高鵬：數(shù)字音頻廣播技術(shù)的試驗(yàn)與創(chuàng)新

11月21日，廣電行業(yè)趨勢年會暨投融資論壇（CBIT2011）在廣電國際酒店開幕，本屆年會的主題是“聚合改變電視，互動引領(lǐng)未來”。廣電總局廣科院無線所高鵬先生作了題為“數(shù)字音頻廣播技術(shù)的試驗(yàn)與創(chuàng)新”的報告。

　　以下為演講實(shí)錄：

　　今天是世界電視日，我簡單回顧一下數(shù)字音頻廣播在國內(nèi)的發(fā)展情況。數(shù)字音頻廣播相對比較弱勢，大家對廣播電視比較熟悉。還有介紹DAB、DRM的一些情況，包括它們不成功的原因，還有我們國家自己做得CDR的情況。

　　什么是數(shù)字廣播？以完全數(shù)字為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)的音頻數(shù)字編碼，數(shù)字壓縮和糾錯編碼以及數(shù)字調(diào)制，傳輸技術(shù)對廣播信號的全面數(shù)字化處理的廣播系統(tǒng)，這是數(shù)字廣播。數(shù)字信號便于處理、存儲、交換，數(shù)字技術(shù)引用可以有效改善音頻廣播的聲音質(zhì)量，有效降低發(fā)射極功率，減少電磁污染，可能以前用10千瓦，現(xiàn)在只用5千瓦。數(shù)字化引用可以提高頻譜利用效率，引入新的形式。當(dāng)前數(shù)字音頻廣播的各種形式，現(xiàn)在我們定義為狹義的和廣義的。狹義的在III波段和L波段是DAB，調(diào)頻波段有HD Radio，調(diào)頻波段有DRM，還有衛(wèi)星廣播，還有美國的XM RADIO。這些都是狹義的數(shù)字音頻廣播。廣義的數(shù)字音頻廣播，有互聯(lián)網(wǎng)廣播，包括黃主任說的直播衛(wèi)星里也是在傳廣播，有線電視里也傳廣播信號，全數(shù)字化的系統(tǒng)也可以作為數(shù)字音頻廣播的一部分。

　　簡單回顧DAB，最早在歐洲70年代末期開始研究，在86年列為歐共體的eureka-147計(jì)劃，95年成為ETSI標(biāo)準(zhǔn)，95年9月BBC開始正式的DAB廣播，目前在歐洲、亞洲、韓國、東南亞、新加坡、澳大利亞等地獲得廣泛應(yīng)用。它的主要特點(diǎn)使用III波段和L波段，在我們國家北京是III波段，上海是L波段。帶款在1.5mhz，聲音質(zhì)量可以達(dá)到CD水平。具有極強(qiáng)的抗多徑傳播引起的衰落能力，可利用地面、電纜和衛(wèi)星進(jìn)行覆蓋，支持單頻網(wǎng)組，可以實(shí)現(xiàn)視頻業(yè)務(wù)。

　　目前DAB的主要標(biāo)準(zhǔn)有幾個，一是最基本的ETSINE300401還有GY/2142006。DMB有兩個標(biāo)準(zhǔn)，T—DMB和DAB—IP。DAB+是目前比較新的，是把DAB原有的效率比較低的編碼替換成ETSI，節(jié)目數(shù)量可以增加一倍到兩倍，原來有6套，現(xiàn)在可以增加到18套甚至32套�，F(xiàn)在國內(nèi)在做得推送式業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)秦總會講，我就不多說了。

　　簡單回顧國內(nèi)在DAB的領(lǐng)域研究與創(chuàng)新。國內(nèi)跟蹤研究是在80年代末開始，90年代通過合作項(xiàng)目開始了DAB的研究，其中包括研制關(guān)鍵設(shè)備、先導(dǎo)網(wǎng)，像佛山的先導(dǎo)網(wǎng)，北京—廊坊、天津的單頻網(wǎng)。本世紀(jì)初實(shí)現(xiàn)了亞洲最早的基于DAB平臺的實(shí)時視頻業(yè)務(wù)傳輸，在佛山我們在DAB上面做的是WMV8，韓國的TDMB最先學(xué)習(xí)了我們的思路，然后才做得。最新的創(chuàng)新，近兩年北京人民廣播電臺做得推送式廣播。

