高鵬 鄒峰
(廣播科學(xué)研究院)
[摘要]廣播數字化是廣播電視數字化的一個(gè)重要組成部分,代表了未來(lái)廣播的發(fā)展方向,數字音頻廣播技術(shù)則是廣播數字化的技術(shù)基礎。然而迄今為止,在世界范圍內各種數字音頻廣播制式、標準都不能稱(chēng)得上特別成功。本文回顧了多年來(lái)國內外對廣播數字化的研究和探索歷程,對我國廣播數字化的發(fā)展提出了自己的思考和建議。
[關(guān)鍵字]廣播數字化 數字音頻廣播 DAB DRM HD Radio CDR
1.廣播數字化的需求與動(dòng)力
自上世紀開(kāi)始,人類(lèi)已經(jīng)進(jìn)入了技術(shù)突飛猛進(jìn)的信息時(shí)代,技術(shù)的進(jìn)步也深刻地改變了人們的生活方式。而相比已進(jìn)入4G階段的移動(dòng)通信、進(jìn)入3D/4K甚至8K時(shí)代的數字電視,廣播仍停留在幾十年不變的模擬調頻/調幅廣播階段,這已經(jīng)遠遠落后于同類(lèi)技術(shù)的發(fā)展演變進(jìn)程。
與此同時(shí),廣大聽(tīng)眾獲得信息的渠道也越來(lái)越多樣化,傳統廣播方式也逐漸難以滿(mǎn)足聽(tīng)眾日益增長(cháng)的需求。這主要體現在形式、數量和質(zhì)量等幾方面。現有調頻廣播只能在發(fā)射機有限的覆蓋內提供立體聲廣播節目,調幅廣播只能提供單聲道廣播節目,同時(shí)由于受到頻率資源的限制,每個(gè)城市能提供的廣播節目數量都是有限的,加上當前大中城市無(wú)線(xiàn)傳輸環(huán)境越來(lái)越惡劣,調頻調幅廣播所受的干擾越來(lái)越嚴重,部分地區的聲音質(zhì)量難以保證。與現在迅猛發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)/移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)廣播、下載音樂(lè )相比,聲音質(zhì)量、便利性等方面都有較大的差距。傳統的廣播形式如果不進(jìn)行突破,則很有可能在未來(lái)的十幾年內逐漸被邊緣化甚至消亡,而廣播數字化是廣播行業(yè)實(shí)現突破的必由之路。
廣播數字化的技術(shù)基礎是數字音頻廣播技術(shù)。數字音頻廣播是以數字技術(shù)為基礎,采用先進(jìn)的音頻編碼、壓縮、信道編碼以及數字調制、傳輸技術(shù),對廣播節目的采集、制作、傳輸過(guò)程進(jìn)行全面數字化處理的廣播系統。從傳輸方式上來(lái)看,符合此定義的數字音頻廣播技術(shù)可以分為衛星廣播、地面廣播和其他方式。衛星廣播是指以“地球站上傳—衛星下行廣播”的傳輸鏈路給用戶(hù)提供數字聲音廣播節目的方式;地面廣播則指通過(guò)地面發(fā)射臺站發(fā)射進(jìn)行覆蓋的方式;其他方式則指的是通過(guò)其他系統伴隨傳輸的方式,如數字電視伴音、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)廣播等等。
自上世紀80年代開(kāi)始,國際上陸續出現了數字衛星廣播、Eureka-147 DAB[1]、DRM [2](數字調幅廣播)、HD
Radio[3]等多種標準或技術(shù)方案,這些技術(shù)方案采用的具體技術(shù)均不盡相同,但其共同點(diǎn)是都采用了數字編碼、調制傳輸技術(shù),將音頻業(yè)務(wù)作為一種特殊的數據業(yè)務(wù)進(jìn)行傳輸,可以支持多種多樣的增值數據業(yè)務(wù),并可以有效的提高頻譜利用效率,可以通過(guò)單頻組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現大面積的有效覆蓋,這使廣播運營(yíng)商實(shí)現業(yè)務(wù)形式上的突破成為了可能。
