数字音频广播CDR技术在广播电视工程中的应用

漆 军，白玛措珍，肖 鑫

（1.重庆广播电视技术中心，重庆 401147；2.西藏自治区广播电视局丁青中波转播台，西藏 昌都 855700；3.湖北省广播电视局潜江中波转播台，湖北 潜江 433100）

1 数字音频广播技术的发展历程

1.1 发展历程

数字声音广播（Digital Sound Broadcasting，DSB）是第三代声音广播技术，以数字音频编码技术为基础，完成广播信号的全面数字化升级。数字声音广播移动接收性能强，频谱的利用效率更高，能够满足多方面业务的需求[1]。《地面数字电视广播单频网技术要求》（GB/T 28433—2012）中，数字声音广播通过单频网（Single Frequency Network，SFN）技术能够实现特定区域的可靠覆盖。当前，DSB主要有三种类型。第一是数字音频广播（Digital Audio Broadcasting，DAB）。1995年，欧洲电信标准协会发布DAB系统标准。DAB具备码率高、占用频带宽、传输能力强、移动接收能力强、支持多种业务模式等优势。第二是30 MHz以下AM波段数字声音广播，主要有世界数字广播联盟（Digital Radio Mondiale，DRM）标准和美国发布的带内同频道（in band onchannel，IBOC）。第三是30 MHz以上FM波段的数字声音广播。美国采用基于IBOC的高清晰度广播（HD Radio），世界数字广播联盟采用DRM+标准，我国自主研发了中国数字化广播（China Digital Radio，CDR）系统[2]。

1.2 中国数字声音广播标准化进程

受各种因素影响，DAB、DRM、HD Radio等标准在我国并未大规模发展。《“十二五”广播影视科技发展规划》明确提出推进我国声音广播数字化进程。2007年，中国数字音频广播系统CDR研发实验开展。2013年，调频频段数字音频广播信道行业标准与调频频段数字音频广播信道复用行业标准发布。2015年，《中央广电节目无线数字化覆盖工程》开始实施。2018年，我国CDR数字音频广播（Convergent Digital Radio）系统正式获批成为国际电联ITU-R标准。2020年，《30 MHz～3 000 MHz地面数字音频广播系统技术规范》（GY/T 214—2006）发布实施。2021年，《数字电视卫星传输信道编码和调制规范》（GY/T 338—2020）发布。2022年，《广播电视无线传输覆盖网管理办法》发布实施。我国CDR系统核心专利与相关专利数量大幅度提升，推动了我国数字音频广播行业的快速发展[3]。

2 数字音频广播CDR技术

2.1 系统介绍

CDR系统是国家广播电视总局科技司自主研发的中国数字声音广播系统，在系统整体设计、信道传输技术、数字发射机、接收终端等领域不断完善。CDR系统通过增强编码工具有效降低比特率，不影响现有频率规划，支持调频广播同台、同频、同发射机广播，将单一广播业务拓展至音频广播、数据广播、视频广播，支持单频点多业务组合与多频点协同工作。CDR系统是建立在我国广播发展现状基础上的数字广播系统。与其他国家数字音频广播相比，CDR系统的覆盖范围、抗干扰能力更强，并且实现数模同播，有助于推动数字广播的进一步发展[4]。

2.2 技术特点

CDR系统采用正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技术。作为多载波传输技术，OFDM具有高速率传输、抗干扰能力强等优势。OFDM技术早期被应用于军事通信领域。随着技术的发展，OFDM快速调制解调得以实现，标志着OFDM技术实际应用的开始。1990年以后，超大规模集成电路技术发展迅速，这为OFDM技术的发展提供了技术与设备支持，OFDM、COFDM（信道编码OFDM）等技术逐渐在信息、通信领域有重要的应用。COFDM实现信道编码技术与多载波技术的融合应用，解决了宽带高速传输问题，编码纠错、抗多径衰落、抗码间干扰、多普勒频移等方面能力大幅度提升。COFDM技术也被应用于数字音频广播领域。1995年，DAB标准第一次应用COFDM技术。此后，DVB标准、DRM标准、HD Radio标准也都使用COFDM技术。另外，COFDM技术还被应用于第五代移动通信系统中。CDR系统包括电子业务指南（Electronic Services Guide，ESG），能够为用户提供全面的数字音频广播节目信息，包括声音、图片、视频及文字等形式[5]。数字音频广播CDR系统结构如图1所示。

图1 数字音频广播CDR系统结构图

2.3 传输机制

数字音频广播CDR系统主要有三种传输模式，如表1所示。广播电视台在具体应用中可根据实际需求选择合适的传输模式。三种传输模式适应不同的广播场景，如大范围组网覆盖、高移动接收、高数据传输等。

表1 CDR系统的三种传输模式的传输参数

2.4 信源编码

CDR系统的信源编码主要采用DRA+音频编码技术。DRA+主要有三种音频编码形式，如DRA+低码率编码、DRA+分层编码、DRA+低码率分层编码等。DRA+音频编码技术使用频带复制（SBR）、参数立体声（PS）、分层模块等技术，输出码率范围可从 16 kb·s-1到 384 kb·s-1，支持立体声与多声道环绕声数字音频编码解码，DRA+音频编码技术不同码率下的主观音质体验也有明显提升。以DRA+低码率编码为例，其主要有单声道与立体声编码，根据单声道与立体声、环绕声等不同场景选择对应的编码处理模式。DRA+分层编码包括基本层数据和增强层数据。基本层处理左右声道DRA编码，增强层处理中央声道DRA编码。DRA+低码率分层编码包括参数立体声编码、宽带扩展编码、残差信号、基本层与增强层、单声道和立体声编码码流等[6]。

2.5 信道编码与调制

数字音频广播CDR系统信道编码与调制系统功能主要分为三大方面。第一是物理层输入，包括主业务数据、业务描述信息、系统信息三类上层数据流。第二是信道编码与调制，通过信道编码与调制子系统完成三类上层数据的信道编码，具体流程包括扰码、LDPC编码、卷积编码、位交织及星座映射等，通过OFDM调制构成逻辑帧。第三是通过子帧、基带、射频转换、射频发射完成信号发射。

2.6 实践应用

经过多年技术研发与实践积累，数字音频广播CDR技术的应用已经十分成熟，在北京、重庆、广东、上海等地DAB系统建设过程中有广泛的应用。重庆在2015年实施中央节目数字化工程时，就建设了16个CDR站点，以不改变原有频率的方式播出数字音频广播，最大功率3 kW，最小功率300 W，播出4套中央广播数字节目和一套中国之声模拟节目，实现了在不影响原有收听方式的情况下进行数字化改造的目标。以广东省越秀山电视调频发射台为例，其结合自身发射台现状，积极推进CDR节目播出平台建设，已建设成为我国第一个省级频率CDR数模同播发射台。

3 结 语

数字化技术的发展，使得数字音频广播在网络时代依旧有广阔的发展空间。CDR系统作为我国自主研发的数字音频广播体系，通过科技创新驱动，不断提升CDR系统的科技水平，有助于广播事业的进一步发展。