HD無線電的數(shù)據(jù)與音頻處理技術

“是在接收設備存在之前廣播公司就制作內容，還是在提供廣播內容之前接收設備就存在？”，這個類似于傳統(tǒng)的“雞與蛋”的問題對于美國的地面數(shù)字廣播來說并不存在。美國的衛(wèi)星廣播以及英國的數(shù)字音頻廣播(DAB)這兩個系統(tǒng)的經(jīng)驗證明只有數(shù)字廣播電臺能提供內容，并且這些內容得到有效地宣傳，才可能出現(xiàn)一個特定的市場。如果沒有建立易于得到的內容基礎，消費者是不會在數(shù)字廣播設備上進行投入的，即使產(chǎn)品價格可接受而且產(chǎn)品很吸引人。這些觀念可以應用在HD無線電廣播方面，有助于提高用戶的接受度并加快盈利，其中一些觀念是從DAB部署中得來的。

HD無線電技術

模擬廣播使用調頻(FM)或者調幅(AM)，這兩種調制方法都是將信號調制到載波的某些特性：FM是對正弦載波的頻率調制，而AM是對幅度進行調制。在射頻發(fā)射后，承載信息的信號被接收、解調，并從發(fā)送信號中提取。當前AM和FM的波段分別在540~1,700kHz和88~108MHz之間。這些波段包含各種語音和音樂格式。不過，除了無線廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)(RBDS)和其它小受眾的數(shù)據(jù)副載波業(yè)務的有限使用之外，這兩個頻段都沒有用于數(shù)據(jù)廣播。

HD無線技術不需要新的頻譜，因為它可利用現(xiàn)有的AM和FM頻段。在HD無線廣播業(yè)內，存在混合與全數(shù)字兩種形式。混合模式是在兩個鄰近邊頻帶上傳輸數(shù)字信號，在兩個頻帶之間播送模擬信號。全數(shù)字模式消除了模擬信道，采用全數(shù)字傳輸。與FM和AM信號獲取相比，在接收這種信號時涉及到大量的數(shù)字信號處理。對于數(shù)字邊頻帶，去除鄰近的模擬信道是必需的(圖1)，更復雜的調制方案涉及到正交頻分復用(OFDM)。

除了去隔行處理和誤碼校正，數(shù)字碼流還必須采用iBiquity公司的HD編解碼器(HDC)。同時，如前所述還須并行處理模擬信號。最后，數(shù)字化的模擬音頻和數(shù)字音頻(來自HDC)混合在一起產(chǎn)生期望的HD無線音頻(見圖2)。

除了這些信號處理問題，模擬無線電和HD無線電系統(tǒng)之間的一個主要區(qū)別就是數(shù)據(jù)發(fā)送。上面提到的類似的數(shù)字技術(sans HDC)可以用來提供一種包含各種信息的數(shù)字信號。所傳輸信息的類型以及對廣播電臺以及無線電設備制造商的影響對于這個市場將來能否獲得成功都很關鍵。

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圖1：混合與全數(shù)字干擾


圖2：HD無線電FM接收器原理框圖

HD無線電技術的數(shù)據(jù)與音頻處理概念

最初，在全球范圍內快速采用數(shù)字音頻的概念背后是質量。通過采用先進的編解碼技術，數(shù)字無線電能在AM和FM頻段上實現(xiàn)CD或更高質量的音頻。不過，隨著越來越多的廣播公司更專注于無線廣播的內容，這種觀念正在淡化。

HD無線電技術的一個主要創(chuàng)新是在傳統(tǒng)用于AM/FM地面無線電廣播的系統(tǒng)頻段內可以提供更多的內容。通過使用我們今天稱為輔助音頻業(yè)務的技術，廣播公司可以提供兩個內容頻道(可能更多)，而以前只能提供一個頻道。這是通過將音頻頻段細分成不同信道，類似于DAB的復用環(huán)境。成倍增加內容而不增加廣播成本是HD無線電技術的關鍵驅動力。廣播公司可以增加聽眾規(guī)模以及相關的收入，同時為消費者提供更多選擇。

計劃使用HD無線電技術的廣播設備制造商和接收設備制造商可以向DAB學習，從一開始就是使用數(shù)據(jù)功能。有幾種可以實現(xiàn)的應用可使消費者接受HD無線電。例如，與節(jié)目有關的數(shù)據(jù)，諸如歌曲名或廣播格式，需要成為HD無線電接收器的基本數(shù)據(jù)特性。因此，接收設備將需要LCD，而且這個LCD至少能支持滾動功能，這樣消費者就能看到發(fā)送信道的全部信息。對于廣播公司來說，定期更新可采用電子節(jié)目指南(EPG)的形式表現(xiàn)。這種功能在DAB產(chǎn)品中已經(jīng)出現(xiàn)，并實現(xiàn)了標準化。

