劉千碩

（山西應(yīng)用科技學(xué)院，山西 太原 030062）

0 引言

廣播產(chǎn)業(yè)為了避免在社會(huì)發(fā)展中被淘汰，嘗試了對(duì)發(fā)展模式的更新，例如，從聲音廣播到立體FM調(diào)頻廣播，再到現(xiàn)代化數(shù)據(jù)廣播的轉(zhuǎn)型等[1]。對(duì)行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行深入挖掘發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)廣播的發(fā)展進(jìn)程較快。國(guó)際上為了響應(yīng)并指導(dǎo)行業(yè)的發(fā)展，已制定了針對(duì)廣播行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)規(guī)范，如歐盟國(guó)家的RDS 規(guī)范、美國(guó)發(fā)行的RBDS 規(guī)范等。但我國(guó)的數(shù)字廣播行業(yè)起步較晚，參與數(shù)字化廣播系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的研究仍處于初步階段。為了保證我國(guó)廣播事業(yè)的發(fā)展在國(guó)際上處于前沿，嘗試在開(kāi)發(fā)廣播系統(tǒng)時(shí)引進(jìn)廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)（Radio Data System，RDS）技術(shù)[2]。此項(xiàng)技術(shù)不需要網(wǎng)絡(luò)終端為其分配專(zhuān)門(mén)的寬帶，終端只需要通過(guò)RDS 解碼裝置，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)頻內(nèi)容中價(jià)值信息的有效獲取。本文將在此次研究中應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，對(duì)數(shù)字調(diào)頻同步廣播系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，優(yōu)化廣播信息的傳輸方式，為廣播行業(yè)在市場(chǎng)內(nèi)的發(fā)展提供保障。

1 硬件設(shè)計(jì)

為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，在開(kāi)展系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作前，應(yīng)做好對(duì)系統(tǒng)硬件構(gòu)成的設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容如圖1 所示。

圖1 數(shù)字調(diào)頻同步廣播系統(tǒng)硬件構(gòu)成

從圖1 可以看出，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要由立體聲編碼器、FM 發(fā)射機(jī)、服務(wù)器、RDS 編碼器等硬件構(gòu)成。下面將以RDS 編碼器與信息發(fā)布服務(wù)器為例，對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.1 RDS 編碼器選型

本次研究的RDS 編碼器型號(hào)為IMH89000-M10，裝置中的微處理器負(fù)責(zé)信號(hào)的獲取和處理，電源負(fù)責(zé)提供裝置運(yùn)行穩(wěn)定環(huán)境，調(diào)諧器負(fù)責(zé)信號(hào)的調(diào)制與編碼，接口負(fù)責(zé)與系統(tǒng)中其他硬件設(shè)備保持通信聯(lián)系，數(shù)據(jù)顯示主要用于呈現(xiàn)廣播信號(hào)。當(dāng)信號(hào)塔發(fā)射信號(hào)時(shí)，RDS 將主動(dòng)獲取PSK 電流，電流在微處理芯片的支撐下進(jìn)行數(shù)據(jù)流與信息流的解析[3]。完成數(shù)據(jù)的解析后，交互界面將根據(jù)后端傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行廣播時(shí)間、內(nèi)容、頻率等可視化數(shù)據(jù)信息的表示。

1.2 信息發(fā)布服務(wù)器選型

選擇PowerEdge-R440 機(jī)架式服務(wù)器作為廣播系統(tǒng)的信息發(fā)布服務(wù)器，將此服務(wù)器分布在系統(tǒng)電臺(tái)信號(hào)有效覆蓋范圍內(nèi)的各個(gè)終端，在服務(wù)器中內(nèi)置特定芯片用于自由發(fā)射端信號(hào)的接收與主動(dòng)獲取[4]。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，每個(gè)集成在終端的服務(wù)器都具有獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)IP 地址與群地址，只有滿(mǎn)足此項(xiàng)需求，才能確保分布在不同地域的服務(wù)器可以在運(yùn)行中進(jìn)行多個(gè)電臺(tái)廣播信息的展示。同時(shí)，需要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行需求，進(jìn)行硬件設(shè)備中構(gòu)件的安裝與集成。安裝完成后，進(jìn)行設(shè)備試運(yùn)行，保證服務(wù)器在系統(tǒng)運(yùn)行中達(dá)到預(yù)期效果。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)RDS 物理通道與數(shù)據(jù)格式

