第第5章数字声音广播系统章数字声音广播系统 学习指导学习指导•本章重点本章重点：– 5.1 数字音频广播系统– 5.2 数字调幅广播系统•选学内容选学内容：– 5.3 其它的数字声音广播系统 2 声音广播的数字化声音广播的数字化•声音广播的数字化正朝着DAB（数字音频广播） 、 DRM （全球数字AM广播组织）、DMB（数字多媒体广播）以及网上广播的多元化方向发展•技术特征技术特征 1.从模拟向数字转变，从模拟向数字转变，2.从单机制作到数字音频制播网络转变，从单机制作到数字音频制播网络转变，3.从从较较单单调调的的声声音音广广播播向向综综合合形形态态（（包包含含数数据据广广播播、、多媒体广播、交互式服务等）的过渡多媒体广播、交互式服务等）的过渡3 5.1 5.1 数字音频广播（数字音频广播（DABDAB））系统系统（（P124P124））•DAB（（Digital Audio Broadcasting））：继AM广播、FM广播之后的第三代广播方式•DAB技术要点技术要点 ：以数字技术为基础，采用先进的音频数字编码、数据压缩、纠错编码及数字调制技术，在接收端可获得与原始发送信息相同质量的节目内容。
4 5.1.1DAB5.1.1DAB系统的工作频段和主要优点系统的工作频段和主要优点（（P125P125）） •工作频段工作频段：30MHz～～3GHz•主要优点主要优点：–1、提供CD等级的接收质量–2、抗干扰能力强，没有杂音或干扰；–3、可降低发射功率，从而减少电磁污染；– 4、频谱效率高，可容纳多路立体声节目，还可传送其它附加信息–5、数字广播具备加扰、加密功能–6、接收机操作方便、简单，可实现可变的动态控制–7、以同步网运行，非常经济地利用有限的频谱， 频谱利用率高 5 5.1.25.1.2三种三种DABDAB系统（系统（P125P125））•1、欧洲的尤里卡、欧洲的尤里卡147-DAB系统系统•2、、美美国国的的IBOC（（In Band On Channel））系统系统•3、日本、日本的单路的单路节目的节目的DAB系统系统6 DABDAB发送端构成框图（发送端构成框图（P126P126）） 7 DABDAB系统的发送端（系统的发送端（P126P126）） •1、、音音频频编编码码器器：利用MUSICAM算算法法进行音频信源编码，压缩音频数据的数码率；•2、复用器、复用器：压缩后信号与数据业务一起复用；•3、、编编码码正正交交频频分分复复用用（（COFDM））信信道道编编码码调调制制：提高传输的可靠性；对多径传播不敏感。
还将通过复合器加入快快速速信信息息信信道道FIC（Fast Information Channel）符号、同步信号等•4、、I/Q正正交交调调制制器器：对I、Q基带信号D/A变换后调制成已调中频信号•5、发射机、发射机：进行载波调制和功率放大•6、天线、天线：将电磁波发射出去8 DABDAB接收端构成框图（接收端构成框图（P126P126）） 9 DABDAB系统的接收端（系统的接收端（P127P127）） •1、、接接收收机机的的高高频频部部分分（又称调谐器）：选择出所需要的传送声音节目和数据业务的频率块•2、、I/Q变变换换：进行频率变换，得到两路正交信号，将高频信号变成中频信号和基带信号；•3、COFDM基带解调：完成对OFDM信号各个载波的解调，恢复出分配在各个载波上的数据流•4、、解解复复用用器器：把每个传输帧的比特流细分为同步信道（SC）、快速信息信道（FIC）和主业务信道（MSC）•5、、解时间交织解时间交织：重新恢复原始序列•6、信道解码、信道解码：纠错解码，实现误码的纠错和检错；•7、解扰、解扰：将能量扩散重新恢复；•8 、、MUSICAM信信源源解解码码：对音频数据进行去压缩，获得原始的音频数据。