　　我簡單回顧DAB的優(yōu)勢很明顯，系統(tǒng)傳輸能力強(qiáng)，支持多種多樣的數(shù)據(jù)，多媒體業(yè)務(wù)。信號傳輸魯棒性較強(qiáng)，移動接收性能好。在北京地區(qū)，我們曾經(jīng)做過實(shí)驗(yàn)，大卡一個點(diǎn)可以覆蓋北京四環(huán)到五環(huán)，五環(huán)以內(nèi)移動接收都非常好。DAB的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)比較成熟，因?yàn)閲鴥?nèi)很多做DAB的芯片廠家，還有DAB系統(tǒng)所涉及的專利已經(jīng)或者即將到期。今年到明年原有的DAB系統(tǒng)即將到期。

　　DAB在國內(nèi)已經(jīng)做了十幾年，但是到現(xiàn)在為止做得不是很好，原因主要有兩點(diǎn)：一是DAB需要占用III波段和L波段，我們國家III波段主要用于模擬電視，另外給DAB一個很大的頻點(diǎn)是很不容易的，DAB是1.5兆，如果我給他1.5兆，那么8兆的我就用不了，所以要給就給8兆。二是完全數(shù)字化系統(tǒng)，沒有數(shù)據(jù)同播機(jī)制。

　　“天時”太關(guān)鍵，所謂天時就是我們作出很好的節(jié)目，節(jié)目遍地開花，但是由于某種原因沒有持續(xù)下去，就造成了一個結(jié)果。還有DAB在2004、2005年的時候，當(dāng)時想轉(zhuǎn)向做手機(jī)電視，那個時候一開始國內(nèi)很多運(yùn)營商想做這個事情，但后來趕上國內(nèi)自主創(chuàng)新的潮流。所以現(xiàn)在DAB又想轉(zhuǎn)到聲音廣播，就喪失了自己比較好的基礎(chǔ)。所以天時非常關(guān)鍵。

　　我再介紹一下美國HD Radio，它是美國ibiquity公司針對FM廣播和AM中波廣播數(shù)字化改造而開發(fā)的一種帶內(nèi)同播數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)。它的特點(diǎn)就是在模擬調(diào)頻有兩個數(shù)字信號，頻譜功率和模擬功率有20DB或者17、14DB，逐漸實(shí)現(xiàn)模擬向數(shù)字的過渡�，F(xiàn)在可以把一個調(diào)頻臺變成三套或四套節(jié)目，這是它的很大一個特點(diǎn)。另外一個特點(diǎn)，就是數(shù)模切換，可以在播模擬的時候播加了數(shù)字的廣播，這樣形成數(shù)字和模擬相互互補(bǔ)。大家知道數(shù)字廣播有一個弱點(diǎn)，我在門限之上數(shù)字廣播完全每時，如果在門限之下數(shù)字廣播就完全中斷。接收體驗(yàn)不太好，模擬HD Radio做了一個取巧的辦法，就是把數(shù)字和模擬廣播同步，這樣在接收機(jī)如果數(shù)字信號接不到，就可以用有些噪聲的模擬信號進(jìn)行補(bǔ)償，這樣至少用戶的信號不會中斷。這是很好的一個特點(diǎn)。

　　調(diào)頻廣播可以達(dá)到或接近CD音質(zhì)，AM廣播的音質(zhì)可以達(dá)到接近現(xiàn)有模擬FM立體聲音質(zhì)。這是我提到調(diào)頻廣播FM HD Radio的頻譜，在全數(shù)字模式下把模擬全部關(guān)掉，這樣可以傳到6套以上的數(shù)字節(jié)目，這是調(diào)頻廣播的演示路線。這是AM廣播的情況，AM和調(diào)頻有不一樣的地方，AM除了在上下頻加音頻之外，中間還有一段數(shù)字頻譜，就是想更好的利用頻譜資源。

