数字音频广播技术及其应用前景

数字音频广播技术及其应用前景

朱由刚　王素珍　张玉明

所谓数字广播，是指将数字化了的音频信号以及各种数据信号，在数字状态下进行各种编码、调制、传递等处理。在处理过程中，传递媒介自身的特征，包括噪声、非线性失真等，都不能改变数字信号的品质，保证了从节目制作到发射、接收全过程都达到高质量，从而提高广播系统的整体技术性能。

数字音频广播的独特魅力表现在以下方面：首先，音质好，与传统的广播服务相比，数字音频广播能够减少声音失真，没有杂音和干扰，音质极为纯净，所播出的声音可与激光唱盘匹敌。

其次，电台数量多、包含信息量大。采用数字广播，每个电台所占用的频带非常窄，因而在同样的可利用频段中，它所能容纳的电台数量就多。

再次，可以自主控制播放的进程。我们使用的传统的收音机，只能是被动地接受广播电台播放的内容，一旦错过某一节目，便无法再次欣赏。但采用数字音频广播之后，情况就大相径庭。

最后，数字音频广播还有其他强大的功能，可以对听众的情况进行监测，比如什么人在收听以及他们在什么时候收听，他们都在下载什么，他们认为播放的歌曲怎么样等等。这一功能会使电台能够以最快速度改变他们的节目来适应听众的需要。一旦有了一台便携式的数字收音机，人们还将能够看电影，读新闻，下载游戏，以及更多。

数字音频系统的基本组成和关键技术：它与数字通信系统的组成非常相似，也可以说，数字音频广播是一点对多点的数字通信系统。数字音频广播的关键技术主要有三个方面：数字音频信号的压缩编码、高速数据信号的无线传输和组网技术。

1.数字音频信号的压缩编码

将音频信号用线性PCM进行数字化后，其码率约为700kbit/S。例如CD的抽样率为44.1kHz，每抽样用16bit字长表示，其码率为705.6kbit/S，一路立体声信号的码率达到1411.2kbit/S。这样高的码率在传输时需要很宽的频带，在存储时需要很大的存储容量，这将大大限制数字化音频的应用，也很难实现数字音频广播。为了解决这个问题，需要采用压缩编码技术，在基本保证接近CD音质的情况下，有效地降低码率。

应用在数字广播（包括数字电视和数字音频广播）中的音频压缩编码技术有多种，它们都是基于人耳感觉特性来实现降低码率的目的。在这些编码方案中，利用了人耳的频率、时间遮蔽效应和对声音的定位特性。频率遮蔽效应是当频率接近、强度有明显区别的两个信号同时出现时，人耳只能感觉强度高的信号，而强度低的信号将被遮蔽；时间遮蔽效应是当一个强度比较弱的信号出现在强度比它强的信号之前或之后的一个时间区间内时，比较弱的信号将被遮蔽，显然被遮蔽的信号不需要传送，从而降低了码率；人耳对声源定位时，对低频信号方向性不敏感，对高频信号的方向主要是从对包络的感觉判断，这些特性被用于降低立体声编码的码率。当然，这样处理损失了原始音频信号中的一部分，但因为这部分是感觉不到的或者是很不敏感的，因此它基本上不会影响声音的质量，从而既保证了音质，又降低了码率。

2.高速数据信号的无线传输

声音广播可以通过有线信道和无线信道传输，但主要是通过电磁波在空间的传播将信号传送给接收机，而空间信道的传播特性远不如电缆、光纤、卫星信道稳定，特别是在城市环境中和移动接收情况下，由于多径传播所形成的频率选择性衰落和延时扩展，以及建筑物遮挡所形成的阴影效应，使接收质量受到严重影响，而广播系统经常工作在这样的环境中。为保证广播质量，必须提高在城市环境中和移动接收情况中信号的传输质量，数字音频广播系统中的信道编码和调制部分的设计主要是解决这方面的问题。

3.组网技术

随着广播事业的发展，频率资源日益紧张，在发展数字音频广播系统时必须考虑节省频率资源和不与已经工作的广播电台产生矛盾。目前提出的广播系统中，主要采用两种方法：一种是单频组网，即整个广播网络使用相同的载波频率，多路节目载荷在该载波上，而不需要不同的覆盖区域分配不同的载波频率，从而节省了频率资源，Eureka-l47数字音频广播系统是这种方案的代表；另外一种方法是与当前正在使用的广播电台使用相同载波频率，依靠频率分隔和调制方式的不同，同时广播模拟和数字两种节目，美国的IBOC数字音频广播系统是这种方案的代表。

数字音频技术的发展现状及前景：

目前，数字音频广播在世界范围的应用日益广泛，有约50个国家已经采用或正在试验和测试。许多欧洲国家已播出数字音频广播。在亚洲，新加坡是唯一能在全国提供数字音频广播的国家。而我国虽然也开始分别在北京和广州等地进行数字音频广播试点工作，但一个明确的数字音频广播发展政策的缺位仍使全国的整体发展受到制约。

〔作者单位：山东烟台广播电视台广播中心〕