完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)后，將對(duì)系統(tǒng)的軟件功能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[5]。在此過(guò)程中，應(yīng)用先進(jìn)性系統(tǒng)RDS信號(hào)傳輸物理通道的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容如表1 所示。

表1 廣播系統(tǒng)RDS 信號(hào)傳輸物理通道設(shè)計(jì)

完成上述設(shè)計(jì)后，調(diào)整RDS 數(shù)據(jù)格式?？梢栽趥鬏攺V播信號(hào)時(shí)，將一個(gè)數(shù)據(jù)幀作為一個(gè)傳輸基本單元，明確系統(tǒng)每采集一次廣播信號(hào)，便是對(duì)一個(gè)完整數(shù)據(jù)幀的獲取過(guò)程。在傳輸信號(hào)時(shí)，可以認(rèn)為前端每間隔1.0 s 便發(fā)送一個(gè)長(zhǎng)度為148.0 bytes的字節(jié)信息，去除信息中的冗余信息與噪聲信息后，信號(hào)的有效荷載信息量在90.0～95.0 bytes，其中主要包括廣播節(jié)目名稱(chēng)、節(jié)目類(lèi)型以及節(jié)目廣播信號(hào)標(biāo)識(shí)。

2.2 基于RDS 技術(shù)的數(shù)字調(diào)頻信號(hào)接收與處理

完成上述設(shè)計(jì)后，引進(jìn)RDS 技術(shù)，輔助信號(hào)接收處理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)頻信號(hào)的接收與同步傳輸處理。接收機(jī)主要由供電電源、數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸接口、信號(hào)協(xié)調(diào)控制器、數(shù)據(jù)微處理器、RDS 解碼端口構(gòu)成。前端信號(hào)接收器負(fù)責(zé)進(jìn)行FM 調(diào)頻信號(hào)的主動(dòng)獲取，獲取后的信號(hào)被分為兩路，其中一路進(jìn)入立體傳輸聲道，進(jìn)行信號(hào)的解碼處理，完成解碼處理后的信號(hào)將直接通過(guò)音頻與信號(hào)放大器進(jìn)行播放；另一路信號(hào)需要流經(jīng)RDS 接口，由接口端進(jìn)行信號(hào)的解碼處理，處理后的信號(hào)經(jīng)過(guò)微處理器進(jìn)行顯示，或直接經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)酵饪卦O(shè)備。以此種方式便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的接收與處理。

2.3 數(shù)字調(diào)頻同步廣播播控優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)處理的數(shù)字調(diào)頻信號(hào)同步廣播進(jìn)行播控優(yōu)化設(shè)計(jì)，將RDS 廣播指令以編碼的方式插入播控軟件，根據(jù)終端服務(wù)對(duì)動(dòng)態(tài)密碼的計(jì)算需求與設(shè)備監(jiān)控條件，將信號(hào)在局域?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)交換。此時(shí)信號(hào)將通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)備發(fā)出動(dòng)態(tài)密碼與隨機(jī)解碼指令，當(dāng)廣播電臺(tái)接收到指令與解碼信息后，便可以通過(guò)對(duì)控制電源的處理進(jìn)行動(dòng)態(tài)密碼的編譯。同時(shí)，RDS 編碼播控主機(jī)將在網(wǎng)關(guān)的支撐下，進(jìn)行57.0 kHz 副載波的調(diào)試。當(dāng)調(diào)試后的信號(hào)與廣播播控中心發(fā)生頻率吻合，將自動(dòng)觸發(fā)音頻工作站的開(kāi)啟指令。根據(jù)接收的指令，終端將構(gòu)建一個(gè)音頻傳播矩陣，音頻、廣播機(jī)將經(jīng)過(guò)分光器與微波進(jìn)行信號(hào)的發(fā)射。信號(hào)流出機(jī)房后，從光環(huán)路與復(fù)線進(jìn)行調(diào)制播出與轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的信號(hào)在信號(hào)塔中需要進(jìn)行2 選1 的光路傳輸選擇。完成對(duì)信號(hào)的選擇后，微波將主動(dòng)接收信號(hào)，根據(jù)信號(hào)傳輸信道的預(yù)設(shè)需求，進(jìn)行數(shù)字調(diào)頻廣播控制。按照此種方式，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字調(diào)頻同步廣播播控優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而完成對(duì)廣播系統(tǒng)運(yùn)行中軟件功能的完善。