2.國內外對廣播數字化技術(shù)的探索歷程
衛星數字音頻廣播主要有歐洲的DSR(Digit Satellite Radio)系統、ADR(ASTRA Digital Radio)系統、世廣(WorldSpace)衛星廣播系統[4]和美國的XM Sirius Satellite Radio[5]等。這些系統都是采用人造衛星進(jìn)行大面積覆蓋,為其有效覆蓋區域提供數字音頻廣播節目,其優(yōu)勢是能夠通過(guò)衛星可以實(shí)現大面積有效覆蓋,提供的數字廣播節目數量多,質(zhì)量好。但其缺點(diǎn)是發(fā)射衛星成本較高,在大城市等建筑物密集地區覆蓋效果較差,需通過(guò)地面補點(diǎn)等方式進(jìn)行補充覆蓋。前面提到的四個(gè)系統中目前只有世廣衛星和XM Sirius Satellite Radio仍在運營(yíng),但世廣衛星公司的兩顆在軌衛星“亞洲之星”和“非洲之星”壽命均已到期或即將到期,XM Sirius Satellite Radio在美國的運營(yíng)情況也不甚理想。
國際上應用較多的地面數字音頻廣播系統主要有Eureka-147 DAB、DRM和HD Radio三種。
Eureka-147 DAB(以下簡(jiǎn)稱(chēng)DAB)得名于1986年的歐共體Eureka-147計劃,上世紀80年代末開(kāi)始在歐洲的德國、英國等地開(kāi)展試驗并推廣。DAB系統在廣播電視系統中最先引入了正交頻分復用(OFDM)技術(shù),與傳統模擬調幅和調頻廣播系統相比,它在頻譜利用效率、移動(dòng)接收覆蓋、大面積單頻組網(wǎng)等方面有了極大的突破,結合其使用的MUSICAM信源編碼和卷積編碼信道保護技術(shù),典型應用場(chǎng)景下它可以在1.712MHz帶寬中傳輸1.152Mbps的系統凈荷,傳輸6套以上高質(zhì)量(192-256Kbps/每套)數字音頻廣播節目。
DAB系統實(shí)際上給廣播運營(yíng)商提供了一個(gè)穩定可靠的數據傳輸通道,除了聲音業(yè)務(wù)之外,還可以提供包括文字、圖片甚至實(shí)時(shí)視頻業(yè)務(wù)在內的數據業(yè)務(wù),如本世紀初產(chǎn)生的基于該系統的T-DMB手機電視系統等。在引入了更高效的信源編碼算法HE AAC以后,DAB+在一個(gè)頻點(diǎn)可支持的業(yè)務(wù)數量增加到30多套以上[6]。
相比之下,DAB系統應該是推廣最成功的數字音頻廣播系統,經(jīng)過(guò)近20年的市場(chǎng)開(kāi)拓,目前該系統已在歐洲、亞洲、大洋洲等30多個(gè)國家和地區得到了較廣泛地應用,其中英國、德國、瑞士、挪威等國的信號率均已達到了98%以上。接收機價(jià)格也穩步下降,市場(chǎng)占有率逐步提高,挪威已正式宣布將于2017年關(guān)閉模擬調頻廣播,全面轉向DAB系統。
我國從上世紀80年代就開(kāi)始對DAB進(jìn)行跟蹤研究,相繼在廣東、北京、上海等地分別建設了先導網(wǎng),并在開(kāi)始數字音頻廣播業(yè)務(wù)的試運營(yíng)。2006年,國家廣播電影電視總局將其發(fā)布為我國行業(yè)標準[7],北京人民廣播電臺在其試驗網(wǎng)基礎上還開(kāi)始了推送廣播業(yè)務(wù)試驗。
然而,DAB系統的一個(gè)先天的劣勢是需要使用III波段(我國為167MHz到223MHz)和L波段(1452MHz到1492MHz)。在我國III波段均被規劃為模擬電視使用,很難協(xié)調出一個(gè)全國范圍內的覆蓋網(wǎng)絡(luò ),無(wú)法形成全國性的市場(chǎng),接收機價(jià)格也尚未達到我國普通消費者能接受的水平,故該系統在我國應用前景仍不樂(lè )觀(guān)。
