孫　光　宋　榮

摘 要：廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)(RDS)是一種利用調(diào)頻多工技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的調(diào)頻廣播系統(tǒng)進(jìn)行改造，使用調(diào)頻廣播的剩余頻帶實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)廣播的方案。通過分析RDS的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，介紹了將傳統(tǒng)的循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)運(yùn)算轉(zhuǎn)化為三字節(jié)遞推算法并采用查表法進(jìn)行快速計(jì)算，在有限的運(yùn)算速度和資源的前提下實(shí)現(xiàn)RDS數(shù)據(jù)組同步運(yùn)算的方法和程序流程，以及如何利用RDS透明數(shù)據(jù)通道進(jìn)行城市公交廣告信息的傳輸?shù)葍?nèi)容。

關(guān)鍵詞：廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)組同步；透明數(shù)據(jù)通道；信息傳輸

中圖分類號(hào)：TN934.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-373X(2009)03-033-03

City Bus Advertisement Information Transmission Based on Radio Data System

SUN Guang,SONG Rong

(Shenzhen Polytechnic College,Shenzhen,518055,China)

Abstract：Radio Data System (RDS) is a scheme to reform exsiting FM system using FM multi-tasking technology,to realize data broad casting using remaining band of FM.RDS data structure and a fast algorithm for RDS data group synchronization are analysed.It changes traditional CRC algorithm to three bytes algorithm and realizes fast algorithm on table.RDS data group synthronization can be completed by limited calculating speed and resource.City bus advertisement information can be successfully transmitted in RDS transparent data channel.

Keywords：radio data system;data structure;data group synchronization;transparent data channel;information transmission

0 引 言

廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)(Radio Data System，RDS)利用調(diào)頻多工技術(shù)對(duì)現(xiàn)有調(diào)頻廣播系統(tǒng)進(jìn)行改造，使用頻率范圍在87.5~108 MHz的調(diào)頻立體聲或單聲道廣播的57 kHz副載波來(lái)傳輸數(shù)據(jù)信息，其發(fā)射與接收裝置與現(xiàn)有的調(diào)頻廣播系統(tǒng)完全兼容。RDS信號(hào)占用的帶寬較窄，數(shù)據(jù)傳輸率只有1 187.5 b/s，非常適合傳輸對(duì)數(shù)據(jù)率要求不高的實(shí)時(shí)文字信息。這里設(shè)計(jì)的“城市公交廣告信息顯示屏”正是利用RDS的透明數(shù)據(jù)通道實(shí)現(xiàn)了文字廣告信息的傳輸。

1 系統(tǒng)的組成與工作原理

“基于RDS的城市公交廣告信息顯示屏”的組成如圖1所示。

在RDS信號(hào)接收的設(shè)計(jì)中，選用日本三洋公司的可編程鎖相環(huán)頻率合成器LC72131M和收音芯片LA1844M為主體構(gòu)成的電路來(lái)接收FM廣播信號(hào)。

LA1844M芯片中鑒頻器輸出的立體聲復(fù)合信號(hào)送入RDS解碼電路S1A0905X01進(jìn)行分離，提取出RDS基帶信號(hào)直接輸入PIC16F74單片機(jī)，采用軟件方式進(jìn)行數(shù)據(jù)同步處理，然后將相應(yīng)的廣告和文字信息顯示在公交車前方的條形LED顯示屏上。

圖1 RDS接收機(jī)組成框圖

2 RDS數(shù)據(jù)組的結(jié)構(gòu)

圖2所示為RDS基帶信號(hào)的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中的最大元素被稱之為數(shù)據(jù)組(Group)，由104位組成。每個(gè)組由4個(gè)分別為26位的數(shù)據(jù)塊(Block)組成。每個(gè)數(shù)據(jù)塊都由信息碼和校驗(yàn)碼組成，其中信息碼為16位，校驗(yàn)碼為10位，圖中的偏移量代表每一個(gè)數(shù)據(jù)塊在數(shù)據(jù)組中的位置。