10 DABDAB系统结构系统结构11 音频信号处理过程音频信号处理过程•数字音频码流1.信源编码信源编码压缩数字音频2.信道编码信道编码（可删除卷积编码）3.时间交织时间交织（只用于主业务信道（MSC）的信息）4.多路多路复用复用（与各通道数字音频和辅助数据复用）5.频率交织频率交织（将相邻的比特在尽可能远的不同载波上传送）6. OFDM：：分配到许多彼此正交副载波上进行四相相移键控（DQPSK）数字调制，巳调副载波叠加，形成COFDM基带信号7.频谱搬迁频谱搬迁（ 形成射频带宽 “DAB频率块” ）8.发射发射 空间电磁波12 DABDAB五项关键技术五项关键技术 1.信源编码信源编码：–掩蔽型自适应通用子频带综合编码与复用掩蔽型自适应通用子频带综合编码与复用（MUSICAM）2.信道编码信道编码：•（1）卷积编码，（2）循环冗余校验码CRC，（3）交织技术3.传输方法传输方法：–编码正交频分复用编码正交频分复用（COFDM）4.插入保护间隔插入保护间隔：•使彼此相继的符号即使在有反射时也相互独立5.同步网技术同步网技术：•通过同步网实现覆盖13 一、信源编码一、信源编码MUSICAMMUSICAM（（P127P127））( (掩蔽型自适应通用子频带综合编码与复用掩蔽型自适应通用子频带综合编码与复用) )•基本含义基本含义–利利用用人人耳耳听听觉觉的的心心理理声声学学现现象象和和音音频频信信号号统统计计的的内内在在联联系系，，将将宽宽带带的的声声音音信信号号频频谱谱分分割割为为32个个子子频频带带，，每每个个子子频频带带根根据据人人耳耳的的听听觉觉特特性性来来确确定定清清除除语语言言和和音音乐乐信信号号中中的的冗冗余余和和不相关信息，以实现有效的数据压缩不相关信息，以实现有效的数据压缩。
•实际效果实际效果–一套立体声节目的数据率降低到2×96kb／／s（（1:7）），达到CD质量水平14 MUSICAM编码的理论基础编码的理论基础•充充分分利利用用了了人人类类听听觉觉的的心心理理声声学学现现象象和和声音信号统计的内在联系声音信号统计的内在联系1.减少冗余减少冗余：尽量降低声音信号中冗余2.丢丢弃弃不不相相关关：尽量降低声音信号中不相关（人耳不能感觉到的部分），只对人耳能感觉到的信号进行编码和传输15 掩蔽效应掩蔽效应•掩蔽效应掩蔽效应–指一种弱信号被另一个强信号所遮盖或淹没而造成指一种弱信号被另一个强信号所遮盖或淹没而造成听不见或看不见的现象听不见或看不见的现象•两种掩蔽效应两种掩蔽效应–1、频域掩蔽效应、频域掩蔽效应–2、时域掩蔽效应、时域掩蔽效应•静听域：静听域：人耳在安静环境的听觉阈值人耳在安静环境的听觉阈值（最小声压级）•同听域：同听域：当同时发出声音时强音出现后，原有当同时发出声音时强音出现后，原有静听域被抬高而形成的新的听域静听域被抬高而形成的新的听域16 频域掩蔽效应频域掩蔽效应17 时域掩蔽效应时域掩蔽效应前掩蔽、同时掩蔽、后掩蔽前掩蔽、同时掩蔽、后掩蔽•特点：特点：–在前掩蔽期间，具有典型的听阈上升的趋势，且持续时间较短；–在后掩蔽期间，具有同听阈下降的趋势，且持续时间较长。
18 掩蔽效应的意义掩蔽效应的意义•频域掩蔽效应的意义频域掩蔽效应的意义1.凡是处在总同听域以下的声音不必传送凡是处在总同听域以下的声音不必传送2.处在总同听域以上的声音，可按照量化噪声保持处在总同听域以上的声音，可按照量化噪声保持在同听域以下的原则进行量化和编码传送在同听域以下的原则进行量化和编码传送•时域掩蔽效应的意义时域掩蔽效应的意义1.“大大掩掩蔽蔽小小”：：在时间掩蔽区域内，谱包络幅度大的信号会掩蔽下一时刻谱包络小的信号2.“传传大大弃弃小小”：：可以将时间上彼此相继的信号抽样值归并成“块”，传送幅度较大的值，以降低码率•相相比比而而言言，，频频域域掩掩蔽蔽比比时时域域更更加加重重要要时域掩蔽效应是弱掩蔽效应 19 MUSICAMMUSICAM技术特征技术特征1.