高鹏：数字音频广播技术的试验与创新

【中国数字视听网讯】11月21日，广电行业趋势年会暨投融资论坛（CBIT2011）在广电国际酒店开幕，本届年会的主题是“聚合改变电视，互动引领未来”。广电总局广科院无线所高鹏先生作了题为“数字音频广播技术的试验与创新”的报告。

以下为演讲实录：

今天是世界电视日，我简单回顾一下数字音频广播在国内的发展情况。数字音频广播相对比较弱势，大家对广播电视比较熟悉。还有介绍DAB、DRM的一些情况，包括它们不成功的原因，还有我们国家自己做得CDR的情况。

什么是数字广播？以完全数字为基础，采用先进的音频数字编码，数字压缩和纠错编码以及数字调制，传输技术对广播信号的全面数字化处理的广播系统，这是数字广播。数字信号便于处理、存储、交换，数字技术引用可以有效改善音频广播的声音质量，有效降低发射极功率，减少电磁污染，可能以前用10千瓦，现在只用5千瓦。数字化引用可以提高频谱利用效率，引入新的形式。当前数字音频广播的各种形式，现在我们定义为狭义的和广义的。狭义的在III波段和L波段是DAB，调频波段有HD Radio，调频波段有DRM，还有卫星广播，还有美国的XM RADIO。这些都是狭义的数字音频广播。广义的数字音频广播，有互联网广播，包括黄主任说的直播卫星里也是在传广播，有线电视里也传广播信号，全数字化的系统也可以作为数字音频广播的一部分。

简单回顾DAB，最早在欧洲70年代末期开始研究，在86年列为欧共体的eureka-147计划，95年成为ETSI标准，95年9月BBC开始正式的DAB广播，目前在欧洲、亚洲、韩国、东南亚、新加坡、澳大利亚等地获得广泛应用。它的主要特点使用III波段和L波段，在我们国家北京是III波段，上海是L波段。带款在1.5mhz，声音质量可以达到CD水平。具有极强的抗多径传播引起的衰落能力，可利用地面、电缆和卫星进行覆盖，支持单频网组，可以实现视频业务。

目前DAB的主要标准有几个，一是最基本的ETSINE300401还有GY/2142006。DMB有两个标准，T—DMB和DAB—IP。DAB+是目前比较新的，是把DAB原有的效率比较低的编码替换成ETSI，节目数量可以增加一倍到两倍，原来有6套，现在可以增加到18套甚至32套。现在国内在做得推送式业务标准，这一标准秦总会讲，我就不多说了。

简单回顾国内在DAB的领域研究与创新。国内跟踪研究是在80年代末开始，90年代通过合作项目开始了DAB的研究，其中包括研制关键设备、先导网，像佛山的先导网，北京—廊坊、天津的单频网。本世纪初实现了亚洲最早的基于DAB平台的实时视频业务传输，在佛山我们在DAB上面做的是WMV8，韩国的TDMB最先学习了我们的思路，然后才做得。最新的创新，近两年北京人民广播电台做得推送式广播。

我简单回顾DAB的优势很明显，系统传输能力强，支持多种多样的数据，多媒体业务。信号传输鲁棒性较强，移动接收性能好。在北京地区，我们曾经做过实验，大卡一个点可以覆盖北京四环到五环，五环以内移动接收都非常好。DAB的产业化基础比较成熟，因为国内很多做DAB的芯片厂家，还有DAB系统所涉及的专利已经或者即将到期。今年到明年原有的DAB系统即将到期。

DAB在国内已经做了十几年，但是到现在为止做得不是很好，原因主要有两点：一是DAB需要占用III波段和L波段，我们国家III波段主要用于模拟电视，另外给DAB一个很大的频点是很不容易的，DAB是1.5兆，如果我给他1.5兆，那么8兆的我就用不了，所以要给就给8兆。二是完全数字化系统，没有数据同播机制。

“天时”太关键，所谓天时就是我们作出很好的节目，节目遍地开花，但是由于某种原因没有持续下去，就造成了一个结果。还有DAB在2004、2005年的时候，当时想转向做手机电视，那个时候一开始国内很多运营商想做这个事情，但后来赶上国内自主创新的潮流。所以现在DAB又想转到声音广播，就丧失了自己比较好的基础。所以天时非常关键。

