舒建國 杜朝云

淺談DRM數(shù)字廣播—端到端系統(tǒng)技術解決方案

舒建國 杜朝云

（作者單位：四川省新聞出版廣電局544臺）

本文首先闡述DRM數(shù)字廣播國內外發(fā)展現(xiàn)狀及其優(yōu)勢，然后針對國產DRM發(fā)端的發(fā)射機技術問題進行了簡述，同時對DRM終端產品數(shù)字接收機的相關技術進行介紹，最后展望了DRM數(shù)字廣播的廣闊前景。

DRM發(fā)射機；DRM接收機

1　廣播技術發(fā)展概述

隨著寬帶通信網絡與數(shù)字多媒體的快速發(fā)展，我們的生活變得越來越便利，但也存在眾多挑戰(zhàn)，聽眾對廣播節(jié)目的質量也相應的新追求，傳統(tǒng)的中波、短波廣播由于采用模擬調幅調制，信道變化復雜、宜受干擾，致使目前中短波廣播的質量低于聽眾的收聽要求，以致收聽的人群逐漸減少。再一個是受到調頻廣播及數(shù)字廣播如DRM、DAB、DMB、數(shù)字視頻廣播（DVB）及衛(wèi) 星數(shù)字廣播（DSR）等影響，（它們不僅聲音質量高，而且可以進行多種數(shù)據(jù)的傳輸，如圖1所示，圖像、文本信息等。并且人們獲取信息的方式也越來越多），傳統(tǒng)調幅廣播（AM）已經受到了越來越嚴峻的挑戰(zhàn)。發(fā)展數(shù)字調幅廣播DRM是必由之路。在未來幾年內現(xiàn)行模擬聲音廣播必將被數(shù)字廣播所替代。

圖1　數(shù)字調幅廣播DRM在一個頻段內可傳送4套節(jié)目

在世界廣播電視技術迅猛發(fā)展的今天，我們可以欣慰地回顧DRM（Digital Radio Mondiale）系統(tǒng)產生演變的歷史。1998年，成立了“世界性數(shù)字AM廣播”DRM（Digital Radio Mondiale）組織，2001年DRM系統(tǒng)被歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）標準化，2002年經國際電工委員會（IEC）通過，DRM系統(tǒng)規(guī)范正式生效。2003年6月16日世界DRM組織在日內瓦宣布了DRM的標準。標志著數(shù)字AM的開始。在DRM標準生效之前，已有許多數(shù)字AM系統(tǒng)方案，如法國Thomcast天波2000系統(tǒng)、德國電信的數(shù)字音樂之波DMW（或T2 M系統(tǒng)，DTAG系統(tǒng)）、美國之音和噴氣推進實驗室系統(tǒng)等等，這些方案為DRM標準的提出奠定了基礎。

我國大多主要是模擬調幅廣播，但在DRM數(shù)字信息技術的發(fā)展方面，也走在了世界發(fā)展中國家的前列。部分發(fā)射臺已裝備DRM中波發(fā)射機或進行過DRM實驗發(fā)射。很多發(fā)達國家將廣播、電視全數(shù)字化的時間表規(guī)定為2010年，根據(jù)自身經濟發(fā)展的實力，我國將關閉最后一部模擬廣播、電視的時間表定為2015年。在2006年4月18日的國務院新聞發(fā)布會上，國家廣電總局副局長胡占凡說，我國將于2015年停播所有的模擬廣播電視節(jié)目，全部轉為數(shù)字化，因而，開發(fā)、研制國產的DRM廣播設備已迫在眉睫，有遠見的企業(yè)已領先一步，開展了工作。在DRM系統(tǒng)發(fā)端的發(fā)射機開發(fā)方面，哈爾濱廣播器材有限責任公司與中國傳媒大學合作，在DX系列發(fā)射機、PDM系列發(fā)射機和幅相調制系列發(fā)射機DAM的基礎上研發(fā)DRM發(fā)射機，走出了國內一體化DRM發(fā)射機設計研發(fā)的第一步，目前已經研制成功國內首批DX系列10kW、25kW 、50kW的DRM發(fā)射機和PDM系列的1kW、3kW、DRM發(fā)射機，并且已在國內部分中波發(fā)射臺投入運行，出口國外的部分中波發(fā)射機也配備了DRM功能。

在DRM系統(tǒng)的終端產品數(shù)字接收機方面，哈爾濱廣播器材有限責任公司與成都紐斯達公司合作，成功開發(fā)了具有世界先進水平的DRM軟件接收機，目前已經推出全國第一款HG-101多媒體數(shù)字接收機，解決了國內外對DRM終端產品的急需。

2　DRM發(fā)射機原理簡述

現(xiàn)以“哈廣”公司研制成功的DRM發(fā)射機為例進行介紹。DRM發(fā)射機是基于哈廣DAM中波發(fā)射機系列產品基礎之上進行開發(fā)的，（所以本文中涉及到DAM發(fā)射機常規(guī)未改動部分就不做贅述了）這里重點圍繞編碼系統(tǒng)、接口系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及監(jiān)測系統(tǒng)進行簡要介紹。

2.1DRM編碼系統(tǒng)