把声音信号的频谱分割为32个子频段（每子频带24kHz/32=750Hz）2.丢弃子频带内同听阈以下的频谱成分3.子频带内同听阈以上的频谱成分采用不同的量化比特数（只要量化噪声低于最小同听阈）20 MUSICAMMUSICAM编、解码器原理编、解码器原理 21 二、二、DABDAB信道编码信道编码1.卷积编码：码率兼容删除型卷积码码率兼容删除型卷积码RCPC （（Rate Compatible Punctered Convolutional）。
–（1）提高卷积码的编码率提高卷积码的编码率，根据不同的信道质量和传输环境，采取截短删余措施，增加传输中的有用比特; –（2）降低解码器的复杂度降低解码器的复杂度，实现不等（不均匀）的差错保护2.循环冗余校验码CRC：对声音辅助信息声音辅助信息和比比例因子例因子（SCF）加入检测比特错误的校验3.交织技术：–时间交织时间交织（相邻码元在时间上分开传送）–频率交织频率交织（相邻码元在频率上分开传送）22 交织交织Interwave•交织交织Interwave ：：•为了得到一个均匀的差错分布，相为了得到一个均匀的差错分布，相邻的信息单元在时域和频域中应尽邻的信息单元在时域和频域中应尽可能远地相互分开来传送的措施可能远地相互分开来传送的措施23 交织原理图解交织原理图解24 时间交织和去交织时间交织和去交织•交织交织：串行比特流an串／并转换并行数据流不同的时刻延时传送•去交织去交织：并行数据流不同的时延补偿 并／串转换原始时间顺序的串行数据流an 25 时间交织示意图时间交织示意图26 频率交织频率交织•目的：目的：使频率选择性衰落造成的某频段上的连续误码，在接收端频率解交织后变成随机性误码。
•原理：原理：将相邻的比特在尽可能远的不同载波上传送，通过简单的数字排列组合来实现•特点：特点：•部位部位：位于复用器和正交频分复用（复用器和正交频分复用（OFDM））之间之间27 频率交织（频率交织（6套节目）示意图套节目）示意图28 三、三、DABDAB传输方法传输方法•编码正交频分复用编码正交频分复用COFDM•（Coded Orthogonal Frequency Division Multilex）：–一种与无线电信道的传输特性相适应的、能一种与无线电信道的传输特性相适应的、能使多径传输无线电信号的失真得到补偿的、使多径传输无线电信号的失真得到补偿的、包括编码和调制的多载波宽带传输系统包括编码和调制的多载波宽带传输系统29 COFDMCOFDM具体内容具体内容1.编码（编码（C）） –信道编码采用编码率可变的可删除卷积编码可删除卷积编码；2.正交频分（正交频分（OFD））–数据流分配到有相等间隔的、频谱关系彼此正交的大量副载波上传送，–调制采用四相差分相移键控四相差分相移键控DQPSK=4DPSK3.复用（复用（M））–多套节目数据相互交织地分布在大量副载波上，形成形成DAB块块复合在一起传送。
30 COFDMCOFDM（（P128P128）） 1.一一种种对对多多径径传传播播不不敏敏感感的的多多载载波波宽宽带带传传输输方方法2.经信道编码的信息被分配到频频谱谱成成正正交交关关系系的许多副载波的许多副载波上传送3.副载波采用的是四四相相差差分分相相移移键键控控（4-DSPSK）的调制方法4.所有这些已调副载波叠加在一起，就形成包含 数 字 信 息 的 COFDM基基 带带 信信 号号 或 称 为“DAB块块” （中中心心频频率率通通常常为为2.048MHz） ，“DAB块块”的带宽为带宽为1. 536MHz5.根据需要采取频谱搬移的办法，将其变换到射频范围，经功率放大后通过天线发射出去31 COFDM相关措施相关措施（（P128））•采取时间交织和频率交织双重技术的预防措施采取时间交织和频率交织双重技术的预防措施–使本来相邻的信息单元在时域和频域都尽可能远地分开来传送，接收端经过去交织恢复信息原有顺序，同时就把可能出现的“块差错”，拆开为相距较远的单个比特差错，容易予以修正•人人为为地地将将符符号号持持续续期期增增加加一一个个被被称称为为“保保护护间间隔隔”的时间长度的时间长度。