圖2 RDS基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

RDS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)可以歸納如下：

(1) 每個(gè)RDS數(shù)據(jù)組的第一個(gè)數(shù)據(jù)塊必定包含節(jié)目識(shí)別碼(Programme Identification，PI碼)，PI碼的建立是為了判定在不同地區(qū)甚至不同國(guó)家間播出的同一節(jié)目。它并不是為了達(dá)到顯示節(jié)目信息的目的，而是某一個(gè)特定節(jié)目的身份證，使得該節(jié)目有別于其他節(jié)目。PI碼的一個(gè)重要應(yīng)用是在當(dāng)前頻率點(diǎn)接收效果較差時(shí)，RDS接收機(jī)能夠自動(dòng)調(diào)諧到正在播送同一節(jié)目的其他頻率點(diǎn)，以保證收聽質(zhì)量。這一功能在車輛或移動(dòng)式接收設(shè)備上顯得尤為重要。

(2) 交通節(jié)目標(biāo)志碼(Traffic Programme Identification，TP碼)和節(jié)目類型碼(Programme Type，PTY碼)總是出現(xiàn)在每個(gè)RDS數(shù)據(jù)組第二個(gè)數(shù)據(jù)塊的固定位置，而不論數(shù)據(jù)組的版本如何。

TP碼是一個(gè)開關(guān)標(biāo)志，它用于指示現(xiàn)在調(diào)諧到的頻率點(diǎn)播出的電臺(tái)節(jié)目中是否包含交通信息，這里包括正在播出以及即將播出的交通信息。

PTY碼的作用是以字符的形式告知收聽者正在接收的是何種類型的節(jié)目，例如體育節(jié)目、娛樂節(jié)目等。

(3) 每個(gè)RDS數(shù)據(jù)組的第二個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始4位為數(shù)據(jù)組類型標(biāo)志。在RDS規(guī)范中，數(shù)據(jù)組根據(jù)4位標(biāo)志的不同被分為0～15共16類，每類中又根據(jù)第5位值的不同被分為A和B兩種版本。

在RDS規(guī)范中，RDS數(shù)據(jù)組類型多達(dá)16類兩個(gè)版本共32種，分別針對(duì)不同的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和功能。需要特別指出的是，這些不同的類型的數(shù)據(jù)組根據(jù)所承載信息的重要程度以及信息類型的差別以不同的頻度得以發(fā)送。

在世界上已經(jīng)開始運(yùn)營(yíng)的RDS系統(tǒng)中，沒有一個(gè)完全實(shí)現(xiàn)了RDS系統(tǒng)能夠擁有的所有功能，而是根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況有選擇地加以實(shí)現(xiàn)。同樣，在RDS接收機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，基于性價(jià)比以及實(shí)用性的考慮，也是有針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)RDS的部分功能。

3 RDS數(shù)據(jù)組同步的獲取

在RDS數(shù)據(jù)塊中，采用的是標(biāo)準(zhǔn)CRC校驗(yàn)的一種變形，其生成多項(xiàng)式為：

G(x)=x10+x8+x7+x5+x4+x3+1

將16位的信息字對(duì)g(x)進(jìn)行模2除法，所得到的余式再使用模2加法加上數(shù)據(jù)塊的偏移量即構(gòu)成所發(fā)送的10位校驗(yàn)字。

由于RDS數(shù)據(jù)組、數(shù)據(jù)塊之間采用連續(xù)發(fā)送，沒有任何間隔，要完成RDS數(shù)據(jù)組的同步操作，必須要在每接收到一個(gè)新的數(shù)據(jù)位后，都對(duì)新組成的26位數(shù)據(jù)流進(jìn)行CRC校驗(yàn)運(yùn)算。為了保證數(shù)據(jù)處理的連續(xù)性，運(yùn)算必須在下一個(gè)數(shù)據(jù)位到來(lái)前完成，也就是說，必須要在842 μs(即一個(gè)RDS碼元周期)內(nèi)完成運(yùn)算。

由于RDS中CRC校驗(yàn)的生成多項(xiàng)式G(x)在單片機(jī)運(yùn)算中占據(jù)兩個(gè)字節(jié)，根據(jù)CRC校驗(yàn)的原理，其在8位單片機(jī)中的運(yùn)算其實(shí)就是一種三字節(jié)序列遞推運(yùn)算，每次運(yùn)算所得的余式加入下一個(gè)三字節(jié)序列進(jìn)行模二除法。依次類推，每一次遞推運(yùn)算都是對(duì)一個(gè)三字節(jié)序列的計(jì)算，因此，如何簡(jiǎn)單快捷地對(duì)三字節(jié)進(jìn)行運(yùn)算是算法的關(guān)鍵。