當與存儲功能相匹配時，例如接收設備具有一個一體化硬盤(HDD)，EPG機制可能實現(xiàn)的另外一種創(chuàng)新是支持時移內容。對于最簡單的層次而言，消費者可以暫停一個節(jié)目而去接聽電話；此時，接收器將這個節(jié)目的內容記錄在存儲器中，以便用戶在接聽電話之后繼續(xù)收聽節(jié)目。

更先進的接收器能使用戶對其進行編程，以便在用戶不方便收看節(jié)目時自動記錄，用戶可以在之后再回放。具有跟蹤每個歌曲列表功能的EPG可使用戶對接收器進行編程來掃描某個特定歌曲的廣播頻道，并在發(fā)現(xiàn)這首歌曲的時候將其保存起來。注意，節(jié)目緩存和時移播放需要接收器能對內容進行編碼。接收器不是存儲本來的信號，而是通過聲學建模將信號轉換成一種更高效的格式，例如MP3，以便更高效地利用存儲容量。

除了時移音頻和EPG外，交通信息也可以通過HD無線電發(fā)送來傳輸。美國國內的地面無線電的一個主要特點就是地方化，能適應社區(qū)的特定要求。中等規(guī)模從城市到主要的大城市都需要交通信息。與支持GPS功能的導航系統(tǒng)結合，通過HD無線電廣播發(fā)送交通信息會非常有用，能使司機遇到交通事故時可以快速繞道。這方面的數(shù)據(jù)可以通過幾種方式快速更新。HD無線電數(shù)據(jù)發(fā)送可以實現(xiàn)這個要求，盡管還需要創(chuàng)建應用層。

移動電視應用

BT LiveTime展示了另外一個采用邊帶信道為用戶提供競爭性內容的創(chuàng)新性應用，該公司是英國電信與UBC Media公司的合資企業(yè)。除了多個音頻頻道外，BT LiveTime還通過DAB數(shù)據(jù)信道提供新聞摘要和視頻業(yè)務。對于顯示功能有限的設備，例如汽車娛樂系統(tǒng)接收單元中常見的雙線LCD，新聞摘要業(yè)務能使這些接收器在不中斷音頻傳送的同時在顯示屏上滾動頭條新聞。

更具吸引力的是使用數(shù)據(jù)信道播送視頻，實現(xiàn)移動電視應用。例如，移動電話用戶將可以在移動狀態(tài)下收聽和收看電視節(jié)目。與節(jié)目無關的數(shù)據(jù)涉及到對顯示成本以及對所需存儲空間的仔細考量。正確應用這些數(shù)據(jù)并且關注本地內容，對于HD無線電技術的快速采用有很大影響。接收設備制造商也需要考慮安全性以及對標準化數(shù)據(jù)格式的有效顯示方法。廣播公司在認識到這種技術帶來的額外收入的同時，還應*估該發(fā)送什么信息，以及如何使內容更精簡。

針對HD無線電接收器的靈活平臺

數(shù)字無線電最具創(chuàng)新以及最令人激動的業(yè)務，例如數(shù)字邊帶所支持的補充音頻業(yè)務和其他新的數(shù)據(jù)業(yè)務，目前才剛開始進入研究階段。

由于在數(shù)據(jù)應用的采用與實現(xiàn)上存在不可避免的差異性，因而必須選擇靈活的無線電平臺。此外，無線電設備制造商希望自己的HD無線電技術實現(xiàn)方式與競爭者不同，通過利用他們自己的IP增加產(chǎn)品價值。那些只能處理HD無線解調和解碼的固定HD無線電接收器對于接收設備制造商來說是不利的，不能利用到HD無線電數(shù)據(jù)和音頻內容帶來的好處。其結果是，廣播業(yè)者可能不能發(fā)送不同形式的HD無線電數(shù)據(jù)和內容，從而導致消費者不愿意采用HD無線電技術。此外還有不能實現(xiàn)特色化的產(chǎn)品，例如上面談到的具有錄音和時移播放功能的產(chǎn)品。

考慮接收器產(chǎn)品的外形尺寸和目標市場也很重要。一種可編程架構為開發(fā)者提供一個快速推出不同產(chǎn)品系列的基礎，例如從汽車音響主機、家庭立體聲音響設備到手持設備，同時利用現(xiàn)有的軟件和硬件投資。

HD無線電技術是一種令人激動的新興技術，具有超越當前模擬無線電的獨特數(shù)字信號處理需求?；镜囊纛l信號解調和解碼所增加的復雜性與解決數(shù)據(jù)廣播及額外的音頻內容的需求相結合。DAB和衛(wèi)星為HD無線電市場如何有效將數(shù)據(jù)與音頻融合以及廣播公司如何能有效推廣技術提供了一個范例。除了內容和推廣，HD無線電市場的成功還在于不僅需要選擇能處理HD無線電信號的正確平臺，而且這個平臺還需要足夠靈活以便利用數(shù)據(jù)和音頻特性的優(yōu)勢。