DRM編碼系統(tǒng)框圖如圖2所示。編碼系統(tǒng)是由復用器模塊，信道編碼模塊，正交頻分復用器模塊（OFDM）三個模塊組成。

圖2　DRM編碼系統(tǒng)結構框圖

（1）源編碼模塊：也稱數(shù)據(jù)壓縮或碼率壓縮模塊，目的是降低數(shù)字信號的數(shù)據(jù)率，對數(shù)字音頻進行有效的壓縮，力求以最小的碼率傳送最大的信息量。

（2）信道編碼模塊∶也稱差錯控制編碼模塊。為保證通信傳輸?shù)目煽啃裕鶕?jù)一定的規(guī)律，在信源編碼的數(shù)據(jù)流中，人為加入一定冗余碼元組成抗干擾編碼，即補充差錯保護，從而提高信號的抗干擾和糾錯能力。

（3）正交頻分復用模塊（OFDM）：它是一種多載波調制技術，把數(shù)據(jù)流分解為N個獨立的子載波比特流，每個子數(shù)據(jù)流將具有低得多的比特速率，用這樣低比特速率形成的低速率多狀態(tài)符號去調制相應的子載波，就構成了多個低速率符號并行發(fā)送的傳輸系統(tǒng)，即將頻率上間隔相等的N個子載波信號調制并相加后同時發(fā)送，實現(xiàn)多個子信道同時傳輸信息。

2.2傳輸處理系統(tǒng)

音頻輸入接口采用模擬平衡傳輸接口（600Ω）與數(shù)字傳輸接口（AES3/ EBU），模擬音頻信號送至音頻處理器，音頻處理器輸出兩路音頻信號，一路送至DRM音頻編碼器接口，實現(xiàn)DSB調制解調。一路送至編碼調制器，供DRM調制使用，數(shù)字音頻信號直接送至DRM編碼器，供DRM調制使用。通過開關來選擇模擬發(fā)射或數(shù)字發(fā)射。

DRM編碼系統(tǒng)產生COFDM基帶I/Q信號，通過數(shù)字音頻傳輸線送至DRM適配器，將基帶I/Q信號分解為幅度變化分量和相位變化分量，分別送入“數(shù)-模轉換（DAC）”電路和數(shù)字射頻激勵調制器。送入“數(shù)-模轉換（DAC）”的一路信號生成幅度包絡，并進行數(shù)字處理，送至調制編碼器進行調制。送入射頻激勵調制器的另一路信號經處理生成相位調制的載波信號，送入射頻放大電路放大。然后由發(fā)射機輸出DRM信號。

2.3控制系統(tǒng)

DRM發(fā)射機控制系統(tǒng)包括發(fā)射機的功能控制和操作控制，功能控制主要由單片機來進行控制，而操作控制是通過觸摸屏對編碼系統(tǒng)（如信源和信道編碼等等）和整機（如開關機，升降功率等等）進行設置。

2.4監(jiān)測系統(tǒng)

DRM監(jiān)測系統(tǒng)是對發(fā)射機發(fā)送的數(shù)字信號進行監(jiān)測。從射頻輸出端取樣回來的發(fā)射信號通過監(jiān)測系統(tǒng)在觸摸屏或顯示屏上顯示各種信息，同時對發(fā)射信號進行解碼，通過音箱送出音頻信號。可以根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)來配置發(fā)射機的狀態(tài)，以達到最合理的配置。

3　DRM接收機的原理簡述

現(xiàn)以“哈廣”公司研制成功的DRM接收機HG-101為例進行介紹。

HG-101 DRM數(shù)字廣播接收機由主板、電源鍵盤板組成。主板主要負責調諧、A/D轉換、解調、控制、數(shù)字音頻處理等功能，電源鍵盤板主要負責整機供電及鍵盤操作等。

調諧器的濾波器組是將接收到的無線信號分別經各個不同頻段進行接收，以濾除雜波，提高整個接收機的信噪比，增強靈敏度，濾波器選用橢圓函數(shù)型濾波器，其在通帶和阻帶內的頻響都呈現(xiàn)等波紋特性，其主要參數(shù)為濾波器階數(shù)為3通帶內波動為0.25dB、阻帶內衰減為50dB、阻抗為50Ω和插入損耗為6dB。

天線收到的無線信號先經過衰減器達到12-15db，進入高Q值的選頻網絡（ 分 為2.3-5.9M、5-9M、9-16M、16-30M，）加入本振后混頻到450KHz，以提高凈頻干擾，進入4×帶通濾波器，提高鄰頻干擾后，在進行第二次混頻，然后信號經過濾波放大送入外混頻器?；祛l器選用PHILIPS的SA612AD芯片，將450kHz模擬信號變換到12kHz中頻上。SA612AD是內部帶振蕩器和電壓參考的雙平衡混頻器，它具有功耗低、集成度高的優(yōu)點，其振蕩器可被配置為晶體或調諧操作模式，操作靈活。A/D采樣用于將12kHz模擬信號數(shù)字化，以供完成DRM信號的解調、信道解碼及解復用任務，最后將結果輸出到D/A轉換器得到音頻信號。

