关于数字广播DRM系统的论述

王洪国

【摘要】本文针对现在数字广播的DRM技术进行了详细的分析，根据DRM系统产生的背景，特点以及关键的技术做出了重要的阐述。

【关键词】DRM;广播;编码

1.DRM系统产生的背景

1.1 模拟AM广播需要数字化

多年来短波广播就变得没有什么吸引力了。原因主要在于差的声音质量以及麻烦的操作与电台寻找。AM广播自身的缺点和加之其它数字媒体的竞争，其结果是调幅广播的不景气，听众数量下降。AM广播的数字化，可以使声音质量得到明显的改善，通过好的质量再来吸引听众。此外，数字化后，可以通过传输附加数据，例如电台名称和替换频率，可使接收机的操作变得简单容易。

从能量的利用来看，AM发射功率中的很大一部分是用于载波（例如，当平均m=0.3时，载波功率占发射总功率的95.7 %），对信号本身甚至完全没有好处。现今中短波广播发射机功率都很大，与此相联系的是有相当高的运行费用。

从频率资源的利用来看，30MHz以下的广播波段有其特有的性能，它能实现远距离和大范围的覆盖，是实现地区性、全国性及国际性广播覆盖的最好手段之一，而且它的良好的快速移动接收特性是其它数字传播媒体所不能相比的。因此，其它众多媒体的数字化并不能代替AM广播的数字化。

1.2 全世界需要统一的数字化系统

无论是数字AM系统建议的提出者，还是广播机构、发射机和接收机制造厂商乃至听众，都希望全世界有一个统一的数字AM制式和标准。世界统一的制式与标准，也是接收机廉价的前提条件。

为了选择合适的统一的数字AM系统，1998年3月在中国广州成立了数字AM广播的国际组织DRM（Digital Radio Mondiale）联盟。DRM联盟的目标是开发数字长、中、短波广播的世界范围的标准，并提供一个系统建议，供ITU进行标准化。经过紧张工作，DRM提出了系统建议，并于2001年4月在ITU作为正式的建议书而获得通过。

DRM系统在2001年10月被ETSI标准化，并在2002年3月经IEC通过，DRM系统规范正式生效，为AM波段广播的数字化铺平了道路。国际上不少广播机构的部分发射台，已经从2003年6月16日（日内瓦召开ITU无线电行政大会）开始，以DRM方式正式投入广播运行，这标志着30MHz以下的广播新时代的开始。

DRM系统是经过严厉的开路试验、技术成熟的系統。DRM系统是世界上唯一的非专利的数字系统，用于短波、中波/AM和长波，它可以使用已有的频率和带宽。是对模拟AM广播的重大改善。DRM系统充分考虑到了与ITU现有的边界条件相一致以及与现有的模拟业务的兼容，并保证了由模拟广播向数字广播的平滑过渡。

2.DRM系统的优点

DRM系统具有以下几个优点：

（1）可以传输数据、图像、文件等，不但能听而且能看;

（2）发射功率小，节约能源，减少污染;

（3）可以进行远程控制，节约人力资源;

（4）采用数字压缩技术，提高了频谱利用率;

（5）抗干扰性能好，可以消除传输过程中的噪声和失真的积累;

（6）数字信号便于存储、交换、处理和计算机连接;

（7）采用纠错编码措施，可以修改传输过程中出现的差错.

3.DRM广播传输技术分析

3.1 信息复用

在广播系统里，信息主要是指音频节目源，为了增加节目的娱乐性，提高商业价值，可以加入图片和文字等信息。信息数字化后就可以将各种独立的信息进行合成、打包，合成信息的数量与传输带宽、编码方式等有密切的关系，如果采用高压缩比的编码方式，传输的信息量就可以相应的增加。

对于数字广播来说，就意味着可以将多套节目先进行量化、编码数字化处理，然后与各种文字、图片信息复用打包，形成一个内容丰富多样、包含多种信息的复合节目。复合节目再与远程控制有关的MDI （Multiplex Distribution Interface）、MCI （Modulator Control Interface）信息合成，采用TCP/IP协议通过网络适配卡送到网络进行长距离的传输。信息复用器中的源编码方式、MCI、MDI的配置都可以由用户按照需要进行选择，原理框图如图1所示。

图1 信息复用原理框图

整个系统由编码器、MCI发生器、MDI发生器、输出卡和用户操作系统组成。为了增加信道传输的信息量，降低数字音频信号的数据率，需要对音频等信号进行数据压缩或码率压缩，去掉音频信号中的不影响质量的冗余成分，称为信号源编码，数字广播采用的编码方式是MPEG4。

编码器可以接收模拟单声道、多声道和数字音频信号，目前最多可以对4路音频信号进行编码处理。根据每一路音频的实际情况选择采用合适的技术（AAC、CELP、HVXC）进行编码，根据四路音频信号重要性的不同，可以选择不同的保护级，保护级越高的信息抗干扰的能力越高。网页、文本信息以及各种图片可以通过文件的方式输入，然后进行编码。各种形式的输入信号一起编码完成后就形成了SDI （Service Distribution Interface）信号，SDI信号是所有的输入信号按照已定的编码方式编码完成后的合成码流。MDI信号是与DRM调制器有关的信息，包括FAC、SDC、MSC、调制模式、保护率等信息，用户可以直接在系统里根据传输情况进行调整，以达到最好的配置。