提到簡(jiǎn)單快捷，人們自然會(huì)想到查表法，即事先將三字節(jié)序列的所有余式計(jì)算出來(lái)，置于一個(gè)稱之為余式表的表格中供隨時(shí)讀取。不過這樣的表格太大，需要224個(gè)16位單元，即占用225個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間，這對(duì)單片機(jī)來(lái)說是無(wú)法接受的，因此，要設(shè)法盡量減少表格所占用的存儲(chǔ)空間。

設(shè)一個(gè)三字節(jié)序列Tabc=［a b c］，一個(gè)三字節(jié)序列Ta00=［a 0 0］和一個(gè)二字節(jié)序列Tbc=［b c］。可以用多項(xiàng)式的形式表示它們之間的關(guān)系為Tabc(x)=Ta00(x)+Tbc(x)，因此，對(duì)Ta00來(lái)說:

Ta00(x)G(x)=Qa00(x)+Ra00(x)G(x)

而對(duì)Tabc來(lái)說:

Tabc(x)G(x)=Ta00(x)+Tbc(x)G(x)=

Qa00(x)+Ra00(x)+Tbc(x)G(x)

其中，Qa00(x)是整數(shù)，與余式無(wú)關(guān)；而Ra00(x)和Tbc都是二字節(jié)序列，因而，它們的和(模2加法，即異或運(yùn)算)仍然是二字節(jié)序列，因此，它就是Tabc的余式Rabc，即:

Rabc=ReTabc(x)G(x)〗=Ra00(x)+Tbc(x)

這樣就可以把三字節(jié)序列Tabc=［a b c］的運(yùn)算分解成兩個(gè)步驟來(lái)完成：

(1) 通過查余式表，讀取Ta00=［a 0 0］的余式Ra00=［ha00 la00］；

(2) 將Ra00與［b c］進(jìn)行異或運(yùn)算，從而得到［a b c］的余式Rabc=［habc labc］。

由于［a 0 0］只有一個(gè)字節(jié)不為零，因此，余式表只需要256個(gè)單元即512 B的存儲(chǔ)空間。

在RDS接收機(jī)的設(shè)計(jì)過程中采用的是PIC16F74單片機(jī)，其ROM空間僅有16 KB，還要完成顯示控制、電子調(diào)諧控制等許多其他功能，存儲(chǔ)空間非常緊張，所以還需要對(duì)余式表進(jìn)行壓縮。

將Ta00=［a 0 0］分解為Te00=［e 0 0］和Tf00=［f 0 0］，并使字節(jié)e的上半字節(jié)內(nèi)容與a的上半字節(jié)相同但下半字節(jié)為零，同時(shí)使字節(jié)f的下半字節(jié)內(nèi)容與a的下半字節(jié)內(nèi)容相同但上半字節(jié)內(nèi)容為零，然后用Te00和Tf00的生成余式表來(lái)代替Ta00的余式表。由于Te00和Tf00中只有半個(gè)字節(jié)內(nèi)容不為零，所以每個(gè)余式表只需16個(gè)單元，即32個(gè)字節(jié)，兩個(gè)余式表共占用64個(gè)字節(jié)，可以滿足PIC16F74單片機(jī)對(duì)于存儲(chǔ)空間的要求。

實(shí)現(xiàn)CRC校驗(yàn)的快速算法只是獲取RDS數(shù)據(jù)信號(hào)同步的前提條件之一。由于RDS數(shù)據(jù)信號(hào)的同步信息是包含在每個(gè)26位數(shù)據(jù)塊的結(jié)尾處，必須采用先接收數(shù)據(jù)，再進(jìn)行同步運(yùn)算的辦法。在PIC16F74單片機(jī)的通用寄存器中專門為接收數(shù)據(jù)設(shè)置了4個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)，每接收到1位數(shù)據(jù)，就按照先入先出(FIFO)的原則對(duì)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進(jìn)行移位操作，然后對(duì)最近接收到的26位數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果與RDS數(shù)據(jù)塊偏移量A，B，C，D進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)與其中之一相同，則認(rèn)為進(jìn)入準(zhǔn)同步狀態(tài)。由于接收數(shù)據(jù)的隨機(jī)性，在單獨(dú)一個(gè)26位數(shù)據(jù)流中運(yùn)算出數(shù)據(jù)塊偏移量的幾率是比較大的，所以必須進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)。