我再介绍一下美国HD Radio，它是美国ibiquity公司针对FM广播和AM中波广播数字化改造而开发的一种带内同播数字音频广播系统。它的特点就是在模拟调频有两个数字信号，频谱功率和模拟功率有20DB或者17、14DB，逐渐实现模拟向数字的过渡。现在可以把一个调频台变成三套或四套节目，这是它的很大一个特点。另外一个特点，就是数模切换，可以在播模拟的时候播加了数字的广播，这样形成数字和模拟相互互补。大家知道数字广播有一个弱点，我在门限之上数字广播完全每时，如果在门限之下数字广播就完全中断。接收体验不太好，模拟HD Radio做了一个取巧的办法，就是把数字和模拟广播同步，这样在接收机如果数字信号接不到，就可以用有些噪声的模拟信号进行补偿，这样至少用户的信号不会中断。这是很好的一个特点。

调频广播可以达到或接近CD音质，AM广播的音质可以达到接近现有模拟FM立体声音质。这是我提到调频广播FM HD Radio的频谱，在全数字模式下把模拟全部关掉，这样可以传到6套以上的数字节目，这是调频广播的演示路线。这是AM广播的情况，AM和调频有不一样的地方，AM除了在上下频加音频之外，中间还有一段数字频谱，就是想更好的利用频谱资源。

HD Radio系统比较特别，它只是在美国的NRC标准化组织上发布了NRC—5—B，但是所有的技术全是IBiquity公司提供的。我们跟踪上世纪末开始研究，广科院与无线电台局、中央人民广播电台共同承担了广电总局北京地区HD Radio试验广播及发射设备改造技术研究项目。除了在播出HD Radio广播试验，还包括现有国产发射机的改造，这个业务也获得了成功，后来这个项目获得了科技二等奖。中央人民广播电台、无线局、广科院等六家单位承担总局2009年科研项目HD Radio研究。

我再说一下实验室对HD Radio的测试，我们发现HD Radio音频干扰，大家关心的就是它在调频两边，这和我们的判断基本一致，它在第二音频，相当于在200K间隔的时候，数字落到了音频模拟广播中间，这样是不满足现有的调频广播的规划标准。还有我们刚才提到，HD Radio调频广播是在调频广播两边增加的数字，但是数字覆盖范围和模拟覆盖范围应该相当。数字/模拟功率比为—20DB时HD Radio数字信号的符号情况。我们还做了模拟广播的调频，立体声调频在五环甚至六环都很好，当时得出一个结论，数字广播覆盖范围不如模拟调频广播。后来我们做了一个调整，把功率出现到负14DB，增加6个DB，这样大概相当，就要数字广播和模拟广播的覆盖范围大概相当。

我简单总结一下HD Radio系统主要在不改变用户调频习惯的前提下数模同播，只换一个收音机，就可以把现有的频点从一套节目变成三套甚至四套节目，在数字频谱里面增加三套节目，把一个频点变成三个频点。我们在调的时候发现它有四个业务或者三个业务。它在一定程度上消除了数字广播系统的峭壁效应，在临界点用户接收不中断。还有一个明确的可操作的授权模式，具备产业化推广的基础。

劣势一个是同我们国家现有的调频规划原则有些地方有冲突，还有中波调幅HD Radio和我们国家的频率设置不一样，它们是10K的带宽设置，我们国家是9K的。还有blending需要将模拟广播节目进行延时7到8秒，这个在直播时是有问题的。目前HD Radio系统尚未实现单频网组网功能。最大的问题是HD Radio部分技术属于私有技术，没有任何资料可以参考的。它的专业授权模式非常特殊，因为这个公司是一帮做法律的人来运作这家公司，要求谁要生产我的HD Radio系统，包括前端设备、芯片、发射机、接收机，必须要先和我签协议，我授权再做。你生产芯片之后只能卖给和我签了协议的，不能卖给其他人，它可以收很多钱。比如一台DV机有三分之一的钱是交给这个公司。因为这些劣势，HD Radio系统在我们国家跟踪研究了三年多以后，暂时告一段落。

DRM系统实际是数字调幅广播，是98年在广州成立的DRM组织，目标是开发数字长、中短波世界范围标准。广科院有幸成为这个创始组织，2001年10月份成为ETSI标准，2002年1月30日经IEC五通过IEC62272—1标准。04年开始DRM组织奖DRM扩展到30兆至120兆，甚至到170多兆三波段以下的频率。这个标准在09年8月ETSI正式发布的。DRM把DRM+作为DRM的一种模式，本来它有四种模式。这是DRM的基本情况。

DRM的特点，30兆以下叫DRM30，还有DRM+，中短波使用30兆以下的，DRM+属于III波段。调幅频道DRM30可以达到立体声调频质量，DRM+可以达到CD音质。具有很强的抗多径传播引起的衰落能力，支持单频网组网，节约频谱资源。