FM調頻信號從天線接收，經過高通濾波器到87-108M后進入2×帶通濾波器。中短波信號通過磁棒接收，經過LC振蕩器進入多波段調諧器處理后，經音頻解碼器（WM8731）、音頻放大電路TDA2822M電路后送入耳機和揚聲器。后端控制部分主要由AU1210控制，對外設備主要包括內存、外存、CMOS集成電路、按鍵控制、SD卡存儲和I2C總線等組成。I2C當SCL為+時，SDA從高電平到低電平時，表示起始；當SCL為-時，SDA從低電平到高電平時，表示停止。一條串行數(shù)據(jù)線，一條串行時鐘線，負責音頻解碼器WM8731LSEFL與電源管理模塊MAX8662ETM之間的通信。圖3是接收機從接收信號到聲音輸出的簡單流程。

圖3　接收機終端結構原理圖

總體來說HG-101是一個基于軟件的DRM接收機平臺，是和現(xiàn)有的DRM接收機大多采用ADI模塊和RadioScape模塊（基于TI的DSP芯片）不同的是，HG-101采用的是來自Marvell、飛思卡爾和三星這類廠商的應用處理器，利用ARM處理器實現(xiàn)DRM信道、信源解碼和一些控制任務，外接多頻帶單芯片Tuner。我們選用Linux 或Win CE兩種操作系統(tǒng)，軟件和應用移植非常簡單。HG-101平臺構建還包括了一個提供音頻解碼能力的數(shù)字音頻處理單元，一個2D 圖形加速器，適用于MPEG2/ DivX/VC-1數(shù)字媒體解碼器和大容量存儲器接口，如圖4所示。

圖4　哈廣HG-101平臺框圖

HG-101 是為DRM，F(xiàn)M 和AM 廣播所設計的全新的多功能便攜式數(shù)字廣播接收機平臺。這些特性有助于簡化便攜式數(shù)字收音機產品的設計過程。集成在內的RCSS?引擎提供了在一個平臺中集成多種數(shù)字廣播信息的能力。軟件定義的RCSS?引擎使得在同一平臺上部署多種數(shù)字廣播標準成為可能。

4　DRM系統(tǒng)的前景展望

DRM系統(tǒng)是一種地面廣播的靈活的數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)，滿足在30MHz以下頻段開展各種電磁環(huán)境下數(shù)字廣播業(yè)務的要求。DRM系統(tǒng)采用正交頻分復用（OFDM）多載波調制方式，采用先進的信源信道編碼和調制技術，具有多種傳輸模式，適用于多種信道和帶寬傳輸?？赏瑫r傳送多套業(yè)務（如圖像，文本信息等），極大的提高了頻譜的利用率。鑒于數(shù)字調幅廣播具有音頻質量好、覆蓋范圍廣、支持多媒體業(yè)務等許多優(yōu)點，越來越多的廣播電臺、廣播網絡運營商、廣播產品制造商，開始實施DRM數(shù)字調幅廣播發(fā)射實驗。在DRM標準正式發(fā)布至今，全世界生產DRM發(fā)射機的廠家也越來越多，如Thales（泰雷茲）的TMW2010D的DRM中波發(fā)射機，Harris（哈里斯）的DAX系列中波DRM發(fā)射機等等。全世界以DRM運行的廣播電臺數(shù)量已增加到70多個，全天24小時連續(xù)播出DRM數(shù)字節(jié)目的頻率有11個。

DRM是很多國家中短波（30MHz以下）音頻廣播數(shù)字化的唯一途徑，但目前DRM市場有一個問題是，現(xiàn)有的DRM接收機都很昂貴，全世界都在等待便宜好用的硬件接收機的誕生。而我們哈廣公司的目標就是與有關科研院所合作，在不久的將來推出低功耗、低成本的多功能的硬件DRM接收機，以推動這個市場的進一步發(fā)展”。

5　結語

數(shù)字調幅廣播（DRM）系統(tǒng)的推廣應用，必將大力推動我國聲音廣播產業(yè)技術升級，以及蓄勢待發(fā)的全球性DRM廣播市場，產業(yè)化前景十分廣闊。

DRM系統(tǒng)工作在30MHz以下的長、中、短波段，并針對不同波段的信道傳播特性傳輸?shù)亩嗝襟w無線廣播系統(tǒng)，除了可以用來傳送聲音廣播節(jié)目外，還具有數(shù)據(jù)、文字、圖像、視頻等附加信息的傳播功能。通過無線電波，在同一部接收機上，不僅可以收聽廣播，而且也可以收看報紙、電視、網絡新聞，且具有MP3、MP4等功能，還可以進行打印、游戲操作等，使人們享受新一代廣播帶，來的無窮樂趣。

[1]DRM官方網站:http://www/drm.org,2004.

[2]李棟.數(shù)字聲音廣播[M].北京:北京廣播學院出版社,2001.

[3]DREAM網站:http://drm.sourceforge.net,2005.

[4]Euro Telecommunications Standards Institute(ETSI)DRM 標準 .Digital Radio Mondiale(DRM)System Specification(ETSI) 201980,V1.2.2,2003-04.