數字調幅廣播(DRM)系統是繼DAB系統之后的又一個(gè)數字音頻廣播系統,它采用了與DAB相近的卷積編碼和OFDM調制技術(shù),只是在信源編碼算法和調制方式上有所變化。DRM系統最先是為30MHz以下的中短波調幅廣播數字化提出的解決方案,后來(lái)又擴展到調頻頻段和III波段的下半段(DRM+)。在30MHz以下,其帶寬設置沿用現有調幅廣播頻道設置,以9/10KHz為基本單位,支持半帶寬(4.5/5KHz)和雙帶寬(18/20KHz),系統傳輸容量最大可達72Kbps;DRM+的系統帶寬則擴展到了100KHz,系統傳輸容量最高可達180Kbps以上。
數字化的DRM系統可以傳輸多套接近調頻立體聲節目質(zhì)量的數字廣播節目(DRM+系統可以接近CD音質(zhì))。同時(shí)由于頻段傳輸特性的優(yōu)勢,具有覆蓋范圍廣、傳輸距離遠等優(yōu)點(diǎn)。
目前,全球(主要是歐洲廣播運營(yíng)商)多個(gè)廣播電臺全時(shí)段或定期播出DRM廣播節目,但由于缺乏有效的商業(yè)運營(yíng)模式和低成本接收機解決方案,尚未形成規模化市場(chǎng),接收機價(jià)格也居高不下,因此尚未進(jìn)入大規模商用階段。
HD Radio系統是由美國iBiquity數字公司主導的,針對調頻廣播和中波調幅廣播數字化改造的解決方案,其最突出的特點(diǎn)是“帶內同頻”(In Band On Channel)技術(shù),即在現有調頻廣播頻道之間的保護間隔內,如距調頻頻道中心頻率(130-200)KHz,共140KHz的頻率范圍內,增加低功率(占同頻調頻功率1%-10%)的數字廣播信號,傳輸2到3套新增的數字廣播節目,而不影響現有的調頻/調幅廣播[8]。
HD Radio系統可以在不改變現有頻率規劃和頻道設置的條件下,利用頻道之間的保護間隔開(kāi)展新型數字廣播業(yè)務(wù),待數字接收機市場(chǎng)培育到一定程度之后再轉向全面數字化。這是其與DAB、DRM/DRM+等純數字廣播系統相比最大的優(yōu)勢所在。
2002年10月,美國FCC(聯(lián)邦通訊委員會(huì ))將HD Radio確定為美國地面數字廣播標準。目前已在美國境內的多個(gè)城市進(jìn)行試播,試播臺站超過(guò)2200多個(gè)。國內研究機構從上世紀末開(kāi)始對其跟蹤研究,2007-2009年間在國內進(jìn)行了系統地實(shí)驗室測試和多次外場(chǎng)測試。
HD Radio系統另一突出特點(diǎn)是其獨特的專(zhuān)利授權方式。系統所有核心專(zhuān)利均由iBiquity公司持有,并有部分技術(shù)屬其私有技術(shù),根據其專(zhuān)利政策,使用該技術(shù)的廣播運營(yíng)商、發(fā)射機制造商、接收機芯片及接收機生產(chǎn)廠(chǎng)家均需得到iBiquity公司的授權并向其繳納專(zhuān)利費用。這也成為HD Radio系統在國內推廣的最大障礙。
以廣播科學(xué)研究院為代表的國內科研機構對這些標準開(kāi)展了近三十年的研究和試驗,積累了豐富的理論和實(shí)踐經(jīng)驗,在對其進(jìn)行充分的跟蹤研究、試驗測試之后,可以發(fā)現這些國外標準均有各自的優(yōu)缺點(diǎn),與我國的實(shí)際應用場(chǎng)景都有一定的差距,更重要的是,這些標準均建立在大量的專(zhuān)利技術(shù),甚至是私有技術(shù)基礎之上,背后可能存在巨大的政治和經(jīng)濟風(fēng)險,不利于我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
因此在國家廣播電影電視總局的統一指導下,廣播科學(xué)研究院牽頭承擔了我國自有知識產(chǎn)權的數字音頻廣播技術(shù)(CDR)體系研究,研究工作還受到了國家科技部支撐計劃專(zhuān)項支持,目前調頻頻段數字音頻廣播信道和復用標準已經(jīng)發(fā)布[9-10],在北京、廣州和深圳等地已經(jīng)開(kāi)始了先導網(wǎng)建設和充分的試驗測試。