　　HD Radio系統(tǒng)比較特別，它只是在美國的NRC標(biāo)準(zhǔn)化組織上發(fā)布了NRC—5—B，但是所有的技術(shù)全是IBiquity公司提供的。我們跟蹤上世紀(jì)末開始研究，廣科院與無線電臺局、中央人民廣播電臺共同承擔(dān)了廣電總局北京地區(qū)HD Radio試驗(yàn)廣播及發(fā)射設(shè)備改造技術(shù)研究項(xiàng)目。除了在播出HD Radio廣播試驗(yàn)，還包括現(xiàn)有國產(chǎn)發(fā)射機(jī)的改造，這個業(yè)務(wù)也獲得了成功，后來這個項(xiàng)目獲得了科技二等獎。中央人民廣播電臺、無線局、廣科院等六家單位承擔(dān)總局2009年科研項(xiàng)目HD Radio研究。

　　我再說一下實(shí)驗(yàn)室對HD Radio的測試，我們發(fā)現(xiàn)HD Radio音頻干擾，大家關(guān)心的就是它在調(diào)頻兩邊，這和我們的判斷基本一致，它在第二音頻，相當(dāng)于在200K間隔的時候，數(shù)字落到了音頻模擬廣播中間，這樣是不滿足現(xiàn)有的調(diào)頻廣播的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)。還有我們剛才提到，HD Radio調(diào)頻廣播是在調(diào)頻廣播兩邊增加的數(shù)字，但是數(shù)字覆蓋范圍和模擬覆蓋范圍應(yīng)該相當(dāng)。數(shù)字/模擬功率比為—20DB時HD Radio數(shù)字信號的符號情況。我們還做了模擬廣播的調(diào)頻，立體聲調(diào)頻在五環(huán)甚至六環(huán)都很好，當(dāng)時得出一個結(jié)論，數(shù)字廣播覆蓋范圍不如模擬調(diào)頻廣播。后來我們做了一個調(diào)整，把功率出現(xiàn)到負(fù)14DB，增加6個DB，這樣大概相當(dāng)，就要數(shù)字廣播和模擬廣播的覆蓋范圍大概相當(dāng)。

　　我簡單總結(jié)一下HD Radio系統(tǒng)主要在不改變用戶調(diào)頻習(xí)慣的前提下數(shù)模同播，只換一個收音機(jī)，就可以把現(xiàn)有的頻點(diǎn)從一套節(jié)目變成三套甚至四套節(jié)目，在數(shù)字頻譜里面增加三套節(jié)目，把一個頻點(diǎn)變成三個頻點(diǎn)。我們在調(diào)的時候發(fā)現(xiàn)它有四個業(yè)務(wù)或者三個業(yè)務(wù)。它在一定程度上消除了數(shù)字廣播系統(tǒng)的峭壁效應(yīng)，在臨界點(diǎn)用戶接收不中斷。還有一個明確的可操作的授權(quán)模式，具備產(chǎn)業(yè)化推廣的基礎(chǔ)。

　　劣勢一個是同我們國家現(xiàn)有的調(diào)頻規(guī)劃原則有些地方有沖突，還有中波調(diào)幅HD Radio和我們國家的頻率設(shè)置不一樣，它們是10K的帶寬設(shè)置，我們國家是9K的。還有blending需要將模擬廣播節(jié)目進(jìn)行延時7到8秒，這個在直播時是有問題的。目前HD Radio系統(tǒng)尚未實(shí)現(xiàn)單頻網(wǎng)組網(wǎng)功能。最大的問題是HD Radio部分技術(shù)屬于私有技術(shù)，沒有任何資料可以參考的。它的專業(yè)授權(quán)模式非常特殊，因?yàn)檫@個公司是一幫做法律的人來運(yùn)作這家公司，要求誰要生產(chǎn)我的HD Radio系統(tǒng)，包括前端設(shè)備、芯片、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)，必須要先和我簽協(xié)議，我授權(quán)再做。你生產(chǎn)芯片之后只能賣給和我簽了協(xié)議的，不能賣給其他人，它可以收很多錢。比如一臺DV機(jī)有三分之一的錢是交給這個公司。因?yàn)檫@些劣勢，HD Radio系統(tǒng)在我們國家跟蹤研究了三年多以后，暫時告一段落。

