HD Radio? 技術的數據與音頻處理
作者:John Gardner,德州儀器數字無線電廣播與信息娛樂部市場營銷經理
先有雞還是先有蛋?這個問題正好用來比喻美國地面數字無線電廣播技術,也就是說,廣播公司是要在接收機上市前就制作內容,還是應該在廣播內容制作之前就提供接收機?事實上,在這一點上并不存在疑問。像美國衛星廣播和英國DAB(數字音頻廣播)等大量的經驗性實例證明,只有當數字無線電廣播公司高效推廣內容之后,特定市場才會出現。消費類電子設備 OEM 廠商認識到,或者說深刻領會到,沒有現成的內容,即使數字無線電設備價格低廉且極富吸引力,消費者也絕對不會投資購買這些設備的。
現在有幾種理念(某些在 DAB 技術推廣時就已經得到了驗證)可以適用于 HD Radio? 廣播,其將有助于加速大眾市場的推廣,并進而加快盈利。
Anoraks 的 HD 無線電廣播技術指南
美國模擬廣播采用調頻 (FM) 或調幅 (AM) 技術。這兩種技術均采用信號調制載波的屬性。FM 調制正弦載波的頻率,而 AM 則調制波幅。RF 傳輸后,再從傳輸信號中接收、解調和提取消息信號。AM 和 FM 的當前頻帶分別為 540~1700 kHz 以及88~108 MHz。上述頻段包括語音和音樂格式的混合信號。不過,除了 RBDS(無線電廣播數據系統)的有限使用和其他領域的數據副載波服務外,上述頻率均可用于數據廣播傳輸。
HD 無線電廣播技術無需新的頻譜,因為該技術利用的仍是現有的 AM 和 FM 頻帶。對于 HD 無線電廣播而言,存在混合型和純數字型兩種模式。混合模式將現有的模擬信號夾在兩個相鄰邊帶的數字信息中進行廣播。純數字模式取消了模擬通道,而代之以純數字傳輸方式。與 FM 或 AM 信號提取相比,信號接收需要進行大量的數字信號處理工作。
對于數字邊帶而言,應當消除相鄰的模擬通道(參見圖 1,僅針對FM),同時還要采取涉及正交頻分多路復用技術 (OFDM) 的更復雜的解調方案。除了解隔行掃描和錯誤校正之外,數字媒體流還必須用 iBiquity 的 HD 無線電廣播編解碼器 (HDC) 進行解壓縮。同時,還必須如上所述并行處理模擬信號。較后,可以將數字化的模擬音頻與數字音頻(來自HDC)混合在一起,以生成所需的 HD 無線電廣播音頻(見圖 2)。
除上述信號處理問題之外,模擬無線電廣播與 HD 無線電廣播系統之間的主要差別之一,還在于數據的傳輸。我們可采用上述相類似的數字技術 (sans HDC)來提供包含各種信息的數據信號。可以傳輸哪種類型的信息,以及這樣做又會對各廣播公司和無線電廣播制造商產生何種影響,這都對市場未來的成功至關重要。
HD 無線電廣播技術的數據與音頻處理理念
起初,全球數字無線電廣播技術之所以能夠快速推廣,較重要的原因在于其出色的質量。通過采用先進的編解碼器技術,即便對于現有的 AM 與 FM 頻帶而言,數字無線電廣播也能實現 CD 音質乃至更高級別的音質。不過,音質方面的原因已經逐漸沒有以前那么重要了,因為越來越多的廣播公司更看重的是數字無線電的內容優勢,而這正是新技術的核心價值所在。
HD 無線電廣播技術的主要創新之一,在于能采用與傳統 AM/FM 地面無線電廣播相同的頻帶提供更豐富的內容。通過采用目前稱作補充音頻服務 (Supplemental Audio Services) 的技術,廣播公司現在能用以前僅能提供一個頻道的頻段來提供兩個(乃至更多)頻道的內容了。我們將可用的音頻帶寬再進一步劃分為子頻道,這與 DAB 多路復用技術的情況類似,從而實現更多頻道。這樣,在廣播成本未翻番的情況下,我們將內容翻了一番,這是 HD 無線電廣播技術發展的重要推動因素。廣播公司可在增加聽眾數量并提高收入的同時,還能為消費者提供更多選擇。
計劃采用 HD 無線電廣播技術的廣播公司和接收機制造商致力于推進該技術的成功,他們可從 DAB 借鑒相關經驗,從一開始就發揮數據的優勢,推出一些吸引人的應用,以說服消費者轉而采用 HD 無線電接收機。舉例來說,諸如歌曲標題以及無線電臺格式等與數據相關的程序可作為所有 HD 無線電接收機的基本數據特性。為實現上述目的,接收機需要具備至少應支持滾屏功能的 LCD,以使用戶能看到廣播曲目的全部信息。對于廣播公司而言,可使用電子節目指南(EPG) 來顯示選曲的定期更新。這種功能已經成為 DAB 產品的標準化功能。
EPG 機制帶來的另一可能的創新就是與存儲功能(如果接收機也具有集成的硬盤驅動器 (HDD))相結合就能實現內容的延時播放。舉個較簡單的例子,用戶在打手機的時候能將節目暫停,這時接收機將把節目存儲起來,等用戶打完電話再播放錄制的節目。
更高級的接收機將幫助用戶實現編程功能,在用戶不方便收聽的時間自動錄制節目,以便隨后欣賞。如果 EPG 能跟蹤單個歌曲列表的話,那么用戶還能對接收機進行編程,掃描可用的廣播頻道,搜索用戶喜愛的歌曲,找到之后就把它存儲下來。