CDR系統借鑒了HD Radio、DRM等標準的優(yōu)點(diǎn),設計了更為靈活的頻譜配置結構,以100KHz(一個(gè)子帶)為基本單位,支持數模同播模式和兩個(gè)子帶以上的多子帶捆綁模式,可以滿(mǎn)足從數模同播到純數字播出過(guò)渡過(guò)程中各種實(shí)際播出場(chǎng)景的需要,并能保證接收機在整個(gè)過(guò)渡過(guò)程中使用統一的調諧規則。針對不同的應用場(chǎng)景,系統設計了三種傳輸模式,通過(guò)采用更先進(jìn)的LDPC編碼算法,系統的頻譜利用效率最高可達3.5bit/s/Hz。CDR系統的另一個(gè)主要特點(diǎn)是集成了我國自主知識產(chǎn)權的音頻信源編碼算法(DRA),構成了從信源到信道完整自主知識產(chǎn)權的技術(shù)體系,有利于促進(jìn)我國民族產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
3.關(guān)于我國廣播數字化道路的思考
在解決了技術(shù)基礎問(wèn)題之后,如何借鑒國外數字音頻廣播產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗和教訓,避免其他系統推廣時(shí)走過(guò)的彎路,促進(jìn)我國數字音頻廣播產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展,則成為當前的主要問(wèn)題。
結合前述國外標準的推廣過(guò)程,我國廣播數字化應注意以下幾方面問(wèn)題:
一. 解決好接收機的價(jià)格瓶頸問(wèn)題
作為一項新興技術(shù),數字音頻廣播接收機的價(jià)格勢必會(huì )經(jīng)歷一個(gè)從高到低的過(guò)程,考慮到前期的研發(fā)成本和較小的市場(chǎng)規模,初期的接收機價(jià)格與當前成熟的調頻接收機相比勢必高出不少,在沒(méi)有價(jià)格優(yōu)勢的情況下,僅靠廣播運營(yíng)商和終端廠(chǎng)家的努力,一般很難在短期內快速打開(kāi)市場(chǎng);而如果沒(méi)有大的市場(chǎng)規模和預期,終端廠(chǎng)家也不會(huì )貿然投入大規模的技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)成本,接收機價(jià)格又很難較快下降。這就很容易陷入一個(gè)“先有雞還是先有蛋”的怪圈,這是困擾所有數字音頻廣播技術(shù)發(fā)展的共性問(wèn)題。
要解決這個(gè)問(wèn)題,作者認為只能采用“政府主導,企業(yè)配合”的方式,政府主管部門(mén)制定明確的產(chǎn)業(yè)政策和市場(chǎng)推廣規劃,從頻率資源、產(chǎn)業(yè)政策方面支持各地廣播運營(yíng)商使用數模同播的方式先行建網(wǎng),出臺統一的示范網(wǎng)和接收機技術(shù)要求,構建全國范圍內的規模化市場(chǎng),給接收終端企業(yè)以充分的信心的同時(shí),適當調整對市場(chǎng)推廣前期接收機價(jià)格的心理預期,通過(guò)資源整合的方式消化數字化轉換的成本,才可能在短期內突破這一瓶頸。
二. 采用“數進(jìn)模退,頻率置換”的方式,逐步完成調頻頻段頻率資源整合