DRM系統(tǒng)實(shí)際是數(shù)字調(diào)幅廣播，是98年在廣州成立的DRM組織，目標(biāo)是開發(fā)數(shù)字長、中短波世界范圍標(biāo)準(zhǔn)。廣科院有幸成為這個創(chuàng)始組織，2001年10月份成為ETSI標(biāo)準(zhǔn)，2002年1月30日經(jīng)IEC五通過IEC62272—1標(biāo)準(zhǔn)。04年開始DRM組織獎DRM擴(kuò)展到30兆至120兆，甚至到170多兆三波段以下的頻率。這個標(biāo)準(zhǔn)在09年8月ETSI正式發(fā)布的。DRM把DRM+作為DRM的一種模式，本來它有四種模式。這是DRM的基本情況。

　　DRM的特點(diǎn)，30兆以下叫DRM30，還有DRM+，中短波使用30兆以下的，DRM+屬于III波段。調(diào)幅頻道DRM30可以達(dá)到立體聲調(diào)頻質(zhì)量，DRM+可以達(dá)到CD音質(zhì)。具有很強(qiáng)的抗多徑傳播引起的衰落能力，支持單頻網(wǎng)組網(wǎng)，節(jié)約頻譜資源。

　　DRM標(biāo)準(zhǔn)，etsien201980。國內(nèi)在很早開始對DRM進(jìn)行跟蹤和研究，包括90年代，DRM組織再中國成立，廣科院成為其創(chuàng)立會員之一。成立之初，從02、03年國內(nèi)開始做長距離短波DRM廣播的試驗(yàn)，從海南—北京、黑龍江—香港、新疆—?dú)W洲，還有中波的試驗(yàn)，包括長沙、杭州、廣州，大家覺得很好，但還是覺得有些問題，積累了很多經(jīng)驗(yàn)，也發(fā)現(xiàn)了不少問題。后來在03年開始，在總局組織下，我們做了數(shù)字調(diào)幅廣播樣機(jī)的研發(fā)，主要研制了前端編碼器、服務(wù)器、接收機(jī)，現(xiàn)有的模擬短波發(fā)射機(jī)進(jìn)行改造，建立試驗(yàn)系統(tǒng)。這個項(xiàng)目也獲得了科技創(chuàng)新的一等獎，取得了很多成績。

　　DRM到現(xiàn)在為止在國際上都不太成功，為什么？主要是用的人比較少。一個是優(yōu)勢可以有效提高調(diào)幅/調(diào)頻頻段音頻業(yè)務(wù)質(zhì)量，能夠?qū)崿F(xiàn)長距離可擴(kuò)傳輸，能夠組建單頻忘，實(shí)現(xiàn)大面積覆蓋。還能有效提高頻譜利用效率，支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它的劣勢是信源編碼算法專利費(fèi)用比較高，當(dāng)時我們做前端系統(tǒng)一套系統(tǒng)做授權(quán)大概是3000多、4000多歐元，相當(dāng)于三四萬人民幣，價格比較高。因?yàn)檫@個原因，國內(nèi)對于這個一直不太感興趣�，F(xiàn)在接收價格最便宜的在150歐元一臺，相當(dāng)于1000多人民幣，在國內(nèi)買電視機(jī)、機(jī)頂盒都夠了，所以大家一直沒有很好的把這個市場推動起來。我覺得人氣不旺。DRM是一幫做發(fā)射機(jī)的人來做的。

　　前面我總結(jié)了DAB、DRM和HD Radio在國內(nèi)試驗(yàn)的情況，發(fā)現(xiàn)外來的和尚不一定能念經(jīng)。在總局的指導(dǎo)下，開始做CDR，道路是曲折的，前途卻是光明的。因?yàn)槲覀冊趪�外技術(shù)轉(zhuǎn)了一大圈，研究了很多年，研究之后對多種技術(shù)方案積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，包括樣機(jī)研制，試驗(yàn)網(wǎng)運(yùn)行，測試，我們做了很多工作�，F(xiàn)在在國內(nèi)，我們發(fā)現(xiàn)它們?nèi)钡奶鞎r地利人和，我們也基本具備了。

