital Radio Mondiale，DRM）標(biāo)準(zhǔn)和美國發(fā)布的帶內(nèi)同頻道（in band onchannel，IBOC）。第三是30 MHz以上FM波段的數(shù)字聲音廣播。美國采用基于IBOC的高清晰度廣播（HD Radio），世界數(shù)字廣播聯(lián)盟采用DRM+標(biāo)準(zhǔn)，我國自主研發(fā)了中國數(shù)字化廣播（China Digital Radio，CDR）系統(tǒng)[2]。

1.2 中國數(shù)字聲音廣播標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程

受各種因素影響，DAB、DRM、HD Radio等標(biāo)準(zhǔn)在我國并未大規(guī)模發(fā)展。《“十二五”廣播影視科技發(fā)展規(guī)劃》明確提出推進(jìn)我國聲音廣播數(shù)字化進(jìn)程。2007年，中國數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)CDR研發(fā)實驗開展。2013年，調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播信道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播信道復(fù)用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。2015年，《中央廣電節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程》開始實施。2018年，我國CDR數(shù)字音頻廣播（Convergent Digital Radio）系統(tǒng)正式獲批成為國際電聯(lián)ITU-R標(biāo)準(zhǔn)。2020年，《30 MHz～3 000 MHz地面數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GY/T 214—2006）發(fā)布實施。2021年，《數(shù)字電視衛(wèi)星傳輸信道編碼和調(diào)制規(guī)范》（GY/T 338—2020）發(fā)布。2022年，《廣播電視無線傳輸覆蓋網(wǎng)管理辦法》發(fā)布實施。我國CDR系統(tǒng)核心專利與相關(guān)專利數(shù)量大幅度提升，推動了我國數(shù)字音頻廣播行業(yè)的快速發(fā)展[3]。

2 數(shù)字音頻廣播CDR技術(shù)

2.1 系統(tǒng)介紹

CDR系統(tǒng)是國家廣播電視總局科技司自主研發(fā)的中國數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)，在系統(tǒng)整體設(shè)計、信道傳輸技術(shù)、數(shù)字發(fā)射機(jī)、接收終端等領(lǐng)域不斷完善。CDR系統(tǒng)通過增強(qiáng)編碼工具有效降低比特率，不影響現(xiàn)有頻率規(guī)劃，支持調(diào)頻廣播同臺、同頻、同發(fā)射機(jī)廣播，將單一廣播業(yè)務(wù)拓展至音頻廣播、數(shù)據(jù)廣播、視頻廣播，支持單頻點(diǎn)多業(yè)務(wù)組合與多頻點(diǎn)協(xié)同工作。CDR系統(tǒng)是建立在我國廣播發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上的數(shù)字廣播系統(tǒng)。與其他國家數(shù)字音頻廣播相比，CDR系統(tǒng)的覆蓋范圍、抗干擾能力更強(qiáng)，并且實現(xiàn)數(shù)模同播，有助于推動數(shù)字廣播的進(jìn)一步發(fā)展[4]。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

CDR系統(tǒng)采用正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術(shù)。作為多載波傳輸技術(shù)，OFDM具有高速率傳輸、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢。OFDM技術(shù)早期被應(yīng)用于軍事通信領(lǐng)域。隨著技術(shù)的發(fā)展，OFDM快速調(diào)制解調(diào)得以實現(xiàn)，標(biāo)志著OFDM技術(shù)實際應(yīng)用的開始。1990年以后，超大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展迅速，這為OFDM技術(shù)的發(fā)展提供了技術(shù)與設(shè)備支持，OFDM、COFDM（信道編碼OFDM）等技術(shù)逐漸在信息、通信領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。COFDM實現(xiàn)信道編碼技術(shù)與多載波技術(shù)的融合應(yīng)用，解決了寬帶高速傳輸問題，編碼糾錯、抗多徑衰落、抗碼間干擾、多普勒頻移等方面能力大幅度提升。COFDM技術(shù)也被應(yīng)用于數(shù)字音頻廣播領(lǐng)域。1995年，DAB標(biāo)準(zhǔn)第一次應(yīng)用COFDM技術(shù)。此后，DVB標(biāo)準(zhǔn)、DRM標(biāo)準(zhǔn)、HD Radio標(biāo)準(zhǔn)也都使用COFDM技術(shù)。另外，COFDM技術(shù)還被應(yīng)用于第五代移動通信系統(tǒng)中。CDR系統(tǒng)包括電子業(yè)務(wù)指南（Electronic Services Guide，ESG），能夠為用戶提供全面的數(shù)字音頻廣播節(jié)目信息，包括聲音、圖片、視頻及文字等形式[5]。數(shù)字音頻廣播CDR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)字音頻廣播CDR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 傳輸機(jī)制