當前我國調頻頻段頻率資源已經(jīng)相當緊張,在市場(chǎng)潛在越大的地區尋找新的空閑頻率的難度也越大。如在人口、汽車(chē)保有量較多的北京、上海、廣州等地,在保持現有頻率規劃完全不變的情況下,很難在調頻頻段內找出一個(gè)空閑的頻道進(jìn)行純數字模式播出。這種情況下,如果只采取“數模同播、逐步過(guò)渡”的方式,則只能依據現有調頻廣播頻率規劃情況,在調頻廣播信號的兩邊增加數字頻譜。這雖然是一種暫時(shí)解決頻率資源緊張問(wèn)題的方法,但這種過(guò)渡方式由于有模擬信號的存在,仍不易組建大范圍的單頻網(wǎng),不利于廣播運營(yíng)商實(shí)現跨區域單頻覆蓋。
針對這種情況,作者建議可以考慮通過(guò)主管部門(mén)協(xié)調、運營(yíng)商頻率置換的方式,在一個(gè)城市或地區先設法協(xié)調出一個(gè)純數字播出頻道(200-400KHz),建設一個(gè)純數字模式播出的區域性單頻示范網(wǎng),這個(gè)使用數字技術(shù)的覆蓋網(wǎng)絡(luò )可以同時(shí)傳輸多套數字廣播節目,在運營(yíng)一段時(shí)間,具有一定用戶(hù)規模之后,逐步將與其相同節目?jì)热莸哪M調頻關(guān)閉,這樣可以騰出多個(gè)調頻廣播頻點(diǎn)。如果持續采用這種方法進(jìn)行頻率置換,則可以逐步完成調頻頻段頻率資源的整合,有效地推動(dòng)廣播數字化進(jìn)程。
三. 利用數字廣播平臺開(kāi)拓新業(yè)務(wù)形式
如前所述,數字化技術(shù)只解決了技術(shù)基礎,而另一個(gè)關(guān)鍵突破則是運營(yíng)模式。從手機電視、其他國外數字廣播標準的市場(chǎng)推廣過(guò)程來(lái)看,數字化之后如果仍是原有單一廣播模式,則很難建立起維持良性發(fā)展的運營(yíng)模式,難以持久。因為僅靠節目聲音質(zhì)量的提高很難吸引用戶(hù)花費較高的價(jià)格購買(mǎi)數字廣播接收機,所以必須充分利用數字廣播平臺的優(yōu)勢,積極開(kāi)拓數字廣播新業(yè)務(wù)形式,才有可能與日益強大的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)音視頻業(yè)務(wù)形成有效競爭。
相比之下,廣播本身具有不限用戶(hù)數量、低成本大面積覆蓋、用戶(hù)免費接收等特點(diǎn),數字化之后更成為一個(gè)快速的數字信息發(fā)布渠道,在系統容量范圍內可以支持任何新型數據業(yè)務(wù),如文本、圖像、視頻等等,因此廣播數字化能否成功的另一個(gè)關(guān)鍵則是能否充分利用廣播技術(shù)的先天優(yōu)勢,在此全新的技術(shù)平臺上構建能夠吸引用戶(hù)的新型廣播業(yè)務(wù)。這需要廣播運營(yíng)商和接收機生產(chǎn)廠(chǎng)家充分發(fā)揮自己各自的優(yōu)勢,借鑒智能手機和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的成功經(jīng)驗,采用“技術(shù)、終端、業(yè)務(wù)、應用相互促進(jìn)”的發(fā)展模式,解放思想,才能實(shí)現較大的突破。
四. 積極嘗試與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)融合的雙向廣播業(yè)務(wù)
如前所述,廣播系統面臨互聯(lián)網(wǎng)/移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)廣播的嚴峻挑戰,但未嘗不可以實(shí)現合作與共贏(yíng),因為兩者相比,互有優(yōu)劣。數字化之后,數字廣播系統實(shí)際上已成為一個(gè)快速、低成本的數字信息發(fā)布渠道,用戶(hù)可以免費接收,而互聯(lián)網(wǎng)廣播的個(gè)性化傳輸勢必帶來(lái)較高的流量費用和網(wǎng)內冗余信息的增長(cháng),無(wú)論接入速度有多快,對用戶(hù)而言,必須為下載的每一個(gè)比特支付費用,對于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)運營(yíng)商而言,在現有模式下,必須持續投入,不斷進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )擴容以保證用戶(hù)的良好接收體驗,而實(shí)際效果則是其收益和投入很難實(shí)現相應的增長(cháng)。
因此廣播運營(yíng)商可以考慮與互聯(lián)網(wǎng)運營(yíng)商合作,實(shí)現優(yōu)勢互補。如合作開(kāi)發(fā)具備上網(wǎng)功能的數字廣播智能終端,動(dòng)態(tài)統計互聯(lián)網(wǎng)中用戶(hù)需求量較大的共性?xún)热荩_(kāi)辟一個(gè)專(zhuān)門(mén)的頻道或一定的信道帶寬,針對智能終端用戶(hù)進(jìn)行推送,即將絕大部分用戶(hù)每天所需的內容直接免費推送到用戶(hù)端,只有個(gè)性化比較強才通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行下載。這樣用戶(hù)可以降低自己的流量費用,廣播運營(yíng)商則增加了回傳通道,互聯(lián)網(wǎng)運營(yíng)商則降低了流量壓力,形成多方共贏(yíng)的業(yè)務(wù)模式。
4.小結
本文簡(jiǎn)要回顧了國內外在廣播數字化方面的探索歷程,介紹了我國自主知識產(chǎn)權的調頻頻段數字音頻廣播系統的主要特點(diǎn),并對我國廣播數字化提出了自己的思考和建議。如前所述,當前廣播產(chǎn)業(yè)面臨著(zhù)其他傳播途徑越來(lái)越嚴峻的挑戰,因此廣播運營(yíng)商應沉著(zhù)應對,充分利用數字化帶來(lái)的優(yōu)勢求新求變,爭取主動(dòng)。
近年來(lái)國內外廣播數字化的發(fā)展表明,盡管存在各種各樣的困難,但數字化的潮流已經(jīng)不可逆轉,經(jīng)過(guò)多年的努力,歐洲部分國家已經(jīng)逐漸突破接收機價(jià)格瓶頸,明確提出了關(guān)閉模擬調頻廣播,全面轉向數字廣播的時(shí)間表。我國也應借鑒其經(jīng)驗教訓,抓住機遇,政府、運營(yíng)商、企業(yè)協(xié)同努力,爭取在較短時(shí)間內取得我國廣播數字化進(jìn)程的較大突破。
[參考文獻]
1.Radio Broadcasting Systems;Digital Audio Broadcasting (DAB) to mobile,portable and fixed receivers。ETSI EN 301 401 V1.3.3 (2001-05)
2.Digital Radio Mondiale (DRM); System Specification. ETSI ES 201 980 V3.1.1 (2009-08)
3.NRSC-5-B In-band/on-channel Digital Radio Broadcasting Standard. April, 2008
4.http://www.worldspace.com
5.http://www.siriusxm.com/
6.Digital Audio Broadcasting (DAB); Transport of Advanced Audio Coding (AAC) audio. ETSI TS 102 563 V1.1.1 (2007-02)
7.GY/T 214-2006 30MHz~3000MHz地面數字音頻廣播系統技術(shù)規范
8.http://www.ibiquity.com/
9.GY/T 268.1-2013調頻頻段數字音頻廣播 第1部分:數字廣播信道幀結構、信道編碼和調制 GY/T268.1-2013調頻頻段數字音頻廣播 第2部分:復用