MCI是远程控制关键组件，主要是对调制器的参数进行设置，包括发射机号、调制器功率、频率、频率漂移以及延时信息等。MCI最多能够控制10个调制器。DCI信号与MDI信号一起形成符合DI协议的DRM信号，然后根据设置的连接类型、网络地址和端口号传输到网络上为下一级使用。

3.2 信源编码

信源编码的任务主要是解决数据存储、交换、传输的有效性问题。即通过对信源数据率的压缩，力求用最少的数码传递最大的信息量。在DRM系统中，信源编码的任务主要是解决传输的有效问题。在DRM系统中，最关键的技术之一是信源编码方法。

为在给定的比特率下提供更好的质量，系统使用了属于MPEG 4的不同的信源编码方案，以适应在数字AM广播中不同节目（音乐/语言）和不同带宽的需要。

（1）MPEG 4子集AAC（先进音频编码），包括抗差错强壮性处理，用于普通单声道和立体声广播。

（2）MPEG 4子集CELP（码本激励线性预测）语音编码，用于单声道语音广播 ，对很低比特率是有效的，或者适合于在要求较高的抗差错强壮性的情况下应用。

（3）MPEG 4子集HVXC（谐波矢量激励编码）语音编码，用于很低比特率和抗差错强壮性单声道語音广播，特别适合于基于语音数据的应用。

除了上述的编码方法外，在DRM系统中还应用了频带恢复（SBR—Spectral Band Replication）技术，它是一种在低比特率情况下获得完全音频带宽的音频编码增强方法（工具），它可以与AAC、CELP和HVXC联合应用，构成目前能力最强的压缩方法。仅AAC本身效率已经比的MP3方法高出30%，然而由于窄的有限的带宽，仅使用AAC是不够的。借助附加应用的SBR，可以在保持同样高的音频质量的情况下，数据率还可以再减低40%。这样就有可能传输数据率仅为25kb/s左右的高级的音频信号，远不到ISDN线路的1/3。当节目是纯粹的语言内容时，例如新闻节目，在DRM系统中比特率甚至可以减低到10kb/s—2kb/s。

信源编码传送的比特流传输格式要变化为适合于DRM系统的要求。采用不等错误保护（UEP），以便在有错误倾向的传输信道中改善系统的性能。

3.3 信道编码

在实际的无线电信道中传输数字信号时，由于信道的不理想或噪声和干扰的影响，使接收的信号产生差错。要使差错限制在一定的允许范围内，数字基带信号在进行调制前，必须进行信道编码，又称差错控制编码。

所谓信道编码，是按照一定的规则，在信源编码后的数据流中，人为加进冗余，即补充差错保护，使信源编码的信号尽可能无干扰地通过传输信道送到接收机，也就是说，通过信道编码，当出现传输差错时，在接收机中可以进行识别和修正。

信道编码器的输入码率与输出码率之比称为信道编码率，信道编码率越低，保护程度越高，纠错能力越强。在数字通信中，只需较低的信噪比就可以保证信息的可靠传输，主要归功于信道编码。然而，由于信道编码时加进了差错保护，会使在信道上传输的总数据率变大，这就是为确保传输可靠性所付出的代价。

选择信道编码方法时，首先是在给定的剩余比特差错率（在应用了信道编码和相应的解码后剩余的差错）和平均编码率以及传输带宽下，选择允许最低的载噪比C/N的一种方法。好的信道编码方法，使剩余比特差错率曲线向小的C/N方向移动。对于广播传输来说，卷积码相对于代数学的块码是有好处的。因此，DAB和DVB-T传输系统都选择了卷积码。

在同时考虑到能力和复杂性的情况下，DAB信道编码系统，是基于存储深度为6、相应的约束长度为7和26=64状态的卷积码来实现的。考虑到实际应用的有效性和模块的通用与廉价性，DRM系统使用了与DAB完全相同的信道编码器。

3.4 电台发送

电台发送是各台在整个系统中主要的任务，他接收接传机房送来的复合信息然后进行广播发射，也可以作为一个独立的节目制作、发送系统。在信号送入发射机之前需对信号进行一系列处理，处理系统我们可以称为DRM发生源。它的主要功能包括编码、数字调制、延时信号调整、音频信号副相分离、射频信号相位调制等。

4.结论

将来的中短波广播是数字广播，DRM系统有广泛的市场，对此不应有任何怀疑。然而技术优越并不是有成效的市场的保证，必须充分认识数字广播对广播机构和听众带来的经济效益和社会效益。同时，要制定出明确的发展与实施战略。同样很重要的是，要像开发数字电视那样，对数字广播的启动也应有相应的组织保证和大的资金投入。