進(jìn)入準(zhǔn)同步狀態(tài)后，準(zhǔn)同步計(jì)數(shù)器開始對(duì)接收的數(shù)據(jù)位進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)又接收到一組26位數(shù)據(jù)后，再進(jìn)行一次CRC校驗(yàn)運(yùn)算，如果運(yùn)算結(jié)果為RDS數(shù)據(jù)塊偏移量A，B，C，D其中之一，并且與上次檢測(cè)到的RDS數(shù)據(jù)塊偏移量成順序關(guān)系，就可以認(rèn)為已經(jīng)獲取了RDS數(shù)據(jù)信號(hào)的同步。

在獲取同步后，就不必每接收1位數(shù)據(jù)進(jìn)行一次CRC校驗(yàn)了，而只用在接收到一個(gè)完整的26位數(shù)據(jù)后進(jìn)行一次校驗(yàn)運(yùn)算，以檢測(cè)數(shù)據(jù)是否傳輸錯(cuò)誤并得到數(shù)據(jù)塊的偏移量。

4 文字信息在RDS透明數(shù)據(jù)通道中的傳輸

由于這里所涉及的RDS接收機(jī)主要用于公交廣告顯示屏的文字信號(hào)傳輸，所以重點(diǎn)討論RDS中適合于文字信息傳輸?shù)膬煞N數(shù)據(jù)類型，即開放數(shù)據(jù)應(yīng)用和透明數(shù)據(jù)通道。

開放數(shù)據(jù)應(yīng)用(Open Data Application，ODA)是RDS數(shù)據(jù)類型中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它賦予了RDS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種特定功能的極大的靈活性。開放數(shù)據(jù)應(yīng)用只是規(guī)定了數(shù)據(jù)組的格式，但對(duì)其中的內(nèi)容沒有作出具體的規(guī)定。由于FM廣播具有地域性的特點(diǎn)，各個(gè)不同的地方可以根據(jù)各自不同的需要對(duì)于開放數(shù)據(jù)應(yīng)用的內(nèi)容作出具體規(guī)定。當(dāng)然，接收端也必須能夠理解這些具體規(guī)定。在實(shí)際應(yīng)用中，開放數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)常用來(lái)進(jìn)行特殊目的數(shù)據(jù)廣播，例如無(wú)線尋呼、股市信息等。在RDS的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定開放數(shù)據(jù)應(yīng)用應(yīng)該向標(biāo)準(zhǔn)制定部門進(jìn)行登記。

與開放數(shù)據(jù)應(yīng)用相比，透明數(shù)據(jù)通道(Transparent Data Channels，TDC)則使RDS的功能實(shí)現(xiàn)更加靈活。之所以稱之為透明，是指通過它幾乎可以傳輸任意長(zhǎng)度以及任意格式的數(shù)據(jù)。圖3所示為透明數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)組結(jié)構(gòu)。

圖3 透明數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)組結(jié)構(gòu)

圖3中的地址編碼是指透明數(shù)據(jù)通道的子通道號(hào)，共有5位二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，也就是說，透明數(shù)據(jù)通道最多可容納32路數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸。

鑒于透明數(shù)據(jù)通道在功能實(shí)現(xiàn)上的靈活性和可擴(kuò)展性，設(shè)計(jì)的“基于RDS的城市公交廣告信息顯示屏”采用透明數(shù)據(jù)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由于可最多容納32路數(shù)據(jù)傳輸，這也意味著廣告運(yùn)營(yíng)商可以在一個(gè)FM頻道上同時(shí)傳輸多套信息，不僅有利于減小運(yùn)營(yíng)成本。也可以根據(jù)廣告客戶的需求，有針對(duì)性地在特定公交線路上顯示出特定的廣告信息內(nèi)容，提高了廣告信息投放的靈活性。