–防止具有较大时延差的多径传播信号在接收机中叠加时产生符号间干扰，只要到达接收机天线的多径信号之间的时延差不超过保护间隔，那么所有的多径信号(包括直达的、绕射的或由同步网中其它发射台来的)都会增强接收信号，对总的接收信号做出有益的贡献 32 四、保护间隔四、保护间隔TgTg•OFDM符号总持续期符号总持续期Ts= Tu+ Tg （模式1为1246μs）•有效符号持续期有效符号持续期Tu= 1／载波间隔（模式1为1000μs）•保护间隔保护间隔Tg≈（1／4） Tu（模式1为246μs）•保护间隔保护间隔Tg位置位置：插在Tu之前33 多径接收时保护间隔的作用多径接收时保护间隔的作用 •在信号间隔Tg期间传输信道发生的瞬态过程当全部瞬态过程变缓之后，和和信信号号处处于于稳稳定定状状态态，并在整个符号有效期Tu内保持这种稳定状态•在在时时间间Tu（＝FFT窗口时间）内内恢恢复复出出传传送送的的信信息息和信号的幅度总是相应于信道传递函数变化，它的相位滞后于主信号34 保护间隔保护间隔Tg的作用的作用1.阻止前一相邻符号对当前符号的交叉符阻止前一相邻符号对当前符号的交叉符号2.持续期防止反射波干扰持续期防止反射波干扰。
Ts= Tu+ Tg，保护间隔Tg加入后， OFDM符号总持续期从Tu 延长为Ts，只要反射波与直射波之间的时延差不超过保护间隔，所有反射信号都会增加接收功率，对有用信号加强35 DABDAB系统的四种覆盖方式系统的四种覆盖方式（（P129P129）） •（（1））单单频频同同步步网网：只需一个DAB频率块，以单频网(SFN)同步运行，实现多套节目的大面积覆盖–网内多台发射机使用中心频率相同、带宽为1.536MHz的DAB频率块，–播出节目相同，调制信号在时间上精确同步•（（2）本地电台）本地电台：–使用一个DAB发射机覆盖一座城市•（（3）卫星）卫星：–利用卫星传送DAB信号覆盖全国进行全国的覆盖可能是最经济的方案，可以节约可观的无数个地面同步网建设、节目和数据馈送以及维护、运行的费用•（（4）有线网络）有线网络：–空中接收DAB信号直接变换为有线网络中工作频率传送用户36 五、单频网五、单频网SFN特点（特点（ P129）） （Single Frequency Network ）1.同步网中的所有发射机都工作于中心频率相中心频率相同的同的DAB频率块频率块，调制信号也必须精确同步调制信号也必须精确同步。
2.实现多套节目的大面积覆盖实现多套节目的大面积覆盖，只需一个DAB频率块3.在每个发射台覆盖区边缘，各个发射台的信号就可以相互补充，提高了传输可靠性提高了传输可靠性4.DAB同步网中发射台的发射功率不需要很大发射台的发射功率不需要很大，通常约lkW或几百瓦37 5.2 5.2 数字调幅广播（数字调幅广播（AMAM））系统系统 数字数字AMAM的由来的由来 （（P131P131））（Digital Amplitude Modulation）•模拟模拟AM广播的缺点：广播的缺点：–（1）工作在中、短波波段，因此很容易受到干扰容易受到干扰； –（2）频频率率选选择择性性衰衰落落也会严重影响广播质量，尤其是短波广播–（3）功率大、耗能高，投资大，运行成本高功率大、耗能高，投资大，运行成本高–（4）使用9kHz（或10kHz）的带宽，不不可可能能有有高高的的质量质量.–（5）同频道、邻频道干扰严重，收收听听条条件件日日趋趋恶恶化•数数字字AM技技术术的的特特点点：克服模拟AM广播的缺点，充分利用中、短波波段实现对全球极为有效而经济的覆盖 39 数字调幅广播的工作频段的优点数字调幅广播的工作频段的优点（（P131P131））•工作频段工作频段：30MHz以下。