請注意,節目緩存與時移功能要求接收機能夠進行內容編碼。接收機不是存儲原生的廣播信號,而是進行碼制轉換,將原始信號通過聲音模型轉換成如 MP3 等效率更高的格式,以更好地利用存儲空間。
除了時移音頻與 EPG 功能之外,我們還能在傳輸 HD 無線電廣播信號時發送交通信息。美國地面無線電廣播的主要特點是本地性,能夠滿足當地社區的特定需要。對于大中型城市而言,交通信息自然必不可少。通過當與 GPS 交通導航系統相結合時,通過 HD 無線電廣播發送交通信息具有很強的實用性與可行性,能夠幫助司機迅速駕車繞開事故區或道路施工建設的路段。相對于其他競爭性解決方案,這樣更有助于相關數據的快速更新。HD 無線電廣播數據傳輸能夠實現上述功能,不過我們還要為之設計出相應的應用層。
移動電視
我們不妨舉例來說明如何以創新的方式來利用數據邊帶通道,為用戶提供非常有吸引力的內容。BT LiveTime 是英國電信 (British Telecom) 與 UBC Media 的合資公司。除了能夠提供多個音頻聲道外,還可通過 DAB 數據通道提供新聞標題和視頻服務。如果設備的顯示功能有限,比方說大多數車載免提系列的接收機 LCD 只能顯示兩行內容,那么新聞標題服務能夠在 LCD 上滾動顯示,同時又不會影響聽廣播。
更具吸引力的是采用數據通道來進行視頻內容廣播,從而實現移動電視應用。舉例來說,移動電話用戶不管走到哪里都能聽廣播看電視。
對于圖片與視頻等與節目無關的數據,我們要考慮增加顯示設備成本的問題,可能還需要為廣播提供的文件增加存儲空間。不過,我們根據當地內容的需要適當提供上述數據應用服務,將促進 HD 無線電廣播技術的快速推廣。此外,接收機制造商還應考慮如何安全高效地顯示標準化的數據格式。廣播公司在利用新技術創收時,應評估該傳輸哪些信息,如何使信息簡潔化。
適用于 HD 無線電廣播接收機的靈活平臺
就數字無線電廣播較令人激動、較富創新性的各種潛力而言,如數字邊帶提供的補充音頻服務和其他新式數據服務等,我們的探索才剛剛開始。
數據應用的推廣和實施必然存在差異,因此我們應為無線電廣播技術提供靈活的平臺。此外,無線電制造商希望采用有特色的 HD 無線電廣播技術實施方式,以增加自己特定的知識產權,從而在競爭對手中脫穎而出。如果 HD 無線電接收機只能實現 HD 無線電解調和解碼功能,那么將對接收機制造商不利,也不能發揮增值性HD無線電數據與音頻內容的優勢,也使廣播公司難以傳輸不同形式的 HD 無線電數據和內容,從而不利于消費者采用 HD 無線電廣播技術。同時,這也不利于推出極具吸引力的產品,難以實現上述節目錄制、延時播出等消費者所亟需的功能。
接收機的尺寸大小和目標市場同樣重要。可編程架構可作為設計基礎,開發人員可在此基礎上快速推出多種新產品系列,其中包括車載設備、家庭立體聲設備乃至手持設備等,同時還能充分利用了現有軟硬件的投資。
HD無線電廣播是一種激動人心的新興技術,提出了與當前模擬無線電廣播截然不同的獨特數字信號處理要求。采用該新技術后,基本音頻信號的解調和解碼工作會更加復雜,同時,還要解決數據廣播以及更多音頻內容的問題。DAB 和衛星廣播為 HD 無線電廣播市場如何高效地實現音頻與數據融合提供了有益經驗,同時廣播公司也可借助有關經驗有效地推廣新技術。除了擴大內容和積極宣傳外,HD無線電廣播市場能否成功,還取決于能否選擇適當的平臺來處理 HD 無線電信號,以及該平臺是否足夠靈活以至于能夠充分利用并拓展音頻與數據功能。
補充信息:
全球數字無線電廣播
地面無線電廣播正從模擬技術向數字技術轉型,不同地區的轉型方式各不相同:
- 美國:HD 無線電廣播(高清無線電廣播),正式名稱為 IBOC(帶內同頻廣播);
- 加拿大、部分歐洲國家(其中包括英國和德國)、亞洲部分地區、澳大利亞和非洲:數字音頻廣播 (DAB),正式名稱為Eureka 147 DAB;
- 韓國:數字媒體廣播 (DMB),是采用 H.264 解碼器并符合公認的 ETSI 標準的 DAB 超集;
- 全球:全球數字無線電廣播 (DRM),一個電臺憑借該技術通過短波頻譜即可服務廣大地域(如整個大洲)。
在不同地域的市場中,已經開始進行數字無線電內容廣播,低成本的便攜式接收機也已向消費者提供。舉例來說,數百個電臺均已開始 HD 無線電內容的廣播,250美元左右的接收機也已上市。在歐洲市場,支持 DAB、DRM、AM 和 FM等內容的多格式接收機即將面向大眾市場推出。
資源:
DRDB.org:英國數字廣播發展局,面向對 DAB 數字無線電廣播感興趣的廣播公司、制造商、零售商和廣告商的資源庫。
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