RDS規(guī)范中并未規(guī)定透明數(shù)據(jù)通道中傳輸數(shù)據(jù)的格式和長(zhǎng)度，因此可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的設(shè)計(jì)。由于系統(tǒng)傳輸?shù)臑閿?shù)字、英文、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等ASCII碼(小于80H)和漢字字符編碼，對(duì)于16位的漢字字符編碼，需要一個(gè)透明數(shù)據(jù)段的16位進(jìn)行傳輸，對(duì)于ASCII碼字符，只需要一個(gè)透明數(shù)據(jù)段的低8位進(jìn)行傳輸，而高8位留作備用。由于漢字編碼每一字節(jié)的數(shù)據(jù)從0A1H開始，并不會(huì)與小于80H的ASCII碼字符混淆。

為方便信號(hào)處理，在每一條文字信息開始設(shè)置起始標(biāo)志7EH，對(duì)應(yīng)ASCII碼字符“~”；在每一條文字信息結(jié)束時(shí)設(shè)置結(jié)束標(biāo)志0DH，對(duì)應(yīng)ASCII碼的回車符。

一條完整的文字信息接收的主要流程如圖4所示。

圖4 文字信息接收的主要流程

5 結(jié) 語(yǔ)

在“基于RDS的城市公交廣告信息顯示屏”的設(shè)計(jì)過程中，通過對(duì)RDS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的仔細(xì)分析，在有限的處理速度和計(jì)算資源的前提下，成功解決了RDS數(shù)據(jù)組同步運(yùn)算的實(shí)時(shí)性問題，實(shí)現(xiàn)了文字信息在RDS透明數(shù)據(jù)通道中的傳輸，并在實(shí)際運(yùn)行過程中取得了令人滿意的效果。

RDS作為一種依托于傳統(tǒng)媒體而開發(fā)出的數(shù)據(jù)傳輸方式，其自身也在不斷地完善和發(fā)展之中。隨著更多新的技術(shù)手段應(yīng)用于RDS系統(tǒng)，RDS的內(nèi)涵也在不斷擴(kuò)充，其應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)不斷擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)

［1］劉小兵.廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)(RDS)接收機(jī)原理［J］.現(xiàn)代電子技術(shù),2004,27(12):34-36.

［2］朱昊.歐盟交通信息廣播頻道RDS/TMC系統(tǒng)簡(jiǎn)介［J］.交通與運(yùn)輸,2007,23(1):51-52.

［3］張紀(jì)升,楊琪,陳希.基于廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)(RDS)的交通及出行者信息系列標(biāo)準(zhǔn)的研究與制定［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化,2008(2):21-23.

［4］秦曉軍，蘭濱，李軍煥.基于RDS-TMC技術(shù)的車輛動(dòng)態(tài)導(dǎo)航系統(tǒng)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2006,23(5):182-184.

［5］余華,劉冬生.基于SAA6588解碼器的RDS接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.自動(dòng)化與儀器儀表,2005(2):14-17.

［6］丁勝昔,張其善.調(diào)頻副載波在GPS車輛動(dòng)態(tài)導(dǎo)航中的應(yīng)用［J］.遙測(cè)遙控,2003,24(4):46-48.

［7］李華,鄭明,范雄,等.利用調(diào)頻立體聲基帶傳送數(shù)據(jù)信息的原理與實(shí)現(xiàn)［J］.電子技術(shù)應(yīng)用,2001(7):55-57.

［8］韓炬.CRC快速算法［J］.煤炭科學(xué)技術(shù),2000,28(2):11-14.

［9］趙兵選,吳剛,呂旭濤,等.一種廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)幀同步快速算法［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2008(1):9-16.

［10］GB/T15770-1995,廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)(RDS)技術(shù)規(guī)范［S］.1995.

作者簡(jiǎn)介

孫 光 男，1971年出生，湖北武漢人，工程師，工學(xué)碩士。研究方向?yàn)殡娮訙y(cè)量、數(shù)字音視頻技術(shù)。

宋 榮 男，1969年出生，四川廣元人，講師，工學(xué)學(xué)士。研究方向?yàn)橐粢曨l技術(shù)、自動(dòng)控制。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。