以下•优点优点：–1、低功率低功率–2、高音质高音质–3、抗干扰抗干扰–4、可兼容可兼容–5、同频谱同频谱–6、可改造可改造–7、广覆盖广覆盖–8、多业务多业务40 数字数字AMAM系统系统5 5 种建议种建议1.法国法国Thomcast天波天波2000系统：系统：多载波多载波；；2.法国CCETT／TDF（France Telecom/法法国国电电信信）系统：多载波多载波；3.美国中波IBOC DSB （数字声音广播Digital Sound Broadcasting）系统：多多载载波波，，带带内内同同频频；4.德德国国电电信信公公司司数数字字音音乐乐之之波波DMW （（或或T2M、、DTAG）） 系统：系统：单载波单载波；；5.美国之音／喷气推进实验室 （VOA／JPL：Voice Of America/ Jet Propulsion Laboratory）数字短波系统：单载波单载波41 数字数字AMAM中的关键技术中的关键技术（两种传输系统）（两种传输系统）1.多载波并行传输系统多载波并行传输系统 –利用多载波宽带系统同时传送数据2.单载波串行传输系统单载波串行传输系统–使用单个载波，进行多状态的调制42 1 1、多载波并行传输系统、多载波并行传输系统（（P132P132）） •要点要点：1.采用编编码码正正交交频频分分复复用用（ COFDM ）调制技术，利用多载波宽带系统同时传送数据。
2.每个载载波波采采用用低低速速率率的的QPSK、、16QAM或或64QAM在使用QPSK调制时，每个载波的每个相位状态代表2bit，当使用184个载波时，在9kHz的射频带宽内，可传送24kb/s的有用（净）数据率3.音音频频编编码码采采用用MPEG-4AAC（先进音频编码）方法，音频带宽可以大于9kHz•优点优点：抗干扰能力强，接收机简单•缺点缺点：发射机的峰值系数较高，对发射机的非线性校正要求较高 43 2 2、单载波串行传输系统（、单载波串行传输系统（P132P132）） •要点要点：1.使用单个载波，进行多多状状态态数数字字调调相相（ MPSK ）或多个状态调幅调相多个状态调幅调相（32/64-APSK）的调制方法，2.9或或10kHz带带宽宽，在与与模模拟拟调调幅幅广广播播同同播播时（各自占用相邻的独立频道），有用（净）数据率可达10～24kb/s3.音音频频编编码码采采用用MPEG-4AAC（先进音频编码）方法•优点优点：数字AM发射时，仍然可以保持模拟发射时的高效率；•缺点缺点：接收机较复杂 44 5.2.3DRM5.2.3DRM组织及其标准（组织及其标准（P132P132））自学自学 •DRM（（ Digital Radio Mondiale ））：数字AM广播世界性组织，1996年成立。
•DRM的任务的任务：统一全世界数字AM（长、中、短波）广播的规范•DRM的公开目标的公开目标：通过协调保留一个世界有效的并自由提供使用的30MHz以下数字声音广播发射和接收标准•DRM的三的三种种模式模式：半个频道，一个频道，两个频道，•DRM应用范围应用范围：30MHz以下45 3.2.43.2.4数字调幅广播系统（数字调幅广播系统（P134P134）） •基本原理基本原理：1.音频信号与附加数据进行数字编码处理音频信号与附加数据进行数字编码处理，2.加加至至发发射射机机进进行行高高电电平平放放大大和和再再调调制制，，将将数字信号变为模拟形式的信号数字信号变为模拟形式的信号，3.