數(shù)字音頻廣播CDR系統(tǒng)主要有三種傳輸模式，如表1所示。廣播電視臺在具體應(yīng)用中可根據(jù)實際需求選擇合適的傳輸模式。三種傳輸模式適應(yīng)不同的廣播場景，如大范圍組網(wǎng)覆蓋、高移動接收、高數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

表1 CDR系統(tǒng)的三種傳輸模式的傳輸參數(shù)

2.4 信源編碼

CDR系統(tǒng)的信源編碼主要采用DRA+音頻編碼技術(shù)。DRA+主要有三種音頻編碼形式，如DRA+低碼率編碼、DRA+分層編碼、DRA+低碼率分層編碼等。DRA+音頻編碼技術(shù)使用頻帶復(fù)制（SBR）、參數(shù)立體聲（PS）、分層模塊等技術(shù)，輸出碼率范圍可從 16 kb·s-1到 384 kb·s-1，支持立體聲與多聲道環(huán)繞聲數(shù)字音頻編碼解碼，DRA+音頻編碼技術(shù)不同碼率下的主觀音質(zhì)體驗也有明顯提升。以DRA+低碼率編碼為例，其主要有單聲道與立體聲編碼，根據(jù)單聲道與立體聲、環(huán)繞聲等不同場景選擇對應(yīng)的編碼處理模式。DRA+分層編碼包括基本層數(shù)據(jù)和增強(qiáng)層數(shù)據(jù)。基本層處理左右聲道DRA編碼，增強(qiáng)層處理中央聲道DRA編碼。DRA+低碼率分層編碼包括參數(shù)立體聲編碼、寬帶擴(kuò)展編碼、殘差信號、基本層與增強(qiáng)層、單聲道和立體聲編碼碼流等[6]。

2.5 信道編碼與調(diào)制

數(shù)字音頻廣播CDR系統(tǒng)信道編碼與調(diào)制系統(tǒng)功能主要分為三大方面。第一是物理層輸入，包括主業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)描述信息、系統(tǒng)信息三類上層數(shù)據(jù)流。第二是信道編碼與調(diào)制，通過信道編碼與調(diào)制子系統(tǒng)完成三類上層數(shù)據(jù)的信道編碼，具體流程包括擾碼、LDPC編碼、卷積編碼、位交織及星座映射等，通過OFDM調(diào)制構(gòu)成邏輯幀。第三是通過子幀、基帶、射頻轉(zhuǎn)換、射頻發(fā)射完成信號發(fā)射。

2.6 實踐應(yīng)用

經(jīng)過多年技術(shù)研發(fā)與實踐積累，數(shù)字音頻廣播CDR技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，在北京、重慶、廣東、上海等地DAB系統(tǒng)建設(shè)過程中有廣泛的應(yīng)用。重慶在2015年實施中央節(jié)目數(shù)字化工程時，就建設(shè)了16個CDR站點(diǎn)，以不改變原有頻率的方式播出數(shù)字音頻廣播，最大功率3 kW，最小功率300 W，播出4套中央廣播數(shù)字節(jié)目和一套中國之聲模擬節(jié)目，實現(xiàn)了在不影響原有收聽方式的情況下進(jìn)行數(shù)字化改造的目標(biāo)。以廣東省越秀山電視調(diào)頻發(fā)射臺為例，其結(jié)合自身發(fā)射臺現(xiàn)狀，積極推進(jìn)CDR節(jié)目播出平臺建設(shè)，已建設(shè)成為我國第一個省級頻率CDR數(shù)模同播發(fā)射臺。

3 結(jié) 語

數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，使得數(shù)字音頻廣播在網(wǎng)絡(luò)時代依舊有廣闊的發(fā)展空間。CDR系統(tǒng)作為我國自主研發(fā)的數(shù)字音頻廣播體系，通過科技創(chuàng)新驅(qū)動，不斷提升CDR系統(tǒng)的科技水平，有助于廣播事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。