3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為了證明本文設(shè)計(jì)的廣播系統(tǒng)具有更加良好的使用效果，需要在將其正式投入市場(chǎng)使用前進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將基于安全可靠的傳輸（Secure Reliable Transport，SRT）技術(shù)的廣播系統(tǒng)作為傳統(tǒng)系統(tǒng)，傳輸相同的廣播信號(hào)，對(duì)本文系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)的應(yīng)用性能進(jìn)行比對(duì)?？紤]到選擇的廣播電臺(tái)信號(hào)發(fā)射塔位于地區(qū)開(kāi)發(fā)區(qū)，發(fā)射信號(hào)的覆蓋區(qū)域?yàn)镚204 國(guó)道。

在實(shí)驗(yàn)中，選擇兩名參與實(shí)驗(yàn)的技術(shù)人員，開(kāi)車(chē)沿G204 國(guó)道駕駛，使用車(chē)載廣播收聽(tīng)由本文系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)發(fā)射的廣播信號(hào)。同時(shí)，使用基于SRT 技術(shù)的廣播系統(tǒng)獲取電臺(tái)信號(hào)，在隨機(jī)音頻中插入FM 調(diào)頻指令，當(dāng)接收的信號(hào)與設(shè)置的FM 頻率相符，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的傳輸。

按照上述方式，使用兩種系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行廣播，兩輛行駛的車(chē)輛保持相同的駕駛速度，獲取車(chē)輛接收的廣播信號(hào)。將信號(hào)呈現(xiàn)在示波器顯示屏幕上，如圖2 所示。

圖2 車(chē)輛接收廣播信號(hào)波形圖

圖2 中，a 與-a 表示為信號(hào)有效強(qiáng)度，b 與-b表示為信號(hào)最高強(qiáng)度。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文系統(tǒng)廣播信號(hào)的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)系統(tǒng)廣播信號(hào)強(qiáng)度，可以確保終端在收聽(tīng)廣播時(shí)具有更佳的收聽(tīng)效果。車(chē)輛在駕駛超過(guò)30.0 km 后，傳統(tǒng)廣播系統(tǒng)信號(hào)發(fā)生中斷，而本文廣播系統(tǒng)的反饋信號(hào)未發(fā)生中斷。綜上所述，得出此次對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)論：相比基于SRT 技術(shù)的廣播系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)的基于RDS 技術(shù)的數(shù)字調(diào)頻同步廣播系統(tǒng)可以在保證終端對(duì)廣播信號(hào)接收效果的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大廣播信號(hào)覆蓋范圍，從而為用戶(hù)提供更加良好的廣播服務(wù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文開(kāi)展了基于RDS 技術(shù)的數(shù)字調(diào)頻同步廣播系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，完成設(shè)計(jì)后，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，本文設(shè)計(jì)的數(shù)字調(diào)頻同步廣播系統(tǒng)可以在保證終端對(duì)廣播信號(hào)接收效果的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大廣播信號(hào)覆蓋范圍，從而為用戶(hù)提供更加良好的廣播服務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，此方面的相關(guān)設(shè)計(jì)將越來(lái)越優(yōu)化，廣播信號(hào)在傳輸中的有效覆蓋范圍將越來(lái)越廣。