功率放大后通过天线发射出去功率放大后通过天线发射出去•显著优点显著优点：–只需要相对较低的花费，就可以将现有的模拟调幅发射机（PDM或PSM）改装成数字调幅发射系统–这些发射机在短期内可以在模拟和数字两种标准间切换 46 数字调幅系统组成框图数字调幅系统组成框图（（P134P134）） 47 5.3 5.3 其它的数字声音广播系统其它的数字声音广播系统1.卫星数字音频广播卫星数字音频广播2.数字多媒体广播数字多媒体广播DMB3.网络广播网络广播 卫星数字音频广播的优势卫星数字音频广播的优势（（P135））•1、音质纯净音质纯净； •2、覆盖面积大覆盖面积大；•3、投资和运营费用低投资和运营费用低；•4、可可从从最最经经济济的的角角度度任任意意选选择择播播出出带宽带宽；• 5、可以移动接收可以移动接收。
49 5.3.25.3.2数字多媒体广播（数字多媒体广播（P135P135）） DMB（（Digital Multimedia Broadcasting））1、、任任何何可可数数字字化化的的信信息息都都能能通通过过DMB传传送送2、、DMB个个人人接接收收同同GPS卫卫星星定定位位结结合合起起来来3、具有移动接收电视信号的功能、具有移动接收电视信号的功能4、提供互联网下载式的单向传输服务、提供互联网下载式的单向传输服务5、、提提供供的的广广播播新新闻闻将将是是集集图图、、文文、、声声于于一一体的综合形式体的综合形式50 数字多媒体广播（数字多媒体广播（P135P135））3、、可为在城市或郊外处于移动或静止状态中的人群提供与现有模拟电视图像质量相当的实时新闻、大型活动直播、各类信息和MTV等的影视娱乐节目服务–新闻也可以变成象互联网主页新闻那样具备一定程度的“交互性”，用户可以在他们的接收机上选择电子新闻进行阅读，也可以预约下载新闻–听众不光是用耳朵听新闻，而且还可看到和新闻相关的文字资料及新闻现场、新闻背景等方面的图像资料51 5.3.35.3.3网络广播网络广播（Internet Broadcasting）•网络广播（网络广播（ “广播广播” ）概念）概念：–指利用因特网来传输数字化的音频信息，以此提供音频广播服务。
•网络广播的两种形式网络广播的两种形式：1.直播直播：边下载，边播放2.点播点播：内容片段供用户选择52 2 2、网络广播特点（、网络广播特点（P136P136）） •1、不受播出时间和播出顺序的不受播出时间和播出顺序的限制，使受众具有广泛的信息选限制，使受众具有广泛的信息选择权择权•2、交互功能交互功能• 3、广播电台的发展拓展了新渠广播电台的发展拓展了新渠道道53 3 3、网络广播软件、网络广播软件•网络广播软件：网络广播软件：1.Real System2.Windows Media3.Quick Time4.Emblaze•网络广播软件事实标准网络广播软件事实标准–美国美国Real Network公司开发的公司开发的Real audio54 4 4、网络广播的发展、网络广播的发展•网络广播：未来广播的发展方向之一网络广播：未来广播的发展方向之一•发展的关键发展的关键：提供人们喜爱的各种节目•主要特色主要特色：1.栏目设置栏目设置：若干板块，形式多样2.实现互动实现互动：进行交互和交流3.信息量大信息量大：追求信息极大丰富4.竞争激烈竞争激烈：争夺市场和受众55 作业题作业题1.什么是什么是DAB？它的工作频段是多少？它的工作频段是多少？？2.试说明试说明DAB系统的五项关键技术。
系统的五项关键技术3.说明单频网说明单频网SFN特点4.数字调幅广播工作于哪个频段范围数字调幅广播工作于哪个频段范围？它有哪两种传输系统？两种系统？它有哪两种传输系统？两种系统的主要特点是什么？的主要特点是什么？56 。