　　首先，國家鼓勵自主創(chuàng)新，本世紀(jì)初開始國家鼓勵自主創(chuàng)新，而且我們有CMMB，數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)化，我們積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)可以自己做系統(tǒng)。再有，國內(nèi)運(yùn)營商對頻譜資源需要越來越迫切，大家希望調(diào)頻資源不夠。我們做CDR事情，朋友很感興趣，一直想找我們合作。國內(nèi)在音頻信源編碼上有一些突破，這樣有利于我們在做整個的完全自主知識產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)。

　　CDR從07年底，廣科院利用財政部基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)支持，開展了自主知識產(chǎn)權(quán)的調(diào)頻數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)研究，包括我們做了符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的一套數(shù)字傳輸系統(tǒng)，我們還做了基于無線電平臺的樣機(jī)，這是第一代CDR的技術(shù)。在今年，在總局指導(dǎo)下，廣科院牽頭，承擔(dān)2011年科研項(xiàng)目《數(shù)字音頻廣播傳輸關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)研發(fā)及試驗(yàn)（一期）》，我們做挑撥的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。還有國際臺牽頭研究業(yè)務(wù)形式和復(fù)用技術(shù)。廣科院牽頭，中國國際廣播電臺、中央人民廣播電臺等十余家單位在聯(lián)合申請2012年科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目。

　　CDR針對調(diào)頻和中波調(diào)幅優(yōu)化的系統(tǒng)傳輸方案，有幾種傳輸模式。還有靈活的頻譜配置結(jié)構(gòu)，HD Radio大家都看到了，它是把數(shù)字技術(shù)放在調(diào)頻或調(diào)幅兩邊，CDR是很靈活的，可以找到很好的頻點(diǎn)。剛才也提到我們集成了自主知識產(chǎn)權(quán)的信源編碼算法DRA，我們與DRA開展深入合作。采用更高效的信源編碼算法LDPC，這是一種高效的信源編碼算法，對發(fā)射機(jī)來講相當(dāng)于發(fā)射機(jī)功率降了一半。五我們支持逐步演進(jìn)的系統(tǒng)架構(gòu)，我們也做了比較靈活的架構(gòu)，把正在研究的技術(shù)可以逐步的應(yīng)用到CDR的系統(tǒng)里，因?yàn)槲业南到y(tǒng)是不斷完善的，我們未來會支持分層調(diào)制技術(shù)，這也是現(xiàn)在比較新的技術(shù)，還有多頻道頻率分集技術(shù)。可以把北京的幾個頻點(diǎn)進(jìn)行互動，這樣進(jìn)行多品的分集增益。

　　CDR傳輸方案。針對不同的運(yùn)營場景，設(shè)定三種傳輸模式，一是針對大面積的單頻網(wǎng)覆蓋，一個發(fā)射機(jī)可以覆蓋幾十公里的范圍，還有高速移動接收，像我們國家的高鐵，每小時300公里以上的速度進(jìn)行接收。還有高數(shù)據(jù)率傳輸，可以在頻點(diǎn)上傳輸更高的數(shù)據(jù)量。

　　目前我們已經(jīng)完成了調(diào)頻頻段系統(tǒng)傳輸方案的設(shè)計(jì)，而且已經(jīng)申請了12項(xiàng)國家專利。現(xiàn)在基于FPGA硬件平臺的樣機(jī)已經(jīng)完成，已經(jīng)開始聯(lián)調(diào)。預(yù)計(jì)年底前完成發(fā)射機(jī)改造數(shù)字化改造工作，開展試驗(yàn)室和外場測試。到明年計(jì)劃啟動中波調(diào)幅頻段系統(tǒng)研究工作。

　　如果科技部的項(xiàng)目沒有問題，我們爭取在三年之內(nèi)把中國調(diào)頻廣播頻段標(biāo)準(zhǔn)全部發(fā)布。五當(dāng)然，我們也希望業(yè)界的朋友們一起來做，把這個事情做好。我的報告就到這里，謝謝！

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