DRM标准，etsien201980。国内在很早开始对DRM进行跟踪和研究，包括90年代，DRM组织再中国成立，广科院成为其创立会员之一。成立之初，从02、03年国内开始做长距离短波DRM广播的试验，从海南—北京、黑龙江—香港、新疆—欧洲，还有中波的试验，包括长沙、杭州、广州，大家觉得很好，但还是觉得有些问题，积累了很多经验，也发现了不少问题。后来在03年开始，在总局组织下，我们做了数字调幅广播样机的研发，主要研制了前端编码器、服务器、接收机，现有的模拟短波发射机进行改造，建立试验系统。这个项目也获得了科技创新的一等奖，取得了很多成绩。

DRM到现在为止在国际上都不太成功，为什么？主要是用的人比较少。一个是优势可以有效提高调幅/调频频段音频业务质量，能够实现长距离可扩传输，能够组建单频忘，实现大面积覆盖。还能有效提高频谱利用效率，支持数据业务。它的劣势是信源编码算法专利费用比较高，当时我们做前端系统一套系统做授权大概是3000多、4000多欧元，相当于三四万人民币，价格比较高。因为这个原因，国内对于这个一直不太感兴趣。现在接收价格最便宜的在150欧元一台，相当于1000多人民币，在国内买电视机、机顶盒都够了，所以大家一直没有很好的把这个市场推动起来。我觉得人气不旺。DRM是一帮做发射机的人来做的。

前面我总结了DAB、DRM和HD Radio在国内试验的情况，发现外来的和尚不一定能念经。在总局的指导下，开始做CDR，道路是曲折的，前途却是光明的。因为我们在国外技术转了一大圈，研究了很多年，研究之后对多种技术方案积累了宝贵的经验，包括样机研制，试验网运行，测试，我们做了很多工作。现在在国内，我们发现它们缺的天时地利人和，我们也基本具备了。

首先，国家鼓励自主创新，本世纪初开始国家鼓励自主创新，而且我们有CMMB，数字电视产业化，我们积累了宝贵经验，国内可以自己做系统。再有，国内运营商对频谱资源需要越来越迫切，大家希望调频资源不够。我们做CDR事情，朋友很感兴趣，一直想找我们合作。国内在音频信源编码上有一些突破，这样有利于我们在做整个的完全自主知识产权的基础。

CDR从07年底，广科院利用财政部基本科研业务费支持，开展了自主知识产权的调频数字音频广播系统研究，包括我们做了符合标准规范的一套数字传输系统，我们还做了基于无线电平台的样机，这是第一代CDR的技术。在今年，在总局指导下，广科院牵头，承担2011年科研项目《数字音频广播传输关键技术和系统研发及试验（一期）》，我们做挑拨的传输标准。还有国际台牵头研究业务形式和复用技术。广科院牵头，中国国际广播电台、中央人民广播电台等十余家单位在联合申请2012年科技支撑计划项目。

CDR针对调频和中波调幅优化的系统传输方案，有几种传输模式。还有灵活的频谱配置结构，HD Radio大家都看到了，它是把数字技术放在调频或调幅两边，CDR是很灵活的，可以找到很好的频点。刚才也提到我们集成了自主知识产权的信源编码算法DRA，我们与DRA开展深入合作。采用更高效的信源编码算法LDPC，这是一种高效的信源编码算法，对发射机来讲相当于发射机功率降了一半。五我们支持逐步演进的系统架构，我们也做了比较灵活的架构，把正在研究的技术可以逐步的应用到CDR的系统里，因为我的系统是不断完善的，我们未来会支持分层调制技术，这也是现在比较新的技术，还有多频道频率分集技术。可以把北京的几个频点进行互动，这样进行多品的分集增益。

CDR传输方案。针对不同的运营场景，设定三种传输模式，一是针对大面积的单频网覆盖，一个发射机可以覆盖几十公里的范围，还有高速移动接收，像我们国家的高铁，每小时300公里以上的速度进行接收。还有高数据率传输，可以在频点上传输更高的数据量。

目前我们已经完成了调频频段系统传输方案的设计，而且已经申请了12项国家专利。现在基于FPGA硬件平台的样机已经完成，已经开始联调。预计年底前完成发射机改造数字化改造工作，开展试验室和外场测试。到明年计划启动中波调幅频段系统研究工作。

如果科技部的项目没有问题，我们争取在三年之内把中国调频广播频段标准全部发布。五当然，我们也希望业界的朋友们一起来做，把这个事情做好。我的报告就到这里，谢